Orientador: Thiago Regis Longo Cesar da Paixão / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Nanotecnologia.pdf: 565822 bytes, checksum: 67fcd51ee7613e5c6386d3eb7ec7e4cc (MD5) Previous issue date: 2006-08-22 / Following the Schumpeterian theoretical approach this work is founded in the conception that the world economic history is a history of technological revolutions. These revolutions are impel by the development of new products and new process of production and distribution that incessantly revolutionize the economic system from inside . In this context it is agued that the contemporary society lives the emergency of a new technological paradigm characterized for the convergence of innovations in the areas of nanotechnology, biotechnology, information technologies and cognition (the NBIC´s paradigm). This dissertation ransoms concepts and ideas of evolutionary economics about the innovative processes; describe and ransoms historically the nanotechnologies development; focuses an specific nanotechnological innovation: the cyber tongue and finally discuss it s function in coffees quality improvement program in Brazil. / Seguindo a tradição técnica schumpeteriana o presente trabalho fundamenta-se na concepção que a história da economia mundial é uma história de revoluções tecnológicas. Revoluções impulsionadas pelo desenvolvimento de novos produtos e novos processos de produção e distribuição, que incessantemente revolucionam o sistema econômico a partir de dentro . Nesse contexto argumenta-se que a sociedade contemporânea vivencia a emergência de um novo paradigma tecnológico caracterizado pela convergência das inovações nas áreas de nanotecnologia, biotecnologia, tecnologias de informação e cognição (Paradigmas das NBICs).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-07Bitstream added on 2014-06-13T19:40:50Z : No. of bitstreams: 1 ferreira_aa_dr_bauru.pdf: 1254678 bytes, checksum: f64cbe45b824915b62c316769bcbbf68 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho foram preparados filmes ultrafinos de ftalocianinas, polipirrol, quitosana e lignina usando as técnicas de automontagem (LbL, layer-by-layer), deposição física à vapor PVD (physical vapor deposition) e Langmuir-Blodgett (LB). Os filmes foram caracterizados usando a técnica de espectroscopia UV-vis e apresentaram características adequadas para fabricar sensores capacitivos com o intuito de comporem uma língua eletrônica. Para se analisar as respostas capacitivas dos sensores em função da frequência, eles foram mergulhados em soluções de água Milli-Q e do refrigerante Tubaína (Funada), com diferentes valores de pH, teor de sacarose e ºBrix. A partir das capacitâncias para a frequência de 1 kHz utilizou-se a técnica de análise estatística de componentes principais (PCA) para distinguir o teor de ºBrix, sacarose e acidez. Além disso, o trabalho apresenta um método para selecionar os sensores mais adequados, o qual consiste da análise PCA da matriz transposta dos resultados das capacitâncias. Na análise PCA dos resultados obtidos em água Milli-Q foi constatado que, do conjunto de sete sensores, são necessários apenas três sensores para avaliar a variação do pH enquanto que para o teor de sacarose são necessários quatro sensores. Para se avaliar a variação do pH no refrigerante Tubaína são necessários três sensores e quatro sensores para o teor de ºBrix. Na parte final a língua eletrônica foi usada para identificar as variações de pH e o teor de sacarose em água Milli-Q e pH e teor ºBrix no refrigerante Tubaína. / Ultrathin polymeric films were fabricated from phytalocyanine, polypirrol, chitosan and lignin using the layer-by-layer, physical vapor deposition (PVD) and Langmuir-Blodgett (LB) techniques. Films were characterized by UV-Vis spectroscopy showing that are suitable to fabricate capacitive sensors to form an electronic tongue. To probe the capacitive response of sensors on frequency they were immersed in Milli-Q water and in the soft soda Tubaina (from Funada) with different pH, sucrose and ºBrix content. From capacitances measured at 1 kHz the principal component analysis (PCA) was employed to distinguish the ºBrix, pH and sucrose content. Besides this, we present a method to select which sensors are more appropriated, consisting of the PCA analysis of the transposed matrix of the capacitance results. Employing the modified PCA analysis of results obtained from measurements in Milli-Q water we found that, from the set of seven sensors, only three sensors are required to distinguish the pH while only four sensors to distinguish the sucrose. In the case of the soft drink Tubaina three and four sensors are also required to distinguish the pH and ºBrix content, respectively. Finally, the electronic tongue was employed to distinguish the pH and sucrose content in Milli-Q water and the pH and ºBrix in soft drink Tubaina.