Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DAIKUZONO_Cristiane_2013.pdf: 14646144 bytes, checksum: 807806bff90e527f8e160d21604ebcbf (MD5) Previous issue date: 2013-02-06 / Financiadora de Estudos e Projetos / The aim here is the fabrication and characterization of nanostructured thin films of different materials inside microchannels to assist the integration process of electronic tongue in lab-on-a-chip devices. The ultrathin films were deposited inside the microchannels using dynamic layer-by-layer technique through copper (II) tetrasulphonated phthalocyanine (CuTsPc) and poly(allylamine hydrochloride) (PAH) bilayers, and also bilayers of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(syterenesulfonate) (PEDOT:PSS) and PAH. It was verified the best parameters involved in the nanostructuration of the materials throughout flow and time variations of the deposition of the electrolytes inside the microchannel. Moreover, the growth of the LbL films inside the microchannel was followed by UV-vis and impedance spectroscopy measurements. Through electrical impedance spectroscopy technique was observable that deposition of thin films PAH/CuTsPc was successful using a time of 8 min with a flow of 1500 μL/h, while to films of PAH/PEDOT:PSS optimal time was of 15 min with a static deposition. Raman analyses were used to ascertain of the presence and uniformity of film inside the microchannels. All films of PAH/CuTsPc show good Raman signal, especially those was deposited at 8 min with flow of 500 μL/h. Just films of PAH/PEDOT:PSS deposited in a time great 10 min showed Raman signal; the films deposited at a time of 15 min and flow of 1500 μL/h showed good Raman signal and films more homogeneous. It is worth mentioning that the fabrication of the microchannels and interdigitated electrodes was made in collaboration with Laboratório de Microfabricação do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) through a specific project in this research line (LMF-13070). / Este trabalho visa à fabricação e caracterização de filmes ultrafinos de diferentes materiais no interior de microcanais, de maneira a auxiliar o processo de integração da língua eletrônica em dispositivos lab-on-a-chip . Os filmes ultrafinos foram depositados no interior dos microcanais através da técnica layer-by-layer dinâmico, utilizando bicamadas de ftalocianina tetrasulfonada de cobre (CuTsPc) e poli(cloridrato de alilamina) (PAH), e ainda bicamadas de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) poli(estireno) (PEDOT:PSS) e PAH. Verificaram-se os melhores parâmetros de deposição envolvidos na nanoestruturação dos materiais através da variação de fluxo e tempo de deposição dos eletrólitos no microcanal. Adicionalmente, o crescimento dos filmes LbL dentro do microcanal foi acompanhado por medidas de UV-vis e espectroscopia de impedância. Através da técnica de espectroscopia de impedância elétrica foi observado que a deposição dos filmes de PAH/CuTsPc foi bem sucedida utilizando um tempo de 8 minutos com vazão de 1500 μL/h, já para os filmes de PAH/PEDOT:PSS o tempo ideal foi de 15 minutos depositado estaticamente. Análises Raman foram utilizadas para nos certificarmos da presença e da uniformidade do filme no interior dos microcanais. Todos os filmes de PAH/CuTsPc apresentaram um bom sinal Raman, principalmente os que foram depositados com tempo de 8 minutos com vazão de 500 μL/h. Somente os filmes de PAH/PEDOT:PSS depositados com tempo superior a 10 minutos apresentaram sinal Raman; os filmes depositados com tempo de 15 minutos e vazão de 1500 μL/h, apresentaram um bom sinal Raman e filmes mais homogêneos. Ressaltamos que a fabricação dos microcanais e microeletrodos interdigitados foi realizada em parceria com o Laboratório de Microfabricação do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) através de um projeto específico nessa linha de atuação (LMF- 13070, aprovado e em andamento).

