Desenvolvimento de um espectrômetro de impedância portátil

Autor(es)

Lorenzo Antonio Buscaglia

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física de São Carlos (IFSC/BT)
• Data de defesa: 2022-02-21

Membros da banca

Osvaldo Novais de Oliveira Junior; Carlos Frederico de Oliveira Graeff; Lucas Fugikawa Santos

• Orientador: Osvaldo Novais de Oliveira Junior

Resumo

A espectroscopia de impedância elétrica tem sido usada extensivamente para (bio) sensoriamento graças às múltiplas propriedades elétricas que podem ser interrogadas por meio da variação da frequência da excitação. Um sistema de espectroscopia de impedância compreende três unidades principais: processador de sinais, sensor e analisador de dados. Esta Dissertação de Mestrado começa com uma revisão detalhada dessas unidades. Revisamos os métodos para fabricar sensores, incluindo a escolha de nanomateriais e biomoléculas em arquiteturas moleculares controladas. O uso de matrizes de sensores, como línguas eletrônicas, gera grandes quantidades de dados que exigem o uso de métodos de análise de dados que também revisamos e incluímos exemplos de visualização de informações e técnicas de aprendizado de máquina. O foco principal da revisão, entretanto, está no processador de sinais, responsável por gerar o sinal de excitação e realizar a leitura de impedância. Esse foco se deve ao alto custo dos espectrômetros de impedância disponíveis no mercado, o que dificulta a integração de sistemas de biossensoriamento para serem utilizados em campo. É fornecida uma descrição detalhada dos métodos para desenvolver um analisador de impedância portátil, totalmente integrado e de baixo custo que oferece amplas faixas de magnitude de impedância, de amplitude de sinal e de frequência. O dispositivo, nomeado Simple-Z, inclui o circuito integrado AD5933 e circuitos periféricos para regulagem fina de amplitude de saída, amplificação flexível de resposta, controle da frequência de amostragem, calibração automática e comunicação externa. Fabricamos algumas unidades de Simple-Z com resultados reprodutíveis com uma interface gráfica e aplicamos com sucesso em (bio)sensoriamento, incluindo a detecção de SARS-CoV-2. A validade do Simple-Z foi confirmada comparando seus resultados em algumas das aplicações com aqueles obtidos com analisadores de impedância comerciais de bancada. O Simple-Z agora pode ser implantado em sistemas de diagnóstico para uso em campo. Além disso, graças ao seu baixo custo, pode ser fabricado com produção em massa para ser utilizado também em laboratórios de ensino para treinamento de alunos em espectroscopia de impedância elétrica. (AU)

• Processo FAPESP: 19/00101-8 - Desenvolvimento de um espectrômetro de impedância portátil
• Beneficiário: Lorenzo Antonio Buscaglia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado