Le formaldéhyde (HCHO) est un polluant majeur de l’air intérieur. L’objectif de cette thèse est de réaliser les avancées scientifiques et technologiques nécessaires à l’obtention d’une méthode analytique basée sur un dispositif microfluidique de mesure du formaldéhyde dans l’air associant précision, sélectivité, rapidité d’analyse avec pour objectif majeur une autonomie suffisante sur de longues durées, typiquement un mois. Le principe de la méthode reposait initialement sur trois étapes clés, à savoir le piégeage du formaldéhyde gazeux en solution, la réaction du formaldéhyde avec un agent dérivatif, puis la détection du produit de dérivation par colorimétrie ou fluorimétrie. La méthode a finalement évolué vers seulement deux étapes distinctes grâce à l’utilisation d’un dispositif microfluidique innovant dans lequel le piégeage et la réaction ont lieu simultanément. L’étude des performances analytiques du dispositif a permis de valider la méthode développée pendant cette thèse. / Formaldehyde (HCHO) is a major pollutant in indoor air. The objective of this work is to realize the scientific and technological advances required to obtain an analytical method based on a microfluidic device to measure air formaldehyde combining precision, selectivity, analysis speed with for major objective a sufficient autonomy on a long time, typically one month. The principle of the method was initially based on three key steps, the gaseous formaldehyde uptake in solution, the formaldehyde derivatization reaction, then the detection of reaction product by colorimetry or fluorimetry. The method has finally advanced toward only two definite steps thanks to the use of an innovative microfluidic device in which uptake and reaction take place simultaneously. The study of analytical performances of the device allows to validate the method developedduring this work.

La compréhension de la couleur de polymères chargés, utilisés en revêtement de sol pour un environnement lumineux, peut être abordée soit par une approche perceptive, soit par une approche optique et spectrale de la couleur. Sur la base d'un travail principalement expérimental, les travaux de thèse explorent cette seconde voie. A partir de films composites calandrés, nous avons d'abord montré comment les types de polymères et de pigments, leur concentration, et la mise en forme de la surface, influencent l'aspect. D'une part, une formulation PVC existante ne peut être contretypée par une nouvelle matrice PE, en raison d'un fort couplage entre luminance et chrominance. Ce sont les écarts d'indices de réfraction aux interfaces entre particules et matrice, couplés aux pertes intrinsèques des pigments, qui interviennent au premier ordre pour expliquer la couleur. D'autre part, trois types de rugosité contrôlée induits par grainage ont permis de montrer que toutes les échelles, caractérisées par rugosimétrie confocale et AFM, influencent la luminance L* des matériaux, mesurée par gonio-spectro-colorimétrie. Le modèle géométrique proposé a permis de quantifier les variations de L* en fonction de la topographie des matériaux et de leur orientation. Le rôle de l'éclairage sur la couleur a été étudié avec une source halogène et une LED. L'analyse de matériaux PVC colorés a montré que l'approche spectrale permet de déterminer l'origine du métamérisme et de rechercher ses effets maximaux, par l'association de méthodes perceptive et quantitative dans l'espace CIE-L*a*b*. Le couplage des spectres d'émission des illuminants, de réflectance des matériaux, et de réponse de l'observateur est le principal résultat utilisé pour la conception d'un matériau à changement chromatique. Ces changements sont caractérisés et validés dans un espace réel, où intervient la réflexion-diffusion liée à l'environnement. La recherche par le design a finalement permis de faire émerger de nouvelles typologies de sol, à partir d'un revêtement d'aspect changeant en fonction de l'ambiance lumineuse. Si l'innovation s'accomplit au-delà de la seule réalisation des prototypes, ceux-ci révèlent néanmoins des variations d'aspects marquées pouvant induire de nouveaux usages du sol dans l'habitat. / The colour of filled polymers, used in flooring applications for a given lighting environment, can be dealt either with a perceptual approach or with an optical and spectral method. This thesis experimentally investigates the second option. The characterizations of calendered composite films lead to a better understanding about how the types of polymers and pigments, their volumetric concentration, and surface embossing, influence the visual aspect. On the one hand, no formulation