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-24Bitstream added on 2014-06-13T19:29:33Z : No. of bitstreams: 1 steluti_wmdmf_me_bauru_prot.pdf: 1404257 bytes, checksum: d4e77186a5e03cec102f5d2fa890c6a8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Utilizamos uma língua eletrônica a base de filmes ultrafinos de diferentes materiais, e medidas de espectroscopia de impedância, para analisar amostras de açúcar fornecidas pela Usina da Barra S/A, unidade UNIVALEM de valparaíso (SP). As características do açúcar na usina são geralmente determinadas pela cor ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis) e teor de sacarose medido por luz polarizada. Nossa proposta é verificar se a língua eletrônica serve como ferramenta auxiliar na avaliação dos diferentes tipos de açúcar, e também açúcares similares, mas com diferentes cores IMCUSA. Ressaltamos que o fato do açúcar ser uma substância não eletrolítica dificulta grandemente esse tipo de avaliação em dispositivos semelhantes que usam outras técnicas de medidas, como potenciometria ou voltametria cíclica. Entretanto, as amostras na concentração 1mM (abaixo do limite de sensibilidade biológico = 10mM para o paladar doce) foram facilmente identificadas, conseguimos melhorar consideravelmente a resposta das medidas de impedância elétrica corrigindo o pH = 7 de todas as amostras. Verificamos através da técnica de Espectroscopia de Espalhamento Raman possíveis interações entre o filme e as soluções analisadas, obtendo resultados satisfatórios. / An electronic tongue system based on ultra-thin films of different materials and impedance spectroscopy measurements was used in the assessment of sugar samples from Usina da Barra S/A, Univalem branch at Valparaíso (SP). Sugar characteristics in the plant station are generally made by ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis) colour and sucrose content, measured by polarized light. We intend to check if the electronic tongue serves as an auxiliary tool in the evaluation of different samples and also sugars having similar ICUMSA colours. It is worth mentioning that sugar is a non-electrolyte substance, being quite difficult to be detected in similar devices using other techniques, such as potentiometry and cyclic voltammetry. However, samples at 1 mM (below the human threshold = 10mM for sweetnes) were easily distinguished. We could improve considerably the correlation of the samples at pH = 7. In addition, through raman spectroscopy we check possible interactions between films and analytes, with satisfactory results.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-08-29Bitstream added on 2014-06-13T18:50:35Z : No. of bitstreams: 1 garcia_mpb_me_bauru.pdf: 798270 bytes, checksum: 437454937b48d54f9757294afd0b12e5 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho pesquisamos variações das propriedades elétricas de filmes ultrafinos de diferentes materiais, utilizados como unidades sensoriais de uma língua eletrônica, simulando os resultados obtidos em diferentes paladares com um modelo de circuito elétrico equivalente, visando uma melhor compreensão do mecanismo de transdução envolvido. Foram utilizados filmes ultrafinos de quitosana, ftalocianina, polipirrol e perileno, que serviram de elementos transdutores do dispositivo, similar às papilas gustativas na língua humana, pois a diferença de resposta entre eles pode ser utilizada como uma impressão digital dos líquidos analisados. Esses materiais foram depositados sobre lâminas de quartzo e eletrodos interdigitados através das técnicas Langmuir-Blodgett (LB), automontagem e evaporação a vácuo. Inicialmente o trabalho foi na fabricação de filmes ultrafinos para familiarização das técnicas e equipamentos de medidas. Pôde-se verificar boa adesão dos materiais depositados sobre os