Study of the thermal resistance of alpha-phase aluminum oxide (alpha-Al2O3) films deposited on the paper substrate

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Experimental Study And Evaluation Of Paper-Based Inkjet Electrodes For ECG Signal Acquisition

Applications involving biosignals, such as Electrocardiography (ECG), are becoming more pervasive with the extension towards non-intrusive scenarios helping targeting ambulatory healthcare monitoring, emotion assessment, among many others. In this study we introduce a new type of silver/silver chloride (Ag/AgCl) electrodes based on a paper substrate and produced using an inkjet printing technique. This type of electrodes can increase the potential applications of biosignal acquisition technologies for everyday life use, given that there are several advantages, such as cost reduction and easier recycling, resultant from the approach explored in our work. We performed a comparison study to assess the quality of this new electrode type, in which ECG data was collected with three types of Ag/AgCl electrodes: i) gelled; ii) dry iii) paper-based inkjet printed. We also compared the performance of each electrode when acquired using a professional-grade gold standard device, and a low cost platform. Experimental results showed that data acquired using our proposed inkjet printed electrode is highly correlated with data obtained through conventional electrodes. Moreover, the electrodes are robust to high-end and low-end data acquisition devices. Copyright © 2014 SCITEPRESS - Science and Technology Publications. All rights reserved.

Towards printed carbon nanotube transistors on paper substrates

This thesis reports the work performed in the optimization of deposition parameters of Multi – Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) targeting the development of a Field Effect Transistors (FET) on paper substrates. The CNTs were dispersed in a water solution with sodium dodecyl sulphate (SDS) through ultrasonication, ultrasonic bath and a centrifugation to remove the supernatant and have a homogeneous solution. Several deposition tests were performed using different types of CNTs, dis-persants, papers substrates and deposition techniques, such as spray coating and inkjet printing. The characterization of CNTs was made by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Hall Effect. The most suitable CNT coatings able to be used as semiconductor in FETs were deposited by spray coat-ing on a paper substrate with hydrophilic nanoporous surface (FS2) at 100 ºC, 4 bar, 10 cm height, 5 second of deposition time and 90 seconds of drying between steps (4 layers of CNTs were deposited). Planar electrolyte gated FETs were produced with these layers using gold-nickel gate, source and drain electrodes. Despite the small current modulation (Ion/Ioff ratio of 1.8) one of these devices have p-type conduction with a field effect mobility of 1.07 cm2/V.s.

Market Opportunities for Paper Industry in Radio Frequency Identification

The paper industry has been experiencing remarkable structural changes since paper demand growth has ceased and some markets are declining. One reason behind the declined demand is the Internet, which has partially substituted the newspaper as a source of information. Paper products alone can no longer provide livelihood, and the paper industry has to find new business areas. In this research, we studied radio frequency identification (RFID), and the market opportunities it could provide for paper industry. The research combined a quantitative industry analysis and qualitative interviews. RFID is a growing industry in the beginning of its life cycle, in which value chains and technologies still evolve significantly. The industry is going to concentrate on the future, and in the long term RFID-identifiers will probably be printed on paper substrate or directly onto products. Paper industry has the chance to enter the RFID industry, but it has to obtain the required competences, for example through acquisitions. The business potential RFID offers to paper industry is inadequate, and while reviewing new strategic options, the paper industry must consider more options, for example the entire printed intelligence.

TEMPERATURE AND SUBSTRATE INFLUENCES ON SEED GERMINATION AND SEEDLING FORMATION IN Callisthene fasciculata Mart. (VOCHYSIACEAE) IN THE LABORATORY1

