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Publicação
SWEAT SENSOR FOR CYSTIC FIBROSIS DIAGNOSIS AND MONITORING OF DRUG EFFICACY
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Orientador(es)
Resumo(s)
Cystic fibrosis is a genetic life-shortening disease affecting around 162 000 individuals worldwide. Since there is currently no cure, early diagnosis is crucial to start treatments and extend life expectancy. The diagnosis is established through a sweat test, as people withthe disease presentexcessive chloride levels in sweat(concentrations≥60 mM). The present sweat test is complex, expensive, time-consuming and must be carried out in medicalfacilitiesbyprofessionals. Consequently,thereisagrowingneedforpoint-of-care, rapid, simple and affordable diagnostic and monitorization devices. Inthiswork,twopaper-basedcolorimetricbiosensorsweredevelopedtomeasurechloride concentrations in sweat, for a rapid, non-invasive, and sustainable testing. Firstly, an electrochromic planar device using tungsten trioxide nanoparticles, produced by hydrothermalsynthesis. Byapplyingavoltageof-3V,thenanoparticleschangetheiroptical properties according to NaCl concentration in a sample, presenting a deeper blue colorationasNaClconcentrationsincrease. Secondly,anall-paper-basedmicrofluidicdevice, usingasilverchloranilatereagentsolution,whichproducesapurplecolorationthatdeepens as the quantity of chloride in the samples increases. The devices were tested using NaCl-based solutions, artificial sweat and clinical sweat samples, being able to differentiate between a positive and negative diagnosis, in about 1 minute, using an RGB analysis and with a total cost of 31.2 and 0.23 cents, respectively. Ultimately, the microfluidic paper-based device demonstrated more promising capabilities in terms of cost and sustainability and could be used in the future as a possible replacement for the expensive and time-consuming conventional technique. It demonstrated an effective and consistent sensitivity, from the simple NaCl aqueous solution to the clinical sweat sample analysis, with no external sources or equipment required.
A fibrose quística é uma doença genética, que afeta cerca de 162 000 indivíduos em todo o mundo. Como atualmente não existe cura, o diagnóstico precoce é crucial para iniciar os tratamentos e prolongar a esperança média de vida. O diagnóstico é feito através do teste do suor, uma vez que os pacientes com a doença apresentam níveis excessivos de cloreto no suor (concentrações ≥ 60 mM). O atual teste do suor é complexo, dispendioso, demorado e exclusivamente realizado em instalações médicas por profissionais de saúde. Consequentemente, há uma necessidade crescente de dispositivos de diagnóstico e monitorização point-of-care, rápidos, portáteis e a preços acessíveis. Neste trabalho, foram desenvolvidos dois biossensores colorimétricos de papel para a mediçãodasconcentraçõesdecloretonosuor,deformarápida,não-invasivaesustentável. Primeiramente, um dispositivo planar eletrocrómico que incorpora nanopartículas de trióxido de tungsténio, produzidas por síntese hidrotérmica. Ao aplicar uma voltagem de -3 V, as nanopartículas alteram as suas propriedades ópticas consoante a concentração de NaCl numa determinada amostra, desenvolvendo uma coloração azul mais forte à medida que as concentrações de NaCl aumentam. Em segundo lugar, um dispositivo microfluídico completamente em papel, utilizando uma solução reagente de cloranilato de prata, que produz uma coloração roxa que intensifica à medida que a quantidade de cloreto nas amostras aumenta. Os dispositivos foram testados com soluções à base de NaCl, suor artificial e amostras de suor clínico, sendo capazes de diferenciar entre um diagnóstico positivo e negativo, em cerca de 1 minuto, através de uma análise RGB e com um custo total de 31.2 e 0.23 centavos, respectivamente. Em última análise, o dispositivo microfluídico de papel demonstrou resultados mais promissores, em termos de custo e sustentabilidade e pode ser implementado no futuro como um possível substituto para a técnica convencional dispendiosa e demorada. Demonstrou uma sensibilidade eficaz e consistente, desde a solução mais simples até à análise das amostras clínicas de suor, sem necessidade de fontes externas ou equipamentos.
A fibrose quística é uma doença genética, que afeta cerca de 162 000 indivíduos em todo o mundo. Como atualmente não existe cura, o diagnóstico precoce é crucial para iniciar os tratamentos e prolongar a esperança média de vida. O diagnóstico é feito através do teste do suor, uma vez que os pacientes com a doença apresentam níveis excessivos de cloreto no suor (concentrações ≥ 60 mM). O atual teste do suor é complexo, dispendioso, demorado e exclusivamente realizado em instalações médicas por profissionais de saúde. Consequentemente, há uma necessidade crescente de dispositivos de diagnóstico e monitorização point-of-care, rápidos, portáteis e a preços acessíveis. Neste trabalho, foram desenvolvidos dois biossensores colorimétricos de papel para a mediçãodasconcentraçõesdecloretonosuor,deformarápida,não-invasivaesustentável. Primeiramente, um dispositivo planar eletrocrómico que incorpora nanopartículas de trióxido de tungsténio, produzidas por síntese hidrotérmica. Ao aplicar uma voltagem de -3 V, as nanopartículas alteram as suas propriedades ópticas consoante a concentração de NaCl numa determinada amostra, desenvolvendo uma coloração azul mais forte à medida que as concentrações de NaCl aumentam. Em segundo lugar, um dispositivo microfluídico completamente em papel, utilizando uma solução reagente de cloranilato de prata, que produz uma coloração roxa que intensifica à medida que a quantidade de cloreto nas amostras aumenta. Os dispositivos foram testados com soluções à base de NaCl, suor artificial e amostras de suor clínico, sendo capazes de diferenciar entre um diagnóstico positivo e negativo, em cerca de 1 minuto, através de uma análise RGB e com um custo total de 31.2 e 0.23 centavos, respectivamente. Em última análise, o dispositivo microfluídico de papel demonstrou resultados mais promissores, em termos de custo e sustentabilidade e pode ser implementado no futuro como um possível substituto para a técnica convencional dispendiosa e demorada. Demonstrou uma sensibilidade eficaz e consistente, desde a solução mais simples até à análise das amostras clínicas de suor, sem necessidade de fontes externas ou equipamentos.
Descrição
Palavras-chave
Cystic fibrosis sweattest colorimetric detection electrochromic device tungsten trioxide nanoparticles microfluidic paper-based device