eletrodos interdigitados mesmo após excessivas lavagens em água Milli-Q, permitindo sua reutilização na língua eletrônica. Os eletrodos cobertos com filmes ultrafinos foram imersos em soluções 1 mM e 1μM ácidas, salgadas, doces, amargas e umami utilizando medida de impedância elétria e um modelo de circuito elétrico equivalente já existente na literatura. Analisamos a sensibilidade de resposta a uma temperatura de aproximadamente '20 GRAUS', avaliando como os parâmetros envolvidos no circuito elétrico equivalente variam de acordo com o tipo de solução analisada, nas concentrações 1 mM e 1μM, e ainda como esses parâmetros são afetados em um mesmo material na presença de diferentes analitos. Os resultados obtidos foram também analisados pelo método estatístico de Análise de Componentes Principais (PCA, do inglês Principal Component Analysis) e Espectroscopia Raman. / In this work we study variations in the electrical properties of ultra-thin films of different materials, used as individual sensing units in an electronic tongue, simulating the results obtained in distinct tastants with an equivalent electric circuit, envisaging a better comprehension of the transducing mechanism involved. Ultra-thin films of chitosan, copper phtalocyanine, polypyrrole and perylene were used as transducers in the device, similar to the gustative papilae in the human tongue, as their electrical differences can be used as a fingerprint of the liquids analysed. The materials were deposited onto quartz plates and interdigitated electrodes through Langmuir-Blodgett (LB), layer-by-layer and vacuum evaporation techniques. Initially, we start the fabrication of the ultra-thin films to a better familiarization with equipments and tecniques. There was a good adhesion of the deposited films onto the interdigitated electrodes, even after excessive washings in Milli-Q water, allowing the re-use of the eletronic tongue system. The electrodes covered with ultra-thin films were have been soaked in 1mM and 1μM solutions of acidic, sweet, sour and bitter substances, using impedance spectroscopy as the measured technique and an equivalent circuit model already existent in the literature. The sensitivity of response at '20 GRAUS' was evaluated investigating seeking of how the involved parameters in the equivalent electric circuit varied according to the sort of solution analysed at mM and μM concentrations, and how they are affected by each material due to the presence of distinct analytes. The obtained results were also analysed by Principal Component Analysis and Raman Spectroscopy.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Nanotecnologia.pdf: 565822 bytes, checksum: 67fcd51ee7613e5c6386d3eb7ec7e4cc (MD5) Previous issue date: 2006-08-22 / Seguindo a tradição técnica schumpeteriana o presente trabalho fundamenta-se na concepção que a história da economia mundial é uma história de revoluções tecnológicas. Revoluções impulsionadas pelo desenvolvimento de novos produtos e novos processos de produção e distribuição, que incessantemente revolucionam o sistema econômico a partir de dentro . Nesse contexto argumenta-se que a sociedade contemporânea vivencia a emergência de um novo paradigma tecnológico caracterizado pela convergência das inovações nas áreas de nanotecnologia, biotecnologia, tecnologias de informação e cognição (Paradigmas das NBICs). / Following the Schumpeterian theoretical approach this work is founded in the conception that the world economic history is a history of technological revolutions. These revolutions are impel by the development of new products and new process of production and distribution that incessantly revolutionize the economic system from inside . In this context it is agued that the contemporary society lives the emergency of a new technological paradigm characterized for the convergence of innovations in the areas of nanotechnology, biotechnology, information technologies and cognition (the NBIC´s paradigm). This dissertation ransoms concepts and ideas of evolutionary economics about the innovative processes; describe and ransoms historically the nanotechnologies development; focuses an specific nanotechnological innovation: the cyber tongue and finally discuss it s function in coffees quality improvement program in Brazil.

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.

