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With the growing power dissipation and more densely packed circuits, the issue of efficient thermal management has become crucial. The safe and reliable operations of microchips have a requirement on a junction temperature below 85??C. In order to meet the heat dissipation requirement at the level of 1 MW m???? of the next generation microchips, a new cooling approach has been proposed by combining the merits from forced convection in the microchannel and the synthetic jet impingements. A parametric study has been carried out on the operating conditions on the synthetic jet actuator, these parameters including: the frequency of the diaphragm in the actuator, the jet outlet velocity both in magnitude and the wave shape as well as the pressure difference between the channel two ends. It was found that these parameters have combined effect on the flow structure as well as the heat transfer rate in the microchannel. When the average jet velocity was at 2.36 ms??¹(Rej= 130), with a fixed pressure difference at 750 Pa, the maximum temperature in the silicon wafer has been reduced to about 343 K at both 560 and 1120 Hz, which was 2 K lower than when 280 Hz was used. However when the average jet velocity was increased by 50 %, the optimal heat transfer then occurred at 1120 Hz, the maximum temperature was reduced to 337 K, with 4 K and 5K difference of 280 and 560 Hz, respectively. Furthermore when the average jet velocity was doubled from Rej= 130, the frequency at 280 Hz achieved the lowest maximum temperature in the wafer at 336 K that was 5 K and 3 K lower than 560 Hz and 1120 Hz. The flow temperature in the actuator is an important factor which affects the heat transfer in the microchannel. In order to lower the cavity temperature and avoid the ingestion of the already mixed flow, the time portion of the ingestion and ejection phases has been altered, by reducing the ejection time and increasing the ingestion time. However this approach did not show any significant effect in the heat transfer process or decreasing the flow temperature in the cavity. However in a later study by increasing the pressure difference across the channel, the flow temperature in the cavity has been substantially reduced and the heat transfer in the channel changed significantly according to the flow structure. It was found that the high pressure in the channel could deliver the vortical structure to the hotter part of the wafer thus decreasing the maximum temperature in the silicon effectively, especially when high jet velocity was used. When high jet velocity has been used, irregular variation of the flow was found The unrepeatable feature of the flow is related to the frequency, jet velocity as well as the channel pressure difference.

A eletroforese capilar em microchips (µCE ou MCE) é uma forma diferente de eletroforese capilar que tem se desenvolvido muito nos últimos anos. Essa técnica usa microdispositivos feitos em placas que podem ser de vidro ou polímero contendo canais de dimensões micrométricas ao invés de um capilar de sílica. Ganhos significativos têm sido obtidos em termos de tempo de análise, volume manipulado, dimensões físicas, consumo energético e integrabilidade com outros sistemas. Neste trabalho foi empregada uma técnica diferente de microfabricação, usando toner de impressora laser e folhas de transparência para a construção de dispositivos para microfluídica. A técnica se mostra simples, rápida e excelente para prototipagem. Visando a aplicação desses microchips de toner-poliéster, esse trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de instrumentação para separações químicas usando microdispositivos de toner-poliéster. Fontes de alta-tensão e de corrente foram desenvolvidas usando módulos conversores de baixa para alta-tensão elétrica. As programações das fontes foram feitas usando tensões elétricas geradas por uma placa de aquisição de dados ou por um conversor digital-analógico (DAC) com uma interface de comunicação I2C. Todo o controle foi desenvolvido em sistema GNU/Linux. Um sistema de injeção hidrodinâmico também foi desenvolvido usando um compressor de ar de diafragma juntamente com um sistema de amortecimento pneumático de pulsações e tendo sua pressão interna estabilizada por uma coluna d\'água. Um medidor de pressão eletrônico foi desenvolvido, usando um sensor de pressão, e calibrado com um manômetro de coluna d\'água. Registros de pressão de -10, -1, +1 e +10cm de coluna d\'água em função de diferentes tempos de injeção foram feitos usando um software controlando o acionamento do injetor hidrodinâmico e efetuando leituras do medidor de