A capillary electrophoretic procedure employing contactless conductivity detection (C4 D) has been developed for direct determination of the glycerol and mannitol polyalcohols in biological and pharmacological samples. Both glycerol and mannitol are fully separated from the sample matrix within very short times of 3.0 and 3.9 min., respectively, when using the optimized background electrolyte, 60 mM H3BO3 + 30 mM LiOH (pH 9.1). The limits of detection amount to 0.5 µM for glycerol and 0.3 µM for mannitol. The repeatability of the glycerol determination in real biological materials is characterized by the coefficient of variation values, 0.5 % and 3.2 %, for the migration time and the peak area, respectively. The procedure has been used to monitor the free glycerol concentration in adipose tissue microdialyzates. A physiological study has demonstrated that the lipolysis occurring during a sporting action can be stimulated by local application of adrenaline. The procedure has further been utilized to determine mannitol in a pharmacological preparation.

This thesis deals with optimization of capillary electrophoresis conditions for the separation of unreacted substrate and products (cellobiose, glucose) generated by the enzymatic cleavage of cellotriose with enzyme cellobiase. The optimal separation electrolyte was shown to be a solution containing 30 mmol·dm-3 sodium hydroxide with addition of 1.0 mmol·dm-3 sodium phosphate and 1.0 mmol·dm-3 sodium phosphate dibasic (pH = 12.38). With this separation electrolyte calibration curves and repeatability were measured and the limits of detection and quantification were determined. The relative standard deviations of peak areas ranged up to 6.1 % and they did not exceed 0.2 % for the migration time. Limits of detection were determined in the range from 0.020 to 0.026 mmol·dm-3 and limits of quantification from 0.066 mmol·dm-3 to 0.085 mmol·dm-3 . Subsequently the enzyme reaction was monitored in offline setup. Furthermore, the offline procedure was automated and the relative standard deviation of cellodextrines after 30 minutes of hydrolysis was ranging up to 13.0 % of glucose and cellotriose and 3.0 % cellobiose using this automated method, which makes it suitable for semiquantitative and comparative measurements. The last part of the experiment was to carry out enzymatic reaction in online setup....

Um grande crescimento no interesse por microdispositivos eletroforéticos tem sido observado nos últimos anos. Vantagens atrativas como baixo consumo de reagentes e diminutos tempos de analise são verificados. Microdispositivos fabricados usando toner de impressora e folhas de transparência (poliéster) vem a somar valores como baixo custo e simplicidade de confecção à técnica de micro-separação eletroforética. Entretanto, a aplicação analítica utilizando esse tipo de microdispositivo tem sido pouco explorada. <br />Neste trabalho o uso de microchips eletroforéticos fabricados em poliéster-toner (PT) é utilizado para a determinação simultânea do herbicida glifosato e seu maior metabólito, AMPA (ácido aminometilfosfônico). Em um primeiro momento, o trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia no qual utiliza condutometria sem contato (C4D) como sistema de detecção, aliada à separação eletroforética em microchips de PT. Vários parâmetros que regem uma boa confiabilidade analítica, tanto quanto otimizam a sensibilidade do sistema foram avaliados. <br />Em um segundo momento, ainda aliada à microchips de PT, a técnica de cronoamperometria foi utilizada como sistema de detecção. Nessa etapa do projeto estudos eletroquímicos foram inicialmente realizados em eletrodos convencionais de ouro e cobre, buscando averiguar qual metal apresenta maior sensibilidade para o herbicida glifosato. Tendo o metal cobre como melhor escolha, eletrodos planares foram construídos a partir da combinação das tecnologias da produção de máscaras de toner, e placas de circuito impresso como fonte de cobre. <br />Em ambas as metodologias desenvolvidas, picos bem resolvidos foram encontrados para os analitos em estudo. Tempos menores que 80 s foram gastos entre o processo de separação e detecção; uma boa repetibilidade também foi encontrada. Os valores de limite de detecção (LD) utilizando C4D foram 60,8 e 74,8 &micro;mol L-1 para glifosato e AMPA respectivamente. Como esperado, menores valores de LD foram obtidos na detecção amperométrica, com 1,88 &micro;mol L-1 para