made from PVC can be matched in colour with a new one made from PE, owing to a strong relationship between luminance and chrominance. In addition to the internal losses within fillers, the refractive index mismatch between matrix and fillers do account for chromatic variations amongst the materials. On the other hand, embossing materials with controlled surface roughness, which is measured by a confocal scanning system and AFM, proves that the luminance L*, measured by gonio-spectro-colorimetry, depends on all the roughness scales. Modelling the reflected L* based on geometric laws quantifies the variations in L* depending on the topography and the scan direction of the material. The influence of lighting on colour has been studied with a halogen and a LED light sources. The colorimetry of PVC colored materials reveals the need for a spectral approach in order to determine the origin of metamerism and to enhance its effects, by combining perceptual and quantitative methods within CIE-L*a*b* space. Matching the emission spectra of the illuminants, the reflectance spectra of the materials and those of the observer sensitivity, is the main result leading to the design of a new color-changing material. The color change has been characterized and qualitatively approved in a human-scaled box, where light reflection and scattering occurs from the walls. New flooring typologies have eventually stemmed from the research by design, putting forward a material that can tune its pattern with the lighting atmosphere. Making prototypes does not necessary lead to innovation. However, new ways, new thoughts about flooring in inner spaces may be brought forth by the strong visual change that has been obtained.

A proposta da presente tese foi desenvolver dispositivos inteligentes (língua e nariz eletrônicos/ colorimétrico) de baixo custo para discriminar amostras de alimentos contaminados quimicamente e biologicamente. Um dispositivo \"optoeletrônico\" à base de membranas poliméricas coloridas com indicadores de pH foi utilizado para discriminar compostos voláteis emitidos por micro-organismos (aminas liberadas pelos processos de deterioração dos alimentos e que são produto da descarboxilação de aminoácidos em alimentos predominantemente proteicos). As aminas avaliadas nesse estudo foram: isobutilamina, isopentilamina e trietilamina. O limite de detecção de 5 ppm das aminas foi alcançado utilizando o dispositivo \"optoeletrônico\" e, esse sistema, também foi testado em amostras reais de carne contaminadas obtendo uma boa discriminação das amostras com e sem as aminas. Aminas biogênicas (cadaverina, tiramina e putrescina) também foram testadas obtendo uma separação pelo gráfico de escores. Em uma segunda etapa o dispositivo também foi avaliado para discriminar quatro espécies de bactérias (Klebsiella pneumoniae, Proteus vulgaris, Proteus mirabilis e Escherichia coli) incubadas a 37°C e 25°C. Em ambos os casos o dispositivo inteligente utilizou um smartphone para registrar as imagens que atuou como detector para extração dos dados de RGB das imagens. A partir dessas informações (valores de RGB), as ferramentas quimiométricas PCA (do inglês Principal Component Analysis, Análise de Componentes Principais) e HCA (do inglês Hierarchical Cluster Analysis, Análise de Agrupamentos Hierárquicos) foram utilizadas para discriminar as amostras e a k-NN (do inglês kth Nearest Neighbor, k- vizinhos mais próximos) para validar o método. Em uma terceira etapa, uma língua eletrônica voltamétrica foi fabricada para discriminar amostras de leite adulteradas com melamina, ureia e formaldeído contendo concentrações finais de 0,95; 4,16 e 10,0 mmol L-1, respectivamente. Essa língua voltamétrica foi composta por três eletrodos metálicos: platina, ouro e cobre e dados voltamétricos foram utilizados como dados de entrada para as ferramentas quimiométricas (PCA e HCA). Foram testados três tipos de leite (integral, desnatado e semidesnatado) de três diferentes marcas e todos eles puderam ser discriminados com sucesso. O trabalho também apresenta a utilização de MIPs (polímeros molecularmente impressos - do inglês, molecularly imprinted polymers) como alternativa para detecção e discriminação de alimentos contaminados fazendo uso da impressão (cavidades) de substâncias químicas contaminantes ou das proteínas específicas de cada micro-organismo presente no processo de deterioração dos alimentos / The present thesis aimed at development of low cost smart devices (electronic tongue and colorimetric nose) to discriminate chemically and biologically contamination in food samples. An \"optoelectronic\" plastic-based device