pressão eletrônico. Os dados mostram que colunas d\'água de 10cm e tempos de injeção maiores que 3 segundos exibem um desvio padrão relativo (RSD) de aproximadamente 0,5% em módulo. uUma proposta diferente de construção de reservatórios é apresentada. Tal proposta usa mantas de silicone e um bloco de acrílico para a definição dos reservatórios. Observou-se que essa configuração promove o estrangulamento dos canais nas microestruturas de toner-poliéster. Assim, a configuração de colagem de reservatórios por pedaços de tubos, mostrou-se melhor para uso com dispositivos de toner-poliéster descartáveis. Uma nova forma de confecção de eletrodos para detecção condutométrica sem contato acoplada capacitivamente (C4D) foi desenvolvida usando placas de circuito impresso (PCB). Após a confecção dos eletrodos pelo processo de corrosão de PCB a placa foi recoberta com uma resina para que os espaços entre os eletrodos ficassem da mesma altura da camada de cobre. Essa configuração é simples e permite uma maior integração de circuitos eletrônicos. Testes de separação eletroforética foram feitos usando a instrumentação desenvolvida neste trabalho. Soluções de 100µM dos cloretos de K+, Na+ e Li+ dissolvidos em tampão HLac/His 2mM foram usadas para os testes. Essas espécies foram injetadas eletrocineticamente e separadas usando tampão HLac/His 20mM. A quantificação não foi possível por apresentar irreprodutibilidade no processo de injeção devido ao uso de espécies de elevada mobilidade, juntamente com longos canais de injeção. Também foram realizados testes com amostras de sangue permitindo a separação de K+ e Na+ sem pré-tratamento. Separações isotacoforéticas de 1mM dos cloretos de K+, Na+ e Li+ e 1mM de HCl, como eletrólito líder, e 1mM de cloreto de tetrametilamônio, como terminador, foram realizadas para demonstrar a funcionalidade do sistema em sistemas isotacoforéticos. / The Microchip Capillary Electrophoresis (µCE or MCE) is a different kind of capillary electrophoresis that has been growing. This technique uses devices made with small plates of glass or polymer with a microchannel instead of a silica capilar. Improvements in time analysis, sample volumes, physical dimensions, power consume, and integrability with diferent systems have been archieved. A diferent microfabrication technique using laser printer toner and polyester sheets was used to build devices for microfluidic devices. This tecnique is simple, fast and suitable for prototyping. In this work were developed instruments for use with these toner-polyester microdevices. High-voltage and current sources were developed using high-voltage conversors (DC/HVDC). The programming was obtained by electric voltages from a data acquisition board and a digital-analogic conversor (DAC) with a I2C interface communication. Its control was made in a GNU/Linux System. An hidrodynamic injector was developed using an air compressor with a pulse dumper. The internal pressure was regulated by water column. An electronic manometer was built and calibrated with a water manometer. Recording of pressure using -10, -1, +1, and +10cm water column using different injection times were acquired with a data acquisition system. The data show that when water columns of ca. 10cm and injection times greater than 3 seconds are used, the relative standard deviation (RSD) is about 0.5% in modulus. A different way to build vials is presented. This method uses a silicone mantle and plastic glass block with holes. As a result, channels are stragled due to the poliester sheets. A new way to build electrodes for capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) using printed circuit boards (PCB) is shown. After the corrosion of the copper board, varnish is applied on the board to planify its surface. This configuration is simple and allows good integrability with the electronic circuit. Electrophoretic tests using the instrumentation developed was performed by separation of 100µM K+, Na+ and Li+ solutions in 2mM HLac/His buffer. This solutions were injected by electrokinetic method and separated using 20mM HLac/His buffer under high-voltage. The three species were detected but not quantified due to irreprodutibilities of the electrokinetic injection with high mobility ions. Demonstrative separations of K+ and Na+ were made with the same chemical system and blood samples without pretreatment. Isotacophoretic separations of 1mM K+, Na+, and Li+ in 1mM HCl (leader electrolyte) and 1mM tetramethylammonium (terminate electrolyte) were carried outto demonstrate the system functionality.