Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-06T19:04:09Z No. of bitstreams: 1 2016_HadassadeSouzaRamosPontesMoura.pdf: 7866011 bytes, checksum: 5ac084ffe51a11a133f37046e5050c6e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-11-03T12:15:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_HadassadeSouzaRamosPontesMoura.pdf: 7866011 bytes, checksum: 5ac084ffe51a11a133f37046e5050c6e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-03T12:15:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_HadassadeSouzaRamosPontesMoura.pdf: 7866011 bytes, checksum: 5ac084ffe51a11a133f37046e5050c6e (MD5) / Este trabalho descreve o desenvolvimento de microssistemas fluídicos construídos a base de uretano-acrilato com células de detecção fluorimétricas e quimiluminescentes integradas. Os fenômenos luminescentes são bastante interessantes para a determinação de diversos analitos, entretanto, as estratégias utilizadas para realizar a detecção destas emissões apresentam dificuldades para serem adaptadas às instrumentações do tipo lab-made, não somente por serem de alto custo, mas também devido a sua complexidade. A literatura carece de aplicações para realizar determinações luminescentes com detectores de custo reduzido e de fácil operação. Partindo desta demanda, este projeto se propôs a utilizar como detector alternativo uma webcam comercial para realizar determinações envolvendo medidas de fluorescência e quimiluminescência. A detecção foi baseada em imagens digitais produzidas pela webcam durante o monitoramento contínuo da célula de fluxo do sistema miniaturizado. Para gravar os microcanais no substrato, foi empregada a fotolitografia profunda no UV. As dimensões dos canais são de aproximadamente 450 μm de largura e 550 μm, de profundidade. Para a realização de medidas de quimiluminescência, inicialmente, foi utilizada uma mini fotomultiplicadora (Hamamatsu -H7468-03), para a determinação de paracetamol em amostras de medicamentos. Nesta determinação, foram empregadas as estratégias de injeção hidrodinâmica e multicomutação. Em um segundo momento, a estratégia de injeção de zonas de misturas foi utilizada para realizar esta determinação, empregando a webcam como detector. Para todas as estratégias foram obtidas boas correlações lineares (R2 > 0,99). Os LD obtidos com a PMT foram da ordem de 0,33 mg L-1 e 0,26 mg L-1, enquanto com a webcam, foi obtido um LD de 31 mg L-1. Já para a detecção da fluorescência, a webcam foi utilizada para discriminar diferentes concentrações do fluoróforo fluoresceína e realizar a determinação da dureza da água em amostras de águas minerais, utilizando o fluoróforo calceína. Para ambas as determinações fluorimétricas, foi utilizado um LED com emissão máxima em 470 nm. Em ambos os casos, foram obtidas boas correlações lineares (R2 > 0,99), os LD foram da ordem de 0,02 mg L-1 para a discriminação de fluoresceína e de 80 μmol L-1 para a determinação de Ca2+ com calceína. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The following paper describes the development of fluidic microsystems built on urethane-acrylate with embedded fluorimetric and chemiluminescent detection cells. The luminescent phenomena are much interesting for determination of various analytes. However, the strategy used to carry out detection of such emissions tend to produce difficulties regarding their adaptation to lab-made instrumentation, not only because they are costly, but also because of its complexity. Chemical literature lacks applications to operate luminescent determinations with low cost, easily operable detectors. From that perspective, the following project aims to use as an ordinary, commercial webcam as an alternative detector to operate determinations involving chemiluminescence and fluorescence measurements. The mentioned detection was based on digital images produced by the webcam during continuous monitoring of the miniaturized system flow cell. In order to engrave the micro-channels into the substract, deep photolithography on UV was utilised. The channel dimensions are approximately 450 μm wide and 550 μm deep. For operation of chemiluminescence measurements, a mini photomultiplier (Hamamatsu – H7468-03) was used, in order to determine paracetamol in medication samples.. In the mentioned determination, hydrodinamic injection and multicommutation strategies were applied. Secondly, the merging zones injection strategy was applied to operate such determination, by using the webcam as a detector. For all strategies, good linear correlations have been obtained (R2 > 0,99). LDs obtained with PMT were 0,33 mg L-1 and 0,26 mg L-1, as with the webcam the results obtained are a 31 mg L-1 LD. As for the fluorescence detection, the webcam was used to differentiate diverse fluorophore fluoresceine concentrations and to operate determination of water hardness in mineral water samples, by using fluorophore calceine. For both fluorimetric determinations, a LED with maximum emission of 470 nm was applied. In both cases, good linear correlations were obtained (R2 > 0,99), LDs were approximately 0,02 mg L-1 for fluoresceine differentiation, and 80 μmol L-1 for determination of Ca2+ with calceine.