Thiago Regis Longo Cesar da Paixão.

O projeto de pesquisa tem como foco a fabricação e implementação de sistemas miniaturizados integrados para o monitoramento on line de espécies químicas de interesse ambiental, biológico, industrial e clínico. Os dispositivos propostos consistirão em sensores eletroquímicos, físicos e ópticos miniaturizados e ênfase será dada à construção de protótipos de elevada robustez e compatibilidade de produção em larga escala de modo que possam ser utilizados em análises de rotina. A seletividade e sensibilidade dos sensores em relação às moléculas alvo depende da natureza das amostras, e desempenho diferenciado poderá será alcançado com plataformas projetadas empregando-se novos materiais e nanomateriais já conhecidos. Sensores que operem em condições reais, por longo prazo e sem perda de resposta são desejados e, em casos especiais, o acoplamento desses dispositivos a sistemas microfluídicos consistirá em uma estratégia relevante para viabilizar a detecção de amostras mais complexas com maiores precisão e frequência analítica. As principais vertentes são as seguintes: i. sensores miniaturizados para a obtenção in situ e em tempo real de informações químicas em sistemas de interesse biológico; ii. combinação dos substratos de papel e outros materiais com estruturas microfluídicas; iii. Sensores construídos em plataformas flexíveis e compatíveis com o monitoramento diretamente no corpo humano e em folhas de plantas (wearable devices) para aplicações nas áreas de saúde e agricultura de precisão, respectivamente; iv. sensores descartáveis fabricados em larga escala para aplicações ambientais, industriais e alimentícia; e v. novas ferramentas de diagnósticos clínicos acessíveis e escalonáveis. No cenário apresentado, o projeto possui pleno alinhamento com alguns dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU.

O projeto de pesquisa tem como foco a fabricação e implementação de sistemas miniaturizados integrados para o monitoramento on line de espécies químicas de interesse ambiental, biológico, industrial e clínico. Os dispositivos propostos consistirão em sensores eletroquímicos, físicos e ópticos miniaturizados e ênfase será dada à construção de protótipos de elevada robustez e compatibilidade de produção em larga escala de modo que possam ser utilizados em análises de rotina. A seletividade e sensibilidade dos sensores em relação às moléculas alvo depende da natureza das amostras, e desempenho diferenciado poderá será alcançado com plataformas projetadas empregando-se novos materiais e nanomateriais já conhecidos. Sensores que operem em condições reais, por longo prazo e sem perda de resposta são desejados e, em casos especiais, o acoplamento desses dispositivos a sistemas microfluídicos consistirá em uma estratégia relevante para viabilizar a detecção de amostras mais complexas com maiores precisão e frequência analítica. As principais vertentes são as seguintes: i. sensores miniaturizados para a obtenção in situ e em tempo real de informações químicas em sistemas de interesse biológico; ii. combinação dos substratos de papel e outros materiais com estruturas microfluídicas; iii. Sensores construídos em plataformas flexíveis e compatíveis com o monitoramento diretamente no corpo humano e em folhas de plantas (wearable devices) para aplicações nas áreas de saúde e agricultura de precisão, respectivamente; iv. sensores descartáveis fabricados em larga escala para aplicações ambientais, industriais e alimentícia; e v. novas ferramentas de diagnósticos clínicos acessíveis e escalonáveis. No cenário apresentado, o projeto possui pleno alinhamento com alguns dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU.

Compostos psicoativos, como a cocaína (COC), alteram a consciência e a emoção causando grande dependência. Além dos danos à saúde dos usuários, o tráfico de drogas traz prejuízos à sociedade com aumento da violência e acidentes de trânsito, sem contar, os prejuízos nos campos da educação e relação de trabalho. A diretriz internacional Scientific Working Group for Analysis of Seized Drugs (SWGDRUG) classifica as técnicas analíticas para identificação de drogas ilícitas de acordo com o poder discriminatório. As categorias variam de A a C, em A encontram-se as técnicas mais seletivas, em B estão as técnicas que selecionam por característica química e física, já C são as técnicas menos discriminatórias e a seleção acontece por informação geral e de classe. Considerando a necessidade de rapidez e o volume grande de apreensões, o teste de cor de categoria C é adequado para essa situação, pois pode ser aplicado em qualquer lugar sem a necessidade de equipamento, de forma barata, simples e rápida. Dessa forma, a autoridade competente e treinada obtém o resultado para emissão do laudo de constatação (preliminar). No entanto, estes testes podem apresentar resultados de falso positivo e/ou falso negativo o que justifica o desenvolvimento de novos métodos portáteis aplicados à química forense usando estratégias e materiais inovadores e sustentáveis. Esses métodos analíticos propostos usando diferentes técnicas de detecção poderão servir como uma triagem das amostras apreendidas enviando somente as amostras necessárias para o teste definitivo de prova pericial. Além disso, a presente proposta também visa desenvolver dispositivos de custo reduzido otimizando os gastos periciais. Como resultado desse projeto espera-se: diminuir a quantidade de análises laboratoriais, reduzir custo dos métodos analíticos, desenvolver testes rápidos e propor novos métodos a serem incorporados aos já estabelecidos pelas ciências forenses.