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-08-25T18:05:35Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Dadalto Gimenez - 2016.pdf: 1825933 bytes, checksum: 5a60bb7603f0e0d32606fdd6c1e83d47 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-08-26T11:38:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Dadalto Gimenez - 2016.pdf: 1825933 bytes, checksum: 5a60bb7603f0e0d32606fdd6c1e83d47 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-26T11:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Dadalto Gimenez - 2016.pdf: 1825933 bytes, checksum: 5a60bb7603f0e0d32606fdd6c1e83d47 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-06-24 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Miniaturized analytical systems have been successfully used in many analytical and bioanalytical applications. In the field of clinical diagnoses, microfluidic devices can make analyses become faster, cheaper and more sensitive, and can also enable the performance of point-of-care tests. Diagnoses based in molecular biology techniques can be divided in three main steps (nucleic acid extraction, amplification and detection), and all these steps can be adapted for microscale. Here, we report the development of RNA analytical methods in disposable microdevices that may be further used in a micro total analysis system (μTAS). Analytical methods were developed for dengue virus detection, to enable RNA based molecular diagnoses in low cost devices. RNA extraction was carried out through a dynamic solid phase extraction (dSPE) methodology, by using magnetic silica particles. Extraction process occurs by performing three steps: RNA adsorption to the magnetic silica particles surface, washing of the beads and elution of purified RNA. PeT microchips used for RNA extraction were produced by printing, cutting and lamination of polyester films. Microchannels were 18 mm length and 1.2 mm width, and the volume of channels were 6.0 μL. High quality RNA, amplifiable by the reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and reverse transcription loopmediated isothermal amplification (RT-LAMP), was obtained by dSPE. In addition to RNA extraction, the RNA detection by RT-LAMP in PeT devices was also demonstrated in this work. Amplified products were separated in agarose gel or detected by naked eye visualization after addition of fluorescent intercalant substances. The success of RNA extraction and amplification by RT-LAMP demonstrates the potential of PeT microdevices in performing molecular diagnosis for detection of pathogens whose genome is consisted by RNA. / Os sistemas analíticos miniaturizados vêm sendo utilizados com sucesso em muitas aplicações analíticas e bioanalíticas. No campo de diagnósticos clínicos, dispositivos microfluídicos podem tornar as análises mais rápidas, baratas, sensíveis, além de possibilitar a realização de exames no point-of-care. Diagnósticos baseados em técnicas de biologia molecular podem ser divididos em três etapas (extração, amplificação e detecção do ácido nucleico), sendo que todas essas etapas podem ser adaptadas para microescala. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de métodos de análises de RNA em microdispositivos descartáveis que podem futuramente ser associados em microssistemas para análises totais (μTAS). As metodologias foram desenvolvidas para detecção do vírus dengue, a fim de possibilitar diagnósticos moleculares baseados em RNA viral em dispositivos de baixo custo e com as vantagens associadas à microfluídica. Para a extração do RNA utilizou-se uma metodologia de extração dinâmica em fase sólida (dSPE), com a utilização de partículas magnéticas de sílica. O processo de extração ocorre através da realização de três etapas: adsorção do RNA na superfície das partículas magnéticas de sílica, lavagem das partículas e eluição do RNA purificado. Os microchips de PeT utilizados na extração foram fabricados por impressão, corte dos canais e laminação dos filmes de poliéster. As dimensões dos canais foram 18 mm de comprimento e 1,2 mm de largura, sendo que o volume dos canais foi de 6,0 μL. RNA de alta qualidade, amplificável via reação em cadeia da polimerase pós transcrição reversa (RT-PCR) e amplificação isotérmica mediada por loop pós transcrição reversa (RT-LAMP), foi obtido através da dSPE. Além da extração do RNA, a detecção de RNA via RT-LAMP em dispositivos de PeT também foi demonstrada neste trabalho. Os produtos amplificados foram separados em gel de agarose ou visualizados a olho nu através da adição de intercaladores fluorescentes. O sucesso da extração de RNA e da amplificação via RT-LAMP demonstram o potencial dos microdispositivos de PeT na realização de diagnósticos moleculares para detecção de patógenos cujo genoma consiste de RNA.

