Poliéster-toner: plataforma alternativa para aplicações microfluídicas

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1 23/01/2013 Universidade Federal de Goiás Instituto de Química Programa de Pós-Graduação em Química Poliéster-toner: plataforma alternativa para aplicações microfluídicas Ellen Flávia Moreira Gabriel Disciplina de Microfluídica Dezembro Simples Versátil Baixo custo Tecnologia Brasileira Poliéster-toner 1

2 UFG 200 µm UFG 200 µm UFG 200 µm UFG 200 µm UFG 200 µm UFG 200 µm UFG 200 µm UFG 200 µm 23/01/2013 Método da impressão direta Do Lago et al., Anal. Chem. 2003, 75. Fabricação dos Dispositivos SCT DCT 2

3 23/01/2013 Detecção condutométrica fitas de cobre Análise de K +, Na + e Li + 3

4 23/01/2013 Eletrospray Cone de Talyor Análise de Iodeto e ascorbato 4

5 23/01/2013 Lei Ohm Efeito do ph no EOF Dopamina e catecol Detecção amperométrica Amostra real p aminofenol em paracetamol 5

6 23/01/2013 Efeito do ph no tampão Efeito do potencial de separação Efeito do potencial de detecção Efeito do tempo de injeção Dopamina e epinefrina 6

7 23/01/2013 Níveis de Cinza Adição de um corante 7

8 23/01/2013 Enzima imobilizada Imobilização de glicose oxidase Detecção amperométrica Dispositivos para purificação e préconcentração de proteínas. 8

9 23/01/2013 9

10 23/01/

11 23/01/2013 Problemas com dispositivos de PT Repetibilidade analítica Menor eficiência de separação Menor fluxo eletrosmótico (EOF) Parede da estrutura microfluídica contribui com 90% para alargamento do pico. Melhoramento do desempenho analítico dos microchips de PT Como o EOF é gerado nesta plataforma Quais os parâmetros que afetam Avaliar a repetibilidade análitica Uso do toner colorido 11

12 23/01/2013 Composição Química do Toner Fe 2 O 3 (50-55%) Polimérica(40-45%) Composição do filme de transparência Filme de poliéster Sílica na superfície 12

13 Corrente (U.A) separação Corrente (U.A) 23/01/2013 Geração do EOF injeção Ânodo Si Si Si Si Si Si Si + - O - O - O - O - O - O - O Filme de poliéster EOF Cátodo Geração do EOF 1,6 (3M) 1,4 1,2 1,0 0, ,2 1,0 (FP) 0,8 0,6 0,

14 23/01/2013 Estabilidade do FEO eo (x10-4 cm 2 V -1 s -1 ) (A) Transparência FP Microcanal com largura de 200 µm Injeções Sucessivas EOF 3, cm 2 V -1 s -1 DPR = 6% (a) (b) EDS: 3M 1,5% Si FP 2,6% Si Caracterização espectroscópica por (a) FTIR e (b) EDS. 14

15 FEO FEO 23/01/2013 EOF (.10-4 cm 2 V -1 s -1 ) Efeito da Largura do Canal na Magnitude do EOF 4,2 3,9 3,6 3,3 3,0 (A) Largura do canal ( m) Microcanal Poliéster: base e tampa Toner: paredes SCT 100 µm 300 µm Proporção (µm) % Proporção (µm) % Poliéster Toner EOF (.10-4 cm 2 V -1 s -1 ) Efeito da Profundidade da Magnitude do EOF 4,5 3,0 1,5 (B) Microcanal Poliéster: base e tampa Toner: paredes 0,0 5 Profundidade ( m) 10 Para largura de 200 m: SCT DCT Proporção (µm) % Proporção (µm) % Poliéster Toner