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-09-23T20:14:26Z No. of bitstreams: 2 Dissertação Laura Braga.pdf: 3078196 bytes, checksum: 4e0d981972cc02801917c5b9a35ae977 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-09-23T20:47:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação Laura Braga.pdf: 3078196 bytes, checksum: 4e0d981972cc02801917c5b9a35ae977 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-23T20:47:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação Laura Braga.pdf: 3078196 bytes, checksum: 4e0d981972cc02801917c5b9a35ae977 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-06-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work describes the development ofelectrophoresis microchips integrated with capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D). MSE were produced in poly(dimethylsiloxane) (PDMS) by soft lithography. For this purpose, high-relief masters were produced on (i) silicon substrates by photolithography, (ii) polyester films by laser printing and (iii) copper plates by wet chemical etching. The devices fabricated by photolithography were used to investigate the effects of the electrode orientation and length, the optimization of the operating and geometric parameters on the analytical performance of the detector. The results have shown that the analytical signal intensity is greater when employing electrodes with width of 2 mm, spaced by a minimal gap (1mm) and arranged in an antiparallel configuration. The optimal frequency found was 400 kHz. Furthermore, it was observed that the signal intensity increases linearly for amplitude values up to 5 Vpp. PDMS devices obtained with toner and copper masters were employed to perform eletrophoretic separations of inorganic cations using the previously optimized conditions. The alternative masters and the resulting PDMS channels were characterized according to their dimensions, surface roughness and replication fidelity. On toner masters, it was verified that the wider the line, the ticker the toner layer. For widths between 50 and 300 μm, the toner thickness ranged from 5 to 10 μm. On the other hand, the line height on copper masters was determined by the etching time. For lines with widths between 50 and 300 μm, the height ranged from 72 to 82 μm, under an etching rate of 7.6 ± 1.7 μm/min. Regarding the roughness, copper masters presented more uniform surfaces in comparison to toner masters. This difference is due to the additional heating step used to transfer the toner mask. The proposed masters have shown good replication fidelity and also excellent capability of producing multiple replicas with a single master. The main drawback found with the fabrication technology is associated with the laser printer resolution. However, the easiness of fabrication and low instrumental costare suitable to be implemented in locations with limited resources or restricted access to conventional microfabrication techniques. / Este trabalho descreve o desenvolvimento de microssistemas eletroforéticos (MSE) integrados com detecção condutométrica sem contato capacitivamente acoplada (C4D). Os MSE foram produzidos em poli(dimetilsiloxano) (PDMS) através da técnica de litografia suave. Para esta finalidade, os moldes para prototipagem dos MSE foram obtidos por (i) gravação fotolitográfica em silício, (ii) impressão direta em filmes de poliéster e (iii) corrosão química em placas de cobre. Os dispositivos fabricados fotolitograficamente foram empregados no estudo da orientação e comprimento dos eletrodos, bem como na otimização dos parâmetros operacionais e geométricos do detector. Os resultados mostraram que a intensidade do sinal analítico é maior quando se emprega eletrodos com largura de 2 mm, separados por um gap mínimo (1 mm) e orientados na configuração antiparalela. Além disso, a avaliação dos parâmetros operacionais demonstrou que a frequência ótima de trabalho foi de 400 kHz, e o sinal varia linearmente com amplitudes até 5 Vpp. Após a obtenção das melhores condições de detecção, os dispositivos de PDMS replicados com os moldes de toner e cobre foram empregados em separações eletroforéticas de cátions inorgânicos. Além disso, os moldes e a estrutura dos microcanais fabricados pelo método alternativo foram caracterizados quanto à largura, altura, rugosidade da superfície e fidelidade de replicação. No molde de toner, verificou-se que quanto maior a largura das linhas impressas mais espessa é a camada de toner. Para larguras compreendidas entre 50 e 300 μm, a espessura variou de 5 a 10 μm. No molde de cobre, a corrosão se procedeu a uma taxa de 7,6 ± 1,7 μm/min, o que permitiu a obtenção de linhas com altura entre 72 e 82 μm. Em relação a rugosidade, o molde de cobre apresentou a superfície mais uniforme que o molde de toner, devido o aquecimento adicional na etapa de transferência da máscara. Ambos os moldes apresentaram boa fidelidade de replicação, podendo ser reusado várias vezes para a prototipagem dos microcanais. A principal desvantagem da técnica é que as dimensões dos canais são limitadas pela resolução da impressora a laser. Entretanto, a facilidade de fabricação e o baixo custo instrumental são vantagens que tornam o processo atrativo e viável para ser implementado em locais com recursos limitados e acesso restrito à instrumentação especializada.