A resistência antimicrobiana (RAM) foi recentemente definida pela Organização Mundial da Saúde como uma das 10 principais ameaças globais à saúde pública. A RAM não apenas torna as infecções mais difíceis de serem tratadas, mas também aumenta a gravidade da doença e acelera a propagação de infecções na comunidade e, especialmente, em hospitais. Os testes de suscetibilidade antimicrobiana (TSA) podem auxiliar decisivamente as ações contra infecções por meio da análise rápida da eficácia de múltiplos antibióticos na prática clínica diária, reduzindo custos e acelerando o desenvolvimento de medicamentos de alta eficiência. Neste projeto, pretendemos avançar os TSAs para a bactéria patogênica Staphylococcus aureus (S. aureus) através do monitoramento simultâneo de três amostras empregando (i) análise eletroquímica baseada na respiração bacteriana, conforme descrito recentemente pelo grupo do Prof. Dr. Garcia (Anal. Chem. 2022, 94, 16847), combinada com (ii) um sensor prontamente comercializável, de baixo custo, reprodutível e de uso simples. Esse sensor é capaz de fornecer ensaios multiplexados a partir de respostas únicas, permitindo assim o uso de potenciostatos portáteis de um único canal. A análise de S. aureus contará com a detecção de sondas redox da taxa de respiração celular, combinando as vantagens dos sensores eletroquímicos com a ausência de elementos de reconhecimento, evitando assim os problemas relacionados à síntese e a baixa estabilidade desses elementos. Soluções pioneiras na (i) fabricação de dispositivos e (ii) multiplexação de resposta única são propostas aqui conforme brevemente discutidas a seguir. Nosso laboratório tem desenvolvido um sensor eletroquímico inédito que é prontamente comercialização e que combina (1) alto desempenho analítico e a possibilidade de gerar macro e microeletrodos reprodutíveis sob diversos layouts com (2) baixo custo (

A espessura de filme líquido é um parâmetro primordial na caracterização de escoamentos anulares durante ebulição convectiva e condensação. Transferência de calor, perda de pressão e secagem de parede são altamente influenciadas pelas características do filme líquido; sendo assim, este parâmetro deve ser corretamente estimado para um projeto sólido e confiável de trocadores de calor, dissipadores de calor e dispositivos de gerenciamento térmico baseados em processos com mudança de fase. Desta forma, modelos fenomenológicos geralmente incluem estimativas da espessura de filme líquido para calcularem o coeficiente de transferência de calor (CTC), o fator de atrito interfacial (fi) e a espessura mínima do filme anteriormente à ocorrência secagem de parede. Em microcanais, dados confiáveis são raros devido a dificuldades intrínsecas relacionadas a medições em escalas reduzidas, em geral as correlações são baseadas em resultados obtidos sob condições adiabáticas para escoamentos ar-água e especulações sobre o comportamento do filme, prevendo somente seu valor médio. Consequentemente, estes modelos são seguramente aplicáveis às condições para as quais seus parâmetros foram ajustados. Neste contexto, um microssensor baseado na condutância elétrica está em desenvolvimento para ser utilizado em medições de espessura de filme em escoamentos anulares em microcanais sob condições diabáticas próximas da secagem de parede. Durante o estágio proposto no Micro Energy System Laboratory (MESL) na Universidade de Tóquio, o sensor será integrado a aquecedores e termopares na seção de testes e experimentos de ebulição convectiva serão realizados. O estudante será treinado para usar a instalação do laboratório e fabricar seus próprios dispositivos usando técnicas de microfabricação de MEMS, resultando em baixa inércia térmica para os termopares possibilitando resposta rápida nas medições de temperatura. A seção de testes será trazida para o Brasil para mais testes. Espera-se adquirir dados inéditos com este dispositivo, tanto para oscilações na espessura do filme líquido, quanto para oscilações na temperatura, que possam ser incorporados em modelos de transferência de calor melhorando a precisão de suas previsões. (AU)

