Detecção e identificação elétrica dos nucleotídeos do DNA via nanoporo híbrido de grafeno e nitreto de boro hexagonal: um estudo teórico.

Página do item simplificado
dc.contributor.advisorScopel, Wanderlã Luis
dc.contributor.memberCanal Neto, Antônio
dc.contributor.memberFreitas, Jair Carlos Checon de
dc.contributor.memberCampos, César Turczyn
dc.contributor.memberAmorim, Rodrigo Garcia
dc.contributor.memberSilva, Edison Zacarias da
dc.date.accessioned2018-08-01T21:59:50Z
dc.date.available2018-08-01
dc.date.available2018-08-01T21:59:50Z
dc.identifier.citationSOUZA, Fábio Arthur Leão de. Detecção e identificação elétrica dos nucleotídeos do DNA via nanoporo híbrido de grafeno e nitreto de boro hexagonal: um estudo teórico. 2017. 118 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Exatas, Vitória, 2017.por
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/7384
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santopor
dc.publisher.countryBRpor
dc.publisher.courseDoutorado em Físicapor
dc.publisher.initialsUFESpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Físicapor
dc.subjectSequenciamento de DNApor
dc.subjectGrapheneen
dc.subjectBoron nitrideen
dc.subjectNanoporesen
dc.subjectBisensorsen
dc.subjectDNA sequencingen
dc.subject.cnpqFísicapor
dc.subject.udc53
dc.titleDetecção e identificação elétrica dos nucleotídeos do DNA via nanoporo híbrido de grafeno e nitreto de boro hexagonal: um estudo teórico.por
dc.typedoctorThesisen
dcterms.abstractNesta tese, uma nova arquitetura de nanoporo num material híbrido bidimensional (2D) para detecção e identificação de biomoléculas é proposta. O sistema é composto por uma nanofaixa zigue-zague de grafeno embebida em nitreto do boro hexagonal (h-BN).Umestudo teórico baseado em cálculos ab-initio foi realizado para avaliar sua estabilidade energética, propriedades estruturais, eletrônicas e de transporte. Nossos resultados indicam que é possível controlar, via voltagem de porta, o caminho da corrente elétrica através da faixa condutora de grafeno. Motivados pela recém desenvolvida técnica de reação eletroquímica para fabricação controlada de nanoporos em materiais 2D, e no intuito de verificar a viabilidade de construção desses no sistema híbrido, investigou-se a energética da formação de defeitos tipo vacância de carbono, boro e nitrogênio em diferentes regiões do sistema. Como resultado, mostrou-se que seria possível formar um nanoporo no domínio de grafeno, a partir de uma vacância de carbono na interface grafeno/h-BN, mantendo apenas uma cadeia de carbono entre o poro e o domínio de h-BN na interface oposta. Dessa forma, um poro de aproximadamente 12; 5Å de diâmetro com as características citadas foi construído. Então, para desenvolver e avaliar a viabilidade do sistema proposto atuar como sensor, uma combinação de teoria do funcional da densidade com o método de funções de Green fora do equilíbrio foi empregada. Assim, investigações acerca da forma como cada nucleobase que compõem o DNA modula a corrente elétrica fluindo pelo dispositivo foram realizadas, onde os quatro nucleotídeos foram testados: monofosfato de desoxiadenosina (dAMP), monofosfato de desoxiguanosina (dGMP), monofosfato de desoxicitidina (dCMP) e monofosfato de desoxitimidina (dTMP). Como resultado, análises das funções de transmissão com bias nula dos sistemas poro+nucleotídeo revelaram que seria possível, em princípio, distinguir os quatro nucleotídeos, o que na prática ocorreria através de suas impressões digitais na sensitividade em medições em tempo real da condutância. Além disso, foi demonstrado que o mecanismo de detecção do sensor hipotético proposto é governado pela modulação da condutância da cadeia de carbono na interface grafeno/h-BN induzida por momento de dipolo locais da molécula alvo.por
dcterms.abstractIn this thesis work, a novel architecture of solid-state nanopore in a hybrid two-dimensional (2D) material for detection and identification of biomolecules is proposed. The system is composed of a zigzag graphene nanoroad embedded in hexagonal boron nitride (h-BN). A theoretical study based on ab-initio calculations was carried out to assess its energetic stability, structural, electronic and transport properties. Our results indicate the capability of controlling by gate voltage the current pathways through the conducting graphene strip. Then, motivated by the recently developed electrochemical reaction (ECR) technique for fabricating nanopores in a highly controlled manner in 2D materials, and aiming to evaluate the possibility of drilling pores in the hybrid material, vacancy defect formation energies of carbon, boron and nitrogen were evaluated throughout different regions of the system. As a result, our findings suggest that it would be possible to drill a pore in graphene nanoroad from a carbon vacancy in the graphene/h-BN interface, keeping just a carbon chain between the pore and h-BN domain in the opposite interface. Accordingly, a pore of approximately 12.5Å in diameter with aforementioned characteristics was built. Therefore, to develop and assess the feasibility of such proposed device to act as nanosensor, a combination of density functional theory with non-equilibrium Green’s function methods were employed. Hence, investigations on how each nucleotide that forms DNA should modulate the local current at the nanopore device were performed, where four nucleotides were tested: deoxyadenosine monophosphate (dAMP), deoxyguanosine monophosphate (dGMP), deoxycytidine monophosphate (dCMP), and deoxythymidine monophosphate (dTMP). Analyses of the pore+nucleotide zero-bias transmission functions have revealed that it should be in principle possible to distinguish between all four nucleotides inside the nanopore setup, which should occur in practice by their sensitivity fingerprints in real-time conductance measurements. Furthermore, it was demonstrated that the mechanism of detection of the referred hypothetical sensor is governed by modulation of the conductance of the carbon chain running along the graphene/h-BN interface due to local dipole moments of the target molecule.en
dcterms.creatorSouza, Fábio Arthur Leão de
dcterms.formatTexten
dcterms.issued2017-09-15
dcterms.languageporen
dcterms.subjectGrafenopor
dcterms.subjectNitreto de Boropor
dcterms.subjectNanoporospor
dcterms.subjectBiossensorespor
Arquivos
Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
Tese final Fabio Arthur Leão de Souza - PPGFis20171017-84206.pdf
Tamanho:
18.67 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Baixar
Coleções
PPGFIS - Teses de doutorado