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-04-16T14:17:54Z No. of bitstreams: 1 2013_ThiagoRosaSampaio.pdf: 3870939 bytes, checksum: ba87f9498e0c64094f58b9c8e74aad48 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-07-16T16:03:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_ThiagoRosaSampaio.pdf: 3870939 bytes, checksum: ba87f9498e0c64094f58b9c8e74aad48 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-16T16:03:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_ThiagoRosaSampaio.pdf: 3870939 bytes, checksum: ba87f9498e0c64094f58b9c8e74aad48 (MD5) / Este trabalho descreve o desenvolvimento e avaliação de microssistemas de análise por injeção em fluxo à base de Uretana-Acrilato com célula de detecção por quimiluminescência integrada. A fotolitografia profunda no ultravioleta foi empregada para gravar os canais (largura de 500 μm e profundidade de 440 μm, aproximadamente) em fotoresiste de Uretana-Acrilato (UA), sendo a célula de detecção, em formato de serpentina ou caracol, desenvolvida com diâmetro de 1,0 cm, tamanho adequado ao tamanho dos detectores utilizados. Para a realização de medidas de quimiluminescência, foram utilizados dois fotodiodos (Centronic OSD50-E) e alternativamente foi utilizada uma mini fotomultiplicadora (Hamamatsu -H7468-03). O dispositivo microfluídico proposto suportou vazões de até 3,0 mL/min sem vazamentos e foi avaliado na determinação de peróxido de hidrogênio em soluções padrões, na determinação de hipoclorito em amostras comerciais de água sanitária e na determinação de nitrito em patês comerciais. Os sinais analíticos obtidos para a determinação de peróxido de hidrogênio utilizando detecção com fotodiodos demonstraram uma relação linear (R2=0,99987) para faixa de concentração entre 50 e 200 μmol/L e apresentou frequência analítica 110 injeções/h, enquanto que a determinação utilizando a fotomultiplicadora apresentou uma resposta linear (R2= 0,99999) na faixa de concentrações de 5 a 25 μmol/L e frequência analítica de 150 injeções/h. Para determinação de hipoclorito em amostras comerciais de água sanitária a curva analítica construída a partir dos dados obtidos com o microssistema com detecção por fotodiodos apresentou uma boa resposta linear (R2= 0,99848) na faixa de concentrações de 2 a 20 mg/L e frequência analítica de 80 injeções/h. Para a determinação de nitrito em patês comerciais foi utilizado um microssistema com detecção por fotomultiplicadora, em que os dados obtidos apresentaram uma resposta linear (R2= 0,99965) na faixa de concentração de 10 a 80 μg/L e frequência analítica de 60 injeções/h. Os resultados obtidos nas determinações de hipoclorito e nitrito foram comparados com os respectivos métodos de referência e não apresentaram diferenças significativas ao nível de 95% de confiança. Estes resultados demonstraram a viabilidade de se desenvolver microssistemas de análise por injeção em fluxo com célula de detecção por quimiluminescência integrada. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work describes the development and evaluation of micro flow injection analysis systems based on Urethane – Acrylate photoresist with integrated chemiluminescence detection cell. The deep ultraviolet photolithography was employed to engrave the channels (width of 500 μm and depth of 440 μm, approximately) on plates of Urethane acrylate photoresist - ( UA ), and the detection cell (with serpentine or snail shapes) was developed with 1.0 cm diameter, an appropriate size for adaptation of the used detectors. To perform chemiluminescence measurements, two photodiodes (Centronic OSD50 -E) or, alternatively, a mini photomultiplier (Hamamatsu-H7468-03) were employed. The proposed microfluidic devices can operate with flow rates up to 3.0 ml/min, without leaks, and was evaluated in determining hydrogen peroxide in standard solutions, hypochlorite ions in commercial bleach samples and for the determination of nitrite in commercial pates. The signals obtained for the analytical determination of hydrogen peroxide using photodiodes as transducers demonstrated a linear relationship (R2= 0.99987) in the concentration range between 50 and 200 μmol/L and the analytical throughput of 110 injections/h. The results for the same determination using the photomultiplier showed a linear response (R2=0.99999 ) in the concentration range from 5 to 25 μmol/L and the injection rate of about 150/h. For determination of hypochlorite in commercial bleach samples to the analytical curves obtained with the detection by photodiodes showed a good linear response (R2=0.99848) in the concentration range of 2 - 20 mg/L with analytical frequency of 80 injections/h. The results were compared with the reference method and showed relative deviations of less than 5%. For the determination of nitrite in pates, using a photomultiplier to detect quenching of chemiluminescence, where the data obtained showed a linear response (R2 =0.99965) in the concentration range of 10-80 μg/L and analytical frequency of 60 injections/h. The results were compared with the reference method and no signicant difference was observed in 95% confidence level. These results demonstrated the feasibility of developing microsystems in UA with integrated chemiluminescence detection cells.

