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Biossensores

Objetivos

 Os objectivos genéricos da disciplina são o de dar a conhecer aos alunos uma visão genérica dos conceitos subjacentes à concepção e produção de biossensores (sensores analíticos baseados na conjugação entre componentes biológicos e transdutores físico-químicos), bem como as suas variações tecnológicas, as principais aplicações e os actuais e futuros desafios. São objectivos específicos da cadeira introduzir os alunos ás novas tecnologias sensoriais no âmbito da biotecnologia nomeadamente no que concerne à sua miniaturização.

 

Caracterização geral

Código

5324

Créditos

6.0

Professor responsável

Hugo Manuel Brito Águas

Horas

Semanais - 4

Totais - 76

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos


Formação básica em química e física.

Alunos com a formação adquirida nos primeiros anos dos cursos em Materiais, Nanotecnologia, Fisica, Química, Bioquímica, Biotecnologia, Biomédica e áreas afins.

Bibliografia

Handbook of Biosensors and Biochips, 2 Volume Set, Robert S. Marks (Editor), Christopher R. Lowe (Editor), David C. Cullen (Editor), Howard H. Weetall (Editor), Isao Karube (Editor), (2008) Wiley

Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Jacob Fraden, 3rd ed, (2004) Springer

Sensor Technology Handbook, Jon S. Wilson (Editor), (2005) Elsevier

Biosensors (Practical Approach S.) Jon Cooper, Tony Cass, 2nd Ed. (2004) Oxford University Press

John L. Vossen, Werner Kern, Thin Film Process II, Academic Press, 1991.

Cantilever transducers as a platform for chemical and biological sensors; Review of Scientific Instruments, Vol 75, nº 7, (2004)

BioMEMS: state-of-the-art in detection, opportunities and prospects; Rashid Bashir; Advanced Drug Delivery Reviews 56 (2004) 1565– 1586; (online na sciencedirect)

Microfabrication Techniques for Chemical/ Biosensors ; Proceedings of the IEEE, Vol. 91, nº 6, (2003)

Método de ensino

A UC será leccionada em 14  aulas teórico-práticas de 2 horas complementadas por 14 aula práticas de 3 horas.

As 14 aulas teórico-práticas serão dadas recorrendo a projecção de diapositivos, mas usando também o quadro para esquemas complementares para esclarecimento de dúvidas pontuais colocadas pelos alunos. Estas serão complementadas por formação do tipo tutorial preferencialmente usando as vias disponibilizadas pela escola: o CLIP e o MOODLE.

As aulas práticas têm um vertente essencialmente laboratorial demonstrativa de conceitos, processos e dispositivos. 

Método de avaliação

50 % - 2 testes ou exame com nota mínima de 9.5 valores.

 

40 % - Projecto final:

  • Documento PDF com max 10 páginas (sem contar com capa e índices e referências) escrito em grupos de 5 (não necessitam de ser do mesmo turno prático). Formato obrigatório: letra Verdana 10 ou Calibri 12 ou Times NR 12 com 1.5 de espaçamento entre linhas, página A4 com margens normais (2.5 cm).
  • Apresentação sob a forma da realização de vídeo explicativo com max de 5 min a ser enviado 3 dias antes da data de discussão. E discussão de 15 min via Zoom do trabalho com os membros do grupo.

 

10 % - Entrega de Questionário sobre o trabalho prático via Moodle antes da aula de laboratório. Conta também para a Frequência das aulas práticas

Conteúdo

Introdução aos Biossensores. Bioreceptores e Bioafinidade. Princípios e sistemas de transdução. Propriedades físicas em meios biológicos. Temperatura, pressão, força, deslocamento.

Immobilização de biomoléculas: adsorção, covalente. Funcionalização de superfícies e de biomoléculas. Ligação Biotina-Avidina. Self Assembled Monolayers. Langmuir-Blodgett. Microcontact printing. Suportes de imobilização: membranas, sílicas, metais, eléctrodos de carbono, polímeros, sol-gel. Imunoensaios. e Imunossensores. ELISA, imobilização em superfície. Desenvolvimento de um imunossensor para detectar IgG. Sensores enzimáticos. Sensores baseados em microorganismos.

Sensores Mecânicos: O cantilever; Sistemas de transdução piezoeléctricos. Microbalança de Quartzo. Sistemas Micro e Nano Electro Mecânicos (MEMS).

Sensores ópticos: fibra óptica e guias de onda, ondas evanescentes, ressonância plasmonica de superfície. Técnicas de Fluorescência. Espectroscopia Raman- SERS.

Sensores Químicos e Electroquímicos: Sistemas de transdução electroquímica; sensores amperométricos e potenciométrico; Sensores de calorimetria; IFETS; Nariz Electrónico

Sensores Térmicos e calorimétricos: Térmicos (Termistores, Termopares, Termopilhas, Díodos); Calorimétricos

Tecnologias para a sistemas de biodetecção: Fotolitografia; Nanolitografia; Deposição de filmes finos; Gravação de materiais; MEMS (Microelectromechanical systems); Microfluidica; Nano-bio-litografia; Lab-on-a-chip; Manipulação e detecção de nanopartículas magnéticas; Eléctrodos interdigitais e electrónica de ponta. Instrumentação e processamento de dados. Construção de protótipos.

Aplicações de biossensores: Sensores de ADN; Análises clínicas; Doenças infecciosas; Doenças neurológicas; Industria Farmacêutica; Monitorização de Diabetes; Doenças tropicais; Imunocromatografia; Monitorização ambiental; Controlo de qualidade alimentar.