The synthesis and evaluation of a molecularly imprinted polymer has been undertaken using an oxazine-based tryptophanamide transition state analogue (TSA) as template. An efficient route to the synthesis of oxazine-based TSAs for the reaction of pyridoxamine and indole-3-pyruvic acid has been established, with yields of up to 80%. NMR titration studies were performed to examine the interactions between the functional monomer, methacrylic acid and the template. Complexation of the template by functional monomer in the presence of crosslinker showed an apparent KD of 0.63-0.79 ± 0.04 M (293 K, acetonitrile-d3) based upon the chemical shift of the template amide protons. TSA-imprinted and non-imprinted reference polymers were synthesized by free radical polymerization in acetonitrile. Polymer monoliths were ground and fractionated into a 25-63 μm size range. Polymer-ligand recognition studies were conducted using the polymers as HPLC stationary phases. An imprinting factor (IF) of 2.93 was observed for the TSA, indicating the selectivity of the imprinted sites for the template. Studies using the D- and L-enantiomers of the phenylalaninamide analogue of the template showed enantioselectivity in the case of the imprinted polymer, α = 1.10, though not in the case of the non-imprinted reference polymer (1.00). Using UV-spectroscopy based polymer-ligand binding studies, a maximum theoretical capacity (Bmax) of 0.059 ± 0.004 mmol·g-1 was observed for the imprinted polymer. Conclusively, an imprinted polymer with binding sites selective for the TSA was successfully prepared and shall subsequently be studied with respect to its capacity to catalyse the transamination reaction between pyridoxamine and indole-3-pyruvic acid to yield pyridoxal and tryptophan.

A ocorrência de N-nitrosaminas em produtos cosméticos e de higiene pessoal está relacionada com os ingredientes utilizados na formulação de tais artefatos. A N-nitrosodietanolamina (NDELA) é formada na presença da dietanolamina associada a outros componentes, tais como íons nitrito empregados como conservantes em matrizes cosméticas. São cancerígenas e, portanto, as condições em que tais itens de consumo são fabricados é um fator que deve ser mensurado. Assim, é aconselhável a realização de estudos que mostrem a ocorrência de NDELA em cosméticos, seus principais métodos de determinação, bem como os aspectos legais que indicam os níveis de concentração deste contaminante presente em diversas formulações. Foi avaliado neste trabalho o potencial de algumas técnicas de preparo de amostras na concentração de NDELA, tais como microextração líquido-líquido dispersiva em fase reversa (DLLME-RP), extração líquido-líquido com salting out e clean up no modo on-line. Os resultados obtidos foram confrontados com os dados presentes na literatura. Adicionalmente, utilizando os conceitos de polimerização via sol-gel e via precipitação para a síntese de polímeros molecularmente impressos (MIP), propõem-se uma possível rota sintética para a confecção de materiais seletivos para a pré-concentração da nitrosamina. / The occurrence of N-nitrosamines in cosmetic and personal hygiene are related to the ingredients used in the formulation of such artefacts. N-nitrosodiethanolamine (NDELA) is formed in the presence of diethanolamine associated with other components such as nitrite ions employed as preservatives in cosmetic matrices. They are carcinogenic and, therefore, the conditions under which such consumer items are produced is a factor that must be measured. It is therefore advisable to carry out studies that show the occurrence of NDELA in cosmetics, their main methods of determination as well as the legal aspects that indicate the levels of concentration of this contaminant present in various formulations. It was evaluated in this study the potential for some sample preparation techniques in the concentration of NDELA such as liquid-liquid microextraction dispersive reverse phase (DLLME-RP) liquid-liquid extraction with salting out and clean up online. The results were compared with data in the literature. Additionally, using the concepts of polymerization via sol-gel and precipitation route for the synthesis of molecularly imprinted polymers (MIP) are proposed as a possible synthetic route for the preparation of materials for selective pre-concentration of nitrosamine.