glifosato e 16,45 &micro;mol L-1 para AMPA. A aplicabilidade dos métodos foi verificada através da analise do herbicida e seu metabólito em amostras de água. Etapas de derivatização e pré-concentração off-line não foram usadas nesse trabalho, dessa forma os dois métodos desenvolvidos apresentaram como principais vantagens o extremo baixo custo, e a simplicidade de uso. / A large increase in interest in electrophoretic microdevices has been observed in recent years. Advantages attractive as low reagent consumption and low analytical time are checked. Microdevices fabricated using printer toner and polyester transparency sheets are the sum values as low cost and simplicity of the technique of making micro-electrophoretic separation. However, the analytical application using this type of microdevice has been little explored. <br />In this work the use of microchip electrophoresis fabricated on polyester-toner (PT) is used for the simultaneous determination of the herbicide glyphosate and its major metabolite, AMPA (aminomethylphosphonic acid). In a first moment, the work presents the development of a methodology in which the use capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) for determination of analytes is employed, coupled with electrophoretic separation in PT microchips. Several parameters that govern a good analytical reliability and with the intuit of optimizing the sensitivity of the system were evaluated. <br />In a second time and still allied to the PT microchips, the technique of chronoamperometry was used for detection. Electrochemical studies were initially conducted in conventional electrodes of gold and copper, looking for determine which metal is more sensitive to detect the herbicide glyphosate. Having the best choice planar copper electrodes were constructed from a combination of technologies for the production of toner masks, and printed circuit boards. <br />In both, C4D and chronoamperometric detection methodologies, well-resolved peaks were found for the glyphosate and AMPA. Time analysis of less than 80s were found including the separation and detection processes, and a good analytical repeatability was also found. The limits of detection (LOD) using C4D were 60,8 and 74,8 &micro;mol L-1 respectively for glyphosate and AMPA. As expected, lower LOD were obtained in the amperometric detection methodology, 1.9 &micro;mol L-1 for glyphosate, and 16.5 &micro;mol L-1 for AMPA. The applicability of the methods was tested by analyzing the herbicide and its metabolite in fortified water samples. Steps of derivatization and preconcentration off-line were not applied in this work, so the two methods showed as main advantages very low cost and time analysis, and simplicity of application.

Neste trabalho, foram desenvolvidos métodos para determinação de espécies neutras por eletroforese capilar (CE) com detecção condutométrica sem contato (CCD). Estratégias baseadas em eletroforese capilar em solução livre (FSCE) e cromatografia micelar eletrocinética (MEKC) foram utilizadas em três casos: misturas de álcoois alifáticos, misturas de açúcares e salbutamol. Estas substâncias foram escolhidas por apresentarem ampla distribuição de características químicas. Os n-álcoois possuem regiões polares e apoIares distintas ao longo da cadeia carbônica, sendo que em solução aquosa se apresentam invariavelmente como espécies neutras. Os açúcares, apesar das longas cadeias carbônicas, possuem grande número de hidroxilas uniformemente distribuídas e podem ser ionizados a valores elevados de pH. Já o salbutamol, pode ser encontrado como espécie catiônica, neutra ou aniônica, dependendo do pH do meio. A melhor aproximação para os álcoois foi MEKC, que permitiu a separação e detecção da ordem de 10-4 mol&middot;L-1 para cinco isômeros de pentanol. A utilização de eletrólito de corrida com pH 12,1 permitiu a determinação de frutose, glicose, galactose e sacarose da ordem de 10-5 moI&middotL-1 por FSCE em capilares de 20 &#181;m. Salbutamol pode ser detectado como cátion e ânion em FSCE em limites de detecção da ordem de dez vezes menores que aquele obtido para a espécie neutra por MEKC. Como o mecanismo pelo qual ocorre a detecção condutométrica em MEKC não era ainda bem conhecido, foram desenvolvidos experimentos que ajudassem a elucidá-Io. Medidas de condutividade, viscosidade e análise de impedância de soluções tampão com dodecilsulfato de sódio (SDS) com n-álcoois e experimentos com soluções