Desenvolvimento e validação de dispositivos analíticos microfluídicos baseados em fio de algodão com detecção colorimétrica e análise de imagem digital

Abstract

Esta tese traz uma nova estratégia analítica, baseada na produção de dispositivos colorimétricos construídos a partir de fios de algodão, utilizando tecnologia microfluídica e metodologia de análise de imagens digitais, empregando smartphone como detector. Estes dispositivos são portáteis, de baixo custo, capazes de realizar testes confiáveis com consumo mínimo de amostra e reagentes, sendo altamente adequado para determinação analítica, mesmo em amostras reais complexas, proporcionando respostas rápidas e in situ. A fibra de algodão, devido à sua ampla disponibilidade, alta flexibilidade e conveniência, sem a necessidade de bombas adicionais, demostra-se ideal para a fabricação de microssistemas de análises totais (µTADs). No Capítulo 1 é apresentada uma visão geral teórica das informações relevantes desse contexto. No Capítulo 2, é descrito o desenvolvimento, otimização e validação de um dispositivo eficiente para quantificar com precisão e rapidez os íons cúpricos em amostras de água e cachaça, com base na reação de complexação que ocorre quando a cuprizona entra em contato com íons cúpricos, formando um complexo azul de coloração intensa. O Capítulo 3 expõe o desenvolvimento, otimização e validação de um sensor adequado para quantificar ácido ascórbico (vitamina C) em polpa de frutas, suplementos vitamínicos e sucos de frutas frescas. Este método baseia-se na reação redox do hexacianoferrato férrico, de maneira que, na presença de ácido ascórbico, o pigmento azul da Prússia é reduzido a Branco da Prússia. E a concentração de ácido ascórbico é diretamente proporcional a esse desbotamento. Palavras-chave: Fio de algodão; Microfluídica; Detecção colorimétrica; Imagem digital; Cobre (II); Vitamina C.

This thesis presents a new analytical strategy based on the production of colorimetric devices made from cotton threads, using microfluidic technology and digital image analysis methodology, employing a smartphone as a detector. These devices are portable, low-cost, capable of performing reliable tests with minimal sample and reagent consumption, making them highly suitable for analytical determination, even in complex real samples, providing rapid and in situ responses. Cotton fiber, due to its wide availability, high flexibility, and convenience, without the need for additional pumps, proves to be ideal for the manufacture of total analysis microsystems (µTADs). Chapter 1 provides a theoretical overview of the relevant information in this context. Chapter 2 describes the development, optimization, and validation of an efficient device to accurately and quickly quantify cupric ions in water and cachaça samples, based on the complexation reaction that occurs when cuprizone comes into contact with cupric ions, forming a blue complex with intense coloration. Chapter 3 presents the development, optimization, and validation of a suitable sensor for quantifying ascorbic acid (vitamin C) in fruit pulp, vitamin supplements, and fresh fruit juices. This method is based on the redox reaction of ferric hexacyanoferrate, so that in the presence of ascorbic acid, the blue pigment of Prussian blue is reduced to white Prussian. The concentration of ascorbic acid is directly proportional to this fading. Keywords: Cotton thread; Microfluidics; Colorimetric detection; Digital image; Copper (II); Vitamin C.