A ocorrência de N-nitrosaminas em produtos cosméticos e de higiene pessoal está relacionada com os ingredientes utilizados na formulação de tais artefatos. A N-nitrosodietanolamina (NDELA) é formada na presença da dietanolamina associada a outros componentes, tais como íons nitrito empregados como conservantes em matrizes cosméticas. São cancerígenas e, portanto, as condições em que tais itens de consumo são fabricados é um fator que deve ser mensurado. Assim, é aconselhável a realização de estudos que mostrem a ocorrência de NDELA em cosméticos, seus principais métodos de determinação, bem como os aspectos legais que indicam os níveis de concentração deste contaminante presente em diversas formulações. Foi avaliado neste trabalho o potencial de algumas técnicas de preparo de amostras na concentração de NDELA, tais como microextração líquido-líquido dispersiva em fase reversa (DLLME-RP), extração líquido-líquido com salting out e clean up no modo on-line. Os resultados obtidos foram confrontados com os dados presentes na literatura. Adicionalmente, utilizando os conceitos de polimerização via sol-gel e via precipitação para a síntese de polímeros molecularmente impressos (MIP), propõem-se uma possível rota sintética para a confecção de materiais seletivos para a pré-concentração da nitrosamina. / The occurrence of N-nitrosamines in cosmetic and personal hygiene are related to the ingredients used in the formulation of such artefacts. N-nitrosodiethanolamine (NDELA) is formed in the presence of diethanolamine associated with other components such as nitrite ions employed as preservatives in cosmetic matrices. They are carcinogenic and, therefore, the conditions under which such consumer items are produced is a factor that must be measured. It is therefore advisable to carry out studies that show the occurrence of NDELA in cosmetics, their main methods of determination as well as the legal aspects that indicate the levels of concentration of this contaminant present in various formulations. It was evaluated in this study the potential for some sample preparation techniques in the concentration of NDELA such as liquid-liquid microextraction dispersive reverse phase (DLLME-RP) liquid-liquid extraction with salting out and clean up online. The results were compared with data in the literature. Additionally, using the concepts of polymerization via sol-gel and precipitation route for the synthesis of molecularly imprinted polymers (MIP) are proposed as a possible synthetic route for the preparation of materials for selective pre-concentration of nitrosamine.

L'industrie cosmétique a un recours croissant aux espèces végétales comme sources de principesactifs naturels. Leur extraction nécessite des supports sélectifs tels que les polymères à empreintesmoléculaires (MIP). Les travaux de cette thèse reposent sur le développement de MIP pourl’extraction sélective de la glucosamine, de la fructosazine et de la 2,5-déoxyfructosazine.Dans une première partie, trois approches ont été développées pour extraire la glucosamine par desMIP : l’approche covalente, semi-covalente et non covalente. Pour chacune, les différents paramètresintervenant dans la synthèse des MIP ont été optimisés. Les meilleurs résultats ont été obtenus avecun MIP synthétisé selon une approche non covalente ionique reposant sur la complexation de laglucosamine par un acide sulfonique. Les performances du MIP se sont avérées supérieures à cellesde supports commerciaux et des extractions à partir de végétaux ont été réalisées. Le potentielindustrialisable du MIP a été validé lors de premiers tests à plus grande échelle.Dans une deuxième partie, l’extraction simultanée de la fructosazine et de la 2,5-déoxyfructosazine aété réalisée suite au développement d’un MIP synthétisé selon une approche covalente reposant surla formation d’esters boroniques. Une méthode de synthèse originale est exposée puisque lestemplates ont été formés in situ lors de la polymérisation. Le MIP obtenu s’est avéré sélectif dechaque composé et a permis de purifier et de séparer la fructosazine et la 2,5-déoxyfructosazine dematrices végétales et alimentaires.Tous ces travaux ont été réalisés dans une démarche éco-responsable s’appuyant sur l’emploi desolvants aqueux lors de la polymérisation et de l’extraction. / The cosmetic industry uses plants as sources of natural active ingredients. The extraction of theseactive ingredients requires selective extraction method such as molecularly imprinted polymers (MIP)technique. This thesis describes the development of MIP for the selective extraction of glucosamine,fructosazine and 2,5-déoxyfructosazine.In the first part, three approaches were developed to extract glucosamine by MIP technique: thecovalent approach, semi-covalent and noncovalent. For each approach, the various parametersinvolved in the synthesis of the MIP were optimized. The best results were obtained with a MIPsynthesized with a non-covalent ionic approach based on the complexation of glucosamine by asulfonic acid. The MIP exhibits higher performance than commercial media and extractions fromplants were performed. The potential for industrialization of the MIP was validated during initial testson a larger scale.In the second part, the simultaneous extraction of fructosazine and 2,5-déoxyfructosazine wasperformed following the development of a MIP synthesized using a covalent approach based on theformation of boronic esters. An original synthesis method is exposed since the templates were formedin situ during the polymerization. The MIP obtained showed good selectivity for each compound andallowed to separate and purify fructosazine and 2,5-déoxyfructosazine from plant and food matrices.All these works were performed according to an eco-friendly approach based on the use of aqueoussolvents as solvents for polymerization and extraction.