Diversas técnicas analíticas emergentes têm surgido nos últimos anos, mas quando o problema envolve determinações em diversos locais de amostragem, o custo e a logística para a posterior realização de análise química laboratorial consistem em aspectos desvantajosos. Tais problemas podem ser melhor resolvidos com o uso de dispositivos que funcionem de forma autônoma no local de amostragem ou próximo a ele, reduzindo os riscos de erro e contaminação associados à aquisição manual de amostras, armazenamento e transporte. Um sensor químico de leitura direta opera detectando e respondendo de maneira rápida à presença ou à quantidade de um analito com base em alguma interface existente entre o sensor e a amostra. Esses dispositivos são capazes de lidar com volumes muito pequenos e realizar ensaios em curtos períodos, portanto, a miniaturização oferece uma plataforma adequada para portabilidade e automação. Dependendo dos parâmetros selecionados, os dispositivos podem ser fabricados para coleta de sinal analógico, processamento, registro e apresentação remota de informações. Nesse cenário, o presente projeto de pesquisa visa ao planejamento e desenvolvimento de sistemas integrados para monitoramento em tempo real de alguns compostos-alvo em locais de relevância ambiental, biológica e clínica. Os dispositivos propostos consistirão em vários sensores eletroquímicos e ópticos miniaturizados, alguns deles com abordagem wearable, e ênfase será dada à construção de sistemas que possam ser facilmente empregados e que possuam operação confiável e de longa duração. Alta seletividade em relação aos analitos desejados será alcançada com plataformas projetadas com base em novos materiais. Na ausência de seletividade favorável, diferentes estratégias serão empregadas, tais como abordagens matemáticas (análise quimiométrica) ou a separação do analito da matriz da amostra usando dispositivos microfluídicos. Os sensores desenvolvidos terão que satisfazer requisitos analíticos (por exemplo, redução da resposta à deriva, resistência ao envenenamento da superfície e alta seletividade, exatidão e precisão), bem como demandas tecnológicas (produção em larga escala a baixo custo, baixo consumo de energia e eletrônica robusta).

Paixão e Hashemi propõem combinar expertises e produzir um dispositivo baseado em papel para análise rápida de análitos traços in-situ, aplicados a sistemas ambientais e até mesmo a sistemas biológicos (exames de sangue). O trabalho inicial produzirá protótipos de dispositivos que os PIs propõem para a) usar como trabalho preliminar para maiores pedidos de subvenção e b) comercializar.

Diversas técnicas analíticas emergentes têm surgido nos últimos anos, mas quando o problema envolve determinações em diversos locais de amostragem, o custo e a logística para a posterior realização de análise química laboratorial consistem em aspectos desvantajosos. Tais problemas podem ser melhor resolvidos com o uso de dispositivos que funcionem de forma autônoma no local de amostragem ou próximo a ele, reduzindo os riscos de erro e contaminação associados à aquisição manual de amostras, armazenamento e transporte. Um sensor químico de leitura direta opera detectando e respondendo de maneira rápida à presença ou à quantidade de um analito com base em alguma interface existente entre o sensor e a amostra. Esses dispositivos são capazes de lidar com volumes muito pequenos e realizar ensaios em curtos períodos, portanto, a miniaturização oferece uma plataforma adequada para portabilidade e automação. Dependendo dos parâmetros selecionados, os dispositivos podem ser fabricados para coleta de sinal analógico, processamento, registro e apresentação remota de informações. Nesse cenário, o presente projeto de pesquisa visa ao planejamento e desenvolvimento de sistemas integrados para monitoramento em tempo real de alguns compostos-alvo em locais de relevância ambiental, biológica e clínica. Os dispositivos propostos consistirão em vários sensores eletroquímicos e ópticos miniaturizados, alguns deles com abordagem wearable, e ênfase será dada à construção de sistemas que possam ser facilmente empregados e que possuam operação confiável e de longa duração. Alta seletividade em relação aos analitos desejados será alcançada com plataformas projetadas com base em novos materiais. Na ausência de seletividade favorável, diferentes estratégias serão empregadas, tais como abordagens matemáticas (análise quimiométrica) ou a separação do analito da matriz da amostra usando dispositivos microfluídicos. Os sensores desenvolvidos terão que satisfazer requisitos analíticos (por exemplo, redução da resposta à deriva, resistência ao envenenamento da superfície e alta seletividade, exatidão e precisão), bem como demandas tecnológicas (produção em larga escala a baixo custo, baixo consumo de energia e eletrônica robusta)

