Development of analytical devices in polyester films using a cutting plotter

Autor: Moreira, Nikaele Sousa
Přispěvatelé: Coltro, Wendell Karlos Tomazelli, Lucca, Bruno Gabriel, Duarte, Gabriela Rodrigues Mendes
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG
Universidade Federal de Goiás (UFG)
instacron:UFG
Popis: Este estudo descreve o desenvolvimento de dispositivos analíticos em filmes de poliéster revestidos com uma camada de acetato de etileno-vinil (EVA) usando uma plotter de recorte. O protocolo proposto envolve a projeção do layout desejado num software gráfico, seguida pela etapa de recorte. Após o recorte, o filme de poliéster contendo a estrutura desejada foi laminada termicamente contra um ou vários filmes de poliéster revestidos com EVA. Devido à natureza termossensível do EVA, este foi utilizado para promover a selagem dos dispositivos. A plotter de corte possibilitou o corte de canais com larguras variando de 250 a 1000 μm com boa precisão. No entanto, o protocolo de fabricação permitiu a obtenção de canais com largura >300 μm em filmes de poliéster com espessura de 250 μm, pois os canais de largura de 250 μm apresentaram bloqueio total devido à fusão do EVA e à penetração desse material dentro dos canais. As resistências mecânica e química dos microcanais definidos nos filmes de poliéster foram avaliadas. Com relação à resistência mecânica, a estrutura microfluídica suportou o transporte de fluidos com taxa de bombeamento variando de 0 a 300 µL min-1, sem observação de vazamentos. A compatibilidade química da estrutura foi testada com a exposição do microcanal a diferentes solventes orgânicos (tais como acetona, isopropanol, etanol, acetonitrila e acetato de etila), os quais obteve-se resistência química satisfatória, não apresentando vazamento nos canais. A viabilidade do protocolo proposto foi demonstrada através da fabricação de microplacas contendo 96 micropoços, misturadores microfluídicos em arranjo tridimensional (3D), dispositivos para determinação de H2O2 baseado à distância e microssistemas eletroforéticos (MSE). Como prova de conceito, as microplacas foram utilizadas para ensaios colorimétricos de ureia e de glicose, e ambos revelaram comportamento linear nas faixas de concentração iguais a 0-100 mg dL-1 e 5-90 mg dL-1, respectivamente. Os valores de limite de detecção (LD) obtidos para os ensaios de ureia e glicose foram 7,73 mg dL 1 e 0,96 mg dL-1, respectivamente. As concentrações de ureia e glicose foram determinadas em amostras artificiais de urina e soro, respectivamente, e as mesmas corroboraram com os valores teóricos. A reação de complexação envolvendo Fe2+ e o-fenantrolina foi selecionada como modelo para investigar a viabilidade do misturador microfluídico 3D. A turbulência provocada pelo arranjo 3D do microcanal induziu à mistura das soluções de forma eficiente, exibindo um comportamento semelhante à reação realizada fora do chip. A versatilidade da plotter de recorte também foi demonstrada com o desenvolvimento de um dispositivo híbrido em poliéster contendo um substrato de papel impregnado com uma solução de cobre para catalisar a decomposição de H2O2. O gás liberado na reação foi utilizado para promover o deslocamento de um “plug” de corante. Assim a distância percorrida pelo “plug” foi proporcional à concentração de H2O2 na faixa de concentração entre 117,5 e 587,5 mmol L-1, obtendo um LD de 65,22 mmol L-1. O MSE foi testado utilizando uma mistura modelo contendo K+, Na+ e Li+. Devido às dimensões limitantes (largura), os resultados preliminares apresentaram baixa eficiência de separação, o que poderá ser melhorado com a diminuição da largura dos canais por meio da customização da lâmina de recorte. Considerando os resultados obtidos, conclui-se que o método proposto apresentou simplicidade e rapidez ( 300 μm in polyester films with a thickness of 250 μm, since the channels with a width of 250 μm showed total blockage due to the fusion of EVA and the penetration of this material into the channels. The mechanical and chemical resistance of the microchannels defined in the polyester films were evaluated. Concerning mechanical resistance, the microfluidic structure supported the transport of fluids with a pumping rate ranging from 0 to 300 µL min 1, without leakage. The chemical compatibility of the structure was tested with the exposure of the microchannel to different organic solvents (such as acetone, isopropanol, ethanol, acetonitrile, and ethyl acetate), which obtained satisfactory chemical resistance, with no leakage in the channels. The viability of the proposed protocol was demonstrated through the manufacture of microplates containing 96 microwells, microfluidic mixers in three-dimensional (3D) arrangement, devices for the determination of H2O2 based on distance and electrophoretic microsystems (MSE). As a proof of concept, the microplates were used for colorimetric tests of urea and glucose, and both showed linear behavior in the concentration ranges equal to 0- 100 mg dL-1 and 5-90 mg dL-1, respectively. The detection of limit (LOD) values obtained for the urea and glucose assays were 7.73 mg dL-1 and 0.96 mg dL-1, respectively. The concentrations of urea and glucose were determined in artificial samples of urine and serum, respectively, and they corroborated with the theoretical values. The complexation reaction involving Fe2+ and o-phenanthroline was selected as a model to investigate the viability of the 3D microfluidic mixer. The turbulence caused by the 3D arrangement of the microchannel induced the mixing of the solutions efficiently, exhibiting behavior similar to the reaction carried out outside the chip. The versatility of the clipping plotter was also demonstrated with the development of a hybrid polyester device containing a paper substrate impregnated with a copper solution to catalyze the decomposition of H2O2. The gas released in the reaction was used to promote the displacement of a dye plug. Thus, the distance covered by the plug was proportional to the concentration of H2O2 in the concentration range between 117.5 and 587.5 mmol L-1, obtaining an LOD of 65.22 mmol L-1. The MSE was tested using a model mixture containing K+, Na+, and Li+. Due to the limiting dimensions (width), the preliminary results showed low separation efficiency, which can be improved by decreasing the width of the channels by customizing the cutter blade. Considering the results obtained, it is concluded that the proposed method presented simplicity and speed (< 10 min) for the development of low-cost analytical devices (
Databáze: OpenAIRE
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