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O trabalho descrito nesta tese mostra uma variedade de melhorias instrumentais desenvolvida tanto para os microssistemas eletroforéticos (MSE) como para os dispositivos analíticos a base de papel (μPADs). As melhorias são discutidas em termos de processo de fabricação dos microdispositivos, modificação de superfície e manipulação da solução no interior dos microcanais. Inicialmente o uso de uma gravadora a laser foi proposta para a fabricação dos microcanais em substrato de poli(metilmetacrilato) (PMMA). Todos os parâmetros do laser foram otimizados afim de fabricar canais nas menores dimensões possíveis. Canais com aproximadamente 80 μm de largura e profundidade foram obtidas. Os MSE fabricados com laser foram acoplados ao sistema de detecção amperométrica em que foi proposto pela primeira vez o uso de um desacoplador alternativo fabricado a partir da mistura entre o poli(dimetisiloxano) (PDMS) e açúcar. A prova de conceito do dispositivo fabricado com a gravadora a laser associada a detecção amperométrica foi demostrada na separação de uma mistura de compostos fenólicos em menos de 200 s e com ótima resolução de linha de base. A etapa de injeção e manipulação de solução no interior dos microcanais foi outra melhoria instrumental proposta no desenvolvimento deste trabalho. Desenvolveu-se um injetor hidrodinâmico alternativo a partir do uso de uma micropipeta eletrônica comercial. A micropipeta possui uma função dispenser que pode ser explorado para injetar volumes fracionados no interior dos microcanais. O volume de 0,6 μL foi denominado como o ideal para realizar a etapa de injeção. No intuito de se ter um melhor controle do volume de amostra, um arranjo de microcanais foi proposto. Os dispositivos fabricados na configuração contendo dois canais auxiliares foram determinados como os ideais. Quando comparada a injeção eletrocinética, o injetor hidrodinâmico apresentou um ótimo desempenho analítico corrigindo principalmente o efeito bias, um dos principais problemas relacionados ao processo de injeção eletrocinética. Em relação aos μPADs, foram propostas duas diferentes estratégias de modificação de superfície afim de corrigir problemas correlacionados à falta de homogeneidade e uniformidade de cor gerada na zona de detecção. Nanopartículas de sílica e quitosana foram diretamente incorporadas na superfície da celulose servido como um novo suporte para imobilização enzimática. A modificação com o nano e biocomposto melhorou significativamente o desempenho analítico dos μPADs corrigindo o efeito de lavagem, aumentando a confiabilidade analítica e reduzindo os limites de detecção do sistema colorimétrico. Os limites de detecção (LD) encontrado para os ensaios de glicose e ácido úrico foram de 23 e 37 μM, respectivamente. Devido as melhoras analíticas encontrada foi possível pela primeira vez demonstrar o uso dos dispositivos a base de papel para na detecção de glicose em amostra de lágrimas. Foram medidos os níveis de glicose na lágrima de quatro pacientes não diabéticos. Os níveis de glicose encontrado variou entre 130 a 380 μM. This work describes several instrumental improvements to electrophoretic microchips (MSE) and microfluidic paper-based analytical devices (μPADs). The improvements are showed in terms of fabrication process, modification steps, control of sample volume and detection system. First off, a CO2 laser engraver was proposed to produce microchannels on a polymethyl methacrylate (PMMA) surface. All parameters were previously optimized in order to obtain a channel with the smallest dimension. Channels with 80 μm of deep and width were fabricated. MSE was coupled with amperometric detection and this work showed for the use of a decoupler produced by a mixture between PDMS and sugar the first time. The proof-of-concept testing of the final device demonstrated the analysis of a model mixture of phenolic compounds within 200 s with baseline resolution. Injection and control of the solution inside the microchannel was the another parameter improved during the development of this project. Hydrodynamic injector was developed using an electronic micropipette. The dispenser function of the micropipette can be explored to inject fractioned sample volumes inside the microchannel. The volume equaling 0.6 μL was considered ideal to completely fill the injection channel. In order to have better control of the sample volume, microdevices with different configuration were proposed. A microdevice with two auxiliary channels (split configuration) was select to realize the experimental part. When compared to electrokinetic injection, hydrodynamic showed better analytical performance including correcting the bias effect, which is the main problem related to electrokinetic injection. μPAD surface was modified by two different methodologies, using silica nanoparticles and chitosan. The modification process was used to solve the drawback related to the non-homogeneity or uniformity of color development in the detection zone. Silica nanoparticles and chitosan were incorporated on the cellulose surface to function as a new support to immobilize the selected enzyme. The modification process with both the nano and bio compounds improved the analytical performance, increased the reliability of the low cost platform and decreased the limit of detection (LD) of colorimetric system. The resulting LD for the glucose and uric acid assays were 23 and 37 μM, respectively. The enhanced analytical performance of modified the μPADs ensured for the first time the colorimetric detection of glucose in tear samples from four non-diabetic patients. The found concentration levels ranged from 130 to 380 μM. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Este trabalho descreve a fabricação de microssistemas eletroforéticos (MSE) de poliéster-toner (PT) e um estudo sobre o melhoramento do desempenho analítico destes dispositivos. Os MSE de PT foram produzidos utilizando dois filmes de transparência de fabricantes distintos (3M e Filipaper). Além disso, este trabalho relata uma melhor compreensão da geração do fluxo eletrosmótico (FEO) bem como a influência de alguns parâmetros, incluindo as dimensões do microcanal (largura e profundidade), o modo de injeção e da adição de solvente orgânico ao tampão de corrida. O desempenho analítico dos microchips de PT foi investigado utilizando o sistema de detecção condutométrica sem contato capacitivamente acoplada (C4D) e cátions inorgânicos como analitos modelo. Estes dispositivos apresentaram valor de FEO (3,4 ± 0,2) 10-4 cm2 V-1 s-1 com boa estabilidade ao longo de 25 corridas consecutivas. Verificou-se que a magnitude EOF depende da dimensão do canal, ou seja, canais mais largos e de menor profundidade apresentam maior valor de FEO. A eficiência de separação encontrada foi de até 50.000 pratos/m para a separação dos cátions inorgânicos. Os limites de detecção (LD) encontrados para K+, Na+ e Li+ foram de 4,2, 7,3 e 23 μM, respectivamente. Além disso, observou-se que um único dispositivo pode ser utilizado por até três dias consecutivos. Todos os melhoramentos encontrados permitiu a detecção de cátions inorgânicos em amostras reais, como bebida energética e um mistura farmacêutica. Além do uso do toner convencional, este trabalho descreve pela primeira vez o uso do toner pigmentado como material estrutural na produção dos MSE de PT. Os diferentes tipos de toner foram caracterizados pelas técnicas de análise elementar, espectroscopia dispersiva de raios-X (EDS), espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), e medidas perfilométricas. Além disso, a resistência elétrica, a influência do pH sobre o FEO e o desempenho analítico de cada dispositivo colorido foi avaliado. Todos esses parâmetros foram comparados aos MSE de PT fabricados com toner convencional. Baseados nos dados encontrados, pode-se concluir que os dispositivos fabricados com impressora policromática (IPC) apresentaram melhor desempenho analítico. Essa melhora está associada à composição química de cada cartucho de toner, o qual influência diretamente na magnitude do FEO. Além disso, foi encontrado que o desempenho analítico também foi influenciado pelo processo de impressão. Quando comparada à impressora monocromática, a IPC produz dispositivos com superfícies mais uniformes e de menor rugosidade.

O meio rural carece de serviços de saneamento básico. Assim, frequentemente, as instalações de obtenção de água e de disposição de esgoto ficam sob iniciativa de cada morador, os quais podem não contar com o recurso financeiro e o conhecimento técnico para construí-las e mantê-las funcionando adequadamente. Dessa forma, a água para consumo humano fica sujeita à contaminação fecal e, consequentemente, à presença de patógenos de veiculação hídrica, como os vírus entéricos. O objetivo desse trabalho foi avaliar a contaminação fecal de amostras de água proveniente de fontes individuais utilizadas para o abastecimento domiciliar em áreas rurais do Estado de Goiás. As amostras foram coletadas de 86 residências, distribuídas em 15 comunidades, cujas fontes de água eram poços tubulares, poços escavados, nascentes, mananciais superficiais e água da chuva. Utilizou-se como indicadores de contaminação fecal a bactéria Escherichia coli (EC), analisada pelo método do substrato cromogênico definido, e os vírus entéricos adenovírus humano (HAdV) e enterovírus (EV), analisados por qPCR. Observou-se que 90,7% das amostras apresentaram indicativo de contaminação fecal. As taxas de detecção foram 74,4% para EC, 57% para HAdV e 9,3% para EV. As médias de concentração desses indicadores foram, respectivamente, 8,34 x 101 NMP/100mL, 8,6 x 105 CG/L e 9,75 x 105 CG/L. O indicador EC foi o mais prevalente em amostras de água subterrânea e superficial. O indicador HAdV foi significativamente mais detectado em amostras de águas subterrâneas em relação as de águas superficiais e foi mais eficiente em indicar contaminação em poços tubulares. Em amostras de cisternas, os indicadores virais foram os mais prevalentes. Não foi observada associação de frequências nem correlação de concentrações entre EC e HAdV. HAdV indicou contaminação fecal humana e teve bom desempenho como indicador complementar. Esses resultados revelam que a população analisada está vulnerável a doenças de veiculação hídrica causadas por patógenos entéricos. The rural environment lacks basic sanitation services. Thus, the water supply and sewage disposal facilities are often under the initiative of each resident, who may not have the financial resources and technical knowledge to build and keep