Nos últimos anos a eletroforese capilar tem substituído a eletroforese em gel e está sendo usada para uma ampla variedade de aplicações forenses, incluindo tipagem de DNA. A fim de superar as desvantagens com relação à análise simultânea de amostras que a eletroforese em gel oferece, equipamentos com arranjos de capilares foram idealizados, assim como a possibilidade de análises multiplexadas em um único capilar por meio da utilização de corantes intercaladores. Neste trabalho foi otimizada a metodologia para amplificação de DNA pela reação em cadeia da polimerase para sete primers correspondentes a sete regiões padronizadas e legalmente aceitas para testes de paternidade. Três casos foram avaliados por eletroforese em microchip, indicando que um método mais reprodutível e de maior resolução deveria ser utilizado, fato que levou ao desenvolvimento de um método para separação de um padrão de tamanho de DNA de 25 pares de base por eletroforese capilar em soluções poliméricas em um equipamento comercial. Este método foi aplicado à separação do mesmo padrão intercalado a um corante dimérico em um equipamento de eletroforese capilar lab-made miniaturizado, com detecção espectrofotométrica na região visível, sugerindo a possibilidade de o equipamento desenvolvido ser utilizado para análises genéticas multiplexadas com custo e tempo minimizados. / In recent years capillary electrophoresis has substituted slab gel electrophoresis and has been used in a variety of forensic applications, such as DNA typing. In order to overcome the disavantages regarding the simultaneous samples analysis that slab gel offers, equipments with capillary arrays were developed, as well as the possibility of multiplex analysis in a single capillary by using intercalating dyes. In this work the metodology to amplify DNA by polimerase chain reaction was studied to seven primers corresponding to seven standardized and legaly accepted regions in paternity tests. Three cases were evaluated by microchip electrophoresis, indicating the need for a more reproductive and with better resolution method has to be used. This fact lead to the development of a method to separate a 25 base pairs DNA ladder by gel capillary electrophoresis in a comercial equipment. In the sequence, this method was apllied to the separation of the same ladder intercalated to a dimeric dye in a lab-made miniaturized capillary electrophoresis system with spectrophotometric detection at visible region, suggesting that the developed equipment can be used for multiplexed genetic analysis with reduced cost and time.

A presença de antibióticos no ambiente evidencia o problema do descarte inadequado de resíduos farmacêuticos e da ineficiência dos atuais sistemas de tratamento de resíduos. Como consequência a essa contaminação há a possibilidade de resistência microbiana e de outros efeitos nocivos, ainda não completamente compreendidos, sobre a fauna e flora aquática. O presente trabalho teve como um dos objetivos desenvolver métodos de preparo de amostra e análise para avaliar o potencial de um reator anaeróbio de leito fixo para a remoção de sulfonamidas de matrizes complexas, além de investigar possíveis resíduos dessa classe em diversos compartimentos ambientais da cidade de São Carlos. Para isso, métodos utilizando extração em fase sólida (SPE) e cromatografia líquida (LC) foram desenvolvidos em associação à análise por espectrometria de massas. Os resultados mostraram que o reator utilizado consegue remover satisfatoriamente o composto investigado, podendo ser, futuramente, uma alternativa aos tratamentos convencionais. Tais resultados foram obtidos a partir do desenvolvimento e validação de um método utilizando detecção por um analisador híbrido do tipo quadrupolo-tempo de voo (SPE-LC-QTOF). Outro método, baseado em SPE-LC-QTRAP (analisador híbrido quadrupolo-aprisionador de íons linear), foi validado visando mostrar que existe contaminação por sulfonamidas e trimetoprima em águas de córregos coletadas em algumas regiões da cidade. Tal objetivo foi atingindo, permitindo inclusive a comparação entre as figuras de mérito obtidas durante a validação dos métodos, que indicou que os analisadores (e os sistemas utilizados, em geral) possuem diferenças significativas que influem em parâmetros como o efeito de matriz, os limites de quantificação e a sensibilidade.<br/> Paralelamente aos métodos convencionais, alternativas de preparo e análise que reduziam a necessidade de grandes volumes de amostra e solventes também foram desenvolvidos. A associação de técnicas miniaturizadas de preparo de amostra e análise permitiu que limites de detecção comparáveis aos dos métodos utilizando SPE fossem atingidos, utilizando, inclusive, o analisador do tipo tempo de voo. Dessa forma, um novo escopo de aplicações usufruindo das características deste último analisador poderá ser desenvolvido a partir da melhor pré-concentração proporcionada pelas estratégias de miniaturização estudadas. / The presence of antibiotics in the environment demonstrates the problem of improper drug disposal and inefficiency of the current water treatment systems. As a result of this contamination, there is the possibility of microbial resistance and other harmful effects, not totally understood, on the aquatic flora and fauna. The present study aimed to develop methods for sample preparation and analysis in order to evaluate the potential of an anaerobic fixed bed reactor for removing sulfonamides from complex matrices and, in addiction, to investigate the presence of this class of contaminants in various environmental compartments of São Carlos. For this, methods using solid phase extraction (SPE) and liquid chromatography (LC), were developed in association with the analysis by mass spectrometry . The results showed that the reactor used can satisfactorily remove the compound investigated and may be, in future, an alternative to conventional treatments. These results were obtained from the development and validation of a method based on solid phase extraction associated with liquid chromatography coupled to mass spectrometry using a hybrid quadrupole-time of flight (SPE-LC-QTOF) analyzer. Another method that was also developed and validated, based on SPE-LC-QTRAP (hybrid quadrupole-linear ion trap), was useful to show that there is contamination by sulfonamides and trimethoprim in water collected from rivers in some areas of the town. This objective was achieved, inclusive allowing the comparison between the figures of merit obtained during the methods validation, which indicated that the analyzers (and the systems used, in general) have significant differences which that affect parameters as matrix effect and quantification limits.