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor térmico de vazão integrado a um microcanal. Todo o ciclo de desenvolvimento é abordado: conceito, modelagem e simulação, fabricação e caracterização. O sensor é composto por um filamento de níquel fabricado sobre uma lâmina de vidro que é soldada a um bloco de polidimetilsiloxano (PDMS) contendo microcanais. A aferição da vazão no interior do microcanal é feita indiretamente através da medida da troca de calor entre o filamento e o fluido. As simulações por elementos finitos mostraram que o sensor apresenta três faixas de operação, sendo que em duas delas (fluxos menores do que 20 L/min ou maiores do que 130 L/min) a resposta elétrica do sensor varia linearmente com a vazão. Diversos sensores foram fabricados seguindo o processo de fabricação proposto e alguns dispositivos foram caracterizados eletricamente, tendo sido levantadas as curvas da tensão elétrica sobre o filamento em função da vazão no microcanal. Os resultados experimentais mostraram que os sensores fabricados são capazes de medir vazões da ordem de dezenas de microlitros por minuto na faixa de operação de menor sensibilidade. Métodos de fabricação alternativos foram propostos com o intuito de aumentar a sensibilidade do sensor, produzindo filamentos auto-sustentados no interior dos microcanais. Foi proposto um modelo para simulação comportamental dos sensores otimizados por elementos concentrados e os resultados preliminares tanto de simulação quanto de fabricação desses sensores foram apresentados. / This project presents the development of a thermal flow sensor integrated into a microchannel. The whole design cycle is discussed: concept, modeling and simulation, fabrication and characterization. The sensor consists of a nickel filament fabricated on a glass substrate which is bonded to a polydimethylsiloxane (PDMS) block containing the microchannels. The flow inside the microchannel is indirectly measured through the heat exchange between the filament and the fluid. Finite methods analysis revealed that the sensor has three operating ranges and in two of them (flows below 20 ìL/min or higher than 130 ìL/min) the electric response of the sensor varies linearly with respect to the flow. Several flow sensors were fabricated according to the fabrication method presented in this project and some of them were characterized electrically. The response of the voltage on the filament as a function of the flow inside the microchannel was obtained. The experimental results demonstrated that the flow sensors could measure flow rates as small as tens of microliters per minute even when working on the less sensitive operating range. Alternative fabrication methods were proposed in order to improve the sensor sensitivity, leaving the filaments self-sustained inside the microchannels. A lumped element model was introduced in order to simulate the behavior of the optimized flow sensors. Some preliminary results of these simulations and of the fabrication processes were presented.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um biossensor contendo transdução condutométrica sem contato (C4D, capacitively coupled contactless conductivity detection) e ácido fólico (FA) como biorreceptor em microchip, uma nova alternativa que poderá ser utilizada na determinação do biomarcador tumoral FR-α. Essa espécie exibe interações com FA altamente específicas, com constantes de formação da ordem de 109-1010. Os dispositivos microfluídicos, os quais consistiram de uma lâmina de vidro (integrando os eletrodos), dielétrico (contendo a fase biossensora) e substrato de poli(dimetilsiloxano) (PDMS, incorporando os microcanais), foram fabricados utilizando-se processos de fotolitografia e deposição de filmes finos em fase vapor. Objetivando melhorias nos níveis de detecção da C4D, estudos de sensibilidade com base em parâmetros da curva analítica foram conduzidos alterando-se a natureza do dielétrico e a configuração dos eletrodos. Posteriormente, estudos de caracterização foram realizados para as superfícies modificadas com os intermediários de imobilização; condições reacionais distintas (reagente, concentração, solvente e tempo) foram consideradas. As técnicas de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X foram usadas, respectivamente, a fim de se verificar a possível formação de aglomerados e permitir determinações qualitativas e quantitativas sobre as composições químicas das superfícies. Como resultado dos experimentos de sensibilidade e caracterização de superfície, adotamos os parâmetros seguintes para os ensaios de interações biomoleculares posteriores: filme de SiO2 como dielétrico, eletrodos seletivos à C4D com formato retangular e orientação antiparalela e monocamadas automontadas do reagente 3-aminopropil(trietoxisilano) como intermediário de imobilização de FA. As duas etapas finais do trabalho foram: otimização do tempo de funcionalização com FA (3, 5 e 7 h) e caracterização da fase biossensora, realizada a partir de medidas de C4D e microscopia de força atômica (AFM). Para o primeiro caso, os microchips foram aplicados a um padrão de anticorpo monoclonal específico a FA (α-FA). Os ensaios biomoleculares indicaram uma adsorção efetiva de FA junto à superfície de SiO2 silanizada, sem a ocorrência (ao menos em níveis significativos) de impedimentos estéricos de sua espécie bioativa. Dentre os tempos de funcionalização investigados, 3 h foi aquele que resultou em uma maior sensibilidade do método. Em termos da etapa de caracterização eletroquímica da fase biossensora, seus resultados mostraram haver correlação entre a resposta analítica e as interações FA/α-FA. Em adição, conforme indicaram as medidas de AFM, não houve alterações drásticas na morfologia do substrato (SiO2) em função dos processos de modificação química de superfície. Por fim, o uso da C4D como uma técnica de transdução em biossensores mostrou-se uma alternativa promissora para a análise do biomarcador tumoral FR-α. Dentre outros aspectos, essa plataforma analítica requer uma instrumentação simples, barata e portátil, não apresenta inconvenientes relacionados ao contato eletrodo/solução, dispensa o uso de mediadores redox e permite a determinação simultânea de multianalitos. Neste ínterim, alterações no transdutor devem ser implementadas visando um aumento na sensibilidade do método, o qual representa seu fator limitante principal. / This work describes the development of a biosensor containing capacitively coupled contactless conductivity transduction (C4D) and folic acid (FA) as bioreceptor in microchip, a new alternative that can be used in FR-α tumor biomarker analysis. FR-α exhibits highly specific interactions with FA, showing formation constants of the order of 109-1010. The