Orientadores: Peter Jurgen Tatsch, Stanislav Moshkalyov / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FioravanteJunior_NemerPaschoal_M.pdf: 3096593 bytes, checksum: 671d75f088339782b5b4b1dd5fc4463c (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho é o aperfeiçoamento dos processos de fotolitografia utilizados no Centro de Componentes Semicondutores (CCS) da Universidade Estadual de Campinas ¿ UNICAMP. Visa determinar os parâmetros de maior relevância do processo de fotolitografia utilizado no CCS para fabricação de estruturas micrométricas e a partir da sua caracterização identificar os seus valores ótimos. Os parâmetros tais como o contraste, a aderência, a resolução e a dimensão mínima dos padrões fotogravados foram estudados a fim de se determinar as possibilidades de melhoria e as limitações dos processos. No decorrer deste trabalho foi utilizado basicamente o fotorresiste AZ 5214E com o qual foi possível o desenvolvimento de processos repetitivos que permitiram a fabricação de estruturas periódicas com largura de até 2µm e estruturas isoladas com largura de até 0,8µm / Abstract: The aim of this work is to improve the photolithographic processes of the CCS/Unicamp. This work attempts findout and optimize the most significant process parameters for the fabrication of micrometric structures. Contrast, adhesion, resolution, and minimum dimension for the shapes were studied in order to improve the process and also determine their limitations. A procedure for the processing of AZ 5214E photoresist was established so that periodic structures with dimension as low as 2 µm and isolated structures down to 0,8 µm can be produced reproductively / Mestrado / Microeletronica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Euripedes Guilherme de Oliveira Nobrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T12:28:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_JulianoNunes_M.pdf: 1943364 bytes, checksum: 37bfdc87a8b3b47e435c8aadfe91806a (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Hoje em dia, os microssistemas eletromecânicos (MEMS) constituem uma das áreas mais promissoras e de rápido crescimento entre as novas tecnologias. Uma área de destaque na utilização de MEMS é a microfluídica, onde diversos tipos de equipamentos miniaturizados são necessários. As microbombas têm um papel fundamental neste tipo de microdispositivos, devido a sua função de prover quantidades muito pequenas de fluidos de maneira segura e uniforme. O presente trabalho apresenta o processo de desenvolvimento de uma microbomba de diafragma oscilante sem válvulas e com atuação pneumática. Para se construir a microbomba sem válvulas, primeiramente foi feito um estudo sobre os elementos bocaljdifusor, que representam na microbomba o papel das válvulas. Com o objetivo de se analisar o comportamento da microbomba, foi feita uma simulação numérica utilizando-se a analogia por circuitos elétricos equivalentes, reconhecidamente um método simples e eficiente' de simulação de sistemas multidomínios, onde a grande maioria dos microdispositivos podem ser classificados. Por fim, foram projetados e montados protótipos da microbomba utilizahdo-se a tecnologia de microfabricação Litografia Profunda em polímeros flexográficos, onde se faz o uso de radiação ultravioleta. Tal opção se deve a que esta é uma tecnologia de baixo custo e de fácil utilização. Foi feito em seguida o levantamento de desempenho da microbomba, onde vários testes foram realizados para se conhecer a relação de pressão versus vazão / Abstract: Nowadays, Micro-Electromechanical systems (MEMS) constitute one of the most promising and fast expanding fields among the new technologies. Microfiuidic systems are a noteworthy sub-area of MEMS, demanding several types of microdevices to be developed. Micropumps have a fundamental role in thee systems, due to the need of supplying minimal amounts of fiuid in a guaranteed and uniform way. This work presents the process of development of. prototypes of aval veless micropump based upon reciprocating diaphragm and pneumatic actuation. To construct the valveless micropump, firstly it was made a study on the nozzlej diffuser elements, which represent in these micropumps the valve function. Aiming to analyse the behavior of the micropump, a numeric simulation was studied using electrical equivalent networks, known as a simple and eflicient method of simulation of multidomain systems, a classification most MEMS follow. Finally, it was designed and constructed prototypes of the micropumps using the Deep Lithography in fiexographics polymers micro-manufacture technology. This option is due to the low cost characteristic of this technology and also because it is very easy to learn how to produce the prototypes. ln the sequence, the nerformance of the micropump was studied through several experimental tests in order to know its pressure and fiow behavior / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:12:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Ellen Flavia Moreira Gabriel.pdf: 2924463 bytes, checksum: 2deba73f4b3e77c8048963a8bf154ce3 (MD5) Previous issue date: 2012-08-06 / Este trabalho descreve a fabricação de microssistemas eletroforéticos (MSE) de poliéster-toner (PT) e um estudo sobre o melhoramento do desempenho analítico destes dispositivos. Os MSE de PT foram produzidos utilizando dois filmes de transparência de fabricantes distintos (3M e Filipaper). Além disso, este trabalho relata uma melhor compreensão da geração do fluxo eletrosmótico (FEO) bem como a influência de alguns parâmetros, incluindo as dimensões do microcanal (largura e profundidade), o modo de injeção e da adição de solvente orgânico ao tampão de corrida. O desempenho analítico dos microchips de PT foi investigado utilizando o sistema de detecção condutométrica sem contato capacitivamente acoplada (C4D) e cátions inorgânicos como analitos modelo. Estes dispositivos apresentaram valor de FEO (3,4 ± 0,2) 10-4 cm2 V-1 