<br/> In parallel with the conventional methods, alternatives of sample preparation and analysis that reduced the need of large volumes of sample and solvent were also developed.<br/> The association of miniaturized techniques of sample preparation and analysis allowed detection limits comparable to that of methods using SPE, even using small volumes of sample and solvent and a less sensitive mass analyzer. Thus, a new scope of applications, taking advantage of the characteristics of the QTOF, can be developed from the higher pre-concentration provided by the strategies studied in this work.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de microchips para eletroforese a partir dos processos de impressão direta e fotolitográfico. A estrutura dos microcanais fabricados pelo processo de impressão direta são definidos por filmes de poliéster (base e tampa) e por uma camada de toner (paredes). A caracterização da superfície e da composição do toner foram necessárias para um melhor entendimento da composição química da estrutura dos microcanais e para este propósito foram utilizadas diferentes técnicas como análise elementar de CHN-O, AFM, EDX e MEV. Além da química do toner as dimensões limites para os canais, como largura e altura, também foram estudadas. A aplicação de um efeito de cinza nos microcanais foi avaliado de modo a desenvolver um dispositivo de pré-concentração usando as partículas de toner como obstáculos para o fluxo. Os microdispositivos fabricados em poliéster-toner foram integrados com detecção amperométrica no final do canal de separação usando eletrodos produzidos a partir da combinação das tecnologias da produção de máscaras de toner e CDs, como fonte de ouro. O desempenho destes microchips foi avaliado com detecção amperométrica da separação eletroforética de iodeto e ascorbato. Os limites de detecção obtidos foram de 500 nmol L-1 (135 amol) e 1,2 mmol L-1 (486 amol) para o iodeto e ascorbato, respectivamente. Além do processo de impressão direta, o processo fotolitográfico também foi utilizado para a mesma finalidade. Neste processo foi utilizado o fotorresiste negativo SU-8 e microdispositivos com área de 1 cm2 foram fabricados usando diferentes substratos como vidro, silício e alumina. A alumina apresentou muitas irregularidades para os microdispositivos fabricados. Problemas com a absorção e dispersão da radiação ultravioleta foram observados. No entanto, a alumina foi um excelente material para as etapas de produção de dois moldes metálicos para a rápida produção de dispositivos poliméricos. Um molde com uma geometria complexa foi obtido para estudar um novo sistema de injeção e um segundo molde foi preparado para avaliar o uso de uma borracha de silicone como material moldante. Além disso, este trabalho também apresenta o desenvolvimento de um dispositivo microfabricado com eletrodos completamente integrados para separação e detecção eletroquímica. Eletrodos de ouro ou de titânio/platina foram obtidos através da técnica lift-off. As máscaras para a fabricação de moldes metálicos e dos dispositivos integrados foram preparadas em fotolito de alta resolução. / This work describes the development of electrophoresis microchip fabricated by direct-printing and photolithographic processes. The channel structures of the devices fabricated by direct-printing process are defined by polyester films (base and cover) and by a toner layer (walls). The characterization of toner surface and composition were necessary for a better understanding of the chemistry composition and for this purpose we have used different techniques such as CHN-O elemental analysis, AFM, EDX and SEM. Besides the chemistry of toner, the possible dimensions for the channels as the depth and the width were also studied. The application of a gray-scale effect in the channels was evaluated in order to create a preconcentration device using the toner particles as obstacles for the flow. The polyester-toner microdevices were coupled with end-channel amperometric detection using electrodes produced by combination of the toner masks laser-printing and compact discs as a gold source. The performance of this electrophoresis microchip was evaluated by amperometric detection of iodide and ascorbate. The detection limits found were 500 nmol L-1 (135 amol) and 1.2 mmol L-1 (486 amol) for iodide and ascorbate, respectively. Besides the direct-printing process, the photolithographic process was also used for this purpose. In this process it was used the SU-8 negative photoresist and microdevices with 1-cm2 area were fabricated using different substrates such as glass, silicon and alumina. The alumina presented several irregularities for the microdevices fabricated. Problems with the absorption and dispersion of ultraviolet radiation were observed. However, the alumina was an excellent material for the steps in the production of two metallic molds for fast production of PDMS devices. One mold with complex geometry was obtained in order to study a new injection system and a second mold was prepared to evaluate the use of silicon rubber as molding material. Furthermore, in this work it was also reported the development of a microfabricated device with fully integrated electrodes for separation and electrochemical detection. The gold or titanium/platinum electrodes were obtained by lift-off technique. The masks for fabrication of the metallic molds and of the integrated microdevices were prepared in transparency films with high resolution.