Línguas eletrônicas constituídas de filmes nanoestruturados depositados sobre eletrodos metálicos, e empregando a técnica de espectroscopia de impedância como princípio de detecção, vêm apresentando excelentes resultados para a diferenciação de substâncias que constituem os paladares básicos e na detecção de impurezas em amostras líquidas. A principal limitação para o uso comercial é a necessidade da substituição das unidades sensoriais do arranjo, que necessita de recalibração. Nesta tese introduzimos um novo arranjo de unidades sensoriais, constituídos de eletrodos de cromo eletrodepositados, que não necessitam de filmes finos. Usando arranjos de cinco ou dez unidades sensoriais nominalmente idênticas, obtivemos uma língua eletrônica capaz de detectar paladares básicos e íons de cobre em água em concentrações abaixo de 1μM. As diferenças nas respostas elétricas dos eletrodos são oriundas das diferenças na sua morfologia. A alta sensibilidade apresentada foi explorada na análise de vinhos e amostras de águas coletadas de vários rios e lagos. Similarmente às línguas eletrônicas com filmes nanoestruturados, o arranjo sensorial de eletrodos de cromo foi capaz de distinguir vinhos de uma mesma varietal e produtor, mas de diferentes safras, e de um mesmo produtor e safra, mas de diferentes varietais. Tentamos também melhorar o desempenho das línguas eletrônicas combinando unidades constituídas de filmes finos de quitosana e poli(o-etoxianilina). Apesar do interesse nas propriedades advindas da interação entre esses materiais, especialmente quando a quitosana foi utilizada na forma de nanopartículas, o desempenho foi similar ao da língua eletrônica contendo eletrodos de cromo sem filmes. / Electronic tongues based on nanostructured films and employing impedance spectroscopy as the principle of detection have proven excellent to distinguish between basic tastes and detect trace amounts of impurities in liquid samples. The main limitation for a commercial use, though, is the need to replace the sensing units of the sensor array, which requires recalibration, owing to the relatively poor stability of the nanostructured films. In this thesis we introduce a new arrangement for the sensing units, which are produced from electrodeposited chrome electrodes, with no need to adsorb an organic film. Using an array with 5 or 10 nominally identical chrome electrodes, we obtained an electronic tongue capable of detecting basic tastes and copper ions in water down to the 1μM level. The differences in electrical properties for the electrodes arose from differences in morphology. Furthermore, this high sensitivity could be exploited in the analysis of wines, and water samples collected from various rivers and lakes. Similarly to electronic tongues made with nanostructured films, the sensor array with electrodeposited chrome electrodes was capable of distinguishing wines from the same grape and producer, but different vintages, or from the same producer and vintage but different grapes. We also attempted to optimize the performance of electronic tongues by combining sensing units made of chitosan and poly(o-ethoxyaniline). In spite of the interesting properties deriving from the interaction between these components, especially when chitosan nanoparticles were used, the performance of the sensor array was similar to that of the electronic tongue obtained with bare chrome electrodes.

A utilização simultânea de diferentes tecnologias de sensores é um método eficiente para aumentar o desempenho de sistemas sensoriais. Com o intuito de contribuir para um melhor controle da qualidade de combustíveis brasileiros, foram desenvolvidos neste trabalho sensores para serem utilizados em Língua e Narizes Eletrônicos. Estes sistemas multissensoriais foram utilizados separadamente, bem como simultaneamente, integrando-os para a avaliação da qualidade de gasolina e etanol. Desse modo, foram fabricados dois tipos de sistemas multissensoriais híbridos. O primeiro sistema foi composto pela integração de uma Língua Eletrônica (LE) e de um Nariz Eletrônico (NE), denominado SH-1. Neste sistema multissensorial, a impedância elétrica do conjunto dos diferentes sensores, baseados em filmes nanoestruturados de diferentes polímeros condutores depositados sobre diferentes microeletrodos de ouro, foi medida simultaneamente no líquido e no vapor de amostras de combustíveis. Já o segundo sistema multissensorial híbrido, SH-2, foi composto pela união de dois tipos de NEs e foi fabricado integrando sensores produzidos a partir de microbalanças de quartzo e de uma matriz de capacitores, ambos funcionalizados com os mesmos materiais sensoativos, polímeros condutores e metaloporfirinas. A frequência de oscilação do cristal de quartzo, bem como a capacitância da matriz de capacitores foram medidas no vapor de combustíveis. Estes sistemas híbridos são de fácil fabricação, simples operação e sensíveis a uma grande variedade de substâncias químicas de interesse. Foram empregadas ferramentas de análise multivariada de dados para a calibração e validação dos sensores, bem como para a interpretação dos resultados obtidos. / The simultaneous use of different sensor technologies is an efficient method to increase the performance of sensor systems. Aiming to contribute to a better quality control of Brazilian fuels, sensors were developed in this work to be used in electronic tongue and electronic noses. These multisensor systems were used separately and simultaneously integrating them to evaluation the quality of gasoline and ethanol. Thus, two types of multisensor hybrid systems were manufactured. The first system was composed by the integration of an Electronic Tongue (LE) and an Electronic Nose (NE), called SH-1. In this multisensor system, the electrical impedance of all the different sensors, based on nanostructured films of conducting polymers deposited on different gold microelectrodes, was measured simultaneously in both liquid and vapor fuel samples. The second multisensor hybrid system, SH-2, was composed by the union of two types of NEs and was fabricated by integrating sensors made from quartz microbalance and an array of capacitors, both functionalized with the same sensitive materials, conducting polymers and metalloporphyrins. The oscillation frequency of quartz crystal, and the capacitance of the array of capacitors were measured in the fuel vapor. These hybrid systems are easy to fabricate, simple to operate and sensitive to a wide variety of chemicals of interest. Tools for multivariate analysis were used for calibration and validation of the sensors, as well as for the interpretation of results.