with colored membranes contained pH indicator was used to discriminate volatile compounds released by microorganisms, due to the deterioration process of protein in food by the organisms. The amines evaluated in this study were: isobutylamine, isopentylamine and triethylamine, achieving a detection limit of 5 ppm. Such system was also tested in real meat samples contaminated with individual amines obtained a good discrimination of samples with and without studied compounds. Biogenic amines (cadaverine, tyramine and putrescine) were also tested and discriminated. In a second step, the device was also evaluated to discriminate four bacteria species (Klebsiella pneumoniae, Proteus vulgaris, Proteus mirabilis and Escherichia coli) incubated at 37 ° C and 25 ° C. In both cases, a smartphone was used as detector to extract RGB values of the samples. From extracted information (RGB values), the chemometric tools PCA (Principal Component Analysis) and HCA (Hierarchical Cluster Analysis) were used to discriminate samples and k-NN (kth Nearest Neighbor) was evaluated to validate the method. In a third stage, a voltammetric electronic tongue was developed to discriminate adulterated milk samples with melamine, urea and formaldehyde. This voltammetric electronic tongue was fabricated using three working electrodes: platinum, gold and copper and the voltammetric data was used as input data for chemometric tools (PCA and HCA). Three types of milk (whole, skimmed and semi-skimmed) from three different brands were tested and all of them could be successfully discriminated

[pt] Colorimetria - Propagação de erros e cálculo da incerteza da medição nos resultados espectrofotométricos trata da medição da cor de objetos, baseada nas medições de irradiância espectral (objetos luminosos) ou de refletância ou transmitância espectral (objetos opacos ou transparentes), seguidas por cálculos colorimétricos conforme o sistema CIE. As medições são normalmente feitas em intervalos de 5nm (ou 10 nm) na faixa espectral de 360 a 780nm, e os três valores triestímulos (X, Y e Z) são calculados usando-se 42-84 pontos medidos por equações padrões. A distribuição dos valores medidos R(lambda) é, provavelmente, normal, com uma correlação entre os valores obtidos variável em posições diferentes do espectro. As distribuições dos valores e as correlações entre X, Y e Z são desconhecidas e dependem da forma da curva espectral da cor e do funcionamento dos instrumentos de medição. No controle instrumental das cores são usadas fórmulas muito complexas, baseadas nas transformações não lineares dos valores X, Y e Z em L*, a*, b*, C* e h°. A determinação da incerteza dos resultados dados em coordenadas CIELAB ou expressos em fórmulas de diferenças (delta)E*, (delta) ECMC ou CIE (delta) E2000 é fundamental no controle instrumental das cores em qualquer indústria. À base de um número elevado de medições repetidas de várias amostras têxteis e padrões cerâmicos, são analisadas a distribuição e outras características estatísticas dos valores R(lambda) diretamente medidos, e - usando o método de propagação de erros - são calculadas as incertezas das medições em termos colorimétricos. A pesquisa de mestrado objeto do presente trabalho desenvolve- se sob a égide de um convênio de cooperação que o Programa de Pós-Graduação em Metrologia da PUC-Rio está celebrando com o SENAI/CETIQT, viabilizado a inclusão dessa pesquisa dentre os dez projetos-piloto que participaram do Convênio FINEP/MCT número 22.01.0692.00, Referência 1974/01, que aportou recursos do Fundo Setorial Verde Amarelo para direcionar o esforço de pesquisa em metrologia para a solução de um problema de interesse do setor têxtil que fez uso de conhecimentos avançados de metrologia da cor. Relacionado à demanda de medições espectrofotométricas com elevado controle metrológico, o desenvolvimento e a orientação acadêmico-científica da presente dissertação de mestrado deu-se nas instalações do SENAI/CETIQT, que possui comprovada competência técnica e científica na área e uma adequada infra-estrutura laboratorial em metrologia da cor de suporte ao trabalho. / [en] Colorimetry - Propagation of Errors and Uncertainty Calculations in Spectrophotometric Measurements treats the measurement of the colour of objects, based on the measurement of spectral irradiance (self-luminous objects) or that of spectral reflectance or transmittance (opaque or transparent objects), followed by colorimetric calculations according to the CIE system. Measurements are generally made in 5nm (or 10 nm) intervals in the spectral range of 360 to 780nm, and the 3 tristimulus values (X, Y and Z) are