Técnica avançada de detecção E-Eye guiada por TD-DFT para quantificação no local de Fe, Cr, F e As em amostras ambientais, biológicas e de alimentos

Resumo

Este trabalho discutiu o protocolo para projetar e desenvolver um dispositivo E-Eye-Enable POCT para detectar Fe, Cr, As e F em amostras ambientais, amostras biológicas e alimentos e bebidas. Quase 2000 amostras foram testadas e os resultados estão de acordo com a técnica padrão-ouro.

Resumo

Este artigo demonstra o protocolo passo a passo de projetar e desenvolver um kit de teste de ponto de atendimento multiplexado (POCT) habilitado para E-Eye. Usamos a teoria da função de densidade dependente do tempo (TD-DFT) para explorar o princípio básico de funcionamento dos sensores antes de entrar nos detalhes do hardware do dispositivo. A análise TD-DFT fornece o λ_max do elemento alvo, o que ajuda a encontrar a rota mais precisa para detectar o poluente nos analitos. A análise TD-DFT é realizada nos softwares Gaussian 09 e Gauss View 5.0. Um sensor óptico chamado olho eletrônico (E-Eye) foi desenvolvido com base no valor_{λ max} e no princípio Light Emitting Diode/Light Dependent Resistor (LED/LDR). O dispositivo E-Eye foi fabricado com um LED, um LDR colocado um em frente ao outro e outros hardwares, incluindo um display de cristal líquido (LCD) conectado a um microprocessador através de um divisor de tensão, atuando como um microprocessador central. Inicialmente, todas as amostras (ambientais, biológicas e alimentos e bebidas) foram pré-processadas para extrair todos os elementos-alvo na fase aquosa. A reação específica (fechadura e chave) foi realizada no reator especificado e as leituras observadas na unidade de exibição foram registradas. Um dispositivo multiplexado nativo também foi fabricado para detectar Fe, Cr, As e F simultaneamente. A eficácia dos sensores foi testada em mais de 2000 amostras e comparada com os métodos padrão-ouro. Uma boa precisão foi confirmada com a acurácia de 95,3%, 94,7% e 95,4% em relação às amostras ambientais, biológicas e de alimentos e bebidas. É importante notar que o desempenho do sensor de arsênio foi comparado com os resultados da Espectrometria de Absorção Atômica (AAS), e todos os outros resultados, ou seja, sensores para ferro, cromo e flúor, foram comparados com os resultados obtidos da análise UV-Vis.

Introdução

Os metais pesados desempenham um papel significativo na manutenção do ecossistema da Terra, que é essencial para os seres humanos¹. Pelo contrário, o crescimento industrial e o manuseio de recursos naturais na era recente levaram os metais pesados a se tornarem um contaminante para a cadeia alimentar e outras mercadorias essenciais dos seres vivos, o que é um sério alarme para a civilização moderna. É devido à sua bioacumulação em corpos vivos e não vivos e à natureza da não degradabilidade². Nesse sentido, o governo dos EUA avaliou continuamente o grau alimentício, incluindo alimentos para bebês, por um longo tempo para monitorar a qualidade dos alimentos. Ao todo, eles analisaram mais de 22 elementos e mais de 3200 amostras em todo o país³.

Em muitos casos, os níveis de metais pesados ultrapassaram o limite recomendado pela OMS e pela Food and Drug Administration dos EUA, e o Relatório de Estudo da Dieta Total (TDS), julho de 2022. Uma conclusão semelhante pode ser tirada sobre os corpos d'água e solos da Europa ^4,5. Além do solo e da água, a forte presença de metais pesados coloca em risco a vida ^6,7. É importante notar que a Índia é um país baseado em rios, e uma pesquisa recente mostra que mais de 43% dos rios têm um nível alarmante de muitos metais pesados e outros poluentes ^8,9. Neste programa⁸, foi aceito que os níveis de chumbo no sangue em mais de 27,5 milhões de crianças são superiores a 5 μg / dL, o que é considerado inseguro.