s-1 com boa estabilidade ao longo de 25 corridas consecutivas. Verificou-se que a magnitude EOF depende da dimensão do canal, ou seja, canais mais largos e de menor profundidade apresentam maior valor de FEO. A eficiência de separação encontrada foi de até 50.000 pratos/m para a separação dos cátions inorgânicos. Os limites de detecção (LD) encontrados para K+, Na+ e Li+ foram de 4,2, 7,3 e 23 μM, respectivamente. Além disso, observou-se que um único dispositivo pode ser utilizado por até três dias consecutivos. Todos os melhoramentos encontrados permitiu a detecção de cátions inorgânicos em amostras reais, como bebida energética e um mistura farmacêutica. Além do uso do toner convencional, este trabalho descreve pela primeira vez o uso do toner pigmentado como material estrutural na produção dos MSE de PT. Os diferentes tipos de toner foram caracterizados pelas técnicas de análise elementar, espectroscopia dispersiva de raios-X (EDS), espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), e medidas perfilométricas. Além disso, a resistência elétrica, a influência do pH sobre o FEO e o desempenho analítico de cada dispositivo colorido foi avaliado. Todos esses parâmetros foram comparados aos MSE de PT fabricados com toner convencional. Baseados nos dados encontrados, pode-se concluir que os dispositivos fabricados com impressora policromática (IPC) apresentaram melhor desempenho analítico. Essa melhora está associada à composição química de cada cartucho de toner, o qual influência diretamente na magnitude do FEO. Além disso, foi encontrado que o desempenho analítico também foi influenciado pelo processo de impressão. Quando comparada à impressora monocromática, a IPC produz dispositivos com superfícies mais uniformes e de menor rugosidade.

O trabalho descrito nesta tese mostra a aplicação de um sistema de detecção condutométrica sem contato acoplado capacitivamente (C4D) para monitorar interações biomoleculares em microssistemas analíticos. Inicialmente, o desempenho analítico de microssistemas fabricados em vidro, poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e poliéster-toner (PT) foi avaliado de modo a escolher o melhor material (em termos de facilidades de fabricação, custo e repetibilidade) para os ensaios biomoleculares. Dentre os materiais estudados, os dispositivos fabricados em PT mostraram-se mais adequados para testes rápidos, onde a repetibilidade analítica não é o parâmetro mais importante. Os dispositivos fabricados em PDMS e selados contra uma placa de vidro apresentaram os melhores resultados em termos de repetibilidade e o desempenho analítico foi similar aos dispositivos de vidro. Dessa maneira, os dispositivos fabricados em PDMS/vidro foram escolhidos para a demonstração dos objetivos da tese. Por outro lado, os dispositivos fabricados em PT foram explorados para estudar a configuração geométrica do sistema de C4D. A instrumentação para monitoramento dos ensaios de ligação foi composta basicamente de dois sistemas de C4D, um software escrito em LabVIEW e um sistema de bombeamento das soluções. De modo a encontrar a configuração ideal da cela de detecção, geometrias contendo três, quatro e cinco eletrodos foram avaliadas em dispositivos de PT. A configuração ótima foi composta de três eletrodos, espaçados simetricamente. Nesta geometria, um eletrodo é utilizado para aplicar o sinal senoidal de excitação e os outros dois são utilizados para capturar o sinal resultante. As dimensões dos eletrodos (largura e espaçamento entre eles) foram otimizados usando ferramentas quimométricas. O complexo avidina-biotina foi utilizado como modelo de ligação para mostrar a aplicabilidade do sistema proposto. Para os microssistemas biomoleculares, os eletrodos (com geometria otimizada) foram fabricados sobre a superfície de uma placa de vidro por fotolitografia, sputtering e lift-off. Os eletrodos de detecção foram isolados com uma camada de óxido de silício com espessura de 50 nm, depositada pelo processo de deposição química em fase de vapor assistida por plasma. A camada de SiO2 foi modificada quimicamente com solução de 3-amino-propil-trietóxi-silano em etanol. Para imobilização covalente de biotina, uma alíquota de 10 ?L de fotobiotina dissolvida em água (0,1 mg/mL) foi adicionada à superfície e exposta a radiação ultravioleta (365 nm, 10 mW/cm2) durante 15 min. A detecção foi realizada aplicando um sinal senoidal, a partir de um gerador de funções, ao eletrodo de excitação registrando o sinal resultante nos dois eletrodos receptores. Para minimizar a captura de ruído elétrico, os experimentos foram realizados em uma gaiola de Faraday. O controle e a aquisição de dados foi feito mediante um software escrito em LabVIEW monitorando os sensorgramas de condutividade em tempo real. Os canais microfluídicos foram fabricados em PDMS por litografia suave e selados irrevesivelmente contra a placa de vidro contendo os eletrodos isolados e modificados quimicamente. As soluções (tampão e amostra) foram manuseadas com auxílio de uma bomba peristáltica ou duas bombas seringas. Soluções contendo tampão e avidina foram introduzidas nos microcanais e as mudanças de conductividade foram monitoradas em função do tempo. As soluções contendo avidina permaneceram em contato com a superfície modificada até o sinal de condutividade atingir um patamar de equilíbrio. Depois disso, solução tampão foi introduzida no microcanal para remover os analitos adsorvidos à superfície. Duas válvulas solenóides foram utilizadas para permitir um controle automático da distribuição das soluções nos microcanais. O limite de detecção obtido para a interação entre avidina e biotina foi de 75 nmol L-1. / The study reported in this thesis shows the application of a capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) for monitoring biomolecular interactions on analytical microsystems. Initially, the analytical performance of the microsystems fabricated in glass, poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and