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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.59.2018.tde-04092018-153820
Documento
Autor
Nome completo
Fernando de Macedo Mano
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2018
Orientador
Banca examinadora
Mulato, Marcelo (Presidente)
Nascimento, Raphael Aparecido Sanches
Pavan, Théo Zeferino
Souza, Michelly de
Título em português
Biossensor microeletrônico, poliespecífico e multiplexado
Palavras-chave em português
Biossensor ; EGFET ; Sensores multiplexado ; Sistema embarcado ; Sistema microcontrolado
Resumo em português
Com a evolução tecnológica há nos dias de hoje um aumento de dispositivos eletrônicos presentes ao nosso redor. Com o passar dos anos diversas funcionalidades vêm sendo agregadas a estes inclusive com maior poder de processamento. Em particular, para sistemas embarcados houve um crescimento da quantidade de sensores para diversos propósitos. Seguindo esta tendência, na área de saúde também houve um aumento significativo de aparelhos e dispositivos de monitoramento, tais como glicosimetros, oxímetros, monitoramento de pressão e batimento cardíaco por exemplo, que através de sensores realizam transdução dos dados pertinentes ao parâmetro envolvido. Este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de um sistema embarcado com a propriedade de multiplexação de sensores, ou seja, foi desenvolvido um dispositivo microcontrolado o qual visa multiplicar a capacidade de monitoramento de analitos, conseguindo analisar múltiplos sensores para um mesmo experimento. Ao decorrer deste desenvolvimento foram utilizados quatro sensores dispostos simetricamente em um béquer, os dados são coletados e tratados de forma sequencial e individual. Inicialmente utilizamos um sistema embarcado com um microcontrolador (PIC 18F2550) que é responsável por digitalizar a informação e pela conexão via terminal USB. Posteriormente um microprocessador (Raspberry Pi Zero, placa embarcada) fez-se necessário devido ao melhor processamento de dados. Os sensores aqui estudados tratam-se de sensores químicos, que são introduzidos a uma célula eletroquímica, onde se encontram um eletrodo de referência (Prata em uma solução de Cloreto de Prata) e os outros quatro filmes finos que irão compor o sistema multiplexado. Para este estudo em específico o material escolhido para fabricação dos filmes finos foi um polímero condutivo, mais especificamente polianilina (PANI). Esta foi depositada sobre um substrato de oxido de estanho dopado com flúor (FTO) através da eletrodeposição. Para sensores não específicos (não imobilizados para um analito alvo) os dois sistemas embarcados apresentaram respostas satisfatórias. Prosseguindo com o estudo e usando filmes finos para analitos biológicos (ureia e glicose) o microcontrolador não conseguiu separar os sinais de cada filme fino. Apenas o sistema com a Raspberry Pi obteve sucesso, devido a maior resolução no conversor analógico para digital e sua maior capacidade de processamento para determinar com uma maior precisão os valores obtidos. O sistema pode ser facilmente expandido para um maior número de sensores.
Título em inglês
Microelectronic polyspecific and multiplexed biosensor
Palavras-chave em inglês
Biosensor ; EGFET ; Embedded system ; Microcontrolled system ; Multiplexed sensors
Resumo em inglês
With the evolution of technology there is nowadays an increase in the number of electronic devices present around us. Over the years various functionalities have been added to these devices including the increased processing power. In particular, for embedded systems there has been an increase in the number of sensors for various purposes. Following this trend, in the area of health, there has also been a significant increase in systems and monitoring devices, such as glycosimeters, oximeters, pressure monitoring and heart rate, for example, which, through sensors, transduce data pertinent to the parameter involved. This work presents the research and development of an embedded system with the property of multiplexing sensors, that is, a microcontrolled device was developed which aims to multiply the capacity of analytes monitoring, being able to analyze multiple sensors for the same experiment. During this development four sensors were used symmetrically arranged in a beaker, the data were collected and treated sequentially and individually. Initially we used an embedded system with a microcontroller (PIC 18F2550) that is responsible for scanning the information and for the connection via USB terminal. Subsequently a microprocessor (Raspberry Pi Zero, embedded board) was made necessary due to the better processing of data. The sensors studied here are chemical sensors, which are introduced to an electrochemical cell, where a reference electrode is found (Silver in a Silver Chloride solution) and the other four thin films that will make up the multiplexed system. For this specific study the material chosen for the manufacture of thin films was a conductive polymer, more specifically polyaniline (PANI). This was deposited on a substrate of fluorine-doped tin oxide (FTO) by electrodeposition. For non-specific sensors (not immobilized for a target analyte) the two embedded systems presented satisfactory responses. Proceeding with the study and using thin films for biological analytes (urea and glucose) the microcontroller failed to separate the signals from each thin film. Only the system with Raspberry Pi has been successful, due to the higher resolution in the analog to digital converter and its greater processing capacity to determine with greater precision the obtained values. The system can be easily expanded to a larger number of sensors.
 
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Data de Publicação
2018-10-24
 
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