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Previous issue date: 2014-12-12 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This current study describes the development of alternative technologies for
the fabrication of microfluidic paper-based analytical devices (μPADs). The
first technology refers to the manufacturing of a metal stamp for rapid
prototyping of μPADs. Basically, the method uses the heating process to
transfer wax to the paper surface. The wax is required to create a
hydrophobic barriers thus delimiting microfluidic channels for the fluid
transport through lateral flow effect. Some remarkable advantages of the
metal stamping process include robustness, portability and simplicity.
Paraffin is a hydrophobic and thermoplastic material that can be easily
molded. Furthermore, it shows high chemical resistance when exposed to
different aqueous and organic solutions. The stamping-based technology
allows the fabrication of μPADs at very low cost. The proposed approach
exhibited great reproducibility. The relative standard deviation (RSD) for the
channel widths measured on 50 independent μPADs revealed a value of
3.5%. The analytical performance of the paper-based device associated with
colorimetric detection was tested for the nitrite analysis in clinical, food and
environmental samples. The limit of detection (LD) nitrite assays without preconcentration
was 11.3 μM. In order to access the nitrite concentration in
environmental samples, a preconcentration method was developed allowing
to achieve a LD of 5.6 μM. The results obtained were compared to the
spectrophotometric technique and the statistical test demonstrated no
significant difference between both methodologies. The stamping process
have demonstrated high potential to produce μPADs in laboratories with
none or minimal instrumentation. Besides the stamping process, another
fabrication approach based on the spraying of white glue mixed with a
sensitizing agent was also proposed to produce μPADs. To create effective
hydrophobic barriers, the white glue was first sprayed on the paper surface
though a magnetic mask. Afterwards, the device was exposed to visible light
for polymerization of the glue. In order to evaluate the fabrication
methodology, 25 devices were produced and the RSD value achieved for the
channel widths was 5.7%. The analytical feasibility of the μPADs fabricated
with white glue was successfully demonstrated for qualitative assays
dedicated to urinalysis (glucose, uric acid, nitrite, pH, BSA, urea, ketones
bodies and bilirubin) and pancreatitis assay (amylase and lipase). Both
alternative methods based on stamping and spraying has exhibited great
potential to be used for production in mass. Moreover, the proposed devices
revealed high potential to be broadly explored in biological/clinical, food and
environmental applications. / O presente trabalho descreve o desenvolvimento de tecnologias alternativas
para fabricação de dispositivos microfluídicos em papel. A primeira
tecnologia se refere à confecção de um carimbo metálico para prototipagem
de dispositivos microfluídicos em papel. Basicamente, a metodologia baseiase
na transferência de parafina para a superfície do papel por um processo
de aquecimento. O uso da parafina faz-se necessário para criação da
barreira hidrofóbica, no qual delimita canais microfluídicos para o transporte
do fluido através do fluxo lateral. As vantagens em utilizar o carimbo estão
entre a facilidade de manuseio, a robutez e a portabilidade. Em relação ao
uso da parafina, destaca-se como sendo um agente hidrofóbico e
termoplástico, que pode ser facilmente moldado, além de ser um material
altamente resistente a diferentes compostos químicos. A combinação do uso
desses dois materiais, carimbo e parafina, possibilitou a fabricação rápida e
barata dos dispositivos microfluídicos à base de papel (μPADs). Para avaliar
o desempenho do processo de carimbagem foram fabricados 50 dispositivos
no qual o desvio padrão relativo (DPR) encontrado para a largura do canal
foi de 3,5%. O desempenho analítico dos μPADs associado a detecção
colorimétrica foi avaliado na análise de nitrito em amostras clínicas,
alimentícias e ambientais. O limite de detecção da análise de nitrito sem
etapa de pré-concentração foi de 11,3 μM, para a análise de amostras
ambientais foi desenvolvido uma etapa de pré-concentração, onde foi obtido
um limite de detecção de 5,6 μM. Os resultados obtidos foram comparados à
técnica de espectrofotometria e o teste estatístico demonstrou que não
existe diferença significativa entre os dois métodos. O método de
carimbagem demonstrou potencialidade para fabricação dos μPADs em
laboratórios com recursos limitados, pois exige um mínimo de
instrumentação. Além do processo de carimbagem, uma outra metodologia,
também de baixo custo, foi explorada para fabricação dos μPADs. Essa
medologia consiste no jateamente de cola branca misturada a um agente
sensibilizante serigráfico para fabricação da barreira hidrofóbica.
Basicamente, o processo consiste em jatear essa mistura sobre o substrato
de papel que foi fixada a uma máscara magnética. Após o jateamento, o
dispositivo foi exposto à radiação visível para polimerização da cola e
obtenção das barreiras hidrofóbicas. A reprodutibilidade da largura dos
canais foi avaliado em 25 microdispositivos e DPR encontrado foi de 5,7%. A
potencialidade dos μPADs fabricados por essa metodologia foi avaliada na
aplicação em teste para urinálise (glicose, ácido úrico, bilirrubina, nitrito, pH,
albumina, ureia e corpos cetônicos) e pancreatite (amilase e lipase). Os dois
métodos alternativos de fabricação apresentaram-se viáveis para fabricação
dos μPADs e com grande potencialidade para produção em escala
industrial. Além disso, demonstraram-se aplicáveis para análise biológicas,
alimentícias e ambientais.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/4829 |
| Date | 12 December 2014 |
| Creators | Cardoso, Thiago Miguel Garcia |
| Contributors | Coltro, Wendell Karlos Tomazelli, Coltro, Wendell Karlos Tomazelli, Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da, Martins, Paulo Roberto |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Química (IQ), UFG, Brasil, Instituto de Química - IQ (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 663693921325415158, 600, 600, 600, 600, 7826066743741197278, -8194069717282802154, -2555911436985713659 |
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