polyester-toner (PT) was investigated in order to choose the best material (in terms of fabrication facilities, costs and repeatability) for the biomolecular assays. Among all substrate materials studied, devices fabricated in PT showed suitability for quick experiments, in which the analytical repeatability is not the most important parameter. The devices fabricated in PDMS and sealed against a glass plate presented the best results in terms of repeatability and the analytical performance was similar to that one of glass devices. For this reason, PDMS/glass devices were chosen for showing the goals of this thesis. On the other hand, PT devices were employed to study the geometrical design of the C4D system. The instrumentation for monitoring binding assays was basically composed of two C4D systems, a software written in LabVIEW and a solution pumping system. In order to find the suitable detection cell configuration for this dual-C4D system, designs containing three, four and five electrodes were evaluated on PT devices. The optimal design was composed of three electrodes symmetrically spaced. In this configuration, one electrode is used for applying an excitation sinusoidal wave and the other two for picking up the resulting signal. The dimensions of the electrodes (width and gap) were optimized by chemometric tools. The avidin-biotin complex was used as a binding model for showing the feasibility of the proposed system. For the biomolecular microsystems, electrodes were fabricated on glass surface using photolithographic, sputtering and lift-off processes. Detection electrodes were insulated with a 50-nm silicon oxide layer deposited by plasmaenhanced chemical vapor deposition. The SiO2 layer was functionalized by immersing the cleaned surface in a 3-aminopropyltriethoxy-silane solution in ethanol for 3 h. For biotinylation of the amino-silane layer, 10 ?L of photobiotin dissolved in deionized water (0.1 mg/mL) was dropped on the modified glass surface and exposed to a 365 nm UV radiation at intensity of 10 mW/cm2 for 15 min. Detection was carried out by passing a sinusoidal excitation signal from the function signal generator to the first electrode and picking up the resulting signal at the two receiver electrodes. To reduce electrical noise pickup, all measurements were carried out in a Faraday cage. The data acquisition was obtained in a software written in LabVIEW and the conductivity sensorgrams were recorded in real-time. The microfluidic network was fabricated in PDMS by soft lithography and irreversibly sealed against the electrodes plate. Solutions were handled into microfluidic channels using a peristaltic pump or two syringe pumps. Buffer and avidin-containing solution was injected into the microchannels and conductivity changes were monitored over time. Avidin solutions were allowed to remain in contact with the surface until a stable conductivity had reached equilibrium. Avidin-free buffer solutions were then injected to rinse off non-specifically bound analytes. Two solenoid valves were used to allow an automatic dispensing of the sample/buffer solution into microchannels. The limit of detection found for avidin-biotin system was 75 nmol L-1.

O escopo deste trabalho foi o desenvolvimento de microrreatores em tecnologia LTCC para produção de biodiesel, com foco na otimização de uma geometria de micromisturador. Esta proposta é resultado das oportunidades identificadas em três áreas do conhecimento: Microtecnologia, Intensificação de processos e Biocombustíveis. A principal ferramenta de desenvolvimento desta proposta é a fluidodinâmica computacional. Os microcanais baseados em geometrias com sucessivos cotovelos foram os escolhidos, para a investigação computacional e experimental. A metodologia computacional desenvolvida para alcançar os objetivos propostos envolve as etapas de: definição de um padrão de comparação, projeto das distâncias entre cotovelos, escolha de uma geometria com base na comparação entre diversas geometrias baseadas em sucessivos cotovelos e a otimização da geometria em função dos parâmetros fluidodinâmicos. Paralelamente, ensaios para a produção de biodiesel foram realizados, bem como, a investigação da produção de emulsões para avaliar como uma etapa do processo de produção do biodiesel. A geometria escolhida e otimizada foi a serpentina 3D, o que permitiu a otimização do módulo de tempo de residência e o projeto do microrreator. Finalizando, um microrreator foi projetado com parâmetros ótimos, obtendo assim a intensificação de processo por meio de conceitos de microtecnologia, para aplicação na produção de biocombustíveis. / The scope of this work was the development of microreactors in LTCC technology for biodiesel production, with a focus on the optimization of a micromixer geometry. This proposal is resulted from the opportunities identified in three areas of knowledge: Microtechnology, processes intensification and Biofuels. The main tool for development of this proposal is the computational fluid dynamics (CFD). The microchannels geometry with successive elbows were chosen for computational and experimental research. The computational methodology developed to achieve the proposed goals involves the following steps: defining a standard of comparison, a project of the distances between elbows, a choice of geometry based on the comparison between different geometries based on successive elbows and geometry optimization for the parameters hydrodynamic. In addition, tests for the production of biodiesel were being made and the investigations of production of emulsions to evaluate a step in the producing of biodiesel process. The geometry was chosen and optimized serpentine 3D, allowing the optimization of residence time module and the design of the microreactor. Finally, a microreactor was designed with optimal parameters, thus obtaining the intensification process through microtechnology concepts for application in the biofuels production.