microfluidic devices consisted of a glass layer (integrating the electrodes), dielectric (containing the biosensor phase), and poly(dimetilsiloxane) substrate (PDMS, incorporating microchannel). The microfabrication stage evolved photolithography processes, metal adsorption via sputtering, and plasma-enhanced vapor film deposition. In order to improve detection levels of C4D, sensitivity studies were conducted by changing the dielectric nature and electrode configuration. Through flow analysis with given electrolyte standards, the limits of detection and quantification were calculated based on analytical curve parameters. Subsequently, researches were performed to characterize the modified surfaces with immobilization intermediate considering reaction conditions distinct (reagent, concentration, solvent, and time). The techniques of scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy were employed, respectively, aiming to verify the clusters formation and allow qualitative and quantitative determinations about the surfaces chemical composition. From the results of sensitivity experiments and surface characterization, we adopt the following parameters for the biomolecular interactions assays: SiO2 film as dielectric, C4D selective electrodes with rectangular shape and antiparallel orientation, and self-assembled monolayers of 3-aminopropyl(triethoxysilane) as intermediary for immobilization of FA. The two final steps of the work were: optimizing the FA functionalization time (3, 5, and 7 h) and phase biosensor characterization, made from measures of C4D and atomic force microscopy (AFM). For the first case, due to the absence of FR-α standard for purchase, the microchips were applied to FA specific monoclonal antibody (α-FA). The biomolecular assay indicated effective adsorption of FA, without occurrence (at least in significant levels) of steric hindrance of its bioactive specie. Among the investigated times of functionalization, 3 h resulted in a higher sensitivity of the method. In terms of biosensor phase electrochemical characterization stage, their results evidenced correlation between analytical response and FA/α-FA interactions. Additionally, as the AFM measurements showed, drastic changes in the morphology of the substrate (SiO2) with the surface modification processes did not occur. Finally, the use of the C4D as transduction technical in biosensors proved to be a promissory alternative for FR-α tumor biomarker analysis. Among other features, this platform has not drawbacks related to the electrode/solution contact, dispenses the use of redox mediators, allows the simultaneous determination of multianalytes, and employs an instrumentation that is simple, cheap, and portable. Nevertheless, changes in the transducer should be implemented to increase the method sensitivity, which represents its main limiting factor.

O objetivo principal desta tese foi desenvolver dispositivos microfluídicos do tipo língua eletrônica baseada em espectroscopia de impedância para análise de líquidos complexos. Dois tipos de língua eletrônica foram desenvolvidos. O primeiro com unidades sensoriais fabricadas com eletrodos interdigitados de ouro sobre vidro, selados com microcanal de PDMS, e recobertos com filmes automontados de polímeros condutores, materiais orgânicos e semicondutores. Essa língua eletrônica foi usada para diferenciar os sabores básicos, representados por soluções aquosas de NaCl (salgado), sacarose (doce), cafeína (amargo), HCl (azedo) e glutamato monosódico (umami), distinguir diferentes tipos de cafés, e detectar a presença de gliadina em soluções e alimentos. A distinção foi possível processando-se os dados de magnitude da capacitância com técnicas de projeção multidimensional IDMAP (Interactive Document Map) e análise de componentes principais (PCA). O segundo tipo de língua foi produzido com eletrodos interdigitados de carbono impressos sobre papel com canal hidrofílico e barreiras hidrofóbicas também impresso, modificado com hidrogel funcionalizado com ácido fenil-borônico (PBA) ou polilíquido iônico (PIL). Com dados de capacitância tratados com PCA e IDMAP, a língua foi usada para distinguir soluções dos açúcares glicose, frutose e sacarose, em diferentes concentrações, e diferentes marcas de suco de maçã. Nesta última língua, empregou-se a capacidade de intumescimento de hidrogéis contendo PBA na presença de açúcares, principalmente frutose, que também foi explorada na confecção de sensores com eletrodos de papel que puderam detectar concentrações baixas de glicose, próximas às encontrados no suor humano. Com a tecnologia de sensores em papel e microfluídica, podem-se conceber aplicações futuras, de baixo custo, em sensores na forma de emplastro para monitorar o nível de glicose no suor humano de maneira não invasiva e língua eletrônica para verificar a presença de glúten em alimentos. / The main aim of this thesis was to develop microfluidic devices of electronic tongue (e-tongue) type based on impedance spectroscopy to analyze complex liquids. Two types of e-tongue were developed. The first had sensing units fabricated with gold interdigitated electrodes onto glass with a microchannel sealed with PDMS and coated with layer-by-layer films of conducting polymers, organic and semiconductors. This e-tongue was used to distinguish the basic tastes, represented by aqueous solutions of NaCl (salty), sucrose (sweet), caffeine (bitter), HCl (sour) and monosodium glutamate (umami), to distinguish different types of coffees, and detect the presence of gliadin in solutions and food. The distinction was made possible by processing the capacitance data with the multidimensional projection techniques IDMAP (Interactive Document Map) and principal component analysis (PCA). The second type of e-tongue was produced with carbon interdigitated electrodes printed on paper with a hydrophilic channel with hydrophobic barriers, also printed, modified with functionalized hydrogel with phenylboronic acid (PBA) or poly(ionic liquid) (PIL). With capacitance data treated with PCA and IDMAP, the e-tongue was used to distinguish solutions at various concentrations of glucose, fructose and sucrose, in addition to different brands of apple juice. In this latter e-tongue, use was made of the ability of the hydrogel containing PBA to swell in the presence of sugars, mainly fructose, which was exploited in producing sensors with paper electrodes that could detect low concentrations of glucose, close to the values found in human sweat. With the technology of paper-based sensors and microfluidics, one may envisage future low cost applications, including patch sensors to monitor glucose in human sweat in a non-invasive manner and e-tongues to determine the presence of gluten in food.