Orientadores: Adriana Vitorino Rossi, Regina Buffon / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T19:48:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manzoor_Suryyia_D.pdf: 4523839 bytes, checksum: 9aa2a7bc8376699193b0d5e83f0ec0f5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho envolveu um estudo elaborado da técnica de impressão molecular para síntese, caracterização e avaliação de materiais impressos molecularmente (MIMs) para fluconazol (FLU), cafeína (CAF) e antocianinas (ACYs). O polímero de impressão molecular para FLU (FLUMIP) foi sintetizado utilizando-se ácido metacrílico (monômero funcional), etilenoglicoldimetacrilato (EGDMA) (agente reticulador) e acetonitrila em polimerização térmica. O FLUMIP foi caracterizado e aplicado como sorvente em cartuchos de extração em fase sólida (SPE). Sua capacidade de interação seletiva com o analito foi avaliada, obtendo-se alta afinidade para FLU, em comparação com análogos estruturais, com limite de detecção menor que 1,63X10 mmol/L com cromatografia de ultra alta eficiência acoplada com espectrometria de massas. Este MIP foi usado em cartuchos de SPE para extrair o analito de medicamento em cápsula, com recuperação de 91±10 % (n=9). Outro MIM obtido foi uma sílica organicamente modificada (ORMOSIL) para extração de CAF, a partir da reação de metacrilato de 3- (trimetoxisilil) propila e acetato de vinila, seguindo-se condensação e hidrólise com tetraetilortosilicato usando CAF como molécula modelo. Este ORMOLSIL foi caracterizado e testado quanto à sua eficácia de extrair CAF de amostras de café, com recuperação de 88±5 % (n=9); ele atuou como grupo seletivo com alta porcentagem de recuperação para teofilina (77 %) e teobromina (82 %). Limites de detecção e quantificação 5,14x10 e 1,71x10 mmol/L respectivamente foram obtidos com cromatografia líquida de alta eficiência. Também foi sintetizado um MIP usando rutina molécula modelo (RUTMIP), acrilamida (monômero funcional), EGDMA (agente reticulador) e tetraidrofurano por polimerização em bulk. Embora tenha sido alcançada impressão bem sucedida de rutina, confirmada pela comparação de afinidade de RUTMIP em aplicação de SPE (12 vezes maior que afinidade do polímero não impresso), não se alcançou a seletividade esperada para ACYs utilizando o RUTMIP / Abstract: This work involves an elaborative study of molecularly imprinting technique. Keeping in view its robustness and selectivity, this technique was applied for the synthesis of molecularly imprinted materials for the extraction of fluconazole (FLU), caffeine (CAF) and anthocyanins (ACYs). Molecularly imprinted polymer (MIP) for FLU (FLUMIP) was synthesized using methacrylic acid (functional monomer), ethyleneglycoldimethacrylate (crosslinker) and acetonitrile through thermal polymerization. The FLUMIP was characterized and applied as sorbent in solid phase extraction (SPE) cartridges. It was then evaluated for its ability to selectively interact with the analyte and presented an apparent affinity for FLU, which was confirmed by comparing it with structural analogues. The application of ultra high performance liquid chromatography with spectrometer mass detection, allowed a limit of detection 1.63x10 mmol/L. Furthermore, the SPE procedure was applied to extract FLU from medicine samples with recovery of 91±10 % (n=9). An organically modified silica (ORMOSIL) for CAF was also synthesized by reacting vinyl acetate and 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate, followed by the condensation and hydrolysis with tetraethyl orthosilicate, using CAF as template molecule. The ORMOSIL was characterized and tested for its efficiency to extract the analyte from coffee samples and the percentage recovery of 88±5 % (n=9) was obtained. The cross reactivity studies for theophylline and theobromine showed high recovery (77 % and 82% respectively). The limit of detection and quantification, 5.14x10 and 1.71x10 mmol/L respectively, were achieved using high performance liquid chromatography. Also, a MIP for ACYs (RUTMIP) was synthesized using rutin (template molecule), EGDMA (cross linker) and tetrahydrofuran by the bulk polymerization method. A successful imprinting of rutin was attained. This can be confirmed by the high affinity of rutin for MIP (12 times greater than non imprinted polymer) during SPE procedure; however, the RUTMIP was not efficient enough to selectively extract ACYs from vegetal extracts / Doutorado / Doutora em Ciências