As discussões acima descrevem a necessidade de monitoramento contínuo de metais pesados e outros produtos químicos perigosos para o bem-estar da sociedade global. Existem várias técnicas de detecção e medição de concentração de metais pesados, como espectroscopia UV-Vis, AAS, Espectroscopia de Emissão Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-AES) e Espectrometria de Massa com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS), etc. (US Food and Drug Administration, Total Diet Study Report (TDS), julho de 2022)³. A necessidade de equipamentos de ponta e uma força de trabalho qualificada restringe esses métodos para detecção rápida e no local de metais pesados. A situação discutida no parágrafo acima exige um kit de detecção de metais pesados fácil de usar, rápido e preciso no local, que pode ajudar a monitorar a qualidade do solo, do ar e da água.

Houve muitas tentativas de desenvolver os kits de detecção no local acima mencionados^10,11 para metais pesados. Alguns deles 12,13,14,15 foram bem-sucedidos e alguns ¹³ não cumpriram os requisitos das recomendações da OMS. Alguns deles são sensores digitais, que exibem os valores digitais das concentrações dos analitos 16,17,18. O restante são sensores qualitativos, como sensores microfluídicos baseados em papel usados para o teste de gravidez, que podem marcar a presença e ausência dos poluentes alvo na amostra¹⁹. Existem vários kits de diferentes marcas, marcas e modelos disponíveis comercialmente no mercado, que podem ser implantados rotineiramente para testar a presença de metais pesados em água e outras amostras. Esses kits geralmente são classificados com base em indicadores-chave de desempenho, como faixa de detecção, custo por amostra, sensibilidade, confiabilidade operacional e habilidades técnicas necessárias. Por exemplo, para a detecção de cromo, a maioria dos kits comerciais oferece faixas de detecção de até 1 mg/L e alguns de até 10 mg/L (Chemetrics²⁰), mas seus limites de detecção (LODs) e contagens mínimas estão normalmente acima do limite recomendado pela Organização Mundial da Saúde (OMS) para água potável segura. Por exemplo, o kit HACH²¹ (5-100) e (50-1000) mg/L, embora cubra uma ampla faixa, demonstra baixa sensibilidade em baixas concentrações (contagem mínima ≥5 mg/L) e custa 125,95 por amostra, exigindo habilidades experimentais básicas e interpretação visual da mudança de cor. Os kits Hanna Hi3846²² e Himedia²³, embora mais acessíveis (51,00 e 375,00 por amostra, respectivamente), também exibem sensibilidade limitada, com a menor contagem do kit Hanna em 0,2 mg/L. Os kits Merck²⁴ e Chemetrics²⁰ empregam leituras digitais e abrangem faixas de detecção intermediárias a altas (2-10 mg/L). Ainda assim, seus custos por amostra são significativamente mais altos (até 823,20) e sua sensibilidade permanece abaixo do ideal para conformidade regulatória. O kit BARC²⁵, embora fácil de usar e adequado para categorização rápida de segurança da água em campo, também sofre de um limite de detecção relativamente alto (≥0,05 mg/L) e saída qualitativa, em vez de quantitativa.

Da mesma forma, para detecção de flúor, os kits disponíveis comercialmente, como os kits Aquasol AE210²⁶ (faixas de 0,1-2 mg/L e 120 mg/L) e Himedia²⁷ (0-2,5 mg/L) estão entre os mais acessíveis com 6 e 11,60 por amostra, respectivamente, mas dependem de colorimetria visual com limites de sensibilidade não especificados e tempo necessário para analisar a amostra. As opções intermediárias incluem os kits Merck Colourimetric²⁸ (faixa de detecção de 0 a 0,8 mg/L, 292,20 por amostra) e Photometric²⁹ (faixa de detecção de 0,1 a 2,5 mg/L, 456 por amostra), com o último oferecendo leituras digitais a custos mais altos. Sistemas pouco sofisticados como o Hanna Hi739³⁰ (faixa de detecção 20-20 mg/L, 362 por amostra) e o Prerana Laboratories³¹ (150 por amostra) demonstram compensações entre o tempo de detecção (≥1 minuto para Hanna versus 10-30 min para Prerana) e precisão analítica, embora ambos não tenham especificações explícitas de sensibilidade. Os kits existentes priorizam a acessibilidade com sensibilidade comprometida ou precisão aprimorada a custos elevados, com os limites de detecção comprometidos na faixa intermediária de até 20 mg/L.

