16/05/2016

1

Paper Microfluidics

1

2

> R$ 500,00

< R$ 0,10

3

Microfluidic Paper-based

Analytical Devices (μPADs)

(a) (b) (c)

Parafinned

paper

Native

paper

(d)

45 mm

Stamp

Garcia, Cardoso, Garcia, Carrilho and Coltro, RSC Adv. 2014, 4, 37637-37644.

Cardoso, Garcia and Coltro, Anal. Methods 2015, DOI: 10.1039/C5AY00466G

16/05/2016

2

4

Highly sensitive colorimetric detection of glucose

and uric acid in biological fluids using chitosan-

modified paper microfluidic devices

Ellen F. M. Gabriel, Paulo T. Garcia, Thiago M. G. Cardoso,

Flavio M. Lopes, Felipe T. Martins and Wendell K. T. Coltro

Analyst 2016 (under reviewing)

5

Lágrima

Composição:Água

Eletrólitos (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO-)

Proteínas (Lisozima, Lactoferrina, Lipocalina)

Lípideos

Glicose, Lactato, Ureia…

LD= 0.62 µM

Faixa Normal (mmol L-

1)

Diabetes (mmol L-

1)

Lágrima 0,2 0,9

Sangue 3,8 – 5,6 > 7

16/05/2016

3

7

Paper microfluidic devices

Literature LD (Glu)

Martinez, A. W, et al., Anal. Chem. 2008, 80, 3699-3707 0.5 mM

Klasner, S. A, et al., Anal. Bioanal. Chem. 2010, 397,1821-1829. 2.8 mM

Bowei, Li, et al., Electrophoresis 2014, 35, 1152–1159. 0.5 mM

Yetisen, A. K., et al., Sensors and Actuators B: Chem. 2014, 196,

156-160.2.2 mM

Evans, E, et al., Analyst 2014, 139, 5560-5567. 0.5 mM

Garcia, P. T, et al., RSC Adv. 2014, 4, 37637-37644 0.7 mM

8

Paper microfluidic devices

(a) (b) (c)

Parafinned

paper

Native

paper

(d)

45 mm

Stamp

1. Níveis de detectabilidade?

2. Coleta da Amostra?

9

Chitosan on Paper

Substrato de papel

Quitosana

Enzima

Agente

cromógeno

16/05/2016

4

10

Chitosan on Paper

Substrato de papel

Quitosana

Enzima

Agente

cromógeno

Substrato de papel

Glicose

oxidase

β-Glicose

Ácido glucônico

H2O2

Peroxidase

Cromógeno

Cromógeno ox

Incolor

ColoridoH2O

11

Sem Com

Chitosan on Paper

12

1 cm

Antes Depois

Chitosan on Paper

16/05/2016

5

13

(A) (B)

Chitosan on Paper

14

(B)

10 µm

(A)

10 µm

Chitosan on Paper

15

45 µL 50 µL

60 µL

70 µL 80 µL

(A)

(B)

Chitosan on Paper

16/05/2016

6

16

Analytical

Performance

0 1 2 3 4 5 6 7

0

30

60

90

120

150

180

210

Inte

ns

ida

de

Mé

dia

(U

.A)

Concentração (mM)

KI

LD = 96 µM

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

300

In

te

nsid

ad

e M

éd

ia

(U

.A

)

Concentração (mM)

TMB

LD = 90 µM

4-AAP/DHBS

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0

20

40

60

80

100

In

te

nsid

ad

e M

éd

ia

(U

.A

)

Concentração (mM)

4-AAP/DHBS

LD= 23 µM

TMB: 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine

4-AAP: 4-aminoantipyrine

DHBS: 3,5- dichloro-2-hydroxy-

benzenesulfonic acid

17

Literature LD(Glu)

Martinez et al., Anal. Chem. 2008, 80, 3699. 0.5 mM

Klasner et al., Anal. Bioanal. Chem. 2010,

397,1821.2.8 mM

Bowei et al., Electrophoresis 2014, 35, 1152. 0.5 mM

Yetisen et al., Sensors and Actuators B

2014, 196, 156.2.2 mM

Evans et al., Analyst 2014, 139, 5560. 0.5 mM

Garcia et al., RSC Adv. 2014, 4, 37637. 0.7 mM

Paper devices modified with chitosan 0.023 mM

23 µM

Chitosan on Paper – lowest LD

18

Real Samples

1. Níveis de detectabilidade?

2. Coleta da Amostra?

16/05/2016

7

19

Real Samples

1. Níveis de detectabilidade?

2. Coleta da Amostra?

Revistafrontal.com

20

Real Samples

1. Níveis de detectabilidade?

2. Coleta da Amostra?

Revistafrontal.com

21

Real Samples

1. Níveis de detectabilidade?

2. Coleta da Amostra?

Revistafrontal.com

16/05/2016

8

22

0,20 ± 0,01 mM 0,13 ± 0,01 mM

4-APP/DHBS

✓ Sem diluição

✓ Recuperação = 95 – 102%

0,34 ± 0,01 mM

Real Samples

#1 #2 #3

23

Disposable pencil electrodes

on office paper

Chagas, Duarte, Lobo Júnior, Dossi, Piccin, Coltro, Electrophoresis 2015, in press.

Single pencil: > 10,000 devices

(< $ 0.004)

Disposable Electrodes – office paper

Chagas, Duarte, Lobo Júnior, Dossi, Piccin, Coltro, Electrophoresis 2015, in press.

16/05/2016

9

25

Chagas, Duarte, Lobo Júnior, Dossi, Piccin, Coltro, Electrophoresis 2015, in press.