Orientador: Marcos Nogueira Eberlin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T00:48:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_RaquelMariaTrindade_D.pdf: 2391491 bytes, checksum: e0ced742cb6fd1e2732195078347fd99 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho descreve a utilização de polímeros de impressão molecular (MIP) no preparo de amostra para a extração seletiva de fármacos em matrizes biológicas com determinação por LC-MS/MS e MS/MS. Inicialmente foi sintetizado e caracterizado um MIP seletivo a omeprazol, sendo o mesmo empregado na extração com fase sólida molecularmente impressa (MISPE) de omeprazol em amostras de plasma humano, seguido de determinação por LC-MS/MS. A metodologia foi validada por meio do estudo dos parâmetros: precisão (repetibilidade e precisão intermediária), exatidão (recuperação), curva analítica, intervalo de linearidade, limite de detecção ¿ LD e limite de quantificação ¿ LQ, e seletividade. O limite de quantificação obtido foi de 5 ng mL. Posteriormente, foi sintetizado e caracterizado um MIP seletivo a cocaína, sendo este empregado na extração em fase sólida molecularmente impressa (MISPE) online de cocaína em amostras de urina de usuários de drogas, seguido da quantificação por MS/MS. O limite de quantificação obtido foi de 10 ng mL. A seletividade do método foi avaliada pelo estudo de adsorção de metabólitos (benzoilecgonina e cocaetileno) e interferente (lidocaína) pelo polímero sintetizado e posterior determinação por MS/MS. / Abstract: The present work describes the applications of molecularly imprinted polymers (MIP) in sample preparation for the selective extraction of drugs in biological matrices by LC-MS/MS and MS/MS. Initially a MIP selective for omeprazolewas synthesized and characterized. It was used in molecularly imprinted solid phase extraction (MISPE) of omeprazole from human plasma samples, followed by LC-MS/MS determination. The methodology was validated by studying the parameters: precision (repeatability and intermediate precision), accuracy (recovery), calibration curve, linear range, detection limit - LOD and quantification limit - LOQ, and selectivity. The quantification limit was 5 ng ml. Subsequentlya MIP selective for cocaine was synthesized and characterizedwhich was used in online molecularly imprinted solid phase extraction (MISPE) for cocaine in urine samples of drug users, followed by quantification by MS / MS. The quantification limit was 10 ng mL. The selectivity of the method was evaluated by studying the adsorption of metabolites (benzoylecgonine and cocaethylene) and an interferent (lidocaine) by the synthesized polymer with subsequent determination by MS / MS. / Doutorado / Quimica Analitica / Doutora em Ciências

O Bisfenol A (BPA, acrônimo da língua inglesa - bisphenol A) é uma substância utilizada na fabricação de embalagens alimentícias e resinas odontológicas. Sua toxicidade deve-se ao fato de que, como disruptor endócrino, afeta o sistema reprodutor, cardiovascular, neuro-endócrino e pode apresentar potencial carcinogênico. Em métodos bioanalíticos, o preparo da amostra tem sido requerido para aumentar a seletividade e sensibilidade analítica, através da remoção dos interferentes da amostra biológica e concentração dos analitos, quase sempre presentes em níveis de traços. A microextração em ponteiras (DPX, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Disposable Pipette Extraction), baseada no equilíbrio de sorção do soluto com a fase extratora, consiste em uma ponteira padrão de micropipeta modificada, na qual o sorvente está contido livremente entre dois filtros, permitindo rápida extração do analito em diferentes matrizes complexas. Os polímeros de impressão molecular (MIP acrônimo das iniciais em língua inglesa - Molecularly Imprinted Polymer) consistem em uma rede polimérica tridimensional que possui cavidades seletivas para o reconhecimento molecular do analito ou de substâncias de estrutura análoga. Essa rede polimérica é sintetizada ao redor