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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2023.tde-26072023-071556
Document
Author
Full name
Amir Hossein Omidvar
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Rehder, Gustavo Pamplona (President)
Onmori, Roberto Koji
Ponchet, André da Fontoura
Schianti, Juliana de Novais
Silva, Davinson Mariano da
Title in Portuguese
Projeto, fabricação e aplicação de biossensores de glicose não enzimáticos.
Keywords in Portuguese
Biosensores
Filmes finos
Glicose
Polímeros de impressão
Sensores de micro-ondas
Abstract in Portuguese
O diabetes é uma das quatro principais doenças não transmissíveis e se tornou uma das doenças que mais crescem no mundo. Será a sétima principal causa de morte em todo o mundo até 2030. A Federação Internacional de Diabetes (IDF) divulgou um novo relatório que demonstra que a população global com diabetes atingiu 537 milhões, aumentando 16% desde sua estimativa anterior em 2019. Infelizmente, não há cura conhecida para esta condição crônica de saúde; a única alternativa para prevenir complicações para pacientes com diabetes é monitorar constantemente seus níveis de glicose no sangue. Além disso, o intervalo seguro para os níveis de glicose no sangue é muito estreito (entre 80-120 mg/dl). Portanto, o método de detecção deve ser capaz de detectar uma ligeira mudança na concentração nesta faixa. Para medir o nível de glicose, os biossensores são muito práticos. Um biossensor é um transdutor capaz de converter uma resposta biológica em um sinal mensurável. É apresentado um novo polímero de impressão molecular biossensorial com microfluido de micro-ondas sensível e de baixo custo. O dispositivo sensor é baseado em ressonadores de stub duplos para caracterizar soluções de glicose na água. A ponta de um dos stubs é revestida com MIP para aumentar a seletividade do sensor e, portanto, a sensibilidade em comparação com o polímero não revestido ou não impresso. O sensor foi fabricado em substrato FR4 para fins de baixo custo. Na presença do MIP, observou-se que o sensor carregado com uma solução de glicose variando de 50 mg/dL a 400 mg/dL experimentou uma mudança de frequência de absorção de 73 MHz quando as soluções fluem em um canal microfluídico passando pela área de detecção, enquanto o sensor Descobriu-se que o LLD do sensor era de 2,4 ng/dL. Os resultados experimentais mostraram uma alta sensibilidade de 1,3 MHz /(mg/dL) em termos de frequência de absorção.
Title in English
Non enzymatic glucose biosensor design, fabrication, and application.
Keywords in English
Aluminum nitride
Biosensor
Glucose
Microwave resonators
Molecular imprinted polymer
Thin film
Abstract in English
Diabetes is one of the four main noncommunicable diseases and has become one of the fastestgrowing diseases in the world. It will be the seventh leading cause of death worldwide by 2030. The International Diabetes Federation (IDF) has released a new report that demonstrates the global population with diabetes has reached 537 million, increasing 16% since their previous estimation in 2019. Unfortunately, there is no known cure for this chronic health condition; the only alternative to prevent complications for diabetes patients is constantly monitoring their blood glucose levels. Also, the safe range for blood glucose levels is very narrow (between 80-120 mg/dl). Therefore, the sensing method should be able to detect a slight change in concentration in this range. In order to measure the glucose level, biosensors are very practical. A biosensor is transducer capable of converting a biological response into a measurable signal. A novel, low-cost, sensitive microwave microfluidic glucose detecting biosensor incorporating molecularly imprinted polymer is presented. The sensing device is based on dual stub resonators to characterize water glucose solutions. The tip of one of the stubs is coated with MIP to increase the selectivity of the sensor and hence the sensitivity compared to the uncoated or non-imprinted polymer one. The sensor was fabricated on an FR4 substrate for low-cost purposes. In the presence of the MIP, the sensor load-ed with a glucose solution ranging from 50 mg/dL to 400 mg/dL was observed to experience an absorption frequency shift of 73 MHz when the solutions flow in a microfluidic channel passing sensing area, while the Lower Limit of Detection (LLD) of the sensor was discovered to be 2.4 ng/dL. The experimental results showed a high sensitivity of 1.3 MHz /(mg/dL) in terms of absorption frequency.
 
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Publishing Date
2023-07-27
 
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