26

-50 0 50 100 150 200 250

1

2

3

4

5

6

7

Áre

a N

orm

alizad

a

Concentração (µM)

-50 0 50 100 150 200 250

1

2

3

4

5

6

Áre

a N

orm

alizad

a

Concentração (µM)

MSE-C4D: tearsK+

Na+

Amostra [K+] (mM) [Na+] (mM)

Referência 6—26 120—170

#1 20,8 ± 0,1 101,2 ± 0,1

#2 20,4 ± 0,1 111,4 ± 0,1

Chagas, Duarte, Lobo Júnior, Dossi, Piccin, Coltro, Electrophoresis 2015, in press.

27

Microfab-less:

Hybrid MCE-C4D system

Segato et al, Anal. Methods 2013, 5, 1652-1657

16/05/2016

10

28

Microfab-less:

Hybrid MCE-C4D system

Lobo Jr et al, Journal of Chromatography B 2016, in prep.

1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500

Doador #3

Doador #2

6

3

2

1

64

3

21

21

65432

Inte

ns

ida

de (

V)

Tempo (s)

1

36

Padrão

Doador #1

1 V

Lágrimas

29

Acid base titrations versus paper-zones versus

Smartphone-based detection

Sandro Nogueira, Lucas Silva, Nathália Karoline and Wendell Coltro

Analytical Methods 2016 – in preparation

FIGURA 1. ESQUEMA DE APLICAÇÃO DOS REAGENTES

16/05/2016

11

Aplicativo

Step 1 Step 2

Step 3 Step 4

Step 5 Step 6

Step 7 Step 8

Step 8 Step 10

Step 11 Step 12

16/05/2016

12

Figura 2. Determinação de pH. (A) µPads com as devidas marcações (B) Curva de pH

R2 = 0,986

0 2 4 6 8 10 12

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

pH

Inte

nsid

ad

e d

e C

or

(UA

)

Figura 4. Correlação entre a fita universal de pH e o papel com indicador natural com desvio

R=0,993

0 2 4 6 8 10 12

0

2

4

6

8

10

12

14

pH

in

dic

ad

or

natu

ral

pH fita universal

Figura 5. Titulação ácido (papel) base (titulante)

0 2 4 6 8

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

In

ten

sid

ad

e d

e C

or

(UA

)

V (L)

Ácido-Base

16/05/2016

13

Figura 6. Titulação base (papel) ácido (titulante)

0 2 4 6 8

120

140

160

180

Base-Ácido

V (L)

Inte

ns

ida

de

de

Co

r (U

A)

INFORMAÇÕES SOBRE O APP

Pontos positivos

Resposta imediata

Portabilidade

Sensibilidade

Pontos negativos

Dificuldade de leitura em dispositivos muito escuro

Precisão dos pontos da curva

Dificuldade de leitura em ambientes muito luminosos

Escolha dos canais (nem sempre é a mesma)

Poucos pontos na titulação

COLORIMETRIC ANALYSIS OF THE

DECOMPOSITION OF S-NITROSOTHIOLS ON

PAPER MICROFLUIDIC DEVICES

39

Marillya Oliveira

Cyro Chagas

Wendell Coltro

José A. Fracassi

Dosil P. Jesus

Marcelo Santos

Abdulghani Ismail

Sophie Griveau

Fanny d’Orlyé

Anne Varenne

Fethi Bedioui2-5

UFG-UNICAMP Chimie ParisTech

16/05/2016

14

40

COLORIMETRIC ANALYSIS OF THE

DECOMPOSITION OF S-NITROSOTHIOLS ON

PAPER MICROFLUIDIC DEVICES

Nitrosothiols (RSNOs)

Important biomolecules to storage nitric oxide (NO) a

Physiological Functions: vasodilatation, antiplatelet

aggregation, antimicrobial and signaling of protein

functions etc.)

Physio-pathological functions (neurodegenerative

diseases such as Parkinson and Alzheimer, apoptosis,

chronic obstructive pulmonary disease, preeclampsia,

diabetes).

41

a3D holder for lamps

UV

Vis

IR

Hg2+

Hg2+

UV Vis

bc

1

2

34

5

6

78

CZ

COLORIMETRIC ANALYSIS OF THE

DECOMPOSITION OF S-NITROSOTHIOLS ON

PAPER MICROFLUIDIC DEVICES

42

COLORIMETRIC ANALYSIS OF THE

DECOMPOSITION OF S-NITROSOTHIOLS ON

PAPER MICROFLUIDIC DEVICES

0 20 40 60 80 100

0

10

20

30

40

Co

lor

Inte

ns

ity

(A

.U)

Nitrite (µmol/L)

16/05/2016

15

43

0 30 60 90 120 150

0

15

30

45

60

fe

cb

Co

lor

Inte

nsit

y (

A.U

)

GSNO (µmol/L)

a

d

0 40 80 120 160 200

0

10

20

30

40

50

GSNO (µmol/L)

0 30 60 90 120 150

0

5

10

15

20

GSNO (µmol/L)

0 40 80 120 160

0

15

30

45

60

Co

lor

Inte

nsit

y (

A.U

)

CySNO (µmol/L)

0 40 80 120 160

0

15

30

45

60

CySNO (µmol/L)

0 40 80 120 160

0

10

20

30

40

CySNO (µmol/L)

COLORIMETRIC ANALYSIS OF THE

DECOMPOSITION OF S-NITROSOTHIOLS ON

PAPER MICROFLUIDIC DEVICES