A presença de antibióticos no ambiente evidencia o problema do descarte inadequado de resíduos farmacêuticos e da ineficiência dos atuais sistemas de tratamento de resíduos. Como consequência a essa contaminação há a possibilidade de resistência microbiana e de outros efeitos nocivos, ainda não completamente compreendidos, sobre a fauna e flora aquática. O presente trabalho teve como um dos objetivos desenvolver métodos de preparo de amostra e análise para avaliar o potencial de um reator anaeróbio de leito fixo para a remoção de sulfonamidas de matrizes complexas, além de investigar possíveis resíduos dessa classe em diversos compartimentos ambientais da cidade de São Carlos. Para isso, métodos utilizando extração em fase sólida (SPE) e cromatografia líquida (LC) foram desenvolvidos em associação à análise por espectrometria de massas. Os resultados mostraram que o reator utilizado consegue remover satisfatoriamente o composto investigado, podendo ser, futuramente, uma alternativa aos tratamentos convencionais. Tais resultados foram obtidos a partir do desenvolvimento e validação de um método utilizando detecção por um analisador híbrido do tipo quadrupolo-tempo de voo (SPE-LC-QTOF). Outro método, baseado em SPE-LC-QTRAP (analisador híbrido quadrupolo-aprisionador de íons linear), foi validado visando mostrar que existe contaminação por sulfonamidas e trimetoprima em águas de córregos coletadas em algumas regiões da cidade. Tal objetivo foi atingindo, permitindo inclusive a comparação entre as figuras de mérito obtidas durante a validação dos métodos, que indicou que os analisadores (e os sistemas utilizados, em geral) possuem diferenças significativas que influem em parâmetros como o efeito de matriz, os limites de quantificação e a sensibilidade.<br/> Paralelamente aos métodos convencionais, alternativas de preparo e análise que reduziam a necessidade de grandes volumes de amostra e solventes também foram desenvolvidos. A associação de técnicas miniaturizadas de preparo de amostra e análise permitiu que limites de detecção comparáveis aos dos métodos utilizando SPE fossem atingidos, utilizando, inclusive, o analisador do tipo tempo de voo. Dessa forma, um novo escopo de aplicações usufruindo das características deste último analisador poderá ser desenvolvido a partir da melhor pré-concentração proporcionada pelas estratégias de miniaturização estudadas. / The presence of antibiotics in the environment demonstrates the problem of improper drug disposal and inefficiency of the current water treatment systems. As a result of this contamination, there is the possibility of microbial resistance and other harmful effects, not totally understood, on the aquatic flora and fauna. The present study aimed to develop methods for sample preparation and analysis in order to evaluate the potential of an anaerobic fixed bed reactor for removing sulfonamides from complex matrices and, in addiction, to investigate the presence of this class of contaminants in various environmental compartments of São Carlos. For this, methods using solid phase extraction (SPE) and liquid chromatography (LC), were developed in association with the analysis by mass spectrometry . The results showed that the reactor used can satisfactorily remove the compound investigated and may be, in future, an alternative to conventional treatments. These results were obtained from the development and validation of a method based on solid phase extraction associated with liquid chromatography coupled to mass spectrometry using a hybrid quadrupole-time of flight (SPE-LC-QTOF) analyzer. Another method that was also developed and validated, based on SPE-LC-QTRAP (hybrid quadrupole-linear ion trap), was useful to show that there is contamination by sulfonamides and trimethoprim in water collected from rivers in some areas of the town. This objective was achieved, inclusive allowing the comparison between the figures of merit obtained during the methods validation, which indicated that the analyzers (and the systems used, in general) have significant differences which that affect parameters as matrix effect and quantification limits.<br/> In parallel with the conventional methods, alternatives of sample preparation and analysis that reduced the need of large volumes of sample and solvent were also developed.<br/> The association of miniaturized techniques of sample preparation and analysis allowed detection limits comparable to that of methods using SPE, even using small volumes of sample and solvent and a less sensitive mass analyzer. Thus, a new scope of applications, taking advantage of the characteristics of the QTOF, can be developed from the higher pre-concentration provided by the strategies studied in this work.