ABSTRACTCallisthene fasciculata Mart. is a tree belonging to the Vochysiaceae family. Its wood is moderately heavy and resistant and used to make poles, beams, and other structures. The aim of this work was to evaluate seed germination and the initial growth of seedlings of C. fasciculata at different temperatures and in different substrates. Seeds were collected from fruits in the Pantanal de Miranda, Mato Grosso do Sul state, Brazil. In one experiment, the seeds were subjected to constant temperatures of 20, 25, 30 and 35 °C and to alternating temperatures of 20-30 and 25-35 °C (on paper substrate). In another experiment, the seeds were subjected to temperatures of 20 and 25 °C on three substrates (sand, vermiculite and between paper) in a germinator. The experiment had a randomized design, with four replicates of 25 seeds per treatment. The F-values obtained for germination indicated no significant effect of substrate or temperature on the final germination percentage. The analyses revealed no effect of a treatment interaction (temperature x substrate) on either germination or average germination time; however, a treatment interaction effect was observed on the germination speed index. The treatment combinations yielding the best performance were between paper substrate at 20 °C and sand substrate at 25 °C. There was a significant effect of the interaction between temperature and substrate on seedling growth, with increased root growth observed in the between paper substrate at 25 °C and increased aerial component growth in both sand at 20 °C and vermiculite at 25 °C. The between paper treatment at 25 °C yielded the greatest final seedling size. Between paper is the most recommended substrate for the production of seedlings due to its ease of handling and lower probability of contamination.

Paper for printed electronics and functionality

Mass-produced paper electronics (large area organic printed electronics on paper-based substrates, “throw-away electronics”) has the potential to introduce the use of flexible electronic applications in everyday life. While paper manufacturing and printing have a long history, they were not developed with electronic applications in mind. Modifications to paper substrates and printing processes are required in order to obtain working electronic devices. This should be done while maintaining the high throughput of conventional printing techniques and the low cost and recyclability of paper. An understanding of the interactions between the functional materials, the printing process and the substrate are required for successful manufacturing of advanced devices on paper. Based on the understanding, a recyclable, multilayer-coated paper-based substrate that combines adequate barrier and printability properties for printed electronics and sensor applications was developed in this work. In this multilayer structure, a thin top-coating consisting of mineral pigments is coated on top of a dispersion-coated barrier layer. The top-coating provides well-controlled sorption properties through controlled thickness and porosity, thus enabling optimizing the printability of functional materials. The penetration of ink solvents and functional materials stops at the barrier layer, which not only improves the performance of the functional material but also eliminates potential fiber swelling and de-bonding that can occur when the solvents are allowed to penetrate into the base paper. The multi-layer coated paper under consideration in the current work consists of a pre-coating and a smoothing layer on which the barrier layer is deposited. Coated fine paper may also be used directly as basepaper, ensuring a smooth base for the barrier layer. The top layer is thin and smooth consisting of mineral pigments such as kaolin, precipitated calcium carbonate, silica or blends of these. All the materials in the coating structure have been chosen in order to maintain the recyclability and sustainability of the substrate. The substrate can be coated in steps, sequentially layer by layer, which requires detailed understanding and tuning of the wetting properties and topography of the barrier layer versus the surface tension of the top-coating. A cost competitive method for industrial scale production is the curtain coating technique allowing extremely thin top-coatings to be applied simultaneously with a closed and sealed barrier layer. The understanding of the interactions between functional materials formulated and applied on paper as inks, makes it possible to create a paper-based substrate that can be used to manufacture printed electronics-based devices and sensors on paper. The multitude of functional materials and their complex interactions make it challenging to draw general conclusions in this topic area. Inevitably, the results become partially specific to the device chosen and the materials needed in its manufacturing. Based on the results, it is clear that for inks based on dissolved or small size functional materials, a barrier layer is beneficial and ensures the functionality of the printed material in a device. The required active barrier life time depends on the solvents or analytes used and their volatility. High aspect ratio mineral pigments, which create tortuous pathways and physical barriers within the barrier layer limit the penetration of solvents used in functional inks. The surface pore volume and pore size can be optimized for a given printing process and ink through a choice of pigment type and coating layer thickness. However, when manufacturing multilayer functional devices, such as transistors, which consist of several printed layers, compromises have to be made. E.g., while a thick and porous top-coating is preferable for printing of source and drain electrodes with a silver particle ink, a thinner and less absorbing surface is required to form a functional semiconducting layer. With the multilayer coating structure concept developed in this work, it was possible to make the paper substrate suitable for printed functionality. The possibility of printing functional devices, such as transistors, sensors and pixels in a roll-to-roll process on paper is demonstrated which may enable introducing paper for use in disposable “onetime use” or “throwaway” electronics and sensors, such as lab-on-strip devices for various analyses, consumer packages equipped with product quality sensors or remote tracking devices.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

Thermal inkjet printing of polyaniline on paper

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

UHF RFID tag antenna for bottle labeling

In this paper we present a possible design for a passive RFID tag antenna on paper substrate to be integrated into bottle labels. Considering the application scenario, we verified and determined the permittivity and dissipation factor of the materials in order to simulate all the possible sources that would influence the antenna performance. The measured results reported a maximum reading range of 1.45 m even though the efficiency obtained with the antenna integrated into the bottle was only of 3%. © 2014 IEEE.