O desenvolvimento de dispositivos microfluídicos biomiméticos, \"órgãos-em-chip\", tem permitido melhores respostas em ensaios que carecem de uma correlação fisiológica mais próxima da in vivo. Explorando as tecnologias da microfluídica e microfabricação, esses dispositivos recapitulam aspectos específicos de estruturas e funções dos órgãos. Ainda, os avanços obtidos em culturas tridimensionais de células, modelos de matrizes extracelulares e tecnologias direcionadas às células tronco, têm consolidado os órgãos-em-chip como uma ferramenta fundamental para a compreensão de diversas respostas biológicas do corpo humano frente às aplicações biomédicas, farmacêuticas, químicas e ambientais. Com os avanços da nanotecnologia e ciência dos materiais, inúmeros progressos têm sido alcançados na farmácia e na medicina. Devido à redução da escala, propriedades que se diferenciam substancialmente daquelas encontradas na escala macro são obtidas. As nanopartículas de dióxido de titânio (NPs TiO2) têm apresentado múltiplas aplicações na medicina e na indústria. Em vista disso, faz-se necessário a investigação dos efeitos tóxicos dessas nanopartículas, seja na saúde ou no meio ambiente. É bem documentado que as NPs TiO2 podem chegar à corrente sanguínea e alcançar vários órgãos, causando reações inflamatórias e interações celulares que podem ser patogenicamente relevantes. Assim, o presente trabalho propõe o estudo dos efeitos das NPs TiO2 em células endoteliais (HUVEC) cultivadas em um dispositivo microfluídico fabricado em poliéster-toner (PT), uma tecnologia simples que alia rapidez e baixo custo de produção. A viabilidade do uso dos microchips de PT foi avaliada por meio do teste MTT e produção de NO e verificou-se serem adequados para a cultura de células endoteliais. As células no sistema microfluídico foram expostas às NPs TiO2, e os resultados comparados a um sistema estático (placas de cultura de células) submetido às condições semelhantes. Os sobrenadantes de ambos os sistemas foram utilizados para determinação da produção de VEGF-A. Ademais, foram avaliadas a produção de aníon superóxido e a indução de apoptose. Os resultados esclarecem os mecanismos de toxicidade das NPs TiO2 e são correlacionados com as patologias que eventualmente estão associadas a esses efeitos. Por meio deste estudo, demonstrou-se o grande potencial dos microchips de PT para estudos em biologia celular, os quais podem fornecer a base para ensaios pré-clinicos com maior poder preditivo, alternativos ao uso de animais e cobaias na pesquisa científica. / The development of biomimetic microfluidic devices, \"organ-on-chips\", has allowed better responses in assays that need a closer in vivo physiological correlation. Exploring the technologies of microfluidics and microfabrication, these devices recapitulate specific aspects of structures and functions of the organs. In addition, the progress made in 3D cell cultures, extracellular matrix models, and stem cells technologies, have consolidated the organ-on-chips as a key tool for understanding various biological responses of the human body in face of biomedical, pharmaceutical, chemical, and environmental applications. With the advances in nanotechnology and materials science, much progress has been made in pharmacy and medicine. Due to the scale reduction, properties that differ substantially from those found on the macro scale are obtained. Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) have found many applications in medicine and industry. In view of this fact, it is necessary to investigate the toxic effects of nanoparticles, either on health or in the environment. It has been well documented that TiO2 NPs can reach the bloodstream and affect various organs, causing inflammatory reactions and cellular interactions that can be pathogenetically relevant. Thus, this work proposes the study of the effects of TiO2 NPs in endothelial cells (HUVEC) cultured in a microfluidic device made of polyester toner (PT), a simple technology that combines speed and low cost of production. The viability of the use of PT microchips was evaluated by MTT assay and production of NO and we found that it is suitable for culturing of endothelial cells. The HUVEC in the microfluidic system were exposed to TiO2 NPs and the results compared to a static system (cell culture plates) subjected to similar conditions. Supernatants from both systems were used for determining the production of the VEGF-A. Furthermore, we have evaluated superoxide anion production and induction of apoptosis. The results clarify the mechanisms of toxicity of NPs TiO2 and are correlated with the pathologies that eventually are associated with these effects. Through this study, we demonstrated the great potential of PT microchips for studies in cell biology, which may provide the basis for pre-clinical trials with greater predictive power, alternative to the use of animals in scientific research.