calculated from the 42-84 measurement points by standard equations. The statistical distribution of the measured R (lambda) values is probably normal; the correlation between the values varies depending on their position in the spectrum. The distribution of and the correlation between the X, Y and Z values are not known and they depend on the form of the spectral curve of each colour and on the operation of the measuring instrument. Complex formulae are used in the instrumental control of colours based on non-linear transformations of the X, Y and Z values into L*a*b*C*h°. The determination of the uncertainty of the results given in CIELAB coordinates or expressed in one of the colour difference formulae (delta)E*, (delta)ECMC or CIE(delta) E2000 is fundamental in the instrumental control of colours in any industry. Based on a large number of repeated measurements of different textile samples and ceramic standards, the distribution and other statistical characteristics of the directly measured R(lambda) values are analysed and - using the propagation of errors method - the uncertainties are calculated in colorimetric terms. The present research, a M. Sc. Dissertation work, was developed under the auspices of a co-operation agreement celebrated between the Post-graduate Programme in Metrology of PUC-Rio and SENAI/CETIQT, allowing for the inclusion of this M.Sc. Dissertation among the ten pilot projects which benefited from the financial support received from the FINEP/MCT Agreement number 22.01.0692.00, Reference 1974/01 (Fundo Verde-Amarelo). The project aims at driving the research effort in metrology to the solution of industrial problems, in this case the solution of a problem identified within the textile sector which requires to its solution advanced knowledge of colour metrology. Related the spectrophotometer measurements under the highest level of metrological control, the development and academic-scientific supervision of this M. Sc. Dissertation was performed at the laboratory facility of SENAI/CETIQT, an institution with proven technical and scientific competence in the field having sophisticated and well equipped laboratories in colour metrology meeting the measurement requirements needed to support the development of this research.

Quando um dente anterior é restaurado toda uma técnica de proteção ao tecido remanescente e a recuperação funcional do elemento dental podem ser comprometidas se a escolha da cor do material restaurador empregado não for adequada. A familiaridade com as teorias da cor e da interação da luz com a matéria pode ajudar na tarefa de escolha da tonalidade do material restaurador. O desafio na busca de um material restaurador ideal na sua função estética sempre foi obter a translucidez própria do esmalte dental. Contudo, essa translucidez faz com que o material restaurador sofra influência da cor de fundo, que pode ser da cor do material de proteção, ou mais normalmente da cor da dentina. No que tange as atividades de restauração estética odontológico, através deste trabalho foi possível concluir que: 1) A colorimetria pode ser um importante meio na seleção e na comunicação de tonalidades de materiais restauradores; 2) Os resultados obtidos confirmam que a cor de fundo exerce grande influência sobre a cor do resultado final da restauração; e 3) Os guias de tonalidade devem ser reformulados de tal forma que levem em consideração a espessura do material restaurador e a cor de fundo. / When an anterior tooth is restorated, the whole remaining tissue protection technique and functional recuperation of the dental element can be compromised if the choice of the color of the restorative material is not adequate. The familiarity with the color and light interaction with matter theories may help with the task of choosing the restorative material shade. The challenge in searching for an ideal restorative material in its esthetic function was always obtaining the proper translucency of dental enamel. However, this translucency makes the restorative material suffer an influence of the background color, which can be the protection material color or, more commonly, the dentine color. Concerning the odontologic esthetic restorative activities, it was possible to conclude from this work that: 1) Colorimetry can be an important way for the selection and communication of the restorative material shades; 2) The results show that the background color has a large influence on the final color of the restoration; and 3) The shade guides must be reformulated so that it take into consideration the thickness of the restorative material and background color.