similares em MEKC demonstraram que a resposta observada com CCD é bastante complexa, pois vários fenômenos contribuem para o comportamento da condutividade na região dos analitos. Os principais fenômenos, os quais não estavam sendo devidamente considerados em modelos anteriores, são a dissociação e a ionização provocadas pelos analitos sobre as micelas. Estes fenômenos seriam particularmente significativos para as mobilidades das espécies envolvidas nas micelas, provocando a propagação de vacâncias que seriam então detectadas. / In the present work, analytical methods for determination of neutral species based on capillary electrophoresis (CE) with contactless conductivity detection (CCD) were developed. Free solution capillary electrophoresis (FSCE) and micelar electrokinetic chromatography (MEKC) were applied to three cases: mixtures of aliphatic alcohols, mixtures of sugars, and salbutamol. These substances were selected due to their distinctiveness. The alcohols have well-defined polar and apoIar regions in their carbonic chain and are typical non-ionic species in aqueous medium. The sugars have a great number of hydroxyl groups along the carbonic chain, which give a polar nature and can be ionized at high pH values. The salbutamol is amphoteric. The best approach for the alcohols was MEKC that allowed separation of five pentanol isomers with limit of detection of 10-4 mol&middot;L-1. A running electrolyte with pH 12.1 allowed determination of 10-5 mol&middot;L-1 of fructose, glucose, galactose, and sucrose, using FSCE with 20-&#181;m inner diameter capillary. The sensitivity for the cationic and anionic forms of albuterol in FSCE was about ten times greater than that one achieved by MEKC for the neutral species. Since the conductivity detection in MEKC was not clearly understood, some experiments were carried out in order to improve the knowledge about it. Conductivity and viscosity measurement as well as impedance analysis of buffered sodium dodecyl sulfate solution with n-alcohols and experiments using similar conditions in MEKC showed that CCD response is complex, because several phenomena contribute to the solution conductivity in the region of the analytes. The main phenomena, which are not properly considered in the previous models, are the effects of the analytes on the dissociation and ionization of the micelles. These phenomena would be responsible for the vacancies detected as negative peaks, which would be formed by the augment of the mobilities of the species involved in the micelle formation.

A multi-frequency data acquisition system is realized for subsurface conductivity imaging of biological tissues. The measurement procedures of the system at different frequencies are same. The only difference between the single frequency experiments and the multi-frequency experiments is the hardware, i.e. the sensor and the power amplifier used in the single frequency experiments was different than that were used in the multi-frequency experiments. To avoid confusion the measurement system with which the single frequency experiments were performed is named as prototype system and the measurement system with which the multi-frequency experiments were performed is named as multi-frequency system. This system uses magnetic excitation (primary field) to induce eddy currents inside the conductive object and measures the resulting magnetic field due to eddy currents (secondary field). For this purpose, two differential-coil sensors are constructed / one is for the single frequency measurements and the other is for the multi-frequency measurements. Geometrically the coils are same, the only difference between them is the radius of the wires wound on them. The sensor consists of two differentially connected identical receiver coils employed to measure secondary field and in between the receiver coils is placed a transmitter coil, which creates the primary field. The coils are coaxial. In the prototype system the transmitter coil is driven by a sinusoidal current of 300 mA (peak) at 50 kHz. In the multi-frequency system the transmitter coil is driven by a sinusoidal current of 217 mA (peak), 318 mA (peak), 219 mA (peak) and 211 mA (peak) at 30 kHz, 50 kHz, 60 kHz and 90 kHz, respectively. A data acquisition card (DAcC) is designed and constructed on a printed circuit board (PCB) for phase sensitive detection (PSD). The equivalent input noise voltage of the card was found as $146.80 hspace{0.1 