Submitted by Eduardo Luiz Rossini null (eduardoluizrossini@hotmail.com) on 2016-02-23T19:57:36Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Eduardo Luiz Rossini.pdf: 3536237 bytes, checksum: b80f3de5c500525400c54725eca4f50a (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-02-24T17:37:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rossini_el_me_araiq_par.pdf: 1271581 bytes, checksum: fc7b0e488fc0894ee079c142b4712805 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-24T17:37:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rossini_el_me_araiq_par.pdf: 1271581 bytes, checksum: fc7b0e488fc0894ee079c142b4712805 (MD5) Previous issue date: 2016-02-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O nitrogênio está presente no organismo humano principalmente como constituinte das proteínas e ácidos nucleicos. O catabolismo dessas substâncias forma compostos nitrogenados conhecidos como não–proteicos. Dentre os vários compostos nitrogenados não-proteicos conhecidos, o ácido úrico e a creatinina podem ser utilizados como biomarcadores da função renal em humanos. A creatinina é proveniente da reação não enzimática de desidratação da creatina ou da desfosforilação da fosfocreatina durante o processo de contração muscular; sua concentração é utilizada como marcador clínico para avaliar a função renal. O ácido úrico é formado a partir do metabolismo das bases purínicas, por ser um composto pouco solúvel, sua deposição nas juntas das extremidades ou em outros tecidos moles gera o caso clínico conhecido como gota. Dessa forma, a creatinina e o ácido úrico são constantemente dosados em exames laboratoriais de urina. As metodologias utilizadas para a dosagem desses dois compostos vão desde os métodos clássicos, até a utilização de HPLC, eletroforese e análise em fluxo, ou seja, técnicas pouco portáteis e algumas de alto custo. Assim, a proposta do trabalho é o desenvolvimento de dispositivos analíticos microfluídicos em papel (μPAD) para a determinação de creatinina e ácido úrico. Foram selecionados os reagentes cromogênicos para os dois analitos em estudo. Sendo o ácido pícrico em meio alcalino o reagente cromogênico para a creatinina e o Fe3+ e 1,10-Fenantrolina para o ácido úrico. As condições experimentais das duas reações foram otimizadas utilizando o planejamento fatorial do tipo 2³ e o planejamento composto central. Foram otimizados os fatores concentrações dos reagentes e tempo de aquecimento. A curva de calibração para o ácido úrico foi repetitiva, com equação de reta igual a A = 0,01651 + 0,0003864 CAU, com coeficiente de determinação (R²) igual a 0,997, com limite de detecção igual a 16,5 mg L-1 e de quantificação igual a 54,9 mg L-1. Dos interferentes testados, apenas o ácido ascórbico demonstrou ser interferente da reação e pode ser eliminado borbulhando-se O2 na amostra. A curva de calibração para a creatinina apresenta repetibilidade, com equação de reta igual a A = -0,02229 + 0,0004010 CCRN, com coeficiente de determinação (R²) igual a 0,998, com limite de detecção igual a 15,7 mg L-1 e de quantificação igual a 52,4 mg L-1, não apresentando interferentes para a reação entre os interferentes testados. A metodologia proposta foi aplicada em três urinas sintética e quatro urinas naturais. Os resultados obtidos foram confrontados com uma metodologia cromatográfica descrita na literatura. O teste estatístico de t de Student demonstrou que não houve diferença significativa entre os resultados obtidos do método proposto e o comparativo. / Nitrogen is present in human organism mainly as a nucleic acid and proteins constituent. The catabolism of these substances forms nitrogen compounds known as nonproteinaceous. Among the many nonproteinaceous nitrogen compounds, uric acid and creatinine can be used as biomarkers of renal function in humans. Creatinine is derived from a non-enzymatic reaction of creatine dehydretion or dephosphorylation of phosphocreatine in the muscle contraction process; creatinine concentration is used as clinic marker to evaluate the renal function. Uric acid is formed from metabolism of purine bases and, by being a slightly soluble compound, its deposition in the joints of the extremities or other soft tissues creates a case known as gout. In this way, creatinine and uric acid are constantly dosed in urine laboratory exams. The methodologies used to determine these two compounds range from classic methods, to the used of HPLC, electrophoresis and in flow analysis, in other words, slightly portable techniques and, some of them, very expensive. Thus, this work proposes the development of microfluidic paper-based analytical devices (μPAD) to determinate creatinine and uric acid. Chromogenic reagents were selected for both analytes in study. Picric acid in alkaline medium was chose for creatinine determination and Fe3+ and 1,10-phenantroline were chose for uric acid. Experimental conditions were optimized for both reactions using 23 factorial design and a central composite design. The factores optimized were reagents concentration and time of heating. The analytical curve to uric acid were repetitive, with a line equation equal to A = 0,01651 + 0,00038764 CAU, with determination coefficient (R²) equal to 0,997, and limit of detection equal to 16,5 mg L-1 and limit of quantification equal to 54,9 mg L-1. Of the interferents tested, only ascorbic acid was shown to be interfering the reaction and may be removed by bubbling O2 in the sample. Calibration curve of creatinine shows itself repetitive with a linear equation equal to A = -0,02229 + 0,0004010 CCRN, with linear coefficient (R²) of 0,998; limits of detection and quantification were, respectively, 15,7 mg L-1 and 52,4 mg L-1; and none of the interferentes tested present interference during the determination. The proposed method was applied to three artificial urine samples and four natural urine samples. The obtained results were compared with a chromatographic methodology already described in literature. Statistic Student t-test shows that there is no significant difference between the results obtained by the proposed method and the comparative method. / FAPESP: 2014/17749-7 / CNPq: 132646/2014-5