A proposta da presente tese foi desenvolver dispositivos inteligentes (língua e nariz eletrônicos/ colorimétrico) de baixo custo para discriminar amostras de alimentos contaminados quimicamente e biologicamente. Um dispositivo \"optoeletrônico\" à base de membranas poliméricas coloridas com indicadores de pH foi utilizado para discriminar compostos voláteis emitidos por micro-organismos (aminas liberadas pelos processos de deterioração dos alimentos e que são produto da descarboxilação de aminoácidos em alimentos predominantemente proteicos). As aminas avaliadas nesse estudo foram: isobutilamina, isopentilamina e trietilamina. O limite de detecção de 5 ppm das aminas foi alcançado utilizando o dispositivo \"optoeletrônico\" e, esse sistema, também foi testado em amostras reais de carne contaminadas obtendo uma boa discriminação das amostras com e sem as aminas. Aminas biogênicas (cadaverina, tiramina e putrescina) também foram testadas obtendo uma separação pelo gráfico de escores. Em uma segunda etapa o dispositivo também foi avaliado para discriminar quatro espécies de bactérias (Klebsiella pneumoniae, Proteus vulgaris, Proteus mirabilis e Escherichia coli) incubadas a 37°C e 25°C. Em ambos os casos o dispositivo inteligente utilizou um smartphone para registrar as imagens que atuou como detector para extração dos dados de RGB das imagens. A partir dessas informações (valores de RGB), as ferramentas quimiométricas PCA (do inglês Principal Component Analysis, Análise de Componentes Principais) e HCA (do inglês Hierarchical Cluster Analysis, Análise de Agrupamentos Hierárquicos) foram utilizadas para discriminar as amostras e a k-NN (do inglês kth Nearest Neighbor, k- vizinhos mais próximos) para validar o método. Em uma terceira etapa, uma língua eletrônica voltamétrica foi fabricada para discriminar amostras de leite adulteradas com melamina, ureia e formaldeído contendo concentrações finais de 0,95; 4,16 e 10,0 mmol L-1, respectivamente. Essa língua voltamétrica foi composta por três eletrodos metálicos: platina, ouro e cobre e dados voltamétricos foram utilizados como dados de entrada para as ferramentas quimiométricas (PCA e HCA). Foram testados três tipos de leite (integral, desnatado e semidesnatado) de três diferentes marcas e todos eles puderam ser discriminados com sucesso. O trabalho também apresenta a utilização de MIPs (polímeros molecularmente impressos - do inglês, molecularly imprinted polymers) como alternativa para detecção e discriminação de alimentos contaminados fazendo uso da impressão (cavidades) de substâncias químicas contaminantes ou das proteínas específicas de cada micro-organismo presente no processo de deterioração dos alimentos / The present thesis aimed at development of low cost smart devices (electronic tongue and colorimetric nose) to discriminate chemically and biologically contamination in food samples. An \"optoelectronic\" plastic-based device with colored membranes contained pH indicator was used to discriminate volatile compounds released by microorganisms, due to the deterioration process of protein in food by the organisms. The amines evaluated in this study were: isobutylamine, isopentylamine and triethylamine, achieving a detection limit of 5 ppm. Such system was also tested in real meat samples contaminated with individual amines obtained a good discrimination of samples with and without studied compounds. Biogenic amines (cadaverine, tyramine and putrescine) were also tested and discriminated. In a second step, the device was also evaluated to discriminate four bacteria species (Klebsiella pneumoniae, Proteus vulgaris, Proteus mirabilis and Escherichia coli) incubated at 37 ° C and 25 ° C. In both cases, a smartphone was used as detector to extract RGB values of the samples. From extracted information (RGB values), the chemometric tools PCA (Principal Component Analysis) and HCA (Hierarchical Cluster Analysis) were used to discriminate samples and k-NN (kth Nearest Neighbor) was evaluated to validate the method. In a third stage, a voltammetric electronic tongue was developed to discriminate adulterated milk samples with melamine, urea and formaldehyde. This voltammetric electronic tongue was fabricated using three working electrodes: platinum, gold and copper and the voltammetric data was used as input data for chemometric tools (PCA and HCA). Three types of milk (whole, skimmed and semi-skimmed) from three different brands were tested and all of them could be successfully discriminated