O escopo deste trabalho foi o desenvolvimento de microrreatores em tecnologia LTCC para produção de biodiesel, com foco na otimização de uma geometria de micromisturador. Esta proposta é resultado das oportunidades identificadas em três áreas do conhecimento: Microtecnologia, Intensificação de processos e Biocombustíveis. A principal ferramenta de desenvolvimento desta proposta é a fluidodinâmica computacional. Os microcanais baseados em geometrias com sucessivos cotovelos foram os escolhidos, para a investigação computacional e experimental. A metodologia computacional desenvolvida para alcançar os objetivos propostos envolve as etapas de: definição de um padrão de comparação, projeto das distâncias entre cotovelos, escolha de uma geometria com base na comparação entre diversas geometrias baseadas em sucessivos cotovelos e a otimização da geometria em função dos parâmetros fluidodinâmicos. Paralelamente, ensaios para a produção de biodiesel foram realizados, bem como, a investigação da produção de emulsões para avaliar como uma etapa do processo de produção do biodiesel. A geometria escolhida e otimizada foi a serpentina 3D, o que permitiu a otimização do módulo de tempo de residência e o projeto do microrreator. Finalizando, um microrreator foi projetado com parâmetros ótimos, obtendo assim a intensificação de processo por meio de conceitos de microtecnologia, para aplicação na produção de biocombustíveis. / The scope of this work was the development of microreactors in LTCC technology for biodiesel production, with a focus on the optimization of a micromixer geometry. This proposal is resulted from the opportunities identified in three areas of knowledge: Microtechnology, processes intensification and Biofuels. The main tool for development of this proposal is the computational fluid dynamics (CFD). The microchannels geometry with successive elbows were chosen for computational and experimental research. The computational methodology developed to achieve the proposed goals involves the following steps: defining a standard of comparison, a project of the distances between elbows, a choice of geometry based on the comparison between different geometries based on successive elbows and geometry optimization for the parameters hydrodynamic. In addition, tests for the production of biodiesel were being made and the investigations of production of emulsions to evaluate a step in the producing of biodiesel process. The geometry was chosen and optimized serpentine 3D, allowing the optimization of residence time module and the design of the microreactor. Finally, a microreactor was designed with optimal parameters, thus obtaining the intensification process through microtechnology concepts for application in the biofuels production.

O trabalho descrito nesta tese mostra a aplicação de um sistema de detecção condutométrica sem contato acoplado capacitivamente (C4D) para monitorar interações biomoleculares em microssistemas analíticos. Inicialmente, o desempenho analítico de microssistemas fabricados em vidro, poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e poliéster-toner (PT) foi avaliado de modo a escolher o melhor material (em termos de facilidades de fabricação, custo e repetibilidade) para os ensaios biomoleculares. Dentre os materiais estudados, os dispositivos fabricados em PT mostraram-se mais adequados para testes rápidos, onde a repetibilidade analítica não é o parâmetro mais importante. Os dispositivos fabricados em PDMS e selados contra uma placa de vidro apresentaram os melhores resultados em termos de repetibilidade e o desempenho analítico foi similar aos dispositivos de vidro. Dessa maneira, os dispositivos fabricados em PDMS/vidro foram escolhidos para a demonstração dos objetivos da tese. Por outro lado, os dispositivos fabricados em PT foram explorados para estudar a configuração geométrica do sistema de C4D. A instrumentação para monitoramento dos ensaios de ligação foi composta basicamente de dois sistemas de C4D, um software escrito em LabVIEW e um sistema de bombeamento das soluções. De modo a encontrar a configuração ideal da cela de detecção, geometrias contendo três, quatro e cinco eletrodos foram avaliadas em dispositivos de PT. A configuração ótima foi composta de três eletrodos, espaçados simetricamente. Nesta geometria, um eletrodo é utilizado para aplicar o sinal senoidal de excitação e os outros dois são utilizados para capturar o sinal resultante. As dimensões dos eletrodos (largura e espaçamento entre eles) foram otimizados usando ferramentas quimométricas. O complexo avidina-biotina foi utilizado como modelo de ligação para mostrar a aplicabilidade do sistema proposto. Para os microssistemas biomoleculares, os eletrodos (com geometria otimizada) foram fabricados sobre a superfície de uma placa de vidro por fotolitografia, sputtering e lift-off. Os eletrodos de detecção foram isolados com uma camada de óxido de silício com espessura de 50 nm, depositada pelo processo de deposição química em fase de vapor assistida por plasma. A camada de SiO2 foi modificada quimicamente com solução de 