Desenvolvimento de sensores colorimétricos e eletroquímicos para aplicações clínicas e forenses

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dc.contributor.advisor1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8302650734477213eng
dc.contributor.referee1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.referee2Arruda, Marco Aurélio Zezzi
dc.contributor.referee3Ulhôa, Cirano José
dc.contributor.referee4Silva, Rhonan Ferreira da
dc.contributor.referee5Colmati Júnior, Flávio
dc.creatorGarcia, Paulo de Tarso
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1734754426683817eng
dc.date.accessioned2018-02-21T17:02:33Z
dc.date.issued2017-12-15
dc.description.abstractThis study describes the development of low cost colorimetric and electrochemical sensors aiming clinical and forensic applications. Firstly, a microfluidic paper-based analytical device (μPAD) was developed as colorimetric sensor for rapid estimation of post-mortem interval (PMI) on the crime scene using human vitreous-humour (VH) samples. Experimental parameters were optimized and the best conditions were: paper 1 CHR, 5 mm microzone diameter, 4 μL sample volume and 0.05 mol/L chromogen concentration. μPADs were coupled to colorimetric detection and the feasibility was demonstrated by Fe2+ determination in VH samples, in which the data were not statistically different from conventional technique (ICP-MS). It is important to highlight that Fe2+ levels were proportional to PMI. A color scale was also developed to help the forensic teams in order to estimate the PMI with a simple, quick and visual way. For electrochemical sensors, two different sensors were proposed to determine salivary α-amylase (sAA) levels in human saliva samples, aiming help in the diagnostic of pancreatitis and periodontitis. The first sensor based in a carbon screen-printed electrode (SPE) associated to amperometric detection. Experimental parameters were optimized and the best conditions were: 5 mmol L-1 NaOH (pH= 12), 20 min reaction time, 15 μL sAA volume and 0.5% (w/v) starch concentration. The feasibility of the sensor was demonstrated by sAA determination in five saliva samples (two from male donators and three from female individuals). The sAA concentrations ranged between 182.1 e 1117.1 U mL-1; once two female samples presented high sAA levels because the use of oral contraceptive. The other proposed electrochemical sensor was based in a Batch Injection Analysis with Amperometric Detection (BIA-AD) system using copper oxide (CuO) as working electrode (WE). Through experimental optimization was selected the potential that generate the best current signal. The WE obtained by a chemical/thermal treatment present good stability, once the relative standard deviation (RSD) value was 0.3%, which is ca. 75 fold lower than the RSD obtained with the electrochemical procedure to generate CuO in the electrode surface. The feasibility of the sensor was demonstrated by sAA determination in four human saliva samples. Was possible distinguish patients with and without periodontitis, obtaining thus a quick information about periodontal state of the patients. In general, the three proposed sensors in this study offered good precision, accuracy and specificity. Furthermore, the sensors are simple, portables, low cost and not requires none sophisticate instrumentation. Therefore, they present as promising alternatives to be used in point-of-care clinical and forensic analysis.eng
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dc.description.resumoO trabalho descrito nesta tese demonstra o desenvolvimento de sensores colorimétricos e eletroquímicos de baixo custo, para aplicações nas áreas clínica e forense. Inicialmente, foi desenvolvido um dispositivo microfluídico de papel (μPAD, do inglês microfluidic paper-based analytical device) como sensor colorimétrico, visando a estimativa rápida do intervalo post-mortem (IPM) na cena do crime usando amostras de humor vítreo (HV) humano. Parâmetros experimentais foram otimizados e as melhores condições foram: papel tipo 1 CHR, microzona com 5 mm de diâmetro, volume de amostra de 4 μL e concentração de cromógeno de 0,05 mol/L. Os μPADs foram acoplados à detecção colorimétrica e a viabilidade foi demonstrada através da determinação dos níveis de Fe2+ em amostras de HV, onde os dados não diferiram estatisticamente da técnica convencional (ICP-MS). Vale ressaltar que os níveis de Fe2+ foram proporcionais ao IPM. Também foi desenvolvida uma escala de cor, para auxiliar as equipes forenses a estimar o IPM de maneira simples, rápida e visual. Em relação aos sensores eletroquímicos, foram propostos dois diferentes sensores para realizar a dosagem de α-amilase salivar (sAA, do inglês salivary α-amylase) em amostras de fluido oral humano, visando auxiliar no diagnóstico de doenças como pancreatite e periodontite. O primeiro sensor baseou-se em um eletrodo impresso (SPE, do inglês screen-printed electrode) de carbono associado a detecção amperométrica. Otimizou-se parâmetros experimentais e as melhores condições foram: concentração de NaOH igual a 5 mmol L-1 (pH= 12), tempo reacional de 20 min, volume de sAA de 15 μL e concentração de amido igual a 0,5% (m/v). A viabilidade do sensor foi demonstrada através da determinação de sAA em cinco amostras de fluido oral (duas de indivíduos do gênero masculino e três do gênero feminino). Os valores de concentração de sAA variaram entre 182,8 e 1117,1 U mL-1; sendo que duas amostras do gênero feminino exibiram elevados níveis de sAA devido ao uso de contraceptivo oral. O outro sensor eletroquímico proposto baseou-se em um sistema de análise por injeção em batelada com detecção amperométrica (BIA-AD, do inglês Batch Injection Analysis with Amperometric Detection) usando eletrodo de trabalho (ET) de óxido de cobre (CuO). Através de uma otimização experimental foi possível selecionar o potencial que fornece o melhor sinal de corrente. O ET obtido por um tratamento químico/térmico apresentou boa estabilidade, onde o valor de desvio padrão relativo (DPR) foi de 0,3%, que é cerca de 75 vezes menor do que o DPR obtido com o procedimento eletroquímico para gerar o CuO na superfície do eletrodo. A viabilidade do sensor foi demonstrada através da dosagem de sAA em quatro amostras de fluido oral humano. Foi possível diferenciar pacientes com e sem periodontite, obtendo assim uma informação rápida sobre a situação periodontal dos pacientes. De maneira geral, os três sensores propostos neste trabalho ofereceram boa precisão, exatidão e especificidade. Além disso, são simples, portáteis, de baixo custo e não requerem nenhuma instrumentação sofisticada. Sendo assim, se apresentam como alternativas promissoras para serem utilizados em análises clínicas e forenses no point-of-care.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESeng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationGARCIA, P. T. Desenvolvimento de sensores colorimétricos e eletroquímicos para aplicações clínicas e forenses. 2017. 162 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2017.eng
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/8180
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RG)eng
dc.publisher.initialsUFGeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Química (IQ)eng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectDispositivos microfluídicospor
dc.subjectMiniaturizaçãopor
dc.subjectPoint-of-carepor
dc.subjectMicrofluidic deviceseng
dc.subjectMiniaturizationeng
dc.subjectPoint-of-careeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAeng
dc.titleDesenvolvimento de sensores colorimétricos e eletroquímicos para aplicações clínicas e forenseseng
dc.title.alternativeDevelopment of colorimetric and electrochemical sensors for clinical and forensic applicationseng
dc.typeTeseeng

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