Nos últimos anos a eletroforese capilar tem substituído a eletroforese em gel e está sendo usada para uma ampla variedade de aplicações forenses, incluindo tipagem de DNA. A fim de superar as desvantagens com relação à análise simultânea de amostras que a eletroforese em gel oferece, equipamentos com arranjos de capilares foram idealizados, assim como a possibilidade de análises multiplexadas em um único capilar por meio da utilização de corantes intercaladores. Neste trabalho foi otimizada a metodologia para amplificação de DNA pela reação em cadeia da polimerase para sete primers correspondentes a sete regiões padronizadas e legalmente aceitas para testes de paternidade. Três casos foram avaliados por eletroforese em microchip, indicando que um método mais reprodutível e de maior resolução deveria ser utilizado, fato que levou ao desenvolvimento de um método para separação de um padrão de tamanho de DNA de 25 pares de base por eletroforese capilar em soluções poliméricas em um equipamento comercial. Este método foi aplicado à separação do mesmo padrão intercalado a um corante dimérico em um equipamento de eletroforese capilar lab-made miniaturizado, com detecção espectrofotométrica na região visível, sugerindo a possibilidade de o equipamento desenvolvido ser utilizado para análises genéticas multiplexadas com custo e tempo minimizados. / In recent years capillary electrophoresis has substituted slab gel electrophoresis and has been used in a variety of forensic applications, such as DNA typing. In order to overcome the disavantages regarding the simultaneous samples analysis that slab gel offers, equipments with capillary arrays were developed, as well as the possibility of multiplex analysis in a single capillary by using intercalating dyes. In this work the metodology to amplify DNA by polimerase chain reaction was studied to seven primers corresponding to seven standardized and legaly accepted regions in paternity tests. Three cases were evaluated by microchip electrophoresis, indicating the need for a more reproductive and with better resolution method has to be used. This fact lead to the development of a method to separate a 25 base pairs DNA ladder by gel capillary electrophoresis in a comercial equipment. In the sequence, this method was apllied to the separation of the same ladder intercalated to a dimeric dye in a lab-made miniaturized capillary electrophoresis system with spectrophotometric detection at visible region, suggesting that the developed equipment can be used for multiplexed genetic analysis with reduced cost and time.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de microchips para eletroforese a partir dos processos de impressão direta e fotolitográfico. A estrutura dos microcanais fabricados pelo processo de impressão direta são definidos por filmes de poliéster (base e tampa) e por uma camada de toner (paredes). A caracterização da superfície e da composição do toner foram necessárias para um melhor entendimento da composição química da estrutura dos microcanais e para este propósito foram utilizadas diferentes técnicas como análise elementar de CHN-O, AFM, EDX e MEV. Além da química do toner as dimensões limites para os canais, como largura e altura, também foram estudadas. A aplicação de um efeito de cinza nos microcanais foi avaliado de modo a desenvolver um dispositivo de pré-concentração usando as partículas de toner como obstáculos para o fluxo. Os microdispositivos fabricados em poliéster-toner foram integrados com detecção amperométrica no final do canal de separação usando eletrodos produzidos a partir da combinação das tecnologias da produção de máscaras de toner e CDs, como fonte de ouro. O desempenho destes microchips foi avaliado com detecção amperométrica da separação eletroforética de iodeto e ascorbato. Os limites de detecção obtidos foram de 500 nmol L-1 (135 amol) e 1,2 mmol L-1 (486 amol) para o iodeto e ascorbato, respectivamente. Além do processo de impressão direta, o processo fotolitográfico também foi utilizado para a mesma finalidade. Neste processo foi utilizado o fotorresiste negativo SU-8 e microdispositivos com área de 1 cm2 foram fabricados usando diferentes substratos como vidro, silício e alumina. A alumina apresentou muitas irregularidades para os microdispositivos fabricados. Problemas com a absorção e dispersão da radiação ultravioleta foram observados. No entanto, a alumina foi um excelente material para as etapas de produção de dois moldes metálicos para a rápida produção de dispositivos poliméricos. Um molde com uma geometria complexa foi obtido para estudar um novo sistema de injeção e um segundo molde foi preparado para avaliar o uso de uma borracha de silicone como material moldante. Além disso, este trabalho também apresenta o desenvolvimento de um dispositivo microfabricado com eletrodos completamente integrados para separação e detecção eletroquímica. Eletrodos de ouro ou de titânio/platina foram obtidos através da técnica lift-off. As máscaras para a fabricação de moldes metálicos e dos dispositivos integrados foram preparadas em fotolito de alta resolução. / This work describes the development of electrophoresis microchip fabricated by direct-printing and photolithographic processes. The channel structures of the devices fabricated by direct-printing process are defined by polyester films (base and cover) and by a toner layer (walls). The characterization of toner surface and composition were necessary for a better understanding of the chemistry composition and for this purpose we have used different techniques such as CHN-O elemental analysis, AFM, EDX and SEM. Besides the chemistry of toner, the possible dimensions for the channels as the depth and the width were also studied. The application of a gray-scale effect in the channels was evaluated in order to create a preconcentration device using the toner particles as obstacles for the flow. The polyester-toner microdevices were coupled with end-channel amperometric detection using electrodes produced by combination of the toner masks laser-printing and compact discs as a gold source. The performance of this electrophoresis microchip was evaluated by amperometric detection of iodide and ascorbate. The detection limits found were 500 nmol L-1 (135 amol) and 1.2 mmol L-1 (486 amol) for iodide and ascorbate, respectively. Besides the direct-printing process, the photolithographic process was also used for this purpose. In this process it was used the SU-8 negative photoresist and microdevices with 1-cm2 area were fabricated using different substrates such as glass, silicon and alumina. The alumina presented several irregularities for the microdevices fabricated. Problems with the absorption and dispersion of ultraviolet radiation were observed. However, the alumina was an excellent material for the steps in the production of two metallic molds for fast production of PDMS devices. One mold with complex geometry was obtained in order to study a new injection system and a second mold was prepared to evaluate the use of silicon rubber as molding material. Furthermore, in this work it was also reported the development of a microfabricated device with fully integrated electrodes for separation and electrochemical detection. The gold or titanium/platinum electrodes were obtained by lift-off technique. The masks for fabrication of the metallic molds and of the integrated microdevices were prepared in transparency films with high resolution.