Os kits de detecção de ferro disponíveis comercialmente exibem características de desempenho variadas, com compensações significativas entre sensibilidade, custo e complexidade operacional. O AE303³² oferece uma faixa de detecção de 0-2 mg/L a 14 por amostra, utilizando uma técnica colorimétrica visual. Da mesma forma, outro kit para detecção de ferro, o HI3834³³, cobre 0-5 mg / L (52 por amostra) com uma contagem mínima de 1 mg / L e um tempo de detecção de ≥ 4 min, exigindo a capacidade de realizar experimentos básicos. O Insa tech³⁴ atende à aplicação de detecção de alta concentração na faixa de 50-800 mg/L, embora seu alto custo e sensibilidade (≥50 mg/L) com um tempo de detecção de 75 min limitem sua aplicação para uso geral. O kit³⁵ da Prerana Laboratories (intervalo de detecção de 0-1 mg/L, 28 por amostra) melhora a deteção em baixas concentrações (sensibilidade de 0,1 mg/L), mas demora um tempo de análise de 30 min. As tiras de teste³⁶ da Hach (intervalo de detecção de 0-5 mg/L, custo não especificado) atingem uma contagem mínima de 0,15 mg/L, mas dependem da interpretação subjetiva das cores.

Os kits comerciais de detecção de arsênio demonstram variabilidade significativa no desempenho analítico, custo e complexidade operacional. O kit de campo BARC³⁷ (0-0,01 mg/L, 5-10 por amostra) emprega um reagente não tóxico e uma análise colorimétrica de 10 minutos, oferecendo acessibilidade rural, mas contando com comparação visual subjetiva. O AE408³⁸ (0-0,1 mg/L/0-3 mg/L, 77,40 por amostra) prioriza a portabilidade e a conformidade com a APHA, embora sua sensibilidade permaneça não especificada. Maior sensibilidade é alcançada pelo kit Lovibond³⁹ (0-0,5 mg/L, 500 por amostra, que detecta arsênico a 5 μg/L^, atendendo às diretrizes da OMS, por meio de um protocolo seguro e resistente a interferências de sulfeto. Sistemas premium como o kit Cole-Parmer ITS⁴⁰ (limite de detecção de 2 μg/L, 480 por amostra) e o Palintest Visual Kit⁴¹ (200 testes/£ 560, ~ 280 por amostra) oferecem maior precisão com verificação da EPA ou sistemas de filtro triplo, mas incorrem em custos elevados.

Os kits de detecção comercialmente disponíveis para cromo, flúor, ferro e arsênico exibem limitações críticas de sensibilidade, custo e confiabilidade operacional que dificultam sua utilidade em ambientes de campo. Para o cromo, kits comerciais como HACH (contagem mínima ≥5 mg/L) e Hanna Hi3846 (≥0,2 mg/L) operam acima do limite da OMS (0,05 mg/L), com custos variando de 51-823 por teste e dependência de interpretação visual propensa a erros. Da mesma forma, kits de flúor como AE210 (resolução de 0,1 mg/L) e Fotométrico (456 por amostra) priorizam acessibilidade ou precisão, mas carecem de detecção rápida e sub-compatível com a OMS. A detecção de ferro sofre de altas contagens mínimas (HI3834: 1 mg/L; tiras: 0,15 mg/L) e tempos de análise prolongados (Prerana: 30 min), enquanto kits de arsênico como BARC (10 μg/L LOD) e Lovibond (5 μg/L) enfrentam lacunas de confiabilidade abaixo de 70 μg/L e custos elevados (até 500/teste). O dispositivo multianalito proposto aborda essas lacunas por meio de avanços transformadores significativos na detecção ultrassensível, custo-benefício, facilidade de uso e análise rápida e no local. Ao unir a relação sensibilidade-custo e fornecer desempenho robusto em matrizes complexas, este dispositivo resolve lacunas e lacunas de longa data na literatura no monitoramento da qualidade da água implantável em campo, particularmente em regiões de poucos recursos, onde a acessibilidade, a precisão e a facilidade de uso são primordiais. Sua capacidade de detectar o grau de conformidade com a funcionalidade digital de ponto de atendimento representa uma mudança de paradigma na análise ambiental e de saúde, superando as limitações de soluções comerciais fragmentadas e específicas para analitos.

