Automated parallel DNA sequencing on multiple channel microchips

We report automated DNA sequencing in 16-channel microchips. A microchip prefilled with sieving matrix is aligned on a heating plate affixed to a movable platform. Samples are loaded into sample reservoirs by using an eight-tip pipetting device, and the chip is docked with an array of electrodes in the focal plane of a four-color scanning detection system. Under computer control, high voltage is applied to the appropriate reservoirs in a programmed sequence that injects and separates the DNA samples. An integrated four-color confocal fluorescent detector automatically scans all 16 channels. The system routinely yields more than 450 bases in 15 min in all 16 channels. In the best case using an automated base-calling program, 543 bases have been called at an accuracy of >99%. Separations, including automated chip loading and sample injection, normally are completed in less than 18 min. The advantages of DNA sequencing on capillary electrophoresis chips include uniform signal intensity and tolerance of high DNA template concentration. To understand the fundamentals of these unique features we developed a theoretical treatment of cross-channel chip injection that we call the differential concentration effect. We present experimental evidence consistent with the predictions of the theory.

Proteção legal do chip : um modelo de lei para os Paises do Mercosul / Antonio Fonseca

Inclui quadro com análise comparativa internacional dos chips e modelo de lei para a proteção da topografia de circuitos integrados nos Paises do Mercosul.

Capacitance cytometry: Measuring biological cells one by one

Measuring the DNA content of eukaryotic cells is a fundamental task in biology and medicine. We have observed a linear relationship between the DNA content of eukaryotic cells and the change in capacitance that is evoked by the passage of individual cells across a 1-kHz electric field. This relationship is species-independent; consequently, we have developed a microfluidic technique—“capacitance cytometry”—that can be used to quantify the DNA content of single eukaryotic cells and to analyze the cell-cycle kinetics of populations of cells. Comparisons with standard flow cytometry demonstrate the sensitivity of this new technique.

Chemical nanoprinting: a novel method for fabricating DNA microchips

We have developed a novel cost-effective procedure, namely ‘chemical nanoprinting’, for oligonucleotide or cDNA chips manufacture. In this thermo-controlled process, the oligonucleotides, covalently attached to a highly loaded ‘master-chip’ through disulfide bonds, are chemically transferred to the acrylamide layer mounted on a ‘print-chip’. It is demonstrated here that multiple identical print-chips can be produced from a single master-chip. This duplication process is a few hundreds of times faster than any existing methods and the speed of process and cost incurred are independent of the scale of the DNA chips.

Detection of mitochondrial single nucleotide polymorphisms using a primer elongation reaction on oligonucleotide microarrays

We have developed a novel allele-specific primer elongation protocol using a DNA polymerase on oligonucleotide chips. Oligonucleotide primers carrying polymorphic sites at their free 3́end were covalently bound to glass slides. The generation of single-stranded targets of genomic DNA containing single nuclotide polymorphisms (SNPs) to be typed was achieved by an asymmetric PCR reaction or exonuclease treatment of phosphothioate (PTO)-modified PCR products. In the presence of DNA polymerase and all four dNTPs, with Cy3-dUTP replacing dTTP, allele-specific extension of the immobilized primers took place along a stretch of target DNA sequence. The yield of elongated products was increased by repeated reaction cycles. We performed multiplexed assays with many small DNA targets, or used single targets of up to 4.4 kb mitochondrial DNA (mtDNA) sequence to detect multiple SNPs in one reaction. The latter approach greatly simplifies preamplification of SNP-containing regions, thereby providing a framework for typing hundreds of mtDNA polymorphisms.

Parallel human genome analysis: microarray-based expression monitoring of 1000 genes.

Microarrays containing 1046 human cDNAs of unknown sequence were printed on glass with high-speed robotics. These 1.0-cm2 DNA "chips" were used to quantitatively monitor differential expression of the cognate human genes using a highly sensitive two-color hybridization assay. Array elements that displayed differential expression patterns under given experimental conditions were characterized by sequencing. The identification of known and novel heat shock and phorbol ester-regulated genes in human T cells demonstrates the sensitivity of the assay. Parallel gene analysis with microarrays provides a rapid and efficient method for large-scale human gene discovery.