Papel tem sido empregado como substrato para testes analíticos há centenas de anos. Em virtude de suas características como fluxo de solução por capilaridade, possibilidade de modificação e/ou armazenamento de substâncias entre suas fibras, disponibilidade e possibilidade de produção em larga escala, o papel consiste num material atraente para fabricação de dispositivos analíticos de baixo custo. O surgimento dos microdispositivos analíticos em papel (PADs) possibilitou o desenvolvimento de dispositivos de baixo custo, de fácil utilização e descartáveis, fatores esses fundamentais para realização de análises em áreas onde há carência de infra-estrutura e profissionais capacitados, como em países em desenvolvimento. Embora PADs venham sendo aplicados à diversas classes de compostos, métodos colorimétricos têm sido empregados preferencialmente para detecção, limitando a gama de aplicação desses dispositivos principalmente devido à composição complexa de amostras reais, onde a presença de espécies com características químicas similares dificulta ou até inviabiliza a determinação do analito sem o uso de métodos analíticos mais sensíveis e seletivos. Nesse sentido a detecção eletroquímica oferece um sistema de detecção quantitativo e alternativo para os #956;PADs e também pode melhorar o desempenho dos #956;PADs em termos de sensibilidade e seletividade. Os dispositivos eletroquímicos baseados em papel (ePADs, do inglês electrochemical PAper-based Devices) foram publicados pela primeira vez em 2009 e desde então diferentes métodos foram utilizados para a fabricação desses dispositivos utilizando a deposição de reagentes químicos ou o controle químico da atmosfera para fabricação dos ePADs. Nesse projeto buscar-se-á construir dispositivos ePADs sem a necessidade de reagentes químicos utilizando laser para pirólise do papel criando esses dispositivos sem a necessidade de reagentes químicos e com um baixo custo. Adicionalmente, métodos alternativos com deposição de nanomateriais e utilizando materiais de baixo custo também serão reportados para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos na área forense, clínica e ambiental.

We will combine our expertise in smart materials and sensor array/pattern recognition to develop indicators to detect food contamination or degradation and in near future for detect cancer diseases monitoring breath. More specifically, we propose to: Impact and Outputs) The research and development of cheap smart indicators of food safety and security has global implications including developing and developed countries. Results from this project will inform both academics and industry. Any new IP will be protected via the Institutes’ Intellectual Property Departments. The researchers will then approach industry for the further development (e.g. integration into food packaging) of their devices. Such devices could become as common-place as bar codes and indeed the colour changing arrays can be fashioned themselves as bar codes for simple data capture and interpretation using a cell phone

O presente projeto versa sobre o desenvolvimento de métodos analíticos portáteis para extrair informação química de amostras de cigarro, bebidas alcoólicas e fármacos associados aos métodos de reconhecimento de padrão não-supervisionados e supervisionados (ferramentas quimiométricas) visando à discriminação em campo da falsificação das três amostras mencionadas anteriormente

Em virtude da necessidade iminente do desenvolvimento de novos métodos analíticos, rápidos e de baixo custo que permitam avaliar quantitativa e qualitativamente a qualidade de águas, este projeto propõe a associação dos sensores eletroquímicos/colorimétricos com ferramentas quimiométricas para o monitoramento de contaminantes e discriminação qualitativa das amostras ambientais. Os sensores eletroquímicos/colorimétricos são dispositivos potencialmente miniaturizáveis, que necessitam de uma instrumentação simples e que normalmente apresentam limites de detecção comparáveis às técnicas cromatográficas e espectrométricas. Além disso, estes dispositivos apresentam as características necessárias para avaliar, por exemplo, a qualidade de águas em campo e em tempo real. Já as ferramentas químiométricas, possibilitam a análise de uma grande quantidade de informação extraída por técnicas instrumentais visando agilizar a tomada de decisão para resolução de problemas analíticos. Para tanto, os dados extraídos utilizando esses dispositivos serão analisados principalmente por métodos de reconhecimento de padrão não-supervisionados (PCA (Análise de Componentes Principais) e/ou HCA (Análise Hierárquica de Cluster)) e por algoritmos com a finalidade mais quantitativas, como por exemplo, PCR (Principal Component Regression) e PLS (Partial Least Squares)