No cenário atual, a sociedade exige um sensor para transmitir a concentração real dos vários poluentes. Os kits de teste de trabalho e ponto de atendimento (POCT) existentes atendem a esse requisito. Portanto, há a necessidade de um kit POCT robusto com desempenho comparável ao de equipamentos de última geração como UV-Vis, AAS ou ICP-MS, etc., capaz de detectar vários poluentes. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método robusto e kits POCT para atender ao propósito. Aqui, um método e um kit POCT para detectar diferentes metais pesados em amostras ambientais, biológicas e de alimentos e bebidas foram desenvolvidos. A técnica de pré-processamento das amostras foi adotada e implementada usando o sensor óptico desenvolvido localmente para quantificar Fe, As, Cr e F. O sensor óptico foi desenvolvido com base no princípio de funcionamento do LED-LDR; é por isso que é chamado de kit POCT habilitado para E-Eyes. O dispositivo POCT multiplexado desenvolvido relatado neste trabalho demonstra forte aplicabilidade prática para monitoramento da qualidade da água no local, particularmente em ambientes com recursos limitados. Cada slot de detecção possui um analito específico usando reagentes seletivos e condições otimizadas. A detecção de Fe²⁺ opera efetivamente dentro da faixa de concentração de 0,01-5,0 mg/L, com um limite de detecção (LOD) de 0,017 mg/L. O canal de Cr, empregando química de carbazida de difenila, cobre uma faixa dinâmica de 10-500 μg/L e atinge um LOD de 10,78 μg/L. A detecção de flúor através do método de descoloração complexo Fe-SCN permite uma detecção confiável de 0,5-47,5 mg/L, com um LOD de 0,46 mg/L. Com base na reação de azul de molibdênio, a detecção de arsênio é eficaz em uma faixa de 5-100 μg/L com um LOD de 8 μg/L. Todas as reações são realizadas à temperatura ambiente (25 ± 2 °C) e todo o ensaio é concluído em menos de 5 minutos sem a necessidade de instrumentação sofisticada ou pessoal qualificado. Essas características afirmam a aplicabilidade do método e a conformidade com os padrões de qualidade da água da OMS. Antes de realizar a reação em laboratório, a teoria da função de densidade dependente do tempo (TD-DFT) foi adotada para estabelecer as reações químicas específicas (fechadura e chave) para cada analito. Esta análise TD-DFT também prevê o respectivo λ_max provável do reagente e o produto principal da reação, que é a espinha dorsal fundamental do sensor e garante a provável eficácia do sensor. Um protótipo foi desenvolvido para o kit POCT habilitado para E-Eyes, e o protótipo foi traduzido em um dispositivo. Todo o fluxo de trabalho foi mostrado na Figura 1. O dispositivo foi testado em mais de 2000 amostras e seu desempenho foi comparado com os resultados obtidos usando UV-Vis, ICP-MS e AAS. Em todos os casos, o desempenho do dispositivo é altamente satisfatório, com desvios mínimos e máximos de 1,25% e 6,25%, respectivamente.

Protocolo

1. Computação e validação do mecanismo de detecção da reação

1. Selecione a reação de chave e bloqueio com base no princípio químico básico do analito alvo.
2. Use o programa Gaussiano 09 para realizar todos os cálculos usando o método híbrido de Becke, 3 parâmetros, Lee-Yang-Parr (B3LYP) e o conjunto de bases¹⁴ do Laboratório Nacional de Los Alamos 2 Double ζ (LanL2DZ) para obter resultados mais precisos em computação eletrônica envolvendo o analito alvo. Aqui, o protocolo é discutido apenas para ferro (Fe), o que se aplica a todos os outros analitos.
3. Introduza a abordagem de campo de reação autoconsistente (SCRF) com o modelo de contínuo polarizável (PCM) para explicar o efeito do solvente. A água é considerada um solvente neste protocolo.
4. Otimize a geometria molecular usando a função geom=connectivity. Ajuda a reter informações explícitas de ligação no processo de otimização.
5. Calcule a energia do estado fundamental necessária para calcular a estrutura otimizada da molécula, usando as etapas mencionadas em 1.2 e 1.3.
6. Obtenha a transição eletrônica do estado excitado pelo método Time-Dependent Self-Consistent Field (TD-SCF) (ns=60)¹⁴. Use o mesmo método para obter os espectros de absorção UV.
7. Otimize a geometria da molécula por meio de cálculos DFT no estado fundamental usando o conjunto de bases funcional B3LYP e LanL2DZ.
8. Obtenha a estrutura otimizada de 1,10-fenantrolina e Fe²⁺ , conforme mostrado na Figura 2A, B.
9. Da mesma forma, simule a estrutura molecular do hexafluoroferrato (FeF₆), que possui uma estrutura octaédrica com Fe³⁺ como átomo central cercado por 6 átomos de F^- , conforme apresentado na Figura 2C.
   NOTA: A reação, ou seja, formação de ferroína, é específica para Fe²⁺. É por isso que, inicialmente, Fe³⁺ deve ser reduzido para Fe²⁺ de acordo com a reação abaixo.
   