A utilização simultânea de diferentes tecnologias de sensores é um método eficiente para aumentar o desempenho de sistemas sensoriais. Com o intuito de contribuir para um melhor controle da qualidade de combustíveis brasileiros, foram desenvolvidos neste trabalho sensores para serem utilizados em Língua e Narizes Eletrônicos. Estes sistemas multissensoriais foram utilizados separadamente, bem como simultaneamente, integrando-os para a avaliação da qualidade de gasolina e etanol. Desse modo, foram fabricados dois tipos de sistemas multissensoriais híbridos. O primeiro sistema foi composto pela integração de uma Língua Eletrônica (LE) e de um Nariz Eletrônico (NE), denominado SH-1. Neste sistema multissensorial, a impedância elétrica do conjunto dos diferentes sensores, baseados em filmes nanoestruturados de diferentes polímeros condutores depositados sobre diferentes microeletrodos de ouro, foi medida simultaneamente no líquido e no vapor de amostras de combustíveis. Já o segundo sistema multissensorial híbrido, SH-2, foi composto pela união de dois tipos de NEs e foi fabricado integrando sensores produzidos a partir de microbalanças de quartzo e de uma matriz de capacitores, ambos funcionalizados com os mesmos materiais sensoativos, polímeros condutores e metaloporfirinas. A frequência de oscilação do cristal de quartzo, bem como a capacitância da matriz de capacitores foram medidas no vapor de combustíveis. Estes sistemas híbridos são de fácil fabricação, simples operação e sensíveis a uma grande variedade de substâncias químicas de interesse. Foram empregadas ferramentas de análise multivariada de dados para a calibração e validação dos sensores, bem como para a interpretação dos resultados obtidos. / The simultaneous use of different sensor technologies is an efficient method to increase the performance of sensor systems. Aiming to contribute to a better quality control of Brazilian fuels, sensors were developed in this work to be used in electronic tongue and electronic noses. These multisensor systems were used separately and simultaneously integrating them to evaluation the quality of gasoline and ethanol. Thus, two types of multisensor hybrid systems were manufactured. The first system was composed by the integration of an Electronic Tongue (LE) and an Electronic Nose (NE), called SH-1. In this multisensor system, the electrical impedance of all the different sensors, based on nanostructured films of conducting polymers deposited on different gold microelectrodes, was measured simultaneously in both liquid and vapor fuel samples. The second multisensor hybrid system, SH-2, was composed by the union of two types of NEs and was fabricated by integrating sensors made from quartz microbalance and an array of capacitors, both functionalized with the same sensitive materials, conducting polymers and metalloporphyrins. The oscillation frequency of quartz crystal, and the capacitance of the array of capacitors were measured in the fuel vapor. These hybrid systems are easy to fabricate, simple to operate and sensitive to a wide variety of chemicals of interest. Tools for multivariate analysis were used for calibration and validation of the sensors, as well as for the interpretation of results.