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um biossensor contendo transdução condutométrica sem contato (C4D, capacitively coupled contactless conductivity detection) e ácido fólico (FA) como biorreceptor em microchip, uma nova alternativa que poderá ser utilizada na determinação do biomarcador tumoral FR-α. Essa espécie exibe interações com FA altamente específicas, com constantes de formação da ordem de 109-1010. Os dispositivos microfluídicos, os quais consistiram de uma lâmina de vidro (integrando os eletrodos), dielétrico (contendo a fase biossensora) e substrato de poli(dimetilsiloxano) (PDMS, incorporando os microcanais), foram fabricados utilizando-se processos de fotolitografia e deposição de filmes finos em fase vapor. Objetivando melhorias nos níveis de detecção da C4D, estudos de sensibilidade com base em parâmetros da curva analítica foram conduzidos alterando-se a natureza do dielétrico e a configuração dos eletrodos. Posteriormente, estudos de caracterização foram realizados para as superfícies modificadas com os intermediários de imobilização; condições reacionais distintas (reagente, concentração, solvente e tempo) foram consideradas. As técnicas de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X foram usadas, respectivamente, a fim de se verificar a possível formação de aglomerados e permitir determinações qualitativas e quantitativas sobre as composições químicas das superfícies. Como resultado dos experimentos de sensibilidade e caracterização de superfície, adotamos os parâmetros seguintes para os ensaios de interações biomoleculares posteriores: filme de SiO2 como dielétrico, eletrodos seletivos à C4D com formato retangular e orientação antiparalela e monocamadas automontadas do reagente 3-aminopropil(trietoxisilano) como intermediário de imobilização de FA. As duas etapas finais do trabalho foram: otimização do tempo de funcionalização com FA (3, 5 e 7 h) e caracterização da fase biossensora, realizada a partir de medidas de C4D e microscopia de força atômica (AFM). Para o primeiro caso, os microchips foram aplicados a um padrão de anticorpo monoclonal específico a FA (α-FA). Os ensaios biomoleculares indicaram uma adsorção efetiva de FA junto à superfície de SiO2 silanizada, sem a ocorrência (ao menos em níveis significativos) de impedimentos estéricos de sua espécie bioativa. Dentre os tempos de funcionalização investigados, 3 h foi aquele que resultou em uma maior sensibilidade do método. Em termos da etapa de caracterização eletroquímica da fase biossensora, seus resultados mostraram haver correlação entre a resposta analítica e as interações FA/α-FA. Em adição, conforme indicaram as medidas de AFM, não houve alterações drásticas na morfologia do substrato (SiO2) em função dos processos de modificação química de superfície. Por fim, o uso da C4D como uma técnica de transdução em biossensores mostrou-se uma alternativa promissora para a análise do biomarcador tumoral FR-α. Dentre outros aspectos, essa plataforma analítica requer uma instrumentação simples, barata e portátil, não apresenta inconvenientes relacionados ao contato eletrodo/solução, dispensa o uso de mediadores redox e permite a determinação simultânea de multianalitos. Neste ínterim, alterações no transdutor devem ser implementadas visando um aumento na sensibilidade do método, o qual representa seu fator limitante principal. / This work describes the development of a biosensor containing capacitively coupled contactless conductivity transduction (C4D) and folic acid (FA) as bioreceptor in microchip, a new alternative that can be used in FR-α tumor biomarker analysis. FR-α exhibits highly specific interactions with FA, showing formation constants of the order of 109-1010. The microfluidic devices consisted of a glass layer (integrating the electrodes), dielectric (containing the biosensor phase), and poly(dimetilsiloxane) substrate (PDMS, incorporating microchannel). The microfabrication stage evolved photolithography processes, metal adsorption via sputtering, and plasma-enhanced vapor film deposition. In order to improve detection levels of C4D, sensitivity studies were conducted by changing the dielectric nature and electrode configuration. Through flow analysis with given electrolyte standards, the limits of detection and quantification were calculated based on analytical curve parameters. Subsequently, researches were performed to characterize the modified surfaces with immobilization intermediate considering reaction conditions distinct (reagent, concentration, solvent, and time). The techniques of scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy were employed, respectively, aiming to verify the clusters formation and allow qualitative and quantitative determinations about the surfaces chemical composition. From the results of sensitivity experiments and surface characterization, we adopt the following parameters for the biomolecular interactions assays: SiO2 film as dielectric, C4D selective electrodes with rectangular shape and antiparallel orientation, and self-assembled monolayers of 3-aminopropyl(triethoxysilane) as intermediary for immobilization of FA. The two final steps of the work were: optimizing the FA functionalization time (3, 5, and 7 h) and phase biosensor characterization, made from measures of C4D and atomic force microscopy (AFM). For the first case, due to the absence of FR-α standard for purchase, the microchips were applied to FA specific monoclonal antibody (α-FA). The biomolecular assay indicated effective adsorption of FA, without occurrence (at least in significant levels) of steric hindrance of its bioactive specie. Among the investigated times of functionalization, 3 h resulted in a higher sensitivity of the method. In terms of biosensor phase electrochemical characterization stage, their results evidenced correlation between analytical response and FA/α-FA interactions. Additionally, as the AFM measurements showed, drastic changes in the morphology of the substrate (SiO2) with the surface modification processes did not occur. Finally, the use of the C4D as transduction technical in biosensors proved to be a promissory alternative for FR-α tumor biomarker analysis. Among other features, this platform has not drawbacks related to the electrode/solution contact, dispenses the use of redox mediators, allows the simultaneous determination of multianalytes, and employs an instrumentation that is simple, cheap, and portable. Nevertheless, changes in the transducer should be implemented to increase the method sensitivity, which represents its main limiting factor.