   O Fe²⁺ reage rapidamente com 1,10-fenantrolina e forma ferroína, um complexo de cor laranja visível a olho nu (veja a reação abaixo). Essa reação é o coração do sensor, conforme mostrado na Figura 2.

2. Desenvolvimento de um sensor químico colorimétrico

1. Adquira os produtos químicos de grau analítico necessários para a reação acima.
2. Transfira volumes iguais de citrato trissódico di-hidratado, ácido ascórbico e 1,10-fenantrolina para um tubo de cultura de vidro transparente.
   1. No experimento, 1 mL de cada reagente foi levado para um tubo de cultura de vidro transparente de 5 mL. Depois de adicionar 1 mL de cada reagente (1 mL de ácido ascórbico, 1 mL de citrato trissódico e 1 mL de fenantrolina), adicione 2 mL de estoque. Se 5 mg/L de estoque foram adicionados, a concentração final é de 2 mg/L (C1V1 = C2V2) e o volume final é de 5 mL.
3. Otimize a proporção dos reagentes para atingir o pH do meio de reação usando ácido ascórbico, que também atua como agente de mascaramento. Optimizar os reagentes de modo a atingir um pH de 2 na absorvância máxima a um comprimento de onda de 510 nm.
4. Use um agente de mascaramento para eliminar a interferência do cobre, pois a 1,10-fenantrolina também forma um complexo de cor amarela com o cobre em um ambiente alcalino.
   NOTA: O cobre pode interferir na reação, pois a 1,10-fenantrolina também forma um complexo de cor amarela com o cobre em um ambiente alcalino. Portanto, manter o pH do meio é muito crucial. O ácido ascórbico serve ao propósito. No entanto, o pH pode mudar com o tempo, e o nitrogênio da 1,10-fenantrolina pode ser protonado nesse pH baixo. Para superar essas dificuldades, utiliza-se tampão citrato trissódico, que ajuda a manter o pH e a prevenir a protonação da 1,10-fenantrolina.
5. Preparar as soluções de Fe²⁺ com diferentes concentrações que variam de 0,05 mg/L a 4,0 mg/L de FeSO_{4,7H 2}O.
6. Adicione 1 mL desta solução à mistura de reação representada na Figura 3A, que dá a ferroína de cor laranja como um indicador do Fe²⁺ (Figura 3B).
   NOTA: Aqui, adicionar a solução estoque à mistura de reagentes é o ponto de verificação visual, que produz a cor laranja. Atenção especial deve ser dada aos agentes redutores, pois a 1,10-fenantrolina é seletiva ao Fe²⁺ e não forma um complexo com o Fe³⁺.
7. Colete as amostras brutas e filtre usando um papel de filtro Whatman de tamanho poroso, papel de filtro de 20-25 μm. Fazer a diluição pós-filtração, se necessário¹⁴.
   1. Colete amostras de água diretamente das fontes ambientais (por exemplo, rio Brahmaputra) em garrafas de polietileno de alta densidade pré-limpas e lavadas com ácido. Tampe os frascos imediatamente e filtre (dentro de 2 h) usando um papel de filtro Whatman de tamanho de poro de 20-25 μm. Realize um pré-tratamento para remover os sedimentos e a cor das amostras que não sejam água DI enriquecida (principalmente amostras ambientais; consulte o Arquivo Suplementar 1).
8. Meça a quantidade de ferro nas amostras usando espectroscopia UV-Vis em uma faixa de comprimento de onda de 250-750 nm, que é considerada a técnica padrão-ouro na presente medição.
   1. Coloque as amostras em cubetas de quartzo com um comprimento de caminho de 1 cm. Efectuar as medições de absorvância a comprimentos de onda específicos correspondentes ao pico de absorvância de cada analito em triplicado. Execute a correção da linha de base usando um branco contendo a mesma água. Realize todas as medições à temperatura ambiente em condições laboratoriais padrão (velocidade de varredura: média, tipo de medição: absorbância, largura da fenda: 5,0 L, detectores: diretos) para garantir a consistência e confiabilidade dos resultados.
      NOTA: As cubetas Quratz usadas para espectroscopia UV-vis devem ser opticamente iguais e claras para garantir medições precisas de absorbância. Qualquer mancha, resíduo ou arranhão visível pode introduzir erros significativos e justificar a substituição imediata.
9. Crave as amostras com Fe²⁺ em diferentes concentrações variando de 0,05 a 4 mg/L, se Fe²⁺ não for encontrado na etapa 2.8. Reduza o Fe³⁺ usando ácido ascórbico antes da etapa 2.8 para estimar o ferro total nas amostras.
   NOTA: Todas as reações ocorrem à temperatura ambiente. O complexo de ferroína é formado instantaneamente após a adição de Fe²⁺. Portanto, o sensor funciona bem à temperatura ambiente e seu tempo de resposta é muito curto, em poucos segundos.