Desenvolvimento e caracterização do filtro óptico de interferência variável para detectores de alta resolução espectral e biossensores.

O presente trabalho está fundamentado no desenvolvimento de uma metodologia e/ou uma tecnologia de obtenção e caracterização de filtros ópticos de interferência de banda passante variável [C.M. da Silva, 2010] e de banda de corte variáveis, constituídos por refletores dielétricos multicamadas de filmes finos intercalados por cavidades de Fabry-Perot não planares com espessuras linearmente variáveis, que apresentam a propriedade do deslocamento linear da transmitância máxima espectral em função da posição, isto é, um Filtro de Interferência Variável (FIV). Este método apresenta novas e abrangentes possibilidades de confecção de filtros ópticos de interferência variável: lineares ou em outras formas desejadas, de comprimento de onda de corte variável (passa baixa ou alta) e filtros de densidade neutra variável, através da deposição de metais, além de aplicações em uma promissora e nova área de pesquisa na deposição de filmes finos não uniformes. A etapa inicial deste desenvolvimento foi o estudo da teoria dos filtros ópticos dielétricos de interferência para projetar e construir um filtro óptico banda passante convencional de um comprimento de onda central com camadas homogêneas. A etapa seguinte, com base na teoria óptica dos filmes finos já estabelecida, foi desenvolver a extensão destes conhecimentos para determinar que a variação da espessura em um perfil inclinado e linear da cavidade entre os refletores de Bragg é o principal parâmetro para produzir o deslocamento espacial da transmitância espectral, possibilitando o uso de técnicas especiais para se obter uma variação em faixas de bandas de grande amplitude, em um único filtro. Um trabalho de modelagem analítica e análise de tolerância de espessuras dos filmes depositados foram necessários para a seleção da estratégia do \"mascaramento\" seletivo do material evaporado formado na câmara e-Beam (elétron-Beam) com o objetivo da obtenção do filtro espectral linear variável de características desejadas. Para tanto, de acordo com os requisitos de projeto, foram necessárias adaptações em uma evaporadora por e-Beam para receber um obliterador mecânico especialmente projetado para compatibilizar os parâmetros das técnicas convencionais de deposição com o objetivo de se obter um perfil inclinado, perfil este previsto em processos de simulação para ajustar e calibrar a geometria do obliterador e se obter um filme depositado na espessura, conformação e disposição pretendidos. Ao final destas etapas de modelagem analítica, simulação e refinamento recorrente, foram determinados os parâmetros de projeto para obtenção de um determinado FIV (Filtro de Interferência Variável) especificado. Baseadas nos FIVs muitas aplicações são emergentes: dispositivos multi, hiper e ultra espectral para sensoriamento remoto e análise ambiental, sistemas Lab-on-Chip, biossensores, detectores chip-sized, espectrofotometria de fluorescência on-chip, detectores de deslocamento de comprimento de onda, sistemas de interrogação, sistemas de imageamento espectral, microespectrofotômetros e etc. No escopo deste trabalho se pretende abranger um estudo de uma referência básica do emprego do (FIV) filtro de interferência variável como detector de varredura de comprimento de ondas em sensores biológicos e químicos compatível com pós processamento CMOS. Um sistema básico que é constituído por um FIV montado sobre uma matriz de sensores ópticos conectada a um módulo eletrônico dedicado a medir a intensidade da radiação incidente e as bandas de absorção das moléculas presentes em uma câmara de detecção de um sistema próprio de canais de microfluidos, configurando-se em um sistema de aquisição e armazenamento de dados (DAS), é proposto para demonstrar as possibilidades do FIV e para servir de base para estudos exploratórios das suas diversas potencialidades que, entre tantas, algumas são mencionadas ao longo deste trabalho. O protótipo obtido é capaz de analisar fluidos químicos ou biológicos e pode ser confrontado com os resultados obtidos por equipamentos homologados de uso corrente.

Resistência à abrasão de aço Hadfield para britadores: efeito do tamanho do abrasivo e do pH do meio.