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-25Bitstream added on 2014-06-13T20:30:01Z : No. of bitstreams: 1 dantas_car_me_bauru.pdf: 1072201 bytes, checksum: 3b91c91a3b84d11cccc4310009eed914 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Fabricamos neste trabalho microcanais em uma matriz de PDMS para otimização de uma configuração que permita, futuramente, a inserção de eletrodos interdigitados no interior dos mesmos para a integração da língua eletrônica que estamos trabalhando ao longo dos últimos anos com dispositivos lab-on-a-chip. O objetivo final é a fabricação de um sensor tongue-on-a-chip, não havendo nada similar na literatura até o presente momento, tendo-se em vista, principalmente, o potencial de aplicação de ambos dispositivos (língua eletrônica e lab-on-a-chip). Neste sentido, esta dissertação torna-se uma chave importante para o desenvolvimento de uma tecnologia nova e com forte apelo comercial. Como a fabricação dos microcanais envolve técnicas e equipamentos de litografia que não dispomos em nossos laboratórios, estendemos colaborações com o laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS - através de um projeto específico nessa linha de atuação), onde fabricamos os microcanais e eletrodos interdigitados envolvidos neste trabalho. Como é a primeira vez que a microfluídica está sendo aplicada em dispositivos do tipo língua eletrônica, tivemos um trabalho minucioso de verificação das melhores condições envolvidas na fabricação dos dispositivos. As medidas em fluxo no interior dos microcanais mostraram-se mais rápidas e eficientes que as estáticas utilizadas anteriormente, e, adicionalmente à redução no volume das amostras analisadas com os microcanais, necessitamos ainda de um refinamento para aplicações futuras (análises clínicas e biológicas, controle ambiental, análise de bebidas...), pois o maior empecilho encontrado até o momento tem sio a selagem do dispositivo devido à deposição de filmes ultrafinos sobre os eletrodos metálicos, que esperamos resolver em trabalhos futuros. / In this work microchannels were fabricated in a PDMS matrix to optimize a configuration that allows, in future works, the insertion of interdigitated electrodes into the microchannel for the integration of the electronic tongue that we have being working in the last couple of years with lab-on-a-chip devices. The final goal is the fabrication of a tongue-on-a-chip sensor, having nothing similar in the literature up to date, bearing in mind the high potential of application of both devices (electronic tongue and lab-on-a-chip). In that sense, this Msc work becomes an important key to the development of a new technology with strong commercial appeal. As the microchannel fabrication needs equipments and techniques not available in our laboratory, we extend the collaboration with the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS - throughout a specific project in this area) where the microchannels and interdigitated electrodes were fabricated. As it is the first time microfluidic is applied in e-tongue sensors, we did a detailed work verifying the best conditions involved in the device fabrication. Flow measurements inside the microchannels shown to be faster and more efficient than the static ones previously made, and, besides the volume reduction of the samples analysed with the microchannels, we still need a refinement for future applications (clinical and biological analysis, environmental control, beverage analysis, ...), as the major problem has being the sealing of the device due to the deposition of ultra-thin films onto the interdigitated electrodes, which we hope to solve in future works.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4700435 bytes, checksum: bac9eb5b4507aab56d5ee90842c50c1a (MD5) Previous issue date: 2009-07-29 / Emulsions are colloidal systems where one liquid is dispersed in another liquid where the two liquids are immiscible. The control of these dispersions can bring important contributions to science and society since this kind of colloidal system has many and important applications in the food and pharmaceutic area and also in the material science. This work has the main purpose to develop and improve monodisperse emulsions production techniques using simple and low-cost devices. It is shown the production of simple emulsions using devices built from glass capillary tubes. Besides, the drops diameter dependence with the phases flow rate is verified. Solid particles were made from droplets of poly(styrene) dispersed in chloroform, followed by the evaporation of the chloroform, using these devices. Although the glass capillary tube devices show good results, we have made emulsions, for instance, of (80±1) μm with standard deviation of 1,3 μm (σ/dm = 1, 6%), they have limitations concerning the configuration of the tubes. Another kind of device built was made basically from microchannels produced in glass microscope slides using hydrofluoric acid to attack the slide surfaces. The slides were sealed using epoxy glue and the final result were channels with controlled values of depth and width. The dependence of the drops diameter with the continuous and disperse phases flow rate were made to test the devices quality. High quality emulsions were obtained with tipical values for diameter and standar deviation about 100 μm and 2%. Four different channel configurations were tested and the configuration where the channels were built as a cross (one channel carrying the disperse phase and two channels carrying the continuous phase) shown better results then the devices with only two channels (one channel carrying each phase). / Emulsões são sistemas coloidais onde um líquido é disperso em outro líquido imiscível. O controle dessa dispersão pode trazer importantes contribuições para a ciência e para a sociedade, já que este tipo de sistema coloidal apresenta variadas e importantes aplicações nas áreas alimentícia, farmacêutica e de materiais. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver e aperfeiçoar técnicas de produção de emulsões com baixa dispersão de tamanhos utilizando dispositivos simples e de baixo custo. Apresenta-se, assim, a técnica de produção de emulsões simples através da utilização de dispositivos construídos a partir de tubos capilares de vidro. Além disso, verifica-se a dependência do diâmetro das gotas das emulsões produzidas com a vazão da fase contínua e dispersa. Utilizando este dispositivo, produzem-se também partículas sólidas a partir da preparação de gotas de poliestireno dissolvido em clorofórmio e posterior evaporação do clorofórmio. Embora esse tipo de dispositivo apresente bons resultados, sendo possível produzir emulsões, por exemplo, com diâmetro médio das gotas igual a (80±1) μm e desvio padrão de 1,3 μm (σ/dm = 1, 6%), ele tem limitações quanto ao número de configurações dos fluxos possíveis de se trabalhar. Outro dispositivo produzido constitui-se basicamente de microcanais produzidos em lâminas de microscópio por ataque controlado de ácido fluorídrico. A vedação superior dos canais é feita utilizando cola epóxi (araldite) tendo-se, assim, canais de largura e profundidades controladas. Para testar a qualidade deste tipo de dispositivo, fez-se também a verificação do diâmetro das gotas de emulsão produzidas com a vazão da fase contínua ou dispersa, tendo sido possível a produção de emulsão com baixa dispersão de tamanhos, produzindo para dada condição, emulsões com diâmetro médio das gotas da ordem de (100±1) μm com desvio padrão típicos de 2%. Foram testadas quatro diferentes configurações de canais, onde as configurações em cruz (um canal contendo a fase dispersa e dois canais com a fase contínua) mostraram melhores resultados que configurações com apenas dois canais (um por fase).

O objetivo principal desta tese foi desenvolver dispositivos microfluídicos do tipo língua eletrônica baseada em espectroscopia de impedância para análise de líquidos complexos. Dois tipos de língua eletrônica foram desenvolvidos. O primeiro com unidades sensoriais fabricadas com eletrodos interdigitados de ouro sobre vidro, selados com microcanal de PDMS, e recobertos com filmes automontados de polímeros condutores, materiais orgânicos e semicondutores. Essa língua eletrônica foi usada para diferenciar os sabores básicos, representados por soluções aquosas de NaCl (salgado), sacarose (doce), cafeína (amargo), HCl (azedo) e glutamato monosódico (umami), distinguir diferentes tipos de cafés, e detectar a presença de gliadina em soluções e alimentos. A distinção foi possível processando-se os dados de magnitude da capacitância com técnicas de projeção multidimensional IDMAP (Interactive Document Map) e análise de componentes principais (PCA). O segundo tipo de língua foi produzido com eletrodos interdigitados de carbono impressos sobre papel com canal hidrofílico e barreiras hidrofóbicas também impresso, modificado com hidrogel funcionalizado com ácido fenil-borônico (PBA) ou polilíquido iônico (PIL). Com dados de capacitância tratados com PCA e IDMAP, a língua foi usada para distinguir soluções dos açúcares glicose, frutose e sacarose, em diferentes concentrações, e diferentes marcas de suco de maçã. Nesta última língua, empregou-se a capacidade de intumescimento de hidrogéis contendo PBA na presença de açúcares, principalmente frutose, que também foi explorada na confecção de sensores com eletrodos de papel que puderam detectar concentrações baixas de glicose, próximas às encontrados no suor humano. Com a tecnologia de sensores em papel e microfluídica, podem-se conceber aplicações futuras, de baixo custo, em sensores na forma de emplastro para monitorar o nível de glicose no suor humano de maneira não invasiva e língua eletrônica para verificar a presença de glúten em alimentos. / The main aim of this thesis was to develop microfluidic devices of electronic tongue (e-tongue) type based on impedance spectroscopy to analyze complex liquids. Two types of e-tongue were developed. The first had sensing units fabricated with gold interdigitated electrodes onto glass with a microchannel sealed with PDMS and coated with layer-by-layer films of conducting polymers, organic and semiconductors. This e-tongue was used to distinguish the basic tastes, represented by aqueous solutions of NaCl (salty), sucrose (sweet), caffeine (bitter), HCl (sour) and monosodium glutamate (umami), to distinguish different types of coffees, and detect the presence of gliadin in solutions and food. The distinction was made possible by processing the capacitance data with the multidimensional projection techniques IDMAP (Interactive Document Map) and principal component analysis (PCA). The second type of e-tongue was produced with carbon interdigitated electrodes printed on paper with a hydrophilic channel with hydrophobic barriers, also printed, modified with functionalized hydrogel with phenylboronic acid (PBA) or poly(ionic liquid) (PIL). With capacitance data treated with PCA and IDMAP, the e-tongue was used to distinguish solutions at various concentrations of glucose, fructose and sucrose, in addition to different brands of apple juice. In this latter e-tongue, use was made of the ability of the hydrogel containing PBA to swell in the presence of sugars, mainly fructose, which was exploited in producing sensors with paper electrodes that could detect low concentrations of glucose, close to the values found in human sweat. With the technology of paper-based sensors and microfluidics, one may envisage future low cost applications, including patch sensors to monitor glucose in human sweat in a non-invasive manner and e-tongues to determine the presence of gluten in food.