cm}nV$. User interface programs (UIP) are prepared to control the scanning experiments via PC (HP VEE based UIP, LabVIEW based UIP) and to analyze the acquired data (MATLAB based UIP). A novel sensitivity test method employing resistive ring phantoms is developed. A relation between the classical saline solution filled vessel (45mm radius, 10 mm depth) phantoms and the resistive ring phantoms is established. The sensitivity of the prototype system to saline solutions filled vessels is 13.2 $mV/(S/m)$ and to resistive rings is 155.02 mV/Mho while the linearity is 3.96$%$ of the full scale for the saline solution filled vessels and 0.12$%$ of the full scale for the resistive rings. Also the sensitivity of the multi-frequency system is determined at each operation frequency by using resistive ring phantoms. The results are in consistence with the theory stating that the measured signals are linearly proportional with the square of the frequency. The signal to noise ration (SNR) of the prototype system is calculated as 35.44 dB. Also the SNR of the multi-frequency system is calculated at each operation frequency. As expected, the SNR of the system increases as the frequency increases. The system performance is also tested with agar phantoms. Spatial resolution of the prototype system is found 9.36 mm in the point spread function (PSF) sense and 14.4 mm in the line spread function (LSF) sense. Spatial resolution of the multi-frequency system is also found at each operation frequency. The results show that the resolving power of the system to distinguish image details increases as the frequency increases, as expected. Conductivity distributions of the objects are reconstructed using Steepest-Descent algorithm. The geometries and the locations of the reconstructed images match with those of the real images. The image of a living tissue, a leech, is acquired for the first time in the literature. Magnetic conductivity spectroscopy of a biological tissue is shown for the first time in electrical conductivity imaging via contactless measurements. The results show the potential of the methodology for clinical applications.

Um grande crescimento no interesse por microdispositivos eletroforéticos tem sido observado nos últimos anos. Vantagens atrativas como baixo consumo de reagentes e diminutos tempos de analise são verificados. Microdispositivos fabricados usando toner de impressora e folhas de transparência (poliéster) vem a somar valores como baixo custo e simplicidade de confecção à técnica de micro-separação eletroforética. Entretanto, a aplicação analítica utilizando esse tipo de microdispositivo tem sido pouco explorada. <br />Neste trabalho o uso de microchips eletroforéticos fabricados em poliéster-toner (PT) é utilizado para a determinação simultânea do herbicida glifosato e seu maior metabólito, AMPA (ácido aminometilfosfônico). Em um primeiro momento, o trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia no qual utiliza condutometria sem contato (C4D) como sistema de detecção, aliada à separação eletroforética em microchips de PT. Vários parâmetros que regem uma boa confiabilidade analítica, tanto quanto otimizam a sensibilidade do sistema foram avaliados. <br />Em um segundo momento, ainda aliada à microchips de PT, a técnica de cronoamperometria foi utilizada como sistema de detecção. Nessa etapa do projeto estudos eletroquímicos foram inicialmente realizados em eletrodos convencionais de ouro e cobre, buscando averiguar qual metal apresenta maior sensibilidade para o herbicida glifosato. Tendo o metal cobre como melhor escolha, eletrodos planares foram construídos a partir da combinação das tecnologias da produção de máscaras de toner, e placas de circuito impresso como fonte de cobre. <br />Em ambas as metodologias desenvolvidas, picos bem resolvidos foram encontrados para os analitos em estudo. Tempos menores que 80 s foram gastos entre o processo de separação e detecção; uma boa repetibilidade também foi encontrada. Os valores de limite de detecção (LD) utilizando C4D foram 60,8 e 74,8 &micro;mol L-1 para glifosato e AMPA respectivamente. Como esperado, menores valores de LD foram obtidos na detecção amperométrica, com 1,88 &micro;mol L-1 para glifosato e 16,45 &micro;mol L-1 para AMPA. A aplicabilidade dos métodos foi verificada através da analise do herbicida e seu metabólito em amostras de água. Etapas de derivatização e pré-concentração off-line não foram usadas nesse