A eletroforese capilar em microchips (µCE ou MCE) é uma forma diferente de eletroforese capilar que tem se desenvolvido muito nos últimos anos. Essa técnica usa microdispositivos feitos em placas que podem ser de vidro ou polímero contendo canais de dimensões micrométricas ao invés de um capilar de sílica. Ganhos significativos têm sido obtidos em termos de tempo de análise, volume manipulado, dimensões físicas, consumo energético e integrabilidade com outros sistemas. Neste trabalho foi empregada uma técnica diferente de microfabricação, usando toner de impressora laser e folhas de transparência para a construção de dispositivos para microfluídica. A técnica se mostra simples, rápida e excelente para prototipagem. Visando a aplicação desses microchips de toner-poliéster, esse trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de instrumentação para separações químicas usando microdispositivos de toner-poliéster. Fontes de alta-tensão e de corrente foram desenvolvidas usando módulos conversores de baixa para alta-tensão elétrica. As programações das fontes foram feitas usando tensões elétricas geradas por uma placa de aquisição de dados ou por um conversor digital-analógico (DAC) com uma interface de comunicação I2C. Todo o controle foi desenvolvido em sistema GNU/Linux. Um sistema de injeção hidrodinâmico também foi desenvolvido usando um compressor de ar de diafragma juntamente com um sistema de amortecimento pneumático de pulsações e tendo sua pressão interna estabilizada por uma coluna d\'água. Um medidor de pressão eletrônico foi desenvolvido, usando um sensor de pressão, e calibrado com um manômetro de coluna d\'água. Registros de pressão de -10, -1, +1 e +10cm de coluna d\'água em função de diferentes tempos de injeção foram feitos usando um software controlando o acionamento do injetor hidrodinâmico e efetuando leituras do medidor de pressão eletrônico. Os dados mostram que colunas d\'água de 10cm e tempos de injeção maiores que 3 segundos exibem um desvio padrão relativo (RSD) de aproximadamente 0,5% em módulo. uUma proposta diferente de construção de reservatórios é apresentada. Tal proposta usa mantas de silicone e um bloco de acrílico para a definição dos reservatórios. Observou-se que essa configuração promove o estrangulamento dos canais nas microestruturas de toner-poliéster. Assim, a configuração de colagem de reservatórios por pedaços de tubos, mostrou-se melhor para uso com dispositivos de toner-poliéster descartáveis. Uma nova forma de confecção de eletrodos para detecção condutométrica sem contato acoplada capacitivamente (C4D) foi desenvolvida usando placas de circuito impresso (PCB). Após a confecção dos eletrodos pelo processo de corrosão de PCB a placa foi recoberta com uma resina para que os espaços entre os eletrodos ficassem da mesma altura da camada de cobre. Essa configuração é simples e permite uma maior integração de circuitos eletrônicos. Testes de separação eletroforética foram feitos usando a instrumentação desenvolvida neste trabalho. Soluções de 100µM dos cloretos de K+, Na+ e Li+ dissolvidos em tampão HLac/His 2mM foram usadas para os testes. Essas espécies foram injetadas eletrocineticamente e separadas usando tampão HLac/His 20mM. A quantificação não foi possível por apresentar irreprodutibilidade no processo de injeção devido ao uso de espécies de elevada mobilidade, juntamente com longos canais de injeção. Também foram realizados testes com amostras de sangue permitindo a separação de K+ e Na+ sem pré-tratamento. Separações isotacoforéticas de 1mM dos cloretos de K+, Na+ e Li+ e 1mM de HCl, como eletrólito líder, e 1mM de cloreto de tetrametilamônio, como terminador, foram realizadas para demonstrar a funcionalidade do sistema em sistemas isotacoforéticos. / The Microchip Capillary Electrophoresis (µCE or MCE) is a different kind of capillary electrophoresis that has been growing. This technique uses devices made with small plates of glass or polymer with a microchannel instead of a silica capilar. Improvements in time analysis, sample volumes, physical dimensions, power consume, and integrability with diferent systems have been archieved. A diferent microfabrication technique using laser printer toner and polyester sheets was used to build devices for microfluidic devices. This tecnique is simple, fast and suitable for prototyping. In this work were developed instruments for use with these toner-polyester microdevices. High-voltage and current sources were developed using high-voltage conversors (DC/HVDC). The programming was obtained by electric voltages from a data acquisition board and a digital-analogic conversor (DAC) with a I2C interface communication. Its control was made in a GNU/Linux System. An hidrodynamic injector was developed using an air compressor with a pulse dumper. The internal pressure was regulated by water column. An electronic manometer was built and calibrated with a water manometer. Recording of pressure using -10, -1, +1, and +10cm water column using different injection times were acquired with a data acquisition system. The data show that when water columns of ca. 10cm and injection times greater than 3 seconds are used, the relative standard deviation (RSD) is about 0.5% in modulus. A different way to build vials is presented. This method uses a silicone mantle and plastic glass block with holes. As a result, channels are stragled due to the poliester sheets. A new way to build electrodes for capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) using printed circuit boards (PCB) is shown. After the corrosion of the copper board, varnish is applied on the board to planify its surface. This configuration is simple and allows good integrability with the electronic circuit. Electrophoretic tests using the instrumentation developed was performed by separation of 100µM K+, Na+ and Li+ solutions in 2mM HLac/His buffer. This solutions were injected by electrokinetic method and separated using 20mM HLac/His buffer under high-voltage. The three species were detected but not quantified due to irreprodutibilities of the electrokinetic injection with high mobility ions. Demonstrative separations of K+ and Na+ were made with the same chemical system and blood samples without pretreatment. Isotacophoretic separations of 1mM K+, Na+, and Li+ in 1mM HCl (leader electrolyte) and 1mM tetramethylammonium (terminate electrolyte) were carried outto demonstrate the system functionality.

