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Previous issue date: 2016-08-05 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This study describes the assembly and use of a RepRap 3D printer with a modeling technology
fused deposition modeling (FDM) for manufacturing microfluidic devices for direct spray
ionization mass spectrometry (DS-MS) assisted by paper tip as well as for generation of droplets
of water/oil with integrated electrochemical detection. The low-cost 3D printer has been properly
assembled and calibrated by means of pieces of kit purchased commercially. The smaller channel
width obtained which allowed the uniformity 3D printing without any obstruction was 400 μm.
For studies of DS-MS were used microfluidic devices consisting of a single channel (the
dimensions 30 mm × 0.5 mm × 0.5 mm) connected to a sample reservoir with 3 mm diameter
with low cost (R$ 0.20) and time printing (20 min). A tip paper (5 mm × 0.5 mm) was cut out and
inserted at the end of the printed channel to facilitate the formation of the spray. The spraying
was promoted by the application of 4 kV in the sample reservoir containing 0.1% formic acid in
methanol prepared. This organic medium showed high compatibility with the polymeric material
used for the printing of microfluidic chips. Using a glucose solution as a template, the spray
formed by the proposed microfluidic device was extremely stable compared to the spray
generated by conventional paper devices for at least 10 min. The analytical devices for viability
of the printed DS-MS was successfully demonstrated by qualitative analysis of ball pens inks,
caffeine, xylose and lysozyme. The DS-MS devices exhibited significant repeatability and
reproducibility, making it possible to reuse. For the generation of droplets of oil/water it was built
with a device channel in the T-junction configuration with 0.75 mm × 50.0 mm × 0.7 mm and
containing two integrated electrodes (1.5 mm × 2.0 mm and spacing 0.5 mm) in antiparallel
arrangement. These electrodes consisting of a mixture of ABS and carbon nanotubes were used
for conductivity detection capacitively coupled contact (C4D). The droplets were generated by
varying the flow rate of continuous phase comprised of oil + Span80/water + Triton between 10 to 60 μL/min. Through the printed electrodes it was possible to employ the system C4D system to
detect the droplets generated with a satisfactory response. The intensity and width of peaks
obtained exponentially decrease the extent that it increases the flow of the continuous phase.
Moreover, it was possible to correlate the length of the droplet generated from the signals
obtained with C4D, indicating potential as a new technique for droplet measures. Finally, the 3D
printer made possible the manufacture of parts contributed to other works in cooperation to
include the construction of an electrochemical cell for by batch injection analysis, a support for Snitrosothiols
decomposition, a cover for conductivity detection cell, micromixers, devices for
ELISA assays and mold for manufacturing zones for colorimetric analysis. / modelagem por fusão e deposição (fused deposition modeling, FDM) para fabricar
dispositivos microfluídicos para ionização direta por spray em espectrometria de massas
(DS-MS) assistida por ponta de papel, bem como para geração de gotículas de água/óleo
com detecção eletroquímica integrada. A impressora 3D de baixo custo foi devidamente
montada e calibrada por meio do kit de peças adquirido comercialmente. A menor largura de
canal obtida que permitiu a uniformidade de impressão 3D sem qualquer obstrução foi de 400 μm. Para os estudos de DS-MS, foram utilizados dispositivos microfluídicos constituídos
de um único canal (nas dimensões 30 mm × 0,5 mm × 0,5 mm) conectado a um
reservatório de amostra com 3 mm de diâmetro com baixo custo (R$ 0,20) e tempo de
impressão (20 min). Uma ponta de papel (5 mm × 0,5 mm) foi cortada e inserida na
extremidade do canal impresso para facilitar a formação do spray. A pulverização foi
promovida através da aplicação de 4 kV no reservatório de amostra contendo 0,1% de ácido
fórmico preparada em metanol. Este meio orgânico demonstrou grande compatibilidade com
o material polimérico utilizado para a impressão dos chips microfluídicos. Usando-se uma
solução de glicose como modelo, o spray formado pelo dispositivo microfluídico proposto foi
extremamente estável quando comparado com o spray gerado pelos dispositivos
convencionais de papel por pelo menos 10 min. A viabilidade analítica dos dispositivos
impressos para DS-MS foi demonstrado com sucesso por meio de análise qualitativa de
tintas de canetas esferográficas, cafeína, xilose e lisozima. Os dispositivos de DS-MS
exibiram repetitividade e reprodutibilidade significativa, tornando possível a sua reutilização.
Para a geração de gotículas de óleo/água foi construído um dispositivo com canais na
configuração junção em T com 50,0 mm × 0,75 mm × 0,7 mm contendo dois eletrodos
integrados (1,5mm × 2,0 mm e espaçamento de 0,5 mm) na disposição antiparalela. Estes
eletrodos, constituídos de uma mistura de ABS e nanotubos de carbono, foram utilizados
para detecção condutométrica sem contato capacitivamente acoplada (C4D). As gotículas
foram geradas variando a vazão de fase contínua formadas por óleo+Span80/ água+Triton
de 10 a 60 μL/min. Por meio dos eletrodos impressos foi possível empregar o sistema C4D
para detecção das gotas geradas com resposta satisfatória. A intensidade e largura dos picos
obtidos diminuem exponencialmente a medida em que se aumenta a vazão da fase
contínua. Além disso, foi possível correlacionar o comprimento da gota gerada com os sinais
obtidos com C4D, indicando potencialidade como uma nova técnica para medidas de
gotículas. Por fim, a impressora 3D possibilitou a fabricação de peças que contribuíram para
outros trabalhos em colaboração que incluem a construção de uma célula eletroquímica para
análise por injeção em batelada, um suporte para decomposição de S-nitrosotióis, uma
tampa para cela de detecção condutométrica, micromisturadores, dispositivos para ensaios
de ELISA, e molde para fabricação de zonas para análises colorimétrica.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/6890 |
| Date | 05 August 2016 |
| Creators | Duarte, Lucas da Costa |
| Contributors | Coltro, Wendell Karlos Tomazelli, Coltro, Wendell Karlos Tomazelli, Santos, Dyrney Araújo dos, Ionashiro, Elias Yuki |
| 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 | English |
| 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, 1571700325303117195, -2555911436985713659 |
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