trabalho, dessa forma os dois métodos desenvolvidos apresentaram como principais vantagens o extremo baixo custo, e a simplicidade de uso. / A large increase in interest in electrophoretic microdevices has been observed in recent years. Advantages attractive as low reagent consumption and low analytical time are checked. Microdevices fabricated using printer toner and polyester transparency sheets are the sum values as low cost and simplicity of the technique of making micro-electrophoretic separation. However, the analytical application using this type of microdevice has been little explored. <br />In this work the use of microchip electrophoresis fabricated on polyester-toner (PT) is used for the simultaneous determination of the herbicide glyphosate and its major metabolite, AMPA (aminomethylphosphonic acid). In a first moment, the work presents the development of a methodology in which the use capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) for determination of analytes is employed, coupled with electrophoretic separation in PT microchips. Several parameters that govern a good analytical reliability and with the intuit of optimizing the sensitivity of the system were evaluated. <br />In a second time and still allied to the PT microchips, the technique of chronoamperometry was used for detection. Electrochemical studies were initially conducted in conventional electrodes of gold and copper, looking for determine which metal is more sensitive to detect the herbicide glyphosate. Having the best choice planar copper electrodes were constructed from a combination of technologies for the production of toner masks, and printed circuit boards. <br />In both, C4D and chronoamperometric detection methodologies, well-resolved peaks were found for the glyphosate and AMPA. Time analysis of less than 80s were found including the separation and detection processes, and a good analytical repeatability was also found. The limits of detection (LOD) using C4D were 60,8 and 74,8 &micro;mol L-1 respectively for glyphosate and AMPA. As expected, lower LOD were obtained in the amperometric detection methodology, 1.9 &micro;mol L-1 for glyphosate, and 16.5 &micro;mol L-1 for AMPA. The applicability of the methods was tested by analyzing the herbicide and its metabolite in fortified water samples. Steps of derivatization and preconcentration off-line were not applied in this work, so the two methods showed as main advantages very low cost and time analysis, and simplicity of application.

Neste trabalho, foram desenvolvidos métodos para determinação de espécies neutras por eletroforese capilar (CE) com detecção condutométrica sem contato (CCD). Estratégias baseadas em eletroforese capilar em solução livre (FSCE) e cromatografia micelar eletrocinética (MEKC) foram utilizadas em três casos: misturas de álcoois alifáticos, misturas de açúcares e salbutamol. Estas substâncias foram escolhidas por apresentarem ampla distribuição de características químicas. Os n-álcoois possuem regiões polares e apoIares distintas ao longo da cadeia carbônica, sendo que em solução aquosa se apresentam invariavelmente como espécies neutras. Os açúcares, apesar das longas cadeias carbônicas, possuem grande número de hidroxilas uniformemente distribuídas e podem ser ionizados a valores elevados de pH. Já o salbutamol, pode ser encontrado como espécie catiônica, neutra ou aniônica, dependendo do pH do meio. A melhor aproximação para os álcoois foi MEKC, que permitiu a separação e detecção da ordem de 10-4 mol&middot;L-1 para cinco isômeros de pentanol. A utilização de eletrólito de corrida com pH 12,1 permitiu a determinação de frutose, glicose, galactose e sacarose da ordem de 10-5 moI&middotL-1 por FSCE em capilares de 20 &#181;m. Salbutamol pode ser detectado como cátion e ânion em FSCE em limites de detecção da ordem de dez vezes menores que aquele obtido para a espécie neutra por MEKC. Como o mecanismo pelo qual ocorre a detecção condutométrica em MEKC não era ainda bem conhecido, foram desenvolvidos experimentos que ajudassem a elucidá-Io. Medidas de condutividade, viscosidade e análise de impedância de soluções tampão com dodecilsulfato de sódio (SDS) com n-álcoois e experimentos com soluções similares em MEKC demonstraram que a resposta observada com CCD é bastante complexa, pois vários fenômenos contribuem para o comportamento da condutividade na região dos analitos. Os principais fenômenos, os quais não estavam sendo