A presen&ccedil;a de antibi&oacute;ticos em &aacute;guas superficiais e subterr&acirc;neas &eacute; motivo de preocupa&ccedil;&atilde;o, devido ao surgimento de bact&eacute;rias resistentes. Contudo, a maioria dos trabalhos publicados na literatura cient&iacute;fica mant&eacute;m o foco nos antibi&oacute;ticos inalterados, sendo que as mol&eacute;culas degradadas tamb&eacute;m est&atilde;o no ambiente. Esses produtos de degrada&ccedil;&atilde;o podem ser t&atilde;o ou mais prejudiciais do que as mol&eacute;culas que lhes deram origem. Esse trabalho teve por objetivo desenvolver m&eacute;todos de extra&ccedil;&atilde;o utilizando a microextra&ccedil;&atilde;o por sorvente empacotado (MEPS) para pr&eacute;-concentrar e recuperar produtos de fotodegrada&ccedil;&atilde;o de representantes das sulfonamidas (sulfametazina) e fluoroquinlonas (ciprofloxacino), duas das mais importantes classes de antibi&oacute;ticos. MEPS &eacute; considerada uma t&eacute;cnica promissora utilizando pequenos volumes de amostra e de solventes, al&eacute;m de empregar pequenas quantidades de fase extratora, que ainda pode ser reutilizada. Foram comparadas as fases Oasis&reg; HLB e nanotubos de carbono, sendo que a primeira apresentou melhores resultados. Seis produtos de degrada&ccedil;&atilde;o da sulfametazina (SMZ) e oito produtos do ciprofloxacino (CIP), al&eacute;m das mol&eacute;culas inalteradas, foram pr&eacute;-concentrados e analisados por cromatografia l&iacute;quida acoplada &agrave; espectrometria de massas de alta resolu&ccedil;&atilde;o (LC-ESI-ToF). Inicialmente, as concentra&ccedil;&otilde;es de f&aacute;rmaco inalterado utilizadas na fotodegrada&ccedil;&atilde;o foram de 25 mg L-1 (SMZ) e 10mg L-1 (CIP), para que os produtos fossem identificados. As taxas de recupera&ccedil;&atilde;o por MEPS ficaram acima de 50%, o que &eacute; um resultado promissor, considerando-se as diferen&ccedil;as estruturais dos produtos de degrada&ccedil;&atilde;o. Em concentra&ccedil;&otilde;es 100 vezes menores, MEPS conseguiu pr&eacute;-concentrar todos os produtos da SMZ e do CIP, facilitando sua detec&ccedil;&atilde;o. Ap&oacute;s desenvolver a pr&eacute;-concentra&ccedil;&atilde;o por MEPS em &aacute;gua purificada, foram realizados estudos de efeito de matriz em esgoto sint&eacute;tico. Enquanto somente um produto de degrada&ccedil;&atilde;o da SMZ sofreu supress&atilde;o de ioniza&ccedil;&atilde;o, todos os outros (inclusive os de CIP) experimentaram um aumento de sinal devido &agrave; presen&ccedil;a dos interferentes de matriz. O m&eacute;todo desenvolvido para MEPS tamb&eacute;m foi testado para pr&eacute;-concentrar produtos de degrada&ccedil;&atilde;o anaer&oacute;bica da SMZ em reator biol&oacute;gico, obtendo-se &ecirc;xito. Dessa forma, MEPS desponta como uma t&eacute;cnica promissora para pr&eacute;-concentrar produtos de degrada&ccedil;&atilde;o e para que pesquisadores possam acompanhar a degrada&ccedil;&atilde;o de reatores biol&oacute;gicos, visto que requer pequenas quantidades de amostra, n&atilde;o alterando significativamente o volume do meio reacional. / Antibiotics are present both surface water and groundwater and this is motive of concern, due to their ability to cause bacterial resistance. Nevertheless, most of publications in scientific area focuses in unchanged compounds, even knowing the presence of degraded molecules in the environment. These degradation products might be so or more dangerous than unchanged compounds. In this work, extraction methods for degradation products were developed using microextraction by packed sorbent (MEPS). MEPS is an eco-friendly technique due to little consumption of sample, solvents and sorbent. The degradation products of sulfamethazine (SMZ) and ciprofloxacin (CIP) were generated by photodegradation at 25 mg L-1 and <br clear=\"all\" /> 10 mg L-1 of unchanged drug, respectively. The number of degradation products was six for SMZ and eight for CIP. Oasis&reg; HLB and carbon nanotubes were tested as sorbents and the first got better results in preconcentration. The chromatographic analysis was performed by liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry (LC-ESI-ToF). Recovery rates obtained by MEPS were greater than 50%, which is a significant result, considering structural differences among degradation products. After setting extraction conditions, MEPS was able to recover degradation products at concentrations 100 times lower and more akin to those find in the environment. Using synthetic sewage as medium, matrix effect studies were performed. The prevalent effect was an increase of ionization in degradation products (both SMZ and CIP), just one SMZ product experienced suppression of ionization. At last, SMZ was degraded in an anaerobic reactor and the degradation products were preconcentrated by MEPS. Although the biological degradation products were not the same of photodegradation (except by one), MEPS was capable to preconcentrate them. Thereby, MEPS starts to dawn as a promising technique to preconcentrate degradation products, specially for researchers using biological reactors, since MEPS requires low volumes of sample and almost do not change the final bulk of reactor.