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Polyana Silveia Hornung.pdf: 3542822 bytes, checksum: 8024b84822411cfd8c223c8836b7d0d8 (MD5) Previous issue date: 2014-08-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The starch in its native form does not always have the appropriate physicochemical properties for processing. The chemical and physical changes has been widely studied in order to promote change in these characteristics. The work aimed to study the effects of ultraviolet radiation-induced oxidation of cassava starch. Cassava starch samples were oxidized with sodium hypochlorite and hydrogen peroxide in combination with exposure to ultraviolet light for 1 hour action. The samples were analyzed by Thermogravimetry and Derivative Thermogravimetry (TG / DTG), Differential scanning calorimetry (DSC), Viscoamilograph Analysis (RVA), X Ray Diffraction Powder, Non-contact Atomic Force Microscopy method (NC-AFM) and Color characteristics were analyzed by Reflectance Spectrophotometry. The modified samples showed higher thermal stability compared to the sample of cassava starch unmodified. The results of DSC of the samples modified with H2O2 showed little influence on the enthalpy of gelatinisation, but the modification with sodium hypochlorite considerably decreased the enthalpy of gelatinisation. Similarly, there was a decrease of the peak viscosity and final viscosity and setback, demonstrating the high degree of modification which occurred by treatment with NaClO. The micro-images revealed a significant increase of depressions and projections for the samples treated with NaClO and significant changes were obtained in the mean diameter of the granules of treated samples with H2O2. The two oxidation processes altered the relative crystallinity of the starch samples. The Colorimetry confirmed the bleaching action of NaClO and the mild action of H2O2. Therefore, the two-way modification had effects on the properties of cassava starch. / Os amidos podem ser provenientes de diferentes fontes botânicas mas, em sua forma nativa possuem algumas propriedades que nem sempre são adequadas às necessidades industriais.Assim, muitas alterações podem ser realizadas de diferentes maneiras, cujas propriedades físico-químicas podem tornar-se adequadas para o seu uso. As modificações químicas e físicas vem sendo muito estudadas a fim de promover a alteração destas características. O presente trabalho teve como objetivo estudar os efeitos da radiação ultravioleta na oxidação induzida de amido de mandioca. Amostras de amido de mandioca foram oxidadas com hipoclorito de sódio e peróxido de hidrogênio em ação combinada à exposição à luz ultravioleta por 1 hora. As amostras foram analisadas por Termogravimetria e Termogravimetria Derivada (TG/DTG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Viscoamilográfica (RVA), Difração de raios X pelo método do pó, Microscopia de Força Atômica pelo método não contato (NC-AFM) e as características de Cor foram analisadas por Espectrofotometria de Refletância. As amostras modificadas demonstraram maior estabilidade térmica em relação à amostra de amido de mandioca não modificada. Os resultados de DSC das amostras modificadas por H2O2 demostraram pouca influência sobre a entalpia de gelatinização, mas a para a modificação por hipoclorito de sódio diminuiu significativamente a. Da mesma forma, ocorreu a diminuição dos valores de viscosidade de pico e viscosidade final e setback, demonstrando o alto grau de modificação ocorrida pelo tratamento por NaClO. As micro-imagens revelaram um aumento significativo das depressões e saliências para as amostras tratadas por NaClO e alterações expressivas foram obtidas no diâmetro médio dos grânulos das amostras tradadas por H2O2. Os dois processos oxidativos alteram a cristalinidade relativa das amostras de amido. A colorimetria confirmou a ação de branqueamento do NaClO e a ação branda do H2O2. Portanto, as duas vias de modificação exerceram efeitos sobre as propriedades do amido de mandioca.

