Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

A micro-extraction technique using a new digitally controlled syringe combined with UHPLC for assessment of urinary biomarkers of oxidatively damaged DNA

The formation of reactive oxygen species (ROS) within cells causes damage to biomolecules, including membrane lipids, DNA, proteins and sugars. An important type of oxidative damage is DNA base hydroxylation which leads to the formation of 8-oxo-7,8-dihydro-29-deoxyguanosine (8-oxodG) and 5-hydroxymethyluracil (5-HMUra). Measurement of these biomarkers in urine is challenging, due to the low levels of the analytes and the matrix complexity. In order to simultaneously quantify 8-oxodG and 5-HMUra in human urine, a new, reliable and powerful strategy was optimised and validated. It is based on a semi-automatic microextraction by packed sorbent (MEPS) technique, using a new digitally controlled syringe (eVolH), to enhance the extraction efficiency of the target metabolites, followed by a fast and sensitive ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC). The optimal methodological conditions involve loading of 250 mL urine sample (1:10 dilution) through a C8 sorbent in a MEPS syringe placed in the semi-automatic eVolH syringe followed by elution using 90 mL of 20% methanol in 0.01% formic acid solution. The obtained extract is directly analysed in the UHPLC system using a binary mobile phase composed of aqueous 0.1% formic acid and methanol in the isocratic elution mode (3.5 min total analysis time). The method was validated in terms of selectivity, linearity, limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), extraction yield, accuracy, precision and matrix effect. Satisfactory results were obtained in terms of linearity (r2 . 0.991) within the established concentration range. The LOD varied from 0.00005 to 0.04 mg mL21 and the LOQ from 0.00023 to 0.13 mg mL21. The extraction yields were between 80.1 and 82.2 %, while inter-day precision (n=3 days) varied between 4.9 and 7.7 % and intra-day precision between 1.0 and 8.3 %. This approach presents as main advantages the ability to easily collect and store urine samples for further processing and the high sensitivity, reproducibility, and robustness of eVolHMEPS combined with UHPLC analysis, thus retrieving a fast and reliable assessment of oxidatively damaged DNA.