Este trabalho de doutorado apresenta o desenvolvimento de novas tecnologias para fabricação de microsistemas analíticos e detecção eletroquímica. Primeiramente, a poliuretana elastomérica, derivada de uma fonte renovável, o óleo de mamona, foi utilizada como um novo e alternativo material para fabricação de microdispositivos. Foram avaliadas as características físicas dos microcanais formados por moldagem, a compatibilidade química com solventes e eletrólitos, as características de superfície através dos ângulos de contato, o EOF em diferentes pHs e a performance analítica em experimentos de eletroforese com detecção eletroquímica. A segunda parte do trabalho apresenta o desenvolvimento de um método para a determinação simultânea de azo-corantes comumente usados na indústria alimentícia. Amaranto, amarelo crepúsculo FCF, amarelo sólido AB, ponceu 4R e vermelho 2G, foram separados e quantificados através de eletroforese em microdispositivos com detecção eletroquímica. Foram estudados e otimizados vários parâmetros que influenciaram a separação eletroforética e detecção eletroquímica, em experimentos realizados usando microdispositivos de vidro e eletrodo de trabalho de carbono vítreo. Finalmente, a terceira parte desse trabalho apresenta o uso das propriedades magnéticas e eletrocatalíticas de nanofios de níquel no desenvolvimento de um detector adaptativo magneticamente modulável para eletroforese em microdispositivos. / The development of microfluidic analytical systems has witnessed an explosive growth during the last 15 years. Particular attention has been given to microchip electrophoresis because of their fast and efficient separation capabilities. Electrochemistry detection offers considerable promise for such microfluidic systems, with features that include remarkable sensitivity, inherent miniaturization and portability, low cost, and high compatibility with microfabrication technologies. This thesis shows the development of new fabrication technologies for miniaturized analytical systems with electrochemical detection and it is presented in four chapters, Chapter I shows an introductory view of the main aspects related to miniaturization of analytical systems and amperometric detection configurations commonly coupled to microchip electrophoresis. In Chapter II, the use of elastomeric polyurethane (PU), derived from castor oil (CO) biosource, as a new material for fabrication of microfluidic devices by rapid prototyping is presented. Including the irreversible sealing step, PU microchips were fabricated in less than 1 h by casting PU resin directly on the positive high-relief molds fabricated by standard photolithography and nickel electrodeposition. Physical characterization of microchannels was performed by scanning electron microscopy (SEM) and profilometry. Polymer surface was characterized using contact angle measurements and the results showed that the hydrophilicity of the PU surface increases after oxygen plasma treatment. The polymer surface demonstrated the capability of generating an electroosmotic flow (EOF) of 2.6 × 10-4 cm2 V-1 s-1 at pH 7 in the cathode direction, which was characterized by current monitoring method at different pH values. The compatibility of PU with a wide range of solvents and electrolytes was tested by determining its degree of swelling over a 24 h period of contact. The performance of microfluidic systems fabricated using this new material was evaluated by fabricating miniaturized capillary electrophoresis systems. We used catecholamines as model analytes that were separated in aqueous solutions and detected with end-channel amperometric detection. In Chapter III, a method based on microchip electrophoresis with electrochemical detection has been developed for the simultaneous determination of Yellow AB, Red 2G, Sunset Yellow, Ponceu 4R, and Amaranth which are azo-dyes frequently added to foodstuffs. Factors affecting both separation and detection processes were examined and optimized, with best performance achieved by using a 10 mM phosphate buffer (pH 11) as running buffer and applying a voltage of 2500 V both in the separation and in the electrokinetic injection (duration 4 s). Under these optimal conditions, the target dye analytes could be separated and detected within 300 s by applying a detection potential of -1,0 V (vs. Ag/AgCl) to the glassy carbon (GC) working electrode. The recorded peaks were characterized by a good repeatability (RSD = 1,8 - 3,2%), high sensitivity, and a wide linear range. Detection limits of 3.8, 3.4, 3.6, 9.1, 15.1 ?M were obtained for Yellow AB, Red 2G, Sunset Yellow, Ponceu 4R, and Amaranth, respectively. Fast, sensitive, and selective response makes the new microchip protocol very attractive for the quantitative analysis of commercial soft drinks and candies Finally, in Chapter IV, we demonstrate for the first time the use of adaptive functional nickel nanowires for switching on demand operation of microfluidic devices. Controlled reversible magnetic positioning and orientation of these nanowires at the microchannel outlet offers modulation of the detection and separation processes, respectively. The former facilitates switching between active and passive detection states to allow the microchip to be periodically activated to perform a measurement and reset it to the passive (\"off\") state between measurements. Fine magnetic tuning of the separation process (post channel broadening of the analyte zone) is achieved by reversibly modulating the nanowire orientation (i.e., detector alignment) at the channel outlet. The concept can be extended to other microchip functions and stimuli-responsive materials and holds great promise for regulating the operation of microfluidic devices in reaction to specific needs or unforeseen scenarios.