da substância molde (analito), e a cavidade seletiva é formada após a remoção do molde. As vantagens do processo sol-gel para a síntese do MIP são o controle do tamanho e forma das partículas, ajuste da hidrofobicidade e alta estabilidade térmica. No presente trabalho, o MIP foi sintetizado e utilizado como sorvente para a técnica DPX para a determinação de bisfenol A em amostras de urina por cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry). O MIP foi sintetizado pela via sol-gel utilizando aminopropiltrietoxisilano (APTES) como mônomero funcional e tetraetil-orto-silicato (TEOS) como reagente de ligação cruzada. Como molde foram avaliados o BPA para o MIP, e o tetrabromobisfenol A (TBBPA) para o polímero molecularmente impresso com molécula análoga ao analito (DMIP, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Dummy Molecularly Imprinted Polymer). Para avaliar a seletividade do MIP, o polímero não impresso (NIP, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Non-imprinted Polymer) foi sintetizado seguindo o mesmo procedimento de síntese do MIP com exceção da adição da molécula molde. Apesar de a capacidade de sorção do MIP ser ligeiramente maior, o DMIP foi selecionado como sorvente para minimizar o efeito de memória. O DMIP foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia vibracional na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR, acrônico das inicias em língua inglesa - Fourier Transform Infrared). Os parâmetros da técnica DPX, tais como, o tempo de equilíbrio de sorção entre a amostra e o sorvente e condições de dessorção foram otimizadas por técnicas quimiométricas. A robustez do DMIP sintetizado via sol-gel foi comprovada pela reutilização deste sorvente por mais de 100 vezes, sem perda da eficiência da extração. O método desenvolvido DPX/GC-MS apresentou linearidade na faixa de 50 a 500 ng mL-1, precisão com CV (coeficientes de variação) entre 4 e 14% e de exatidão com valores de erro padrão relativo (EPR) de -13,6 a 12,3%. O método de referência utilizando a extração líquido-líquido e GC-MS (LLE/GC-MS), faixa de linearidade de 5 a 50 ng mL-1, foi desenvolvido e validado. Embora o método DPX/GC-MS inovador, quando comparado ao LLE/GC-MS, tenha apresentado maior limite de quantificação, apresentou as seguintes vantagens: simplicidade, rapidez e utilização de menores volumes de amostra e de solventes orgânicos na etapa do preparo da amostra / Bisphenol A (BPA) is widely used in food package and dental resins manufacturing. Its toxicity is due to its endocrine disruptor activity that affects the reproductive, cardiovascular, neurological system and may have carcinogenic potential. In bioanalytical methods the sample preparation has been required to increase the selectivity and analytical sensibility by removing the interfering from the biological matrix and concentration of the analytes that are in trace levels most of the times. The disposable pipette extraction (DPX) is based on sorption equilibrium of the analyte between the sample and the extraction phase. It consists in a pipette that contais the sorbent phase freely between two filters. Then, the extraction of the solute from the complex sample occurs quickly. Molecularly imprinted polymer is a tridimensional polimeric network that has selectivity cavities that can recognize an analyte or a substance with a similar structure. The polimeric network is synthesized around to a template molecule and after removing this template, a selective cavity is formed. The advantages of the sol-gel process for the synthesis of MIP are the control of the size and shape of the particles, hydrophobicity adjustment and high thermal stability. In the present study MIP was synthesized and used as sorbent to DPX method for determination of BPA in urine samples by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). Sol-gel methodoly was used to synthesize the polymers. Aminopropyltriethoxysilane (APTES) was used as a functional monomer and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as crosslinking reagent. BPA and tetrabromobisphenol A (TBBPA) were evaluated as template to the synthesis of MIP and dummy molecularly imprinted polymer (DMIP) which is a molecularly imprinted polymer that uses a