Neste trabalho, foi investigado o efeito do tamanho do abrasivo e do pH do meio na resistência ao desgaste abrasivo do aço H-13 com matriz martensítica e do aço Hadfield com matriz austenítica. Ensaios de abrasão foram realizados utilizando o equipamento roda de borracha a úmido, variando o tamanho do abrasivo entre 0,15 e 2,40 mm e o pH do meio entre 5,5 e 12,8. As microestruturas dos materiais estudados foram analisadas utilizando microscopia óptica, as superfícies de desgaste e as partículas de desgaste foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura. A macrodureza e a microdureza, antes e após os ensaios, foram obtidas utilizando durômetro Vickers. A topografia da região central da superfície de desgaste foi obtida utilizando Perfilometria 3D, visando obter valores de profundidade de penetração do abrasivo. Os resultados mostraram que o aço Hadfield é mais resistente do que o aço H-13 em todos os valores de pH e tamanhos de abrasivo utilizados. Para os dois materiais, a perda de massa aumenta linearmente até um tamanho crítico de abrasivo (TCA) e, após este, a mesma continua a aumentar, mas com uma intensidade menor. Para os dois materiais e para todos os tamanhos de abrasivo, o aumento do pH do meio resultou em menores perdas de massa, sendo este efeito maior para os dois menores tamanhos de abrasivo. Para maiores valores de pH, foram observadas menores profundidades de penetração do abrasivo. A microdureza da superfície de desgaste do aço H-13 sofreu um pequeno aumento com o aumento do tamanho do abrasivo enquanto que para o aço Hadfield esse aumento foi mais intenso. A análise das partículas de desgaste mostraram que, para todas as condições ensaiadas, os debris do aço H-13 tinham duas morfologias, contínuas e descontínuas enquanto que os cavacos do aço Hadfield foram sempre descontínuos. Para os dois materiais, foram observados dois micromecanismos de desgaste, sendo eles microcorte e microsulcamento. Por fim, os resultados apresentados neste trabalho sugerem que a análise de desempenho do aço Hadfield em serviço deve considerar o pH do meio bem como a granulometria do abrasivo em contato.

Estratégias de microfabricação utilizando toner para produção de dispositivos microfluídicos

Neste trabalho são apresentados processos de microfabricação de estruturas contendo microcanais e sistemas de manipulação hidrodinâmica e eletroosmótica de fluídos. Foram desenvolvidos processos de microfabricação utilizando toner sobre poliéster, toner sobre vidro, toner como resiste, além de métodos alternativos de perfuração de lâminas e selagem de microestruturas em vidro, desenvolvimento de microestruturas para eletroforese capilar e espectrometria de massas com ionização por eletronebulização. A caracterização dos materiais e processos permitiu uma ampla visão das potencialidades e alternativas dos processos de microfabricação, tendo sido demonstrado que os dispositivos produzidos em toner-poliéster são quimicamente resistentes às substâncias tipicamente utilizadas em eletroforese capilar. Neste trabalho, um detector condutométrico sem contato foi implementado em microestruturas de toner-poliéster e a separação eletroforética de alguns metais alcalinos é demonstrada. A microestrutura foi projetada no formato padrão em cruz, tendo o canal de separação 22 mm de comprimento, 12 µm de profundidade e largura típica. A cela condutométrica foi construída sobre o canal de separação utilizando-se fita adesiva de cobre (1 mm de largura) como eletrodos. O sinal aplicado na cela foi de 530 kHz e 10 Vpp . A separação de K+, Na+ e Li+ na concentração de 100 µmol L-1 foi efetuada em torno de 0,8 min, utilizando-se 1 kV como potencial de separação. Foram desenvolvidos microchips para análise por espectrometria de massas com introdução de amostra por eletronebulização, sendo determinado cluster do íon cloreto em concentração de 1 mmol L+. Também solução com 1 mmol/L de glucosamina em água/metanol 1: 1 (v/v), sob corrente de 100 nA gerou sinal estável e livre de descarga corona. Utilizando detecção amperométrica, obteve-se eletroferogramas mostrando a separação de iodeto (10 mmol L-1) e ascorbato (40 mmol L-1) em potencial de separação de 4,0 kV (800 V cm-1 potencial de detecção de 0,9 V (vs. Ag/AgCI), injeção com 1,0 kV/1°s, tampão borato de sódio 10 mmol L+ com CTAH 0,2 mmol L-1, pH 9,2. Obteve-se eficiência de 1,6.104 pratos/m e foi possível obter limites de detecção de 500 nmol L-1 (135 amol) e 1,8 µmol L-1 (486 amol) para iodeto e ascorbato, respectivamente. O processo de fabricação utilizando toner como material estrutural para microchips em vidro foi bem estabelecido, assim como os modos de detecção fotométrico e condutométrico foram demonstrados. Foram obtidos eletroferogramas par detecção condutométrica sem contato de solução 200 µmol L-1 de K+, Na+ e U+, em tampão histidina/ácido lático 30 mmol L-1 9:1 (v/v) água:metanol, injeção eletrocinética de 2,0 kV/5,0 s, potencial de separação de 1 kV, 530 kHz de frequência e tensão de 2,0 Vpp. Também foi implementado um sistema de detecção fotométrico para microchip operando em 660 nm, tendo sido utilizado para a detecção de azul de metileno 1,0 mmol L-1 em tampão de corrida de barato de sódio 20 mmol L-1 (pH 9,2), com o detector posicionado a 40 mm do ponto de injeção e com injeção eletrocinética a 2,0 kV por 12 s com picos bem resolvidos em menos de 1 min.