them functioning properly. Thus, water for human consumption is subject to fecal contamination and, consequently, to the presence of waterborne pathogens, such as enteric viruses. The objective of this work was to evaluate the fecal contamination of water samples from individual sources used for household supply in rural areas of the State of Goiás. The samples were collected from 86 homes, distributed in 15 communities, whose water sources were tubular wells, dug wells, springs, surface waters and rainwater. Escherichia coli (EC) bacteria, analyzed by the defined chromogenic substrate method, and the enteric virus human adenovirus (HAdV) and enterovirus (EV), analyzed by qPCR, were used as fecal contamination indicators. It was observed that 90.7% of the samples showed indications of fecal contamination. Detection rates were 74.4% for EC, 57% for HAdV and 9.3% for EV. The concentration averages of these indicators were, respectively, 8.34 x 101 NMP / 100mL, 8.6 x 105 CG / L and 9.75 x 105 CG / L. The EC indicator was the most prevalent in ground and surface water samples. The HAdV indicator was significantly more detected in groundwater samples than in surface water and was more efficient in indicating contamination in tubular wells. In cistern samples, viral indicators were the most prevalent. There was no association of frequencies or correlation of concentrations between EC and HAdV. HAdV indicated human fecal contamination and performed well as a complementary indicator. These results reveal that the analyzed population is vulnerable to waterborne diseases caused by enteric pathogens. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

A contaminação de ambientes aquáticos por resíduos sólidos e líquidos é um sério problema que causa danos à biodiversidade. Os efluentes fenólicos são exemplo de contaminantes que são lançados na natureza sem o devido tratamento e causam distúrbios ambientais, podendo dar início a processos carcinogênicos e também causar danos severos ao sistema nervoso central. Tais compostos são frequentemente desprezados no meio ambiente em concentrações extremamente elevadas. Os tratamentos biológicos e os processos oxidativos avançados são as técnicas que podem ser utilizadas degradação desses compostos, onde se destacam a fotodegradação tendo o TiO2 como catalisador e biorremediação promovida por enzimas que podem ser obtidas a partir de vegetais. Desta maneira, este trabalho teve como propósito o desenvolvimento de dois dispositivos, sendo um a base de papel e impresso a cera, para detecção colorimétrica quantificação de compostos fenólicos e outro impresso tridimensionalmente e acoplado a luzes de diferentes espectros luminosos, capaz de simular, em escala micro, testes de biorremediação e fotodegradação, possibilitando também processos sinérgicos. O dispositivo de papel desenvolvido apresenta precisão na detecção de compostos fenólicos totais em concentrações a partir de 25 mg/L, e pode ser utilizado como uma ferramenta de controle ambiental. A prospecção enzimática indicou que o fruto do Cerrado, Philodendron bipinnatifidum é uma excelente fonte de polifenoloxidase (392,2 unidades enzimáticas) com elevado potencial de biorremediação de compostos fenólicos. O dispositivo 3D apresentou capacidade para simulação de testes fotodegradação e biorremediação de compostos fenólicos, especialmente quando foram tais métodos foram aplicados sinergicamente e com o uso de radiação UV onde a concentração do composto foi reduzida de 1000 mg/L para 301,48 mg/L (69,85%). Contamination of aquatic environments by solid and liquid waste is a serious problem that causes damage to biodiversity. Phenolic effluents are examples of contaminants that are released into the wild without proper treatment and cause environmental disturbances, which can initiate carcinogenic processes and also cause severe damage to the central nervous system. Such compounds are often neglected in the environment at extremely high concentrations. The biological treatments and the advanced oxidative processes are the techniques that can be used degradation of these compounds, where they stand out the photodegradation having the TiO2 as catalyst and bioremediation promoted by enzymes that can be obtained from vegetables. In this way, the purpose of this work was to develop two devices, one paper-based and wax- printed, for colorimetric detection of quantification of phenolic compounds and another three- dimensional printed and coupled to lights of different luminous spectra, capable of simulating micro scale, bioremediation and photodegradation tests, also allowing synergic processes. The developed paper device presents accuracy in the detection of total phenolic compounds at concentrations of 25 mg / L and can be used as an environmental control tool. Enzymatic prospecting indicated that the fruit of the Cerrado, Philodendron bipinnatifidum is an excellent source of polyphenoloxidase (392.2 enzymatic units) with a high potential for bioremediation of phenolic compounds. The 3D device was able to simulate photodegradation and bioremediation tests of phenolic compounds, especially when such methods were applied synergistically and with the use of UV radiation where the concentration of the compound was reduced from 1000 mg / L to 301.48 mg / L (69.85%).