3-amino-propil-trietóxi-silano em etanol. Para imobilização covalente de biotina, uma alíquota de 10 ?L de fotobiotina dissolvida em água (0,1 mg/mL) foi adicionada à superfície e exposta a radiação ultravioleta (365 nm, 10 mW/cm2) durante 15 min. A detecção foi realizada aplicando um sinal senoidal, a partir de um gerador de funções, ao eletrodo de excitação registrando o sinal resultante nos dois eletrodos receptores. Para minimizar a captura de ruído elétrico, os experimentos foram realizados em uma gaiola de Faraday. O controle e a aquisição de dados foi feito mediante um software escrito em LabVIEW monitorando os sensorgramas de condutividade em tempo real. Os canais microfluídicos foram fabricados em PDMS por litografia suave e selados irrevesivelmente contra a placa de vidro contendo os eletrodos isolados e modificados quimicamente. As soluções (tampão e amostra) foram manuseadas com auxílio de uma bomba peristáltica ou duas bombas seringas. Soluções contendo tampão e avidina foram introduzidas nos microcanais e as mudanças de conductividade foram monitoradas em função do tempo. As soluções contendo avidina permaneceram em contato com a superfície modificada até o sinal de condutividade atingir um patamar de equilíbrio. Depois disso, solução tampão foi introduzida no microcanal para remover os analitos adsorvidos à superfície. Duas válvulas solenóides foram utilizadas para permitir um controle automático da distribuição das soluções nos microcanais. O limite de detecção obtido para a interação entre avidina e biotina foi de 75 nmol L-1. / The study reported in this thesis shows the application of a capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) for monitoring biomolecular interactions on analytical microsystems. Initially, the analytical performance of the microsystems fabricated in glass, poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and polyester-toner (PT) was investigated in order to choose the best material (in terms of fabrication facilities, costs and repeatability) for the biomolecular assays. Among all substrate materials studied, devices fabricated in PT showed suitability for quick experiments, in which the analytical repeatability is not the most important parameter. The devices fabricated in PDMS and sealed against a glass plate presented the best results in terms of repeatability and the analytical performance was similar to that one of glass devices. For this reason, PDMS/glass devices were chosen for showing the goals of this thesis. On the other hand, PT devices were employed to study the geometrical design of the C4D system. The instrumentation for monitoring binding assays was basically composed of two C4D systems, a software written in LabVIEW and a solution pumping system. In order to find the suitable detection cell configuration for this dual-C4D system, designs containing three, four and five electrodes were evaluated on PT devices. The optimal design was composed of three electrodes symmetrically spaced. In this configuration, one electrode is used for applying an excitation sinusoidal wave and the other two for picking up the resulting signal. The dimensions of the electrodes (width and gap) were optimized by chemometric tools. The avidin-biotin complex was used as a binding model for showing the feasibility of the proposed system. For the biomolecular microsystems, electrodes were fabricated on glass surface using photolithographic, sputtering and lift-off processes. Detection electrodes were insulated with a 50-nm silicon oxide layer deposited by plasmaenhanced chemical vapor deposition. The SiO2 layer was functionalized by immersing the cleaned surface in a 3-aminopropyltriethoxy-silane solution in ethanol for 3 h. For biotinylation of the amino-silane layer, 10 ?L of photobiotin dissolved in deionized water (0.1 mg/mL) was dropped on the modified glass surface and exposed to a 365 nm UV radiation at intensity of 10 mW/cm2 for 15 min. Detection was carried out by passing a sinusoidal excitation signal from the function signal generator to the first electrode and picking up the resulting signal at the two receiver electrodes. To reduce electrical noise pickup, all measurements were carried out in a Faraday cage. The data acquisition was obtained in a software written in LabVIEW and the conductivity sensorgrams were recorded in real-time. The microfluidic network was fabricated in PDMS by soft lithography and irreversibly sealed against the electrodes plate. Solutions were handled into microfluidic channels using a peristaltic pump or two syringe pumps. Buffer and avidin-containing solution was injected into the microchannels and conductivity changes were monitored over time. Avidin solutions were allowed to remain in contact with the surface until a stable conductivity had reached equilibrium. Avidin-free buffer solutions were then injected to rinse off non-specifically bound analytes. Two solenoid valves were used to allow an automatic dispensing of the sample/buffer solution into microchannels. The limit of detection found for avidin-biotin system was 75 nmol L-1.