devidamente considerados em modelos anteriores, são a dissociação e a ionização provocadas pelos analitos sobre as micelas. Estes fenômenos seriam particularmente significativos para as mobilidades das espécies envolvidas nas micelas, provocando a propagação de vacâncias que seriam então detectadas. / In the present work, analytical methods for determination of neutral species based on capillary electrophoresis (CE) with contactless conductivity detection (CCD) were developed. Free solution capillary electrophoresis (FSCE) and micelar electrokinetic chromatography (MEKC) were applied to three cases: mixtures of aliphatic alcohols, mixtures of sugars, and salbutamol. These substances were selected due to their distinctiveness. The alcohols have well-defined polar and apoIar regions in their carbonic chain and are typical non-ionic species in aqueous medium. The sugars have a great number of hydroxyl groups along the carbonic chain, which give a polar nature and can be ionized at high pH values. The salbutamol is amphoteric. The best approach for the alcohols was MEKC that allowed separation of five pentanol isomers with limit of detection of 10-4 mol&middot;L-1. A running electrolyte with pH 12.1 allowed determination of 10-5 mol&middot;L-1 of fructose, glucose, galactose, and sucrose, using FSCE with 20-&#181;m inner diameter capillary. The sensitivity for the cationic and anionic forms of albuterol in FSCE was about ten times greater than that one achieved by MEKC for the neutral species. Since the conductivity detection in MEKC was not clearly understood, some experiments were carried out in order to improve the knowledge about it. Conductivity and viscosity measurement as well as impedance analysis of buffered sodium dodecyl sulfate solution with n-alcohols and experiments using similar conditions in MEKC showed that CCD response is complex, because several phenomena contribute to the solution conductivity in the region of the analytes. The main phenomena, which are not properly considered in the previous models, are the effects of the analytes on the dissociation and ionization of the micelles. These phenomena would be responsible for the vacancies detected as negative peaks, which would be formed by the augment of the mobilities of the species involved in the micelle formation.

The first part of thesis is theoretical and it is the introduction into conductometry. It defines the essential terms of this field as well as contact and contactless methods of measurement of fluid conductivity and also the influential parasitic phenomena and possibilities of their elimination. The second part is dealing with design of the contactless transformer conductivity probe. The characteristics of designed probe are verified in the practical part of the thesis. The final part of the thesis is dealing with measurement according to the defined points in the assignment. The characteristics of several contact probes are verified and also the characteristic of the contactless transformer probe, which was implemented according to the design from the second part. Outcomes of these measurements establish the suitable power supply frequencies and currents for all these probes.

O trabalho descrito nesta tese mostra a aplicação de um sistema de detecção condutométrica sem contato acoplado capacitivamente (C4D) para monitorar interações biomoleculares em microssistemas analíticos. Inicialmente, o desempenho analítico de microssistemas fabricados em vidro, poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e poliéster-toner (PT) foi avaliado de modo a escolher o melhor material (em termos de facilidades de fabricação, custo e repetibilidade) para os ensaios biomoleculares. Dentre os materiais estudados, os dispositivos fabricados em PT mostraram-se mais adequados para testes rápidos, onde a repetibilidade analítica não é o parâmetro mais importante. Os dispositivos fabricados em PDMS e selados contra uma placa de vidro apresentaram os melhores resultados em termos de repetibilidade e o desempenho analítico foi similar aos dispositivos de vidro. Dessa maneira, os dispositivos fabricados em PDMS/vidro foram escolhidos para a demonstração dos objetivos da tese. Por outro lado, os dispositivos fabricados em PT foram explorados para estudar a configuração geométrica do sistema de C4D. A instrumentação para monitoramento dos ensaios de ligação foi composta basicamente de dois sistemas de C4D, um software escrito em