3. Projeto e fabricação do protótipo do kit E-Eye-Enable POCT

1. Adquira LDR, um LED branco, um LCD, um microcontrolador de microprocessador e resistores.
2. Organize um LED e um LDR opostos um ao outro em uma caixa impressa em 3D. A caixa contém uma cubeta na qual a ferroína é formada através da reação da fechadura e da chave, conforme indicado na Figura 4A.
   NOTA: O LED usado aqui emite luz branca; seu diâmetro é de cerca de 5 mm e sua tensão reversa é de 5 V. O LDR usado no protótipo tem uma capacidade de detecção de 5 Ω a 10 kΩ. Além disso, este LDR detecta efetivamente o comprimento de onda que varia de 400 a 700 nm emitido pelo LED usado aqui.
3. Complete o circuito com os componentes de hardware eletrônico necessários: resistores (3.3 kΩ), fios de conexão e uma unidade LCD (SKU: 11497).
4. Faça a interface de todos os componentes acima com um microprocessador através de um circuito divisor de tensão retratado na Figura 4B. Execute a programação usando o Arduino IDE v1.8.19. Leia o sinal analógico baseado em LED-LDR de cada canal usando pinos analógicos (A0-A3).
   NOTA: O microprocessador atua como a unidade central de processamento do circuito. O sistema optoeletrônico de aquisição de dados foi construído usando um microcontrolador Arduino Uno (Rev3).
5. Abriga os filtros eletrônicos avançados e sofisticados (resistência de 10 kΩ, capacitância de 1 μF) para melhorar a eficiência do sensor, suprimindo o ruído e aumentando o vigor instrumental do dispositivo.
6. Imprima a placa de circuito impresso (PCB) se o design estiver completo.
7. Forneça energia ao circuito ligando o interruptor eletrônico e registrando a resposta do sensor em termos de resistência.
   1. Depois de ligar o interruptor, o LED emite luz, que passa pela câmara de reação. O LDR detecta a intensidade da luz transmitida e dá uma resistência. Correlacione essa resistência com a concentração de Fe²⁺ presente na amostra. Essa correlação das amostras conhecidas fornece uma calibração para o gráfico. Incorpore a equação obtida a partir deste gráfico de calibração dentro do algoritmo derivado.
8. Todo o diagrama de circuito é representado na Figura 4C. Imprima o dispositivo depois de concluir todas as etapas mencionadas acima nesta seção. A imagem real do dispositivo fabricado é mostrada na Figura 4D.
   NOTA: A impressão da placa de circuito melhora a confiabilidade e garante uma integração robusta dos componentes eletrônicos de hardware.

4. Desenvolvimento de um dispositivo multiplexado

NOTA: Vários canais são necessários para detectar vários analitos em uma única tomada. Para isso, quatro canais são instalados e integrados ao protótipo.

