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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Desenvolvimento e validação de um protótipo de espectrofotômetro dedicado ao auxílio no diagnóstico de fibrose cística
Title Alternative: Development and validation of a dedicated spectrophotometer to aid cystic fibrosis diagnosis
Author: Silva, Túlio Sérvio José da, 1990-
Advisor: Costa, Eduardo Tavares, 1956-
Abstract: Resumo: A Fibrose Cística é uma doença autossomica recessiva que acomete cerca de 70.000 indívíduos ao redor do mundo. A diagnóstico tem sido realizado desde equipamentos especializados nos centros de saúde que possuem alta disponibilidade de recursos, até protocolos químicos manuais. Dentre as técnicas mais utilizadas no mundo, está a metodologia de Schales e Schales(1941). Uma outra técnica tem adquirido especial interesse no Brasil é Zall et al. (1956), pelo atual cenário de descontinuidade no mercado brasileiro dos reagentes que realizam o protocolo de 'Schales¿.Ambas as técnicas têm como finalidade a quantificação da concentração de íons cloretos no suor, que se superado 69M tem diagnóstico positivo. O primeiro protocolo, 'Schales, é um protocolo de titulação que tem a concentração de cloretos diretamente associada ao volume de reagente gasto no teste até o momento final da reação, onde acontece a mudança abrupta de coloração. O segundo, 'Zall, é um protocolo em que o analito combina com o reagente, conferindo mudança gradativa de coloração a solução. Sua tonalidade é medida por meio da absorbância e associada a concentração de cloretos. No presente trabalho, é proposto um equipamento capaz de realizar ambos os protocolos citados a escolha do operador. Para tanto, no protocolo de Schales, foram realizadas varreduras espectroscópicas - equipamento comercial Beckman DU-800 - no ponto final da reação e determinado o comprimento de onda para máxima sensibilidade na medida de absorbância. Em seguida, ainda no equipamento comercial, foram feitas medidas de absorbância durante toda a realização do protocolo: a cada adição de reagente, no comprimento de onda calculado anteriormente e outros dois comprimentos, foram gerados gráficos desses experimentos e gráficos do percentual de variação entre medidas, que permitiram fossem estabelecidos os critérios para o fim do teste, ou seja, fim da adição de reagente e cálculo da [Cl-]. Na sequência, para o protocolo de 'Zall¿, foi realizado teste de seletividade com possíveis substâncias interferentes no suor que poderiam prejudicar a realização do mesmo. Foram também realizados testes de linearidade, uma vez que, nesse protocolo a concentração de cloretos tem relação linear com a absorbância. Todos esses testes foram realizados no Beckman. Como última etapa metodológica, os mesmos testes foram repetidos no protótipo. Tal protótipo conta com microcontrolador AVR com arquitetura RISC e 4 conjuntos de 16 fotodiodos num circuito integrado, TCS320, com filtragem ótica. Foi também utilizado um LED RGB como fonte luminosa. Todos esses e demais elementos do protótipo são acondicionados numa caixa projetada e impressa em 3D sob medida. Os principais resultados no desempenho do protótipo para 'Schales¿ foram: exatidão máxima de 110% contra 105% do conseguidos no equipamento comercial, repetitividade com desvio padrão máximo de 0,745M e coeficiente de variação máximo de 2,4%. Já para 'Zall, foi possível constatar que o desempenho do equipamento comercial Bekcman em 450 nm não é diferente do protótipo na análise de regressões lineares realizadas. Assim, com esses resultados, é possível afirmar que esse protótipo de baixo custo é capaz de realizar a detecção de cloretos numa amostra salina por meio de dois protocolos diferentes com parâmetros de desempenhos satisfatórios a um futuro diagnóstico de Fibrose Cística

Abstract: Cystic Fibrosis is a recessive autosomal disease that afflicts 70,000 individuals around the world. The diagnosis has been made through specialized equipment in health centers that have high availability of resources, as well as through manual chemical protocols. Among the most used techniques in the world is the methodology of Schales and Schales (1941). Another technique that has acquired special interest in Brazil is the Zall et al. (1956) technique, due to the current scenario of discontinuity in the Brazilian market of the reagents that carry out the Schales protocol. Both techniques have as purpose the quantification of chloride ion concentration in sweat, which if exceeded 69M, has a positive diagnosis. The first protocol, 'Schales', is a titration protocol that has the concentration of chlorides directly associated with the volume of reagent spent in the test until the final moment of the reaction. The second, 'Zall', is a protocol in which the analyte combines with the reagent, imparting color change to the solution. Its hue is measured by absorbance and associated with chloride concentration. In the present work, it is proposed an equipment capable of accomplishing both mentioned protocols at the choice of the operator. To do so, in the Schales protocol, spectroscopic scans - Beckman DU-800 commercial equipment - were performed at the end point of the reaction and the wavelength determined for maximum sensitivity in the absorbance measurement. Then, also in the commercial equipment, absorbance measurements were made throughout the protocol: at each reagent addition, at the previously calculated wavelength and two other lengths, graphs of these experiments and graphs of the percentage of variation between measurements were generated , which allowed to establish the criteria for the end of the test, that is, the end of reagent addition and calculation of [Cl-]. Afterwards, for the 'Zall' protocol, a selectivity test was performed with possible interfering substances in the sweat that could affect its performance. Linearity tests were also performed, since in this protocol the concentration of chlorides has a linear relation with the absorbance. All of these tests were performed in the Beckman. As a last methodological step, the same tests were repeated in the prototype. This prototype features AVR microcontroller with RISC architecture and 4 sets of 16 photodiodes in an integrated circuit, TCS320, with optical filtering. A RGB LED has also been used as the light source. All these and other elements of the prototype are packed in a box custom-designed and printed in 3D. The main results in the performance of the prototype for 'Schales' were: maximum accuracy of 110% against 105% achieved in the commercial equipment, repeatability with maximum standard deviation of 0.745M and maximum coefficient of variation of 2.4%. Regarding the use of "Zall" it was possible to verify that the performance of the commercial device Beckman in 450 nm is not different from the prototype at the linear regression analysis performed.. Thus, with these results, it is possible to affirm that this low-cost prototype is able to perform the detection of chlorides in a saline sample by means of two different protocols with parameters of satisfactory performance to the Cystic Fibrosis diagnosis
Subject: Fibrose cística
Instrumentação biomédica
Espectrofotômetro
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SILVA, Túlio Sérvio José da. Desenvolvimento e validação de um protótipo de espectrofotômetro dedicado ao auxílio no diagnóstico de fibrose cística. 2019. 1 recurso online ( 64 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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