LabVIEW e um sistema de bombeamento das soluções. De modo a encontrar a configuração ideal da cela de detecção, geometrias contendo três, quatro e cinco eletrodos foram avaliadas em dispositivos de PT. A configuração ótima foi composta de três eletrodos, espaçados simetricamente. Nesta geometria, um eletrodo é utilizado para aplicar o sinal senoidal de excitação e os outros dois são utilizados para capturar o sinal resultante. As dimensões dos eletrodos (largura e espaçamento entre eles) foram otimizados usando ferramentas quimométricas. O complexo avidina-biotina foi utilizado como modelo de ligação para mostrar a aplicabilidade do sistema proposto. Para os microssistemas biomoleculares, os eletrodos (com geometria otimizada) foram fabricados sobre a superfície de uma placa de vidro por fotolitografia, sputtering e lift-off. Os eletrodos de detecção foram isolados com uma camada de óxido de silício com espessura de 50 nm, depositada pelo processo de deposição química em fase de vapor assistida por plasma. A camada de SiO2 foi modificada quimicamente com solução de 3-amino-propil-trietóxi-silano em etanol. Para imobilização covalente de biotina, uma alíquota de 10 ?L de fotobiotina dissolvida em água (0,1 mg/mL) foi adicionada à superfície e exposta a radiação ultravioleta (365 nm, 10 mW/cm2) durante 15 min. A detecção foi realizada aplicando um sinal senoidal, a partir de um gerador de funções, ao eletrodo de excitação registrando o sinal resultante nos dois eletrodos receptores. Para minimizar a captura de ruído elétrico, os experimentos foram realizados em uma gaiola de Faraday. O controle e a aquisição de dados foi feito mediante um software escrito em LabVIEW monitorando os sensorgramas de condutividade em tempo real. Os canais microfluídicos foram fabricados em PDMS por litografia suave e selados irrevesivelmente contra a placa de vidro contendo os eletrodos isolados e modificados quimicamente. As soluções (tampão e amostra) foram manuseadas com auxílio de uma bomba peristáltica ou duas bombas seringas. Soluções contendo tampão e avidina foram introduzidas nos microcanais e as mudanças de conductividade foram monitoradas em função do tempo. As soluções contendo avidina permaneceram em contato com a superfície modificada até o sinal de condutividade atingir um patamar de equilíbrio. Depois disso, solução tampão foi introduzida no microcanal para remover os analitos adsorvidos à superfície. Duas válvulas solenóides foram utilizadas para permitir um controle automático da distribuição das soluções nos microcanais. O limite de detecção obtido para a interação entre avidina e biotina foi de 75 nmol L-1. / The study reported in this thesis shows the application of a capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) for monitoring biomolecular interactions on analytical microsystems. Initially, the analytical performance of the microsystems fabricated in glass, poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and polyester-toner (PT) was investigated in order to choose the best material (in terms of fabrication facilities, costs and repeatability) for the biomolecular assays. Among all substrate materials studied, devices fabricated in PT showed suitability for quick experiments, in which the analytical repeatability is not the most important parameter. The devices fabricated in PDMS and sealed against a glass plate presented the best results in terms of repeatability and the analytical performance was similar to that one of glass devices. For this reason, PDMS/glass devices were chosen for showing the goals of this thesis. On the other hand, PT devices were employed to study the geometrical design of the C4D system. The instrumentation for monitoring binding assays was basically composed of two C4D systems, a software written in LabVIEW and a solution pumping system. In order to find the suitable detection cell configuration for this dual-C4D system, designs containing three, four and five electrodes were evaluated on PT devices. The optimal design was composed of three electrodes symmetrically spaced. In this configuration, one electrode is used for applying an excitation sinusoidal wave and the other two for picking up the resulting signal. The dimensions of the electrodes (width and gap) were optimized by chemometric tools. The avidin-biotin complex was used as a binding model for showing the feasibility of the proposed system. For the biomolecular microsystems, electrodes were fabricated on glass surface using photolithographic, sputtering and lift-off processes. Detection electrodes were insulated with a 50-nm silicon oxide layer deposited by plasmaenhanced chemical vapor deposition. The SiO2 layer was functionalized by immersing the cleaned surface in a 3-aminopropyltriethoxy-silane solution in ethanol for 3 h. For biotinylation of the amino-silane layer, 10 ?L of photobiotin dissolved in deionized water (0.1 mg/mL) was dropped on the modified glass surface and exposed to a 365 nm UV radiation at intensity of 10 mW/cm2 for 15 min. Detection was carried out by passing a sinusoidal excitation signal from the function signal generator to the first electrode and picking up the resulting signal at the two receiver electrodes. To reduce electrical noise pickup, all measurements were carried out in a Faraday cage. The data acquisition was obtained in a software written in LabVIEW and the conductivity sensorgrams were recorded in real-time. The microfluidic network was fabricated in PDMS by soft lithography and irreversibly sealed against the electrodes plate. Solutions were handled into microfluidic channels using a peristaltic pump or two syringe pumps. Buffer and avidin-containing solution was injected into the microchannels and conductivity changes were monitored over time. Avidin solutions were allowed to remain in contact with the surface until a stable conductivity had reached equilibrium. Avidin-free buffer solutions were then injected to rinse off non-specifically bound analytes. Two solenoid valves were used to allow an automatic dispensing of the sample/buffer solution into microchannels. The limit of detection found for avidin-biotin system was 75 nmol L-1.

Neste trabalho, foram efetuados estudos sobre o comportamento eletroforético dos íons hidrônio (H3O+) e hidroxila (OH-) utilizando eletroforese capilar em zona em meio não-tamponado e detecção condutométrica sem contato. Alterações na composição do eletrólito de corrida devido à eletrólise foram evitadas empregando um sistema de eletrólise separada. A determinação de ácidos com pKas menores ou iguais ao pH do eletrólito de corrida foi possível. A possibilidade da análise em bases fortes também foi demonstrada. Eletrólitos de corrida com pH entre 4,5 e 7,0 (para o H3O+) e entre 7,0 e 9,0 (para o OH-) mostraram-se favoráveis para a análise. Ambas as espécies apresentaram interação com os grupos silanóis do capilar. Dificuldades na análise do íon OH- decorreram também de: reação da sílica com o analito e com o eletrólito de corrida e absorção de CO2 atmosférico. A mobilidade do íon H3O+ medida foi 8% abaixo da obtida por outras técnicas. A curva para determinação de OH- em base forte, com solução de trifluoracetato de lítio 10 mmol L-1 (pH 8,5) como eletrólito de corrida, mostrou boa linearidade na faixa de 0,5 a 7,0 mmol L-1. As curvas de quantificação de H3O+ titulável em amostras de ácidos fortes, fracos e suas misturas, com solução de LiCl (pH 5,5) como eletrólito de corrida, apresentaram ampla faixa de resposta linear, com boa linearidade, ao redor de 0,05 a 10 mmol L-1. / In this work, studies about the electrophoretic behavior of hydronium (H3O+) and hydroxyl (OH-) ions using capillary zone electrophoresis in unbuffered medium and contactless conductity detection were developed. Variations in running electrolyte composition due to electrolysis were avoided using an electrolysis separated system. The analysis of acids with the same or lower pKa than the running electrolyte pH was possible. The possibility of strong bases analysis was demonstrated as well. Good results were achieved using running electrolytes with pH between 4.5 and 7.0, for H3O+ analysis, and between 7.0 and 9.0, for OH- analysis. Both species interacted with the silanol groups of silica capillary. Other problems in the determination of OH- were: reaction of silica with the analyte as well as with the running electrolyte and absorption of atmospheric CO2. The H3O+ mobility calculated was 8% lower than values obtained in the literature. Analytical curve of OH- ion in strong base, using 10 mmol L-1 litium trifluoracetate (pH 8.5) as running electrolyte, resulted in good linearity in a range of 0.5 to 7.0 mmol L-1. Analytical curves of titrable hydronium ion in samples of strong and weak acids, as well in their mixture, using 10 mmol L-1 LiCl (pH 5.5) as running electrolyte, resulted in wide linear range (0.05 mmol L-1 to 10 mmol L-1).