Synthèse systématique des écrits : les instruments d’évaluation de la comorbidité psychiatrique présentée par les adolescent(e)s

Ce mémoire présente les résultats d’une synthèse systématique (SS) des écrits traitant des instruments d’évaluation multidimensionnelle des troubles concomitants qui peuvent être présentés par les adolescent(e)s. La SS a permis d’identifier 11 instruments en mesure d’évaluer les troubles comorbides de l’Axe I du DSM-IV, incluant chaque fois les troubles liés à l’utilisation de substances psychoactives (TUS). Une fois les instruments répertoriés, une seconde recherche fut effectuée afin identifier les études les ayant mis à l’épreuve du point de vue de leur validité et de leur fidélité diagnostique : 57 études furent identifiées. La robustesse méthodologique de ces études fut analysée à l’aide de la grille du QUADAS-2 et 47 études furent retenues pour l’échantillon final. Les résultats sont présentés par diagnostics (troubles liés à l’utilisation des substances (TUS) (obligatoire), trouble d’anxiété généralisée (TAG), épisode dépressif majeur (ÉDM), troubles des conduites (TC), trouble du déficit de l’attention /hyperactivité (TDA/H), état de stress post-traumatique (ÉSPT) et par instrument retenu. Suite à l’analyse des données recueillies, il s’avère difficile de comparer les instruments les uns aux autres, étant donnée la très grande diversité des échelles qu’ils contiennent, ainsi que les devis fort différents des études qui les ont mis à l’épreuve. Par contre, deux instruments se distinguent par la robustesse méthodologique des études à leur sujet, ainsi que leur excellente performance globale. Il s’agit du ChIPS et du K-SADS.

Modeling and analysis of a zipping elastomeric actuator

This thesis introduces and analyzes a dielectric elastomer actuator (DEA) working in zipping mode. Electrostatic zipping is a very familiar actuation principle used in silicon micro-electro-mechanical systems. With lower voltage supply, electrostatic zipping can provide great performance for forces and displacements of an elastic membrane. Applying this principle to dielectric elastomers, the softness of the material will provide better compliance compared to silicon materials. After the presentation of an analytical model, this thesis investigates how system geometry and elastomer pre-tensioning affect system response. Results highlight how a proper selection of system parameters makes it possible to improve system regulation and reduce operating voltage requirements. Potential applications of zipping DEAs are for microfluidic control and electro-forming.