16 Sinal do C 4 D (V) 23/01/2013 Influência do Solvente Orgânico no Desempenho Analítico EOF Provocou separação com baixa resolução Baixa constante dielétrica e viscosidade similar ao da água Provoca mudança na solvatação e interação iônica, alterando a mobilidade de cada íon. Modifica a parede da estrutura microfluídica grau de dissociação dos grupos silanóis Influência do Solvente Orgânico 7% 0,5 V K + Na + Li + (A) Resolução: 0%:1,1 3% 3%: 2,3 Acima de 3%: 0% MeOH Diminuição da intensidade do sinal Baixa estabilidade da linha de base EOF ( 10-4 cm 2 V -1 s -1 ) 1,9-0% MeOH 1,1-3% MeOH 1,0-7% MeOH 16

17 Sinal do C 4 D (V) Sinal do C 4 D (V) 23/01/2013 Sistema de Injeção versus Desempenho Analítico HV 0,02 Injeção em Cruz Volume 400 pl 0,00 e0 e1-0,02 H 2 O -0, Condições: Mistura contendo K +, Na + e Li + (100 µmol L -1 cada); V inj = 1,0 kv/10 s; V sep = 1,0 kv. Detecção: 400kHz/ 10 V pp. Sistema de Injeção versus Desempenho Analítico HV HV 1,5 1,0 0,5 0,0 Injeção em T Volume 1000 pl (K + + Na + + Li + ) e0 e1 e1-0,5 H 2 O -1, Condições: Mistura contendo K +, Na + e Li + (100 µmol L -1 cada); V inj = 1,0 kv/10 s; V sep = 1,0 kv. Detecção: 400kHz/ 10 V pp. 17

18 Altura do pico (V) Sinal do C 4 D (V) Sinal do C 4 D (V) 23/01/2013 Efeito do Tempo de Injeção no Desempenho Analítico k + Na + 8s Li + (A) 1 V 5s 3s HV HV 1s H 2 O e0 e1 e1 Efeito do Tempo de Injeção no Desempenho Analítico k + Na + 8s Li + (A) 1 V 5s 3s HV HV 1s H 2 O e0 e1 e ,6 (B) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0, Tempo de injeção (s) 18

19 Sinal do C 4 D (V) Sinal do C 4 D (V) Sinal do C 4 D (V) 23/01/2013 Sistema de Injeção versus Desempenho Analítico HV 0,5 Injeção em duplo - T Volume 800 pl 0,0 K + Na + Li + -0,5 e1 e0 e2 e1-1,0 H 2 O -1, Condições: Mistura contendo K +, Na + e Li + (100 µmol L -1 cada); V inj = 1,0 kv/10 s; V sep = 1,0 kv. Detecção: 400kHz/ 10 V pp. Repetibilidade Analítica (A) K + Na + Li + 0,5 V 0,02 V K + Na + Li

20 Altura do pico (V) 23/01/2013 Desempenho Analítico Exibiu melhor desempenho analítico a pratos/m Eficiência teórica N T = 16 ( l eff l plug ) 2 N T = 16 ( l eff ) 2 l plug l eff = 4,3 cm l plug = 400 m pratos Razão (N Exp /N T ) = 11 a 17% Curvas Analíticas 0,6 0,4 K + Na + 0,2 Li + 0, Concentração ( mol L -1 ) Cátions Sensibilidade analítica (mv/µm) Limite de detecção (LD) (µmol L -1 ) K + 3,76 4,2 Na + 3,28 7,6 Li + 1,

21 Sinal do C 4 D (V) 23/01/2013 Tabela 1- Parâmetros eletroforéticos para o tempo de vida dos dispositivos investigados durante três dias consecutivos Dias Tempo de Migração (s) Altura do pico (mv) FEO ( 10-4 cm 2 V -1 s -1 ) Eficiência (pratos/m) K + 34 ± ± ± Na + 43 ± ± 20 2,3 ± 0, ± Li + 49 ± ± ± K + 37 ± ± ± Na + 53 ± ± 20 1,2 ± 0, ± Li + 64 ± ± ± K + 39 ± ± ± Na + 54 ± ± 30 0,8 ± 0, ± Li + 61 ± ± ± Amostras Reais 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 (A) Na + K Alíquota de 6,1 µl diluída em 1,0 ml de água. Tempo de migração: K + : 37 s Na + : 58 s Bebida energética - Gatorade 21