O presente estudo visa o desenvolvimento de pesquisas em uma área altamente promissora da cromatografia líquida moderna, denominada genericamente de cromatografia líquida capilar (cLC). Sua principal característica é o uso de instrumentação miniaturizada, cujos benefícios em relação à HPLC são fartamente documentados. O Grupo de Cromatografia do IQSC-USP vem desenvolvendo, há vários anos, instrumentação e colunas para esta área, havendo construído um sistema, para micro e nano LC, completo. O objetivo deste trabalho foi ampliar o emprego do mesmo, através do uso de programação de temperatura em cromatografia líquida capilar, fazendo uso de colunas empacotadas e tubulares abertas (OT), desenvolvidas no laboratório. Uma metodologia relativamente simples foi desenvolvida para preparar as colunas capilares com fases estacionárias C18 com boa repetitividade. Para tal, a influência de várias características da coluna, tais como, tamanho da partícula, comprimento, diâmetro interno, tipos de hardwares empregados como corpo da coluna e sistema de bombeamento, foram avaliadas, sendo estabelecida uma relação entre as mesmas e o desempenho da coluna. As microcolunas empacotadas obtidas apresentaram excelente desempenho. Colunas tubulares abertas, OT do tipo WCOT e PLOT (com diferentes tipos de fases, comprimentos e diâmetros internos) foram produzidas e avaliadas, utilizando uma mistura de alquilbenzenos. Os resultados sugerem um desempenho ainda insatisfatório das colunas OTLC, embora os compostos avaliados tenham sido separados indicando, de forma promissora, que uma otimização nas características das colunas poderá contribuir para se alcançar maiores eficiências. Foi aplicada programação de temperatura na separação de diferentes classes de compostos resultando na redução de, pelo menos, metade do tempo de análise com aumento da eficiência de, no mínimo 2 vezes, quando comparado à separação realizada em condição isotérmica. Isto ilustra a importância da utilização da programação de temperatura em cromatografia líquida capilar. Por último, foi avaliado o desempenho de uma coluna capilar empacotada em um sistema cLC comercial e no cLC desenvolvido no laboratório, onde se observou que o desempenho da coluna foi melhor quando utilizada no cromatógrafo líquido capilar desenvolvido pelo grupo (\"homemade\"). / The present study aims to develop research in a highly promising field of general report generation, generally referred to as capillary liquid chromatography (cLC). Its main feature is the use of miniaturized instrumentation, whose benefits in relation to HPLC are well documented. O Grupo de Cromatografia do IQSC-USP vem desenvolvendo, há vários anos, instrumentação e colunas para esta área, havendo construído um sistema, para micro e nano LC, completo. The objective of this work was to extend the use of the same, by using temperature programming in capillary liquid chromatography, making use of packed and open tubular columns (OT), developed in the laboratory. A relatively simple methodology was developed to prepare capillary columns with C18 stationary phases with good repeatability. To do this, the influence of various column characteristics, such as particle size, length, internal diameter, types of hardware used as column body and pumping system, were evaluated, establishing a relationship between them and the performance of the column. The packaged microcolumns obtained showed excellent performance. Open tubular columns, OT WCOT and PLOT (with different types of phases, lengths and internal diameters) were produced and evaluated using a mixture of alkylbenzenes. The results suggest a still unsatisfactory performance of the OTLC columns, although the compounds evaluated were promising, indicating that an optimization of the characteristics of the columns could contribute to higher efficiencies. Temperature programming was applied in the separation of different classes of compounds resulting in the reduction of at least half of the analysis time with increase of the efficiency of at least 2 times when compared to the separation realized in isothermal condition. This illustrates the importance of using temperature programming in capillary liquid chromatography. Finally, the performance of a capillary column packed in a commercial cLC system and in the cLC developed in the laboratory was evaluated, where it was observed that the performance of the column was better when used in the liquid capillary chromatograph developed by the group (\"homemade\").