Moduladores eletro-ópticos são dispositivos essenciais para aplicações em Fotônica, pois eles podem ser usados para codificar sinais em comunicações ópticas, para geração de novas frequências, Q-switch em cavidades laser, etc. Com o advento da Fotônica Integrada, dispositivos eletro-ópticos baseados em guias de onda têm ganhado atenção. Polímeros são uma plataforma interessante para a fabricação de guias de onda para dispositivos eletro-ópticos, devido à sua facilidade de processamento em micro e nano escala. Além disso, moléculas com altas propriedades não-lineares podem ser facilmente incorporadas à matriz polimérica, permitindo a modificação das propriedades desses dispositivos. Entre as diferentes técnicas utilizadas no processamento de plataformas poliméricas, a escrita direta a laser com pulsos de femtossegundos, ou mais especificamente, a técnica da fotopolimerização por absorção de dois fótons, é particularmente interessante, pois microestruturas tridimensionais podem ser prontamente produzidas numa única etapa. Dessa forma, nesse projeto nós propomos o desenho, fabricação e caracterização de dispositivos eletro-ópticos baseados em microestruturas poliméricas fabricadas por escrita direta a laser com pulsos de femtossegundos e dopadas com cromóforos com propriedades eletro-ópticas. Nós também propomos a união das propriedades eletro-ópticas dessas estruturas com as propriedades de guiamento de alta qualidade de guias de onda em vidros especiais também produzidas por escrita direta a laser com pulsos de femtossegundos, levando assim à fabricação de dispositivos híbridos polímero-vidro.

O papel tem sido utilizado com sucesso em determinações analíticas nas últimas décadas; é uma matéria-prima barata, disponível, biocompatível e renovável. O papel tem diferentes aplicações, como cromatografia em papel, fita-reagente, ensaio de fluxo lateral, eletroforese, análise em fluxo e espectrometria de massa. Paper-spray em espectroscopia de massas (PS-MS) é um método de ionização ambiente que combina as vantagens da plataforma de papel com a confiabilidade da análise de MS, reduzindo o consumo de tempo, reagente e solvente orgânico. O uso de substâncias ilícitas para melhorar o desempenho de atletas no esporte é proibido e considerado doping. O teste antidoping é aplicado nos Jogos Olímpicos desde a edição de 1968, e vários compostos, como esteroides anabolizantes, diuréticos, estimulantes e narcóticos são determinados em biofluídos por este teste. Portanto, parece ser necessário desenvolver um método utilizando PS-MS que seja rápido, robusto, confiável, eficiente e sem preparação de amostras para determinação de substâncias ilícitas em biofluídos. (AU)

A principal motivação para este projeto é explorar a resposta como sensor de gás e o mecanismo de transporte de nanoestruturas à base de óxido de estanho através do estudo de interações sólido-gás em nanofitas individuais de SnO, Sn3O4 e SnO2, com diferentes diâmetros, em relação a gases oxidantes e redutores. O sensores à base de SnO2 já foram bastante estudados pela literatura, porém os óxidos termodinâmicamente menos estáveis (SnO e Sn3O4) não possuem estudos adicionais para explicar suas mudanças na condutividade elétrica. Quando os dispositivos são construídos na forma de estruturas individuais as barreiras de potenciais formadas pelo contato entre as nanoestruturas são eliminadas, permitindo um estudo com menos variáveis, explicando as interações em relação as interações dos orbitais moleculares e ao band bending (resultante da transferência de cargas, e a criação de um campo elétrico). No entanto, estudar materiais isolados exige que os contatos sejam minuciosamente preparados de forma a evitar uma junção metal/semicondutor não-ôhmica, além de evitar a contaminação com íons gálio ou com o compósito C/Platina do microscópio de feixe duplo e as deposições por e-beam e i-beam. Sendo assim, através desta parceria com o grupo do Prof. Ravi Silva, na Universidade de Surrey, deseja-se depositar platina utilizando a técnica de foto-litografia em eletrodos especialmente projetados para realizar medidas 2 e 4-pontas no mesmo dispositivo. Os eletrodos também irão conter um circuito para aquecimento, que junto com o uso de nanofitas individuais permitirá que o dispositivo consuma cerca de 10-8 W, ideal para ser utilizado em dispositivos móveis devido ao tamanho compacto e o baixo consumo de energia. Além disso, o Dr. David Cox acompanhará o candidato no uso do FIB, melhorando as técnicas do aluno e facilitando a etapa final do projeto. O projeto será realizado sob supervisão dos Profs. Marcelo Orlandi e Ravi Silva. Parte das atividades do projeto de mestrado já foram realizadas - síntese; caracterizações por DRX e microscopia eletrônica; Comparação da resposta dos sensores à base de múltiplas nanoestruturas sob os modos de aquecimento externo e auto-aquecimento -, e parte será realizada na Universidade de Surrey - Fabricação dos pré-eletrodos pelo método de foto-litografia e aperfeiçoamento no FIB -, combinando sinergicamente a experiência e infra-estrutura dos dois grupos, abrindo assim a possibilidade de obter resultados transformadores. Após o retorno do candidato, as medidas como sensor de gás dos dispositivos à base de nanoestruturas individuais serão realizadas no LIEC/Araraquara (Brasil).