Desenvolvimento de tecnologias alternativas para fabricação de dispositivos microfluídicos em papel

dc.contributor.advisor1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8302650734477213por
dc.contributor.referee1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.referee2Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da
dc.contributor.referee3Martins, Paulo Roberto
dc.creatorCardoso, Thiago Miguel Garcia
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7694881053689228por
dc.date.accessioned2015-10-29T10:25:57Z
dc.date.issued2014-12-12
dc.description.abstractThis 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.eng
dc.description.resumoO 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.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpor
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationCARDOSO, T. M. G. Desenvolvimento de tecnologias alternativas para fabricação de dispositivos microfluídicos em papel. 2014. 80 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2015.por
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/4829
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RG)por
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Química (IQ)por
dc.rightsAcesso Abertopor
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectMicro-fabricaçãopor
dc.subjectMicrofluídicapor
dc.subjectμPADspor
dc.subjectMicro-fabricationeng
dc.subjectMicrofluidiceng
dc.subjectμPADseng
dc.subject.cnpqQUIMICA::QUIMICA ORGANICApor
dc.thumbnail.urlhttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/retrieve/22255/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20-%20Thiago%20Miguel%20Garcia%20Cardoso%20-%202014.pdf.jpg*
dc.titleDesenvolvimento de tecnologias alternativas para fabricação de dispositivos microfluídicos em papelpor
dc.title.alternativeDevelopment of alternative technologies for fabrication of microfluidics paper-based deviceseng
dc.typeDissertaçãopor

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