abstract: Over the past several decades, there has been a growing interest in the use of fluorescent probes in low-cost diagnostic devices for resource-limited environments. This dissertation details the design, development, and deployment of an inexpensive, multiplexed, and quantitative, fluorescence-based lateral flow immunoassay platform, in light of the specific constraints associated with resource-limited settings. This effort grew out of the need to develop a highly sensitive, field-deployable platform to be used as a primary screening and early detection tool for serologic biomarkers for the high-risk human papillomavirus (hrHPV) infection. A hrHPV infection is a precursor for developing high-grade cervical intraepithelial neoplasia (CIN 2/3+). Early detection requires high sensitivity and a low limit-of-detection (LOD). To this end, the developed platform (DxArray) takes advantage of the specificity of immunoassays and the selectivity of fluorescence for early disease detection. The long term goal is to improve the quality of life for several hundred million women globally, at risk of being infected with hrHPV. The developed platform uses fluorescent labels over the gold-standard colorimetric labels in a compact, high-sensitivity lateral flow assay configuration. It is also compatible with POC settings as it substitutes expensive and bulky light sources for LEDs, low-light CMOS cameras, and photomultiplier tubes for photodiodes, in a transillumination architecture, and eliminates the need for expensive focusing/transfer optics. The platform uses high-quality interference filters at less than $1 each, enabling a rugged and robust design suitable for field use. The limit of detection (LOD) of the developed platform is within an order of magnitude of centralized laboratory diagnostic instruments. It enhances the LOD of absorbance or reflectometric and visual readout lateral flow assays by 2 - 3 orders of magnitude. This system could be applied toward any chemical or bioanalytical procedure that requires a high performance at low-cost. The knowledge and techniques developed in this effort is relevant to the community of researchers and industry developers looking to deploy inexpensive, quantitative, and highly sensitive diagnostic devices to resource-limited settings. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2018

Objetivos: Determinar a dose eritematosa mínima (DEM) medida por exposição controlada à radiação ultravioleta-B (RUV-B), como limiar para dano solar agudo nos diversos fototipos, e medir a cor da pele constitucional pelo sistema colorimétrico CIELAB. Pacientes e Métodos: Um total de 194 voluntários, sadios, com idades acima de 18 anos, distribuídos em um mínimo de 30 participantes por fototipo. Todos foram classificados por fototipos segundo os critérios de Fitzpatrick. As regiões infra-axilar torácica e nádega foram irradiadas em 4 áreas de 1 cm2, assim como foi registrada a cor da pele desses locais pelo sistema CIELAB. Delineamento: Estudo transversal. Resultados: A média de idade dos participantes foi de 38 anos, sendo 68% do sexo feminino. A avaliação da associação entre as medidas das DEMs e dos valores colorimétricos da coordenada L*, mostrou uma correlação de Pearson negativa com r = -0,91 para um valor p<0,05. Para os valores das DEMs e os escores da classificação dos voluntários por fototipos, obteve-se correlação de Spearman (rs) de +0,95 para p<0,05 e, correlacionando os valores colorimétricos com os escores dos fototipos, encontrou-se em tórax um rs de -0,93 e em nádega -0,92 para um p < 0,05. Conclusões – Concluiu-se que: 1)- a mensuração dos valores colorimétricos da coordenada L* nas regiões infra-axilar torácica e nádega mostraram uma forte correlação com os valores das DEMs, sendo de menor poder invasivo e de maior praticidade para mensuração de sensibilidade à radiação ultravioleta; 2)- apesar de os escores de Fitzpatrick terem alta correlação com os valores das DEMs, mostraram superposição de valores nos fototipos adjacentes; 3)- o grau de associação das classes dos fototipos com a cor da pele permite dizer que a categoria numérica do fototipo aumenta à medida que a pele fica mais escura. / Objectives: Determine the minimal erythema dose (MED) measured by controlled exposure to UVB radiation (UVBR) as an acute photodamage threshold for different skin phototypes, and measure the constitutional skin color by means of the colorimetric system CIELAB. Patients and Methods: A total of 194 healthy individuals, over 18 years of age, were divided into groups with a minimum of 30 participants per phototype (Fitzpatrick critera). Four 1-cm² areas of the lateral trunk and buttocks were exposed to radiation and the color of the skin at these sites was registered by the CIELAB system. Design: Transversal study. Results: The average age of the participants out of whom 68% were females was 38 years. The assessment of the association of the MED values with the colorimetric values of the coordinate L* both on the thorax and on the buttocks showed a negative Pearson correlation coefficient (r) of - 0.91 for p<0.05. A Spearman’s rank correlation coefficient (r²) of +0.95 for p<0.05 was obtained for the MED values and the scores of the classification of the volunteers by phototypes, and rs of –0.93 on the thorax and rs of –0.92 on the buttocks for p<0.05 were found by correlating the colorimetric values with the scores of the phototypes. Conclusions – It was concluded that: 1) the colorimetric values of the coordinate L* showed a strong correlation with the DEM values, which could be a less invasive and more practical method for measuring the sensitivity to ultraviolet radiation; 2) although the Fitzpatrick’s scores have a high correlation with the MED values, they demonstrated the overlap of values in the adjoining phototypes; 3) the extent of association of the pthototype classes with the color of the skin allows us to say that the numerical category of the phototype increases as the skin gets darker.