Polymeric microchips have received increasing attention in chemical analysis because polymers have attractive properties, such as low cost, ease of fabrication, biocompatibility and high flexibility. However, commercial polymers usually exhibit analyte adsorption on their surfaces, which can interfere with microfluidic transport in, for example, chemical separations such as chromatography or electrophoresis. Usually, surface modification is required to eliminate this problem. To perform stable and durable surface modification, a new polymer, poly(methyl methacrylate-co-glycidyl methacrylate) (PGMAMMA) was prepared for microchip fabrication, which provides epoxy groups on the surface. Whole surface atom transfer radical polymerization (ATRP) and in-channel ATRP approaches were employed to create uniform and dense poly(ethylene glycol) (PEG)-functionalized polymer brush channel surfaces for capillary electrophoresis (CE) separation of biomolecules, such as peptides and proteins. In addition, a novel microchip material was developed for bioanalysis, which does not require surface modification, made from a PEG-functionalized copolymer. The fabrication is easy and fast, and the bonding is strong. Microchips fabricated from this material have been applied for CE separation of small molecules, peptides, proteins and enantiomers. Electric field gradient focusing (EFGF) is an attractive technique, which depends on an electric field gradient and a counter-flow to focus, concentrate and separate charged analytes, such as peptides and proteins. I used the PEG-functionalized copolymer to fabricate EFGF substrates. The separation channel was formed in an ionically conductive and protein resistant PEG-functionalized hydrogel, which was cast in a changing cross-sectional cavity in the plastic substrate. The hydrogel shape was designed to create linear or non-linear gradients. These EFGF devices were successfully used for protein focusing, and their performance was optimized. Use of buffers containing small electrolyte ions promoted rapid ion transport in the hydrogel for achieving the designed gradients. A PEG-functionalized monolith was incorporated in the EFGF separation channel to reduce dispersion and improve focusing performance. Improvement in peak capacity was proposed using a bilinear EFGF device. Protein concentration exceeding 10,000-fold was demonstrated using such devices.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-10-06T10:38:15Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Camilla Benevides Freitas - 2014.pdf: 3459062 bytes, checksum: 7aadb2577af4955f871479e3fba5d319 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-10-06T15:38:01Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Camilla Benevides Freitas - 2014.pdf: 3459062 bytes, checksum: 7aadb2577af4955f871479e3fba5d319 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-06T15:38:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Camilla Benevides Freitas - 2014.pdf: 3459062 bytes, checksum: 7aadb2577af4955f871479e3fba5d319 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-05-02 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / This work describes the evaluation of commercial microchip electrophoresis system for the analysis of inorganic ions in different real samples. The electrophoretic separation was carried out in commercial glass microchip with integrated capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D). The optimization process was performed ranging the concentration background electrolyte as well as detection parameters, frequency and amplitude signal. Furthermore, analytical performance was evaluated with linearity, repeatability and recovery study. The best separation of chloride (Cl-), nitrate (NO3-), sulfate (SO42-) and nitrite (NO2-) was obtained with