A new biomimetic sensor for detecting carnitine, a potential biomarker in ovarian cancer

1st ASPIC International Congress

Physical purity and germination of sugarcane seeds (caryopses) (Saccharum spp.)

Plant breeding is generally done through sexual reproduction even when the species is propagated asexually for commercial exploitation, as for example, in sugarcane. Therefore, the development of procedures to evaluate sugarcane seed viability is important for plant breeding programs. The objective of this research was to develop a methodology for analyzing the viability of sugarcane seeds (Saccharum spp.). Three crosses were used, two biparental crosses and one polycross. For the germination test study, two substrates (paper and sand) and three constant incubation temperatures (25 ºC, 30 ºC and 35 ºC), in the presence of constant light and also an alternating temperatures (20-30 ºC), with 8 hours light (30 ºC) and 16 hours darkness (20 ºC), were studied. Seedlings were evaluated every five days. The results demonstrated that temperature affected sugarcane seed germination with the most favorable conditions being the alternating temperature (20-30 ºC) and the constant temperature of 30 ºC on a paper substrate.

Manutenção da umidade do substrato durante o teste de germinação de Brachiaria brizantha

Para avaliar procedimentos para a manutenção da umidade do substrato durante o teste de germinação de Brachiaria brizantha. Estudou-se o efeito da posição das caixas plásticas na câmara de germinação sobre a perda de água semanal, testando-se nove posições verticais (bandejas) e três posições horizontais (porta, meio e fundo do germinador). Foi também avaliado o efeito de procedimentos para manter a umidade do substrato, sobre a germinação, a perda de água semanal e o tempo despendido para a instalação do teste. Os procedimentos testados foram: (a) vedação da caixa plástica com vaselina, (b) vedação com saco plástico dobrado em quatro e colocado entre a tampa e a caixa, (c) colocação da caixa tampada dentro de saco plástico, (d) espuma sob o papel de germinação e (e) testemunha, caixa apenas tampada. Concluiu-se que a câmara de germinação promove a desidratação desigual do substrato conforme a posição das caixas; aquelas localizadas na primeira bandeja superior são as mais prejudicadas. Entre os procedimentos, a vedação com vaselina, a colocação da caixa dentro de saco plástico e a vedação com saco plástico dobrado em quatro entre a tampa e a caixa são eficientes na manutenção da umidade do substrato em taxas que não alteram os resultados do teste de germinação de B. brizantha; os dois últimos procedimentos são os mais rápidos e práticos, adaptando-se à rotina de um laboratório de análise de sementes.

Temperatura e substrato para o teste de germinação de sementes de barbatimão ((Stryphnodendron adstringens (Mart.) Coville (Leguminosae))

As normas oficiais para análise de sementes não estabelecem critérios para a execução de testes de germinação da maioria das espécies florestais. Assim, o objetivo deste trabalho foi a determinação do substrato, da temperatura e da necessidade de superação da dormência das sementes para o teste de germinação de Stryphnodendron adstringens. Foram avaliados o tratamento de escarificação com ácido sulfúrico por 60 min, os substratos vermiculita, rolo de papel, areia e solo e as temperaturas constantes de 20, 25, 30 e 35 ºC e alternadas de 15-35 ºC e 20-30 ºC, utilizando-se a primeira contagem de germinação (7 dias) e a porcentagem de plântulas normais, anormais, sementes mortas e dormentes (42º dia após a semeadura) com quatro repetições de 50 sementes. As sementes de S. adstringens devem ser submetidas ao teste de germinação, após superação da dormência, em substrato papel e nas temperaturas constantes de 25, 30 ou 35 ºC ou alternadas de 20-30 ºC.