Objetivos: Determinar a dose eritematosa mínima (DEM) medida por exposição controlada à radiação ultravioleta-B (RUV-B), como limiar para dano solar agudo nos diversos fototipos, e medir a cor da pele constitucional pelo sistema colorimétrico CIELAB. Pacientes e Métodos: Um total de 194 voluntários, sadios, com idades acima de 18 anos, distribuídos em um mínimo de 30 participantes por fototipo. Todos foram classificados por fototipos segundo os critérios de Fitzpatrick. As regiões infra-axilar torácica e nádega foram irradiadas em 4 áreas de 1 cm2, assim como foi registrada a cor da pele desses locais pelo sistema CIELAB. Delineamento: Estudo transversal. Resultados: A média de idade dos participantes foi de 38 anos, sendo 68% do sexo feminino. A avaliação da associação entre as medidas das DEMs e dos valores colorimétricos da coordenada L*, mostrou uma correlação de Pearson negativa com r = -0,91 para um valor p<0,05. Para os valores das DEMs e os escores da classificação dos voluntários por fototipos, obteve-se correlação de Spearman (rs) de +0,95 para p<0,05 e, correlacionando os valores colorimétricos com os escores dos fototipos, encontrou-se em tórax um rs de -0,93 e em nádega -0,92 para um p < 0,05. Conclusões – Concluiu-se que: 1)- a mensuração dos valores colorimétricos da coordenada L* nas regiões infra-axilar torácica e nádega mostraram uma forte correlação com os valores das DEMs, sendo de menor poder invasivo e de maior praticidade para mensuração de sensibilidade à radiação ultravioleta; 2)- apesar de os escores de Fitzpatrick terem alta correlação com os valores das DEMs, mostraram superposição de valores nos fototipos adjacentes; 3)- o grau de associação das classes dos fototipos com a cor da pele permite dizer que a categoria numérica do fototipo aumenta à medida que a pele fica mais escura. / Objectives: Determine the minimal erythema dose (MED) measured by controlled exposure to UVB radiation (UVBR) as an acute photodamage threshold for different skin phototypes, and measure the constitutional skin color by means of the colorimetric system CIELAB. Patients and Methods: A total of 194 healthy individuals, over 18 years of age, were divided into groups with a minimum of 30 participants per phototype (Fitzpatrick critera). Four 1-cm² areas of the lateral trunk and buttocks were exposed to radiation and the color of the skin at these sites was registered by the CIELAB system. Design: Transversal study. Results: The average age of the participants out of whom 68% were females was 38 years. The assessment of the association of the MED values with the colorimetric values of the coordinate L* both on the thorax and on the buttocks showed a negative Pearson correlation coefficient (r) of - 0.91 for p<0.05. A Spearman’s rank correlation coefficient (r²) of +0.95 for p<0.05 was obtained for the MED values and the scores of the classification of the volunteers by phototypes, and rs of –0.93 on the thorax and rs of –0.92 on the buttocks for p<0.05 were found by correlating the colorimetric values with the scores of the phototypes. Conclusions – It was concluded that: 1) the colorimetric values of the coordinate L* showed a strong correlation with the DEM values, which could be a less invasive and more practical method for measuring the sensitivity to ultraviolet radiation; 2) although the Fitzpatrick’s scores have a high correlation with the MED values, they demonstrated the overlap of values in the adjoining phototypes; 3) the extent of association of the pthototype classes with the color of the skin allows us to say that the numerical category of the phototype increases as the skin gets darker.