Cortisol is a glucocorticoid hormone that is associated with several important physiologic processes, including inflammation, blood pressure, glucose metabolism, and fat metabolism. In addition, it is associated with acute stress; for example, emotional stress leads to cortisol release, which in turn facilitates the function of adrenaline and other catecholamines. Cortisol has been described as a potential index for stress, particularly for acute mental stressors. In this proposal, Dr. Paixão’s group and Dr. Narayan’s group will jointly develop a nanostructured molecularly imprinted polymer microneedle-based device for transdermal detection of cortisol, a glucocorticoid hormone. Molecularly imprinted polymers are materials with nanoscale features that imitate antibodies and other natural structures. Additionally, the proposed sensors and tongues could be applied for other application related to forensic and food safety

The scientific aims are as follow: 1. Investigate methods to optimise thin film MIP deposition on electrochemical electrodes; 2. Investigate the discernible differences in electrochemical MIP responses under different protein loading states; 3. Determine whether pattern recognition techniques can be used to discriminate between target and non-target proteins. The success of this project relies on multiple exchanges between the Universities of Surrey and Sao Paulo to forge a strong rapport and working link between the two groups and for effective information and practical skills exchange and development. Research results will attract further academic and new industrial interest in both countries as well as new international partners, thereby expanding the research network and impact.

O presente projeto tem como objetivo o desenvolvimento de sensores voltados para a análise de amostras forenses, tais como explosivos e drogas de abuso. A análise dessas amostras dar-se-á por dispositivos denominados de línguas eletrônicas/colorimétricas que coadunam processos de extração de informação utilizando técnicas eletroquímicas e colorimétricas com métodos quimiométricos. Para tanto, línguas eletrônicas e colorimétricas serão construídas sempre levando em conta que a metodologia aplicada seja de fácil disseminação, reprodutível e barata, como por exemplo, a construção de eletrodos descartáveis a partir de CDs de ouro. As análises quimiométricas serão realizadas principalmente por PCA (Análise de Componentes Principais) e/ou HCA (Análise Hierárquica de Cluster), mas também poderão ser realizadas análises quantitativas por PCR (Principal Component Regression) e PLS (Partial Least Squares).

Integration of smart materials with pattern recognition and nanofabrication techniques for the development of novel electrochemical disease diagnostics

O objetivo do projeto de pesquisa é desenvolver e estudar o funcionamento de novos dispositivos inteligentes (línguas e narizes eletrônicos) utilizando medidas eletroquímicas, de massa e colorimétricas, conjuntamente com ferramentas quimiométricas, com o intuito de discriminar amostras de interesse forense e alimentício. Para isso, serão utilizadas técnicas de fabricação de custo reduzido quando comparadas com as técnicas de litografia atualmente empregadas para a fabricação de alguns dispositivos inteligentes. Adicionalmente, a segunda proposta do projeto versa sobre o desenvolvimento de método de baixo custo para a fabricação de línguas colorimétricas a partir de método de fabricação ainda não aplicado na literatura

A região do ABC é cercada por grandes aglomerações industriais que podem contribuir com a degradação da qualidade do ar atmosférico. Na Região além dos processos industriais tem-se a imensa frota de veículos leves e pesados que contribuem de forma significativa na emissão de diferentes tipos de poluentes como o monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio (NO e NO2), dióxido de enxofre (SO2) e material particulado, todos em diferentes proporções. Umas das alternativas para o monitoramento da qualidade do ar pode ser realizado em amostras de água de chuva que também ocasionam um impacto negativo ao meio ambiente causando a deposição úmida de muitos poluentes presentes na atmosfera e resultando em impacto ambiental nos mananciais, na biota e sobre os materiais expostos a essa deposição. Este trabalho tem como objetivo realizar uma análise qualitativa e quantitativa dos compostos químicos presentes na água de chuva na Região do ABC Paulista – mais especificamente da cidade de Santo André - com a finalidade de conhecer a contribuição de íons majoritários e de metais potencialmente tóxicos no impacto da contaminação das águas de chuva e degradação da qualidade do ar atmosférico.

Atualmente o desenvolvimento de sensores inteligentes, como as línguas eletrônicas, vem ganhando grande destaque em química analítica e despertando o interesse de diversas companhias dos setores alimentício, farmacêutico e ambiental. Entretanto, por ser uma área recente de pesquisa muito há de ser feito com relação ao desenvolvimento de novos sensores e estudos sobre o funcionamento desses dispositivos inteligentes. Neste sentido, o presente projeto tem como objetivo desenvolver novas línguas eletrônicas para aplicações de cunho tecnológico (etanol combustível e biodiesel) e estudar o funcionamento desses dispositivos no que diz respeito ao mecanismo de resposta de cada eletrodo que constitui o arranjo. Técnicas de fabricação de custo reduzido utilizando substratos de ouro obtidos a partir de CD-R e cobre, de placas de circuito impresso, serão utilizadas para a fabricação dos dispositivos inteligentes.