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Tipo: Dissertação
Título: Estudo da detecção de biomarcadores em meteoritos expostos a biomoléculas em ambientes marcianos simulados através da espectroscopia Raman
Autor(es): Andrade, Millena Cristina Vale
Primeiro Orientador: Sant’Ana, Antonio Carlos
Co-orientador: Dias, Bruno Leonardo do Nascimento
Membro da banca: Santos, Diego Pereira dos
Membro da banca: Silva, Maurício Antonio Pereira da
Resumo: A busca por bioassinaturas extraterrestres é fundamental para a astrobiologia, especialmente no contexto da exploração marciana. Contudo, a estabilidade e a capacidade de detecção dessas biomoléculas em ambientes hostis ainda são desafios significativos. A espectroscopia Raman é uma ferramenta poderosa para a detecção de biomoléculas devido à sua especificidade vibracional, mas seu sinal pode ser fraco, especialmente em baixas concentrações ou em matrizes complexas. Para superar essa limitação, a espectroscopia por espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS) torna-se indispensável, permitindo a detecção sensível de bioassinaturas em substratos de meteoritos. Este trabalho investigou a estabilidade de biomoléculas (adenina, β-caroteno e L-triptofano) adsorvidas em AgNP e AuNP sobre fragmentos do meteorito marciano NWA12965. As amostras foram submetidas a condições simuladas do ambiente marciano, incluindo radiação ultravioleta (UVA/UVB e UVC) e de pressão reduzida (vácuo). As AgNP e AuNP foram caracterizadas por espectroscopia de absorção no UV-VIS e a evolução das biomoléculas nos meteoritos foi monitorada por espectroscopia SERS. A caracterização do meteorito NWA12965 revelou que sua composição é majoritariamente piroxênio. A limpeza com água régia não alterou significativamente seu espectro Raman, sugerindo que as bandas persistentes podem ser intrínsecas ou devidas à contaminação por carbono amorfo. A espectroscopia SERS foi eficaz na detecção das biomoléculas sobre o meteorito. Os resultados da fotodegradação por UVA/UVB e UVC revelaram que as três biomoléculas são altamente suscetíveis à degradação. Tanto a adenina, como o β-caroteno e o L-triptofano exibiram fotodegradação progressiva sob a irradiação UV, com o surgimento de novas bandas atribuíveis a fotoprodutos ou desaparecimento de bandas características. Sob condições de pressão reduzida, a interação das biomoléculas com as nanopartículas e o substrato mineral mostrou comportamentos distintos. A adenina apresentou um comportamento de intensificação significativa do sinal SERS, seguido por um leve decaimento, indicando certa resiliência. O β-caroteno sofreu uma perda na eficiência do sinal SERS. O L-triptofano, por sua vez, demonstrou que sob pressão reduzida pode induzir diminuição do sinal e agregação das AuNPs, alterando seus padrões espectrais. Esses resultados indicam a fragilidade de biomoléculas essenciais em cenários simulados de ambientes extraterrestres, ressaltando os desafios para sua preservação e detecção. Além disso, os resultados apontam para a complexidade das interações entre biomoléculas, nanopartículas metálicas e substratos minerais sob estresse ambiental, fornecendo insights cruciais para futuras missões de astrobiologia e estratégias de busca por bioassinaturas.
Abstract: The search for extraterrestrial biosignatures is fundamental to astrobiology, especially in the context of Martian exploration. However, the stability and detectability of these biomolecules in hostile environments remain significant challenges. Raman spectroscopy is a powerful tool for biomolecule detection due to its vibrational specificity, but its signal can be weak, particularly at low concentrations or in complex matrices. To overcome this limitation, the surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy becomes indispensable, allowing for the sensitive detection of biosignatures on meteorite substrates. This work investigated the stability of biomolecules (adenine, β-carotene and L-tryptophan) adsorbed on AgNPs and AuNPs on fragments of the Martian meteorite NWA12965. The samples were subjected to simulated Martian environmental conditions, including ultraviolet (UVA/UVB and UVC) radiation and reduced pressure (vacuum). The AgNPs and AuNPs were characterized by UV-VIS spectroscopy and the evolution of biomolecules on the meteorites was monitored by SERS spectroscopy. The characterization of the NWA12965 meteorite revealed that its composition is predominantly pyroxene. The cleaning with aqua regia did not significantly alter its Raman spectrum, suggesting that persistent bands might be intrinsic or due to amorphous carbon contamination. SERS spectroscopy proved effective in detecting biomolecules on the meteorite. Photodegradation results from UVA/UVB and UVC revealed that all three biomolecules are highly susceptible to degradation. Adenine, β-carotene and Ltryptophan exhibited progressive photodegradation under UV irradiation, with new bands, assigned to photoproducts, emerging or characteristic bands disappearing. Under reduced pressure conditions, the interaction of the biomolecules with the nanoparticles and the mineral substrate showed distinct behaviors. Adenine showed a significant SERS signal intensification, followed by a slight decay, indicating some resilience. βcarotene experienced a loss in SERS signal efficiency. L-tryptophan, in turn, demonstrated that under reduced pressure, it can induce signal decrease and aggregation of AuNPs, altering its spectral patterns. These results indicate the fragility of essential biomolecules in simulated extraterrestrial environments, highlighting the challenges for their preservation and detection. Furthermore, the findings point to the complexity of interactions between biomolecules, metallic nanoparticles, and mineral substrates under environmental stress, providing crucial insights for future astrobiology missions and biosignature search strategies.
Palavras-chave: Bioassinaturas
Efeito SERS
Marte
Espectroscopia Raman
Biomoléculas
Biosignatures
SERS effect
Mars
Raman spectroscopy
Biomolecules
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19442
Data do documento: 30-Jul-2025
Aparece nas coleções:Mestrado em Química (Dissertações)



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