22 Sinal do C 4 D (V) 23/01/2013 Amostras Reais Mistura de três diferentes medicamentos 0,8 0,6 (B) K + Diclofenaco de sódio, Diclofenaco de potássio Carbolitium. 10 µl de cada droga de uma solução estoque diluída em 1,0 ml 0,4 0,2 Na+ Li + Tempo de migração: K + : 37 s 0,0 Na + : 51 s -0, Li + : 59 s Utilização de impressora policromática Dispositivos Poliéster-toner 22

23 23/01/2013 Caracterização do Toner Dados dos fabricante Toner Composição (% em massa) Amarelo Ciano Magenta Preto (IPC) Preto (IMC) Acrilato-estireno (<85) Acrilato-estireno (<85) Acrilato-estireno (<85) Acrilato-estireno (<85) Acrilato-estireno (<50) Cera (<10) Cera (<10) Cera (<10) Cera (<10) Pigmento (<5) Pigmento (<6) Pigmento (<7) Carbono Preto (<6) Anidrido Silícico* amorfo (<2) Anidrido Silícico amorfo (<2) Anidrido Silícico amorfo (<2) Anidrido Silícico amorfo (<2) Óxido de ferro (<50) *Anidrido silícico amorfo também é conhecido como dióxido de silício (SiO 2 ). Determinação da porcentagem de cada polímero no toner Dispositivo Poliestireno Polimetilmetacrilato Amarelo 72,9% 27,1% Ciano 73,4% 26,6% Magenta 74,6% 25,4% Preto (IPC) 78,9% 21,1% Preto (IMC) 72,2% 27,8% Análise elementar FTIR 23

24 23/01/2013 Espectroscopia Dispersiva de Raios-X (EDS) Preto IMC Preto IPC Counts Fe A Counts 1000 C B 400 C Au O Fe Si Au Au Energy (kev) Fe Au Au Fe O Au Cl Si Cl Au Au Fe Fe Au Au Energy (kev) Fe 2 O 3 = 55% SiO 2 = 2-4% Caracterização do Processo de Impressão (IMC) (IPC) Imagem 3D toner colorido Porosidade extravasamento da solução e adsorção do analito 24

25 Largura Real ( m) 23/01/2013 Análise Morfológica IMC 2,2 µm 1,20 ± 0,50 µm -1,6 µm y: 80 µm x: 80 µm IPC 0,24 ± 0,05 µm 1,0 µm -1,7 µm y: 80 µm x: 80 µm Análise Dimensional IPC IMC Largura Nominal ( m) 25

26 Produndidadde ( m) Sinal C 4 D (V) Profundidade ( m) 23/01/2013 Análise Perfilométrica Preto IPC 4,5 ± 0,2 µm Distância ( m) 8.3 ± 1,0 µm 2 Preto IMC Distância ( m) Desempenho Analítico 0,4 K + Na + 0,2 Li + 0,0-0,2 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 0,9 0,6 0,3 0,0 Amarelo Ciano Magenta 0,9 0,6 0,3 0,0-0,3 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 Preto IPC Preto IMC

27 Sinal C 4 D Sinal C 4 D 23/01/2013 Desempenho Analítico Dispositivo Eficiência (pratos/m) K + Na + Li + EOF ( 10-4 cm 2 V -1 s -1 ) Amarelo ,1 Ciano ,5 Magenta ,8 Preto IPC ,7 Preto IMC ,9 Piores valores de eficiência em IMC: -Profundidade dos canais -Rugosidade da superfície -Partículas de toner no interior do micocanal Repetibilidade n = 10 K + Na+ Li + EOF 0.5V IPC IMC n = n = 10 K + Na+ Li + EOF 0.5V n =

28 Sinal C 4 D (V) Sinal C 4 D (V) Sinal C 4 D (V) 23/01/2013 Repetibilidade 6 4 K + Na + Li + EOF Ciano 8 6 K + Na + Li + EOF Magenta K + Na + Preto-IPC Li 8 + EOF Conclusão Simplicidade instrumental Plataforma alternativa Potencial analítico 28