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Faculdade de Ciências e Tecnologia

Biossensores

Código

5324

Unidade Orgânica

Faculdade de Ciências e Tecnologia

Departamento

Departamento de Ciências dos Materiais

Créditos

6.0

Professor responsável

Hugo Manuel Brito Águas

Horas semanais

5

Total de horas

104

Língua de ensino

Português

Objectivos

 Os objectivos genéricos da disciplina são o de dar a conhecer aos alunos uma visão genérica dos conceitos subjacentes à concepção e produção de biossensores (sensores analíticos baseados na conjugação entre componentes biológicos e transdutores físico-químicos), bem como as suas variações tecnológicas, as principais aplicações e os actuais e futuros desafios. São objectivos específicos da cadeira introduzir os alunos ás novas tecnologias sensoriais no âmbito da biotecnologia nomeadamente no que concerne à sua miniaturização.

Os alunos no final da cadeira devem ser capazes de:

1. Entender as variáveis físicas, químicas e biológicas capazes de ser monitorizadas num processo biológico.

2. Identificar quais os sistemas de transdução à sua disposição.

3. Dominar os processos de miniaturização mais relevantes no âmbito da micro e nanofabricação.

4. De propor um sistema sensorial capaz de detectar um agente biológico por meio de meios físico-químicos e biológicos envolvendo a micro e nanotecnologia.

Pré-requisitos


Formação básica em química e física.

Alunos com a formação adquirida nos primeiros anos dos cursos em Materiais, Nanotecnologia, Fisica, Química, Bioquímica, Biotecnologia, Biomédica e áreas afins.

Conteúdo

Introdução aos Biossensores. Bioreceptores e Bioafinidade. Princípios e sistemas de transdução. Propriedades físicas em meios biológicos. Temperatura, pressão, força, deslocamento.

Immobilização de biomoléculas: adsorção, covalente. Funcionalização de superfícies e de biomoléculas. Ligação Biotina-Avidina. Self Assembled Monolayers. Langmuir-Blodgett. Microcontact printing. Suportes de imobilização: membranas, sílicas, metais, eléctrodos de carbono, polímeros, sol-gel. Imunoensaios. e Imunossensores. ELISA, imobilização em superfície. Desenvolvimento de um imunossensor para detectar IgG. Sensores enzimáticos. Sensores baseados em microorganismos.

Materiais para a sistemas de biodetecção: Filmes finos; Filmes poliméricos; Nanopartículas; “Smart hydrogels”; Membranas com canais iónicos; Materiais porosos e fotónicos; Quantum dots; Nanofios; Nanotubos de Carbono 

Tecnologias para a sistemas de biodetecção: Fotolitografia; Nanolitografia; Deposição de filmes finos; Gravação de materiais; MEMS (Microelectromechanical systems); Imobilização por Espectroscopia Electroquímica de Varrimento (SECM); Electroquímica; Microfluidica; Nano-bio-litografia; Manipulação e detecção de nanopartículas magnéticas; Instrumentação e processamento de dados. 

Biosensores químicos e bioquímicos: Térmicos (Termistores, Termopares, Termopilhas, Díodos); Calorimétricos; Transístores de efeito de campo (FET, ISFET); Ópticos (Espectroscopia de absorção óptica, Técnicas de Fluorescência, Espectroscopia Raman, “Surface plasmon Ressonance”, Elipsometria Espectroscópica, Polarização, Interferometria, Redes de difracção, Holográficos, Reflecção Interna Total e Onda Evanescente, Guias de onda, Electroactivos,         Fibras Ópticas); Acústicos (  Onda Love, “Magnetic Acoustic Resonator Sensor” (MARS)); Magnéticos; Potenciométricos; Amperimétricos; Condutimétricos; Impedimétricos; Sistemas Micro Electro Químicos; Mecânicos (Microcantilever); Sistemas Micro e Nano Electro Mecânicos; Nariz Electrónico 

Aplicações de biossensores: Análises clínicas; Doenças infecciosas; Doenças neurológicas; Industria Farmacêutica; Monitorização de Diabetes; Doenças tropicais; Imunocromatografia; Monitorização ambiental; Controlo de qualidade alimentar; Exploração do espaço

Bibliografia

Handbook of Biosensors and Biochips, 2 Volume Set, Robert S. Marks (Editor), Christopher R. Lowe (Editor), David C. Cullen (Editor), Howard H. Weetall (Editor), Isao Karube (Editor), (2008) Wiley

Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Jacob Fraden, 3rd ed, (2004) Springer

Sensor Technology Handbook, Jon S. Wilson (Editor), (2005) Elsevier

Biosensors (Practical Approach S.) Jon Cooper, Tony Cass, 2nd Ed. (2004) Oxford University Press

John L. Vossen, Werner Kern, Thin Film Process II, Academic Press, 1991.

Cantilever transducers as a platform for chemical and biological sensors; Review of Scientific Instruments, Vol 75, nº 7, (2004)

BioMEMS: state-of-the-art in detection, opportunities and prospects; Rashid Bashir; Advanced Drug Delivery Reviews 56 (2004) 1565– 1586; (online na sciencedirect)

Microfabrication Techniques for Chemical/ Biosensors ; Proceedings of the IEEE, Vol. 91, nº 6, (2003)

Método de ensino

A UC será leccionada em 14  aulas teórico-práticas de 2 horas complementadas por 14 aula práticas de 3 horas.

As 14 aulas teórico-práticas serão dadas recorrendo a projecção de diapositivos, mas usando também o quadro para esquemas complementares para esclarecimento de dúvidas pontuais colocadas pelos alunos. Estas serão complementadas por formação do tipo tutorial preferencialmente usando as vias disponibilizadas pela escola: o CLIP e o MOODLE.

As aulas práticas têm um vertente essencialmente laboratorial demonstrativa de conceitos, processos e dispositivos. 

Método de avaliação

Os alunos podem aprovar à disciplina, por testes ou exame final. Nota minima 9.5 valores. (60%)

Os restantes 40 % correspondem à avaliação de um trabalho escrito com apresentação oral sobre um estudo do desenvolvimento de um biossensor. O trabalho é efectuado por grupos de 4 ou 5 elementos e será avaliada de modo individual a apresentação e a discussão do trabalho

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