Low-cost disposable ALT electrochemical microsensors for in-vitro hepatotoxic assessment

Liver-on-chip systems are widely seen as having the potential to replace animal testing for long-term liver toxicity assessments. However, such systems necessitate solutions, such as electrochemical microsensors, to provide information about the cells exposed to chemical compounds in a confined space. This study describes the development of microsensors for the detection of alanine-aminotransferase (ALT), an intracellular enzyme found in hepatocytes, for monitoring the viability of in-vitro hepatic cell cultures. The electrochemical sensors were developed by using screen printed electrodes functionalized by drop-casting. These technologies are intended to produce disposable and low-cost sensors that can easily be exchanged once their performance is degraded. The sensors are capable of measuring ALT in a microfluidic environment through the detection of changes in glutamate concentration. The microsensors were found to be stable for more than 60 days and were successfully tested using hepatocellular lysates to assess their capability to quantify ALT activity in a hepatic cell culture. These results open the way to their integration in liver bioreactors to assess hepatocellular toxicity in-vitro.

Synthèse systématique des écrits : les instruments d’évaluation de la comorbidité psychiatrique présentée par les adolescent(e)s.

Ce mémoire présente les résultats d’une synthèse systématique (SS) des écrits traitant des instruments d’évaluation multidimensionnelle des troubles concomitants qui peuvent être présentés par les adolescent(e)s. La SS a permis d’identifier 11 instruments en mesure d’évaluer les troubles comorbides de l’Axe I du DSM-IV, incluant chaque fois les troubles liés à l’utilisation de substances psychoactives (TUS). Une fois les instruments répertoriés, une seconde recherche fut effectuée afin identifier les études les ayant mis à l’épreuve du point de vue de leur validité et de leur fidélité diagnostique : 57 études furent identifiées. La robustesse méthodologique de ces études fut analysée à l’aide de la grille du QUADAS-2 et 47 études furent retenues pour l’échantillon final. Les résultats sont présentés par diagnostics (troubles liés à l’utilisation des substances (TUS) (obligatoire), trouble d’anxiété généralisée (TAG), épisode dépressif majeur (ÉDM), troubles des conduites (TC), trouble du déficit de l’attention /hyperactivité (TDA/H), état de stress post-traumatique (ÉSPT) et par instrument retenu. Suite à l’analyse des données recueillies, il s’avère difficile de comparer les instruments les uns aux autres, étant donnée la très grande diversité des échelles qu’ils contiennent, ainsi que les devis fort différents des études qui les ont mis à l’épreuve. Par contre, deux instruments se distinguent par la robustesse méthodologique des études à leur sujet, ainsi que leur excellente performance globale. Il s’agit du ChIPS et du K-SADS.

Quantitative composition and distribution of the silt fraction in surface sediments of the North-West African continental margin

Surface sediments from the continental slope and rise of North-West Africa between the Canary lslands and the Cape Verde Islands are mainly composed of silt-sized material (2-63 µm). A number of sampling profiles were run normal to the coast and the composition of the silt fraction was determined quantitatively by scanning electron microscope analysis. The carbonate portion of the sediment was found to be nearly exclusively of biogenic origin. The most important contributors are planktonic foraminifers and coccoliths with minor contributions derived from pteropods. Plankton-produced biogenic opal such as diatoms and radiolarians play a very minor role. The high production rates of opal-silica plankton which exists in the surface waters of the NW-African upwelling system does not give rise to corresponding increases of opal accumulation in the bottom sediment. Benthic producers consist mainly of foraminifers and molluscs but the entire input from benthic producers is extremely small. An exception to this occurs in the prodelta sediments of the Senegal river. Downslope particle transport is indicated by the occurrence of shallow-water coralline algae, ascidian sclerites and cliona boring chips and can be traced as far down as the continental rise. The non-carbonate silt fraction mostly consists of quartz which is derived as eolian dust from the Sahara desert by the Harmattan and the NE-Trade-wind system. The percentage of carbonate in the surface sediments directly indicates the relative proportions of autochthonous biogenic components and terrigenous allochthonous quartz particles.

The principles of beauty in colouring systematized /

Illustrations consist of color chips.