template structurally similar to the analyte. The non-imprinted polymer (NIP) was synthesized following the same procedure that MIP, except for the addition of template. It was made to verify the improvement of selectivity and sensibility of molecularly imprinted polymers. Although the sorption capacity of the MIP is slightly larger, DMIP has been selected as a sorbent in order to minimize the memory effect. The DMIP was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). The parameters of DPX, such as time sorption equilibrium between the sample and the sorbent and desorption conditions were optimized by chemometrics. Robustness of DMIP sinthesized by sol-gel process was evidenciated for the reuse of DMIP for more than a 100 times. The developed method DPX/GC-MS showed linearity on the range from 50 to 500 ng ml-1, precision values with coefficient of variation (CV) betweeen 4 and 14% and accuracy with relative standard deviation values (RSD) from -13.6 to 12.3%. The reference method using liquid- liquid extraction and GC-MS (LLE/GC-MS) was developed and validated, showing linearity from 0.5 to 50 ng mL-1. Althout the innovative method DPX/GC-MS has showed limit of quantification larger than LLE/GC-MS, it presents the following advantages: simplicity, rapidy and utilization of smaller volumes of organic solvents on the sample preparation step

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

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

This dissertation explores the different ways to create thin film-based biosensors that are capable of rapid and label-free detection of cortisol, a non-specific biomarker closely linked to stress, within the physiological range of 10pM to 10 uM. Increased cortisol levels have been linked to stress-related diseases, such as chronic fatigue syndrome, irritable bowel syndrome, and post-traumatic stress disorder. It also plays a role in the suppression of the immune system as well. Therefore, accurate measurement of cortisol in saliva, serum, plasma, urine, sweat, and hair, is clinically significance to predict physical and mental diseases. In this dissertation, thin film-based electrochemical immunosensors were fabricated using a self-assembled monolayer (SAM) functionalized by cortisol specific antibodies to detect cortisol at 10 pM level sensitivities in the presence of a redox probe. The fabricated electrochemical cortisol immunosensors were able to detect cortisol in human saliva samples and the outcomes were validated using the standard Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA) technique. With the aim of improving signal amplification and label-free cortisol detection, copper nanoparticles were incorporated on screen-printed carbon electrodes (SPCE) for the fabrication of electrochemical cortisol immunosensor. This SPCE-based sensor showed a sensitivity of 4.21µA/M and the limit of detection 6.6nM. Both the SAM and SPCE-based immunosensors were not thermally stable due to the instability of antibodies at room temperature. To address this issue, an antibody-free immunosensor was fabricated. Molecular Imprinted Polymer (MIP) was used to template the target cortisol molecule. The MIP-based sensing platform was prepared using polypyrrole, a thermally stable conducting polymer. The conductivity of the polymer ensured good electrical performance. The polypyrrole-based MIP was synthesized by means of electrochemical polymerization and was used to detect cortisol within the physiological range at room temperature. MIP-based sensors exhibited the detection limit of 1 pM, and were cost-effective, easy to fabricate, temperature stable, and reusable. The sensing performance of the resulting sensors was comparable to those of commercially available technologies, such as ELISA. Aiming to perform cortisol sensing at point-of-care (POC), an Extended Gate Field Effect Transistor (EGFET) was integrated with a developed MIP cortisol sensor. The as developed MIP-EGFET sensor was used to detect the cortisol concentration in the range of 1 pM to 100 nM. A few of the major advantages of the developed sensor are its ability to provide a direct readout and simpler electronic systems, which are necessary for miniaturized Point of Care devices.