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Experimental parameters were optimized and the best conditions were: paper 1 CHR, 5 mm microzone diameter, 4 μL sample volume and 0.05 mol/L chromogen concentration. μPADs were coupled to colorimetric detection and the feasibility was demonstrated by Fe2+ determination in VH samples, in which the data were not statistically different from conventional technique (ICP-MS). It is important to highlight that Fe2+ levels were proportional to PMI. A color scale was also developed to help the forensic teams in order to estimate the PMI with a simple, quick and visual way. For electrochemical sensors, two different sensors were proposed to determine salivary α-amylase (sAA) levels in human saliva samples, aiming help in the diagnostic of pancreatitis and periodontitis. The first sensor based in a carbon screen-printed electrode (SPE) associated to amperometric detection. Experimental parameters were optimized and the best conditions were: 5 mmol L-1 NaOH (pH= 12), 20 min reaction time, 15 μL sAA volume and 0.5% (w/v) starch concentration. The feasibility of the sensor was demonstrated by sAA determination in five saliva samples (two from male donators and three from female individuals). The sAA concentrations ranged between 182.1 e 1117.1 U mL-1; once two female samples presented high sAA levels because the use of oral contraceptive. The other proposed electrochemical sensor was based in a Batch Injection Analysis with Amperometric Detection (BIA-AD) system using copper oxide (CuO) as working electrode (WE). Through experimental optimization was selected the potential that generate the best current signal. The WE obtained by a chemical/thermal treatment present good stability, once the relative standard deviation (RSD) value was 0.3%, which is ca. 75 fold lower than the RSD obtained with the electrochemical procedure to generate CuO in the electrode surface. The feasibility of the sensor was demonstrated by sAA determination in four human saliva samples. Was possible distinguish patients with and without periodontitis, obtaining thus a quick information about periodontal state of the patients. In general, the three proposed sensors in this study offered good precision, accuracy and specificity. Furthermore, the sensors are simple, portables, low cost and not requires none sophisticate instrumentation. Therefore, they present as promising alternatives to be used in point-of-care clinical and forensic analysis. / O trabalho descrito nesta tese demonstra o desenvolvimento de sensores colorimétricos e eletroquímicos de baixo custo, para aplicações nas áreas clínica e forense. Inicialmente, foi desenvolvido um dispositivo microfluídico de papel (μPAD, do inglês microfluidic paper-based analytical device) como sensor colorimétrico, visando a estimativa rápida do intervalo post-mortem (IPM) na cena do crime usando amostras de humor vítreo (HV) humano. Parâmetros experimentais foram otimizados e as melhores condições foram: papel tipo 1 CHR, microzona com 5 mm de diâmetro, volume de amostra de 4 μL e concentração de cromógeno de 0,05 mol/L. Os μPADs foram acoplados à detecção colorimétrica e a viabilidade foi demonstrada através da determinação dos níveis de Fe2+ em amostras de HV, onde os dados não diferiram estatisticamente da técnica convencional (ICP-MS). Vale ressaltar que os níveis de Fe2+ foram proporcionais ao IPM. Também foi desenvolvida uma escala de cor, para auxiliar as equipes forenses a estimar o IPM de maneira simples, rápida e visual. Em relação aos sensores eletroquímicos, foram propostos dois diferentes sensores para realizar a dosagem de α-amilase salivar (sAA, do inglês salivary α-amylase) em amostras de fluido oral humano, visando auxiliar no diagnóstico de doenças como pancreatite e periodontite. O primeiro sensor baseou-se em um eletrodo impresso (SPE, do inglês screen-printed electrode) de carbono associado a detecção amperométrica. Otimizou-se parâmetros experimentais e as melhores condições foram: concentração de NaOH igual a 5 mmol L-1 (pH= 12), tempo reacional de 20 min, volume de sAA de 15 μL e concentração de amido igual a 0,5% (m/v). A viabilidade do sensor foi demonstrada através da determinação de sAA em cinco amostras de fluido oral (duas de indivíduos do gênero masculino e três do gênero feminino). Os valores de concentração de sAA variaram entre 182,8 e 1117,1 U mL-1; sendo que duas amostras do gênero feminino exibiram elevados níveis de sAA devido ao uso de contraceptivo oral. O outro sensor eletroquímico proposto baseou-se em um sistema de análise por injeção em batelada com detecção amperométrica (BIA-AD, do inglês Batch Injection Analysis with Amperometric Detection) usando eletrodo de trabalho (ET) de óxido de cobre (CuO). Através de uma otimização experimental foi possível selecionar o potencial que fornece o melhor sinal de corrente. O ET obtido por um tratamento químico/térmico apresentou boa estabilidade, onde o valor de desvio padrão relativo (DPR) foi de 0,3%, que é cerca de 75 vezes menor do que o DPR obtido com o procedimento eletroquímico para gerar o CuO na superfície do eletrodo. A viabilidade do sensor foi demonstrada através da dosagem de sAA em quatro amostras de fluido oral humano. Foi possível diferenciar pacientes com e sem periodontite, obtendo assim uma informação rápida sobre a situação periodontal dos pacientes. De maneira geral, os três sensores propostos neste trabalho ofereceram boa precisão, exatidão e especificidade. Além disso, são simples, portáteis, de baixo custo e não requerem nenhuma instrumentação sofisticada. Sendo assim, se apresentam como alternativas promissoras para serem utilizados em análises clínicas e forenses no point-of-care.