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 - 2012 Simples Versátil Baixo custo Tecnologia Brasileira Poliéster-toner 1
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
23/01/2013 Detecção condutométrica fitas de cobre Análise de K +, Na + e Li + 3
23/01/2013 Eletrospray Cone de Talyor Análise de Iodeto e ascorbato 4
23/01/2013 Lei Ohm Efeito do ph no EOF Dopamina e catecol Detecção amperométrica Amostra real p aminofenol em paracetamol 5
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
23/01/2013 Níveis de Cinza Adição de um corante 7
23/01/2013 Enzima imobilizada Imobilização de glicose oxidase Detecção amperométrica Dispositivos para purificação e préconcentração de proteínas. 8
23/01/2013 9
23/01/2013 10
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
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
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 0,8 0 20 40 60 80 100 1,2 1,0 (FP) 0,8 0,6 0,4 0 10 20 30 40 50 13
23/01/2013 Estabilidade do FEO eo (x10-4 cm 2 V -1 s -1 ) 6 5 4 3 2 (A) Transparência FP Microcanal com largura de 200 µm. 1 0 5 10 15 20 25 Injeções Sucessivas EOF 3,4 10-4 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
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) 100 150 200 250 300 Largura do canal ( m) Microcanal Poliéster: base e tampa Toner: paredes SCT 100 µm 300 µm Proporção (µm) % Proporção (µm) % Poliéster 200 95 600 98 Toner 5 5 5 2 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 400 97 400 95 Toner 10 3 20 5 15
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 20 40 60 80 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
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 -0,04 0 20 40 60 80 100 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 -1,0 0 20 40 60 80 100 120 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
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 0 50 100 150 200 250 300 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 e1 0 50 100 150 200 250 300 1,6 (B) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0 2 4 6 8 10 Tempo de injeção (s) 18
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 -1,5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 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 40 60 80 0 50 100 150 200 19
Altura do pico (V) 23/01/2013 Desempenho Analítico Exibiu melhor desempenho analítico 21.000 a 31.000 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 185.000 pratos Razão (N Exp /N T ) = 11 a 17% Curvas Analíticas 0,6 0,4 K + Na + 0,2 Li + 0,0 25 50 75 100 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 + 1,56 23 20
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 ± 1 700 ± 40 7.000 ± 1.000 1 Na + 43 ± 1 420 ± 20 2,3 ± 0,1 20.000 ± 2.000 Li + 49 ± 1 210 ± 50 50.000 ± 10.000 K + 37 ± 1 780 ± 90 7.000 ± 1.000 2 Na + 53 ± 1 610 ± 20 1,2 ± 0,2 12.000 ± 2.000 Li + 64 ± 1 320 ± 20 35.000 ± 6.000 K + 39 ± 1 800 ± 30 8.000 ± 1.000 3 Na + 54 ± 1 640 ± 30 0,8 ± 0,1 17.000 ± 5.000 Li + 61 ± 1 300 ± 20 47.000 ± 5.000 Amostras Reais 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 (A) Na + K + 20 40 60 80 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
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 -0,2 0 20 40 60 80 Li + : 59 s Utilização de impressora policromática Dispositivos Poliéster-toner 22
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
23/01/2013 Espectroscopia Dispersiva de Raios-X (EDS) Preto IMC Preto IPC Counts 800 600 Fe A Counts 1000 C B 400 C Au 200 0 O Fe Si Au Au 0 2 4 6 8 10 Energy (kev) Fe Au Au 500 0 Fe O Au Cl Si Cl Au Au Fe Fe Au Au 0 2 4 6 8 10 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
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 350 300 IPC IMC 250 200 150 100 50 0 100 150 200 250 300 Largura Nominal ( m) 25
Produndidadde ( m) Sinal C 4 D (V) Profundidade ( m) 23/01/2013 Análise Perfilométrica 2 1 0-1 -2-3 Preto IPC 4,5 ± 0,2 µm -4-5 0 100 200 300 400 Distância ( m) 8.3 ± 1,0 µm 2 Preto IMC 0-2 -4-6 -8-10 0 200 400 600 800 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 0 20 40 60 80 100 26
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 15.000 34.000 40.000 4,1 Ciano 17.000 48.000 46.000 4,5 Magenta 14.000 46.000 49.000 4,8 Preto IPC 10.000 22.000 36.000 3,7 Preto IMC 7.000 9.500 10.000 2,9 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 = 1 0 20 40 60 80 100 120 n = 10 K + Na+ Li + EOF 0.5V n = 1 0 20 40 60 80 100 120 27
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 2 4 2 0 0-2 -2 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 10 K + Na + Preto-IPC Li 8 + EOF 6 4 2 0-2 -4-6 0 20 40 60 80 100 120 140 Conclusão Simplicidade instrumental Plataforma alternativa Potencial analítico 28