mixture of lactic acid (30 mmolL-1) and histidine (15 mmolL-1). Frequency and amplitude were ranged from 100 to 1200 kHz and from 1 to 100 Vpp, respectively. Test with detection parameters was performed employed a classic univariate approach. Frequency of the 1100 kHz and amplitude of 60 Vpp was found the best condition for separation process. Quantitative analysis was performed in different real samples as well as honey, sausage, biofertilizers, river water, tap water and aquarium environment water. In honey sample found Cl-, NO3- e SO42-. Meia Ponte River and João Leite stream was found Cl- e SO42-. These same species was also found in sausage sample. In the analysis of aquarium environment water was observed Cl-, NO3-, SO42- and NO2-. Besides the quantitative analysis, the monitoring of inorganic ions (Cl-, NO3-, SO42- and NO2-) in aquarium environment with and without fish. The water without fish was possible keep up with nitrification process in the nitrogen cycle and to examine the conversion time of the species involved. On the other hand, in analyses of water with fish the results showed an increase of nitrate concentration over weeks and were possible quatify the nitrite in lethal level for fish. According to the results achieved herein, it is possible to conclude that the use glass electrophoresis chips associated with commercial instrumentation has demonstrated good capability of performing quantitative analysis of important environmental compounds in real samples. / Este trabalho descreve a avaliação de um sistema eletroforético comercial para análise de íons inorgânicos em uma diversidade de amostras reais. A separação eletroforética foi realizada em um microchip comercial a base de vidro com detecção condutométrica sem contato capacitivamente acoplada (C4D). Realizou-se um estudo de otimização da concentração do eletrólito bem como os parâmetros de detecção como frequência e amplitude da onda senoidal. Além disso, foi avaliado o desempenho analítico do sistema com estudos de lineraridade, repetibilidade e recuperação. O melhor eletrólito para realizar a separação cloreto (Cl-), nitrato (NO3-), sulfato (SO42-) e nitrito (NO2-) foi a mistura de ácido láctico e histidina na concentração de 30 e 15 mmolL-1, respectivamente. Variou-se a frequência de 100 a 1200 kHz e a amplitude de 1 a 100 Vpp. Aplicou-se o método univariado para análise de frequência e amplitude, no qual as melhores condições encontradas foram frequência de 1100 kHz e amplitude de 60 Vpp. Encontrada as condições ideais para análise dos ânions, fez-se um estudo de quantificação dos íons em amostras de mel, salsicha, biofertilizante, água de rio, torneira e áquario. Na amostra de mel foi encontrado Cl-, NO3- e SO42-. Nas águas de torneira, do Rio Meia Ponte e do Ribeirão João Leite foram encontrados Cl- e SO42-. Essas mesmas espécies foram encontradas também nas amostras de salsicha. Na análise de água de um ambiente de aquário foram encontrados Cl-, NO3-, SO42- e NO2-. Além da análise quantitativa, realizou-se o monitoramento dos íons inorgânicos (Cl-, NO3-, SO42- e NO2-) em um ambiente simulado de aquário sem peixes, no qual possibilitou acompanhar o processo de nitrificação no ciclo do nitrogênio e verificar o tempo de conversão das espécies envolvidas. O mesmo monitoramento foi realizado em um ambiente de aquário com peixes, possibilitando visualizar o aumento da concentração do nitrato ao longo das semanas e quantificar o nitrito em um nível que pode ter sido letal para os peixes. De acordo com os resultados descritos, conclui-se que os chips eletroforéticos de vidro, associados à instrumentação comercial, demonstraram boa capacidade de realizar análises quantitativas de importantes compostos ambientais em amostras reais.

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.