1. Crie quatro slots na caixa 3D para manter as quatro cubetas em suas respectivas posições. Isole cada slot de detecção óptica e eletronicamente para minimizar a interferência, fisicamente por barreiras opacas entre os canais e eletronicamente usando pares LED-LDR separados e divisores de tensão individuais para evitar a sobreposição de sinal.
   1. Atribua um slot a um analito específico; Não troque os slots. O slot atribuído a um analito específico deve conter a cubeta que possui apenas reagentes específicos para esse analito.
2. Repita os protocolos mencionados nas etapas 3.3 a 3.7. Todos os quatro pares de LED-LDR são conectados em paralelo à placa de circuito. Um diagrama de circuito representativo e uma imagem do protótipo para seis desses slots (6 slots) são mostrados na Figura 5.
3. Ligue o interruptor para fornecer energia ao circuito. Todos os LEDs acendem; consequentemente, os LDRs detectam todos os quatro analitos simultaneamente.
   NOTA: Funciona com o mesmo princípio discutido na nota na etapa 3.7. É essencial observar a resistência em branco; Qualquer alteração sujeita a fatores externos justifica a recalibração. O dispositivo foi fabricado para espectroscopia UV-vis. No entanto, a fonte óptica (LED) utilizada neste trabalho engloba um comprimento de onda de 400-750 nm. Portanto, qualquer absorção complexa de UV ou infravermelho próximo pode não fornecer resultados precisos. O dispositivo pode operar apenas em sua faixa linear. Portanto, qualquer analito contaminado em excesso ou abaixo dessa faixa não pode fornecer uma saída confiável.

Resultados

Este manuscrito discute o protocolo para projetar e desenvolver um kit POCT multiplexado óptico, que detecta Fe, Cr, As e F em várias amostras. A Figura 1 mostra os algoritmos de todo o procedimento. O sensor químico colorimétrico é desenvolvido com base nos resultados da simulação TD-DFT. Este sensor químico é integrado a um sensor óptico desenvolvido localmente. O dispositivo final é um sensor digital POCT habilitado para E-Eye. A otimização numérica do se...

Discussão

A validação do kit POCT habilitado para E-Eye em relação ao padrão-ouro (UV-vis) é mostrada na Figura 5. Para isso, amostras enriquecidas de Fe²⁺ foram preparadas. Sua concentração foi medida em triplicata com o kit E-Eye POCT desenvolvido e o espectrofotômetro UV-vis, e o valor médio foi relatado. Ambas as leituras foram comparadas, e observou-se que o aparelho está de acordo com o padrão-ouro. Os resultados provam que o kit E-Eye-Enable POCT des...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
1,10-fenantrina monohidratada (C12H8N2. H2O)	5144-89-8	Sigma Aldrich, Índia
1,5-difenilcarbazida (C13H14N4O)	140-22-7	Sigma Aldrich, Índia
Acetona (C3H6O)	67-64-1	Sigma Aldrich, Índia
Molibdato de amônio tetrahidratado ((NH?)? Mo? O?? & middot; 4H? O)	12054-85-2	Sigma Aldrich, Índia
Placa de desenvolvimento Arduino UNO	SKU  A000066	Robu.in
Ácido ascórbico (C6H8O6)	50-81-7	Himédia, Índia
Breadboard	SKU: 24441	Robu.in
Cloreto férrico (FeCL3)	7705-08-0	Himédia, Índia
Sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4.7H2O)	7782-63-0	Himédia, Índia
Ácido clorídrico (HCl)	7647-01-0	Finar, Índia
Peróxido de hidrogênio (H2O2)	7722-84-1	Finar, Índia
Fios de ponta	SKU: 44281	Robu.in
Diodo emissor de luz (LED)	SKU: R110553	Robu.in
Resistor dependente da luz (LDR)	SKU: 1496181	Robu.in
Display de cristal líquido (LCD)	SKU: 11497	Robu.in
Água Milli-Q (18,2  MΩ)
Multímetro	SKU: 1720374	Robu.in
Ácido nítrico (HNO3)	7697-37-2	Finar, Índia
Soro Tamponador de Fosfato (PBS)	SKU:  M1866	Himédia, Índia
Dicromato de potássio (K2Cr2O7)	7778-50-9	Himédia, Índia
Potenciômetro	SKU: 790452	Robu.in
Resistores	SKU: R225238	Robu.in
Arsenato de sódio heptahidratado (Na2HAsO4· 7H2O)	10048-95-0	Himédia, Índia
Fosfato de dihidrogênio de sódio (NaH2PO4)	13472-35-0	Himédia, Índia
Fluoreto de sódio (NaF)	7681-49-4	Himédia, Índia
Tiocianato de sódio (NaSCN)	540-72-7	Himédia, Índia
Ácido sulfúrico (H2SO4)	7664-93-9	Finar, Índia
Diidrato de citrato de trissódio (Na3C6H5O7.2H2O)	03-04-6132	Himédia, Índia