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.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-09-12T17:12:09Z No. of bitstreams: 2 Tese - Ellen Flávia Moreira Gabriel - 2016.pdf: 5261570 bytes, checksum: 5ada90cb52637625bbd0a9853f342564 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-15T12:23:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Ellen Flávia Moreira Gabriel - 2016.pdf: 5261570 bytes, checksum: 5ada90cb52637625bbd0a9853f342564 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T12:23:41Z (GMT). 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MSE was coupled with amperometric detection and this work showed for the use of a decoupler produced by a mixture between PDMS and sugar the first time. The proof-of-concept testing of the final device demonstrated the analysis of a model mixture of phenolic compounds within 200 s with baseline resolution. Injection and control of the solution inside the microchannel was the another parameter improved during the development of this project. Hydrodynamic injector was developed using an electronic micropipette. The dispenser function of the micropipette can be explored to inject fractioned sample volumes inside the microchannel. The volume equaling 0.6 μL was considered ideal to completely fill the injection channel. In order to have better control of the sample volume, microdevices with different configuration were proposed. A microdevice with two auxiliary channels (split configuration) was select to realize the experimental part. When compared to electrokinetic injection, hydrodynamic showed better analytical performance including correcting the bias effect, which is the main problem related to electrokinetic injection. μPAD surface was modified by two different methodologies, using silica nanoparticles and chitosan. The modification process was used to solve the drawback related to the non-homogeneity or uniformity of color development in the detection zone. Silica nanoparticles and chitosan were incorporated on the cellulose surface to function as a new support to immobilize the selected enzyme. The modification process with both the nano and bio compounds improved the analytical performance, increased the reliability of the low cost platform and decreased the limit of detection (LD) of colorimetric system. The resulting LD for the glucose and uric acid assays were 23 and 37 μM, respectively. The enhanced analytical performance of modified the μPADs ensured for the first time the colorimetric detection of glucose in tear samples from four non-diabetic patients. The found concentration levels ranged from 130 to 380 μM. / O trabalho descrito nesta tese mostra uma variedade de melhorias instrumentais desenvolvida tanto para os microssistemas eletroforéticos (MSE) como para os dispositivos analíticos a base de papel (μPADs). As melhorias são discutidas em termos de processo de fabricação dos microdispositivos, modificação de superfície e manipulação da solução no interior dos microcanais. Inicialmente o uso de uma gravadora a laser foi proposta para a fabricação dos microcanais em substrato de poli(metilmetacrilato) (PMMA). Todos os parâmetros do laser foram otimizados afim de fabricar canais nas menores dimensões possíveis. Canais com aproximadamente 80 μm de largura e profundidade foram obtidas. Os MSE fabricados com laser foram acoplados ao sistema de detecção amperométrica em que foi proposto pela primeira vez o uso de um desacoplador alternativo fabricado a partir da mistura entre o poli(dimetisiloxano) (PDMS) e açúcar. A prova de conceito do dispositivo fabricado com a gravadora a laser associada a detecção amperométrica foi demostrada na separação de uma mistura de compostos fenólicos em menos de 200 s e com ótima resolução de linha de base. A etapa de injeção e manipulação de solução no interior dos microcanais foi outra melhoria instrumental proposta no desenvolvimento deste trabalho. Desenvolveu-se um injetor hidrodinâmico alternativo a partir do uso de uma micropipeta eletrônica comercial. A micropipeta possui uma função dispenser que pode ser explorado para injetar volumes fracionados no interior dos microcanais. O volume de 0,6 μL foi denominado como o ideal para realizar a etapa de injeção. No intuito de se ter um melhor controle do volume de amostra, um arranjo de microcanais foi proposto. Os dispositivos fabricados na configuração contendo dois canais auxiliares foram determinados como os ideais. Quando comparada a injeção eletrocinética, o injetor hidrodinâmico apresentou um ótimo desempenho analítico corrigindo principalmente o efeito bias, um dos principais problemas relacionados ao processo de injeção eletrocinética. Em relação aos μPADs, foram propostas duas diferentes estratégias de modificação de superfície afim de corrigir problemas correlacionados à falta de homogeneidade e uniformidade de cor gerada na zona de detecção. Nanopartículas de sílica e quitosana foram diretamente incorporadas na superfície da celulose servido como um novo suporte para imobilização enzimática. A modificação com o nano e biocomposto melhorou significativamente o desempenho analítico dos μPADs corrigindo o efeito de lavagem, aumentando a confiabilidade analítica e reduzindo os limites de detecção do sistema colorimétrico. Os limites de detecção (LD) encontrado para os ensaios de glicose e ácido úrico foram de 23 e 37 μM, respectivamente. Devido as melhoras analíticas encontrada foi possível pela primeira vez demonstrar o uso dos dispositivos a base de papel para na detecção de glicose em amostra de lágrimas. Foram medidos os níveis de glicose na lágrima de quatro pacientes não diabéticos. Os níveis de glicose encontrado variou entre 130 a 380 μM.