Development of a microfluidic paper-based device for the detection and quantification of aluminium in urine

: implications for Alzheimer's disease prevention and diagnosis

Resumo

Esta tese apresenta uma avaliação do desenvolvimento e aplicação de um microfluidic paper-based analytical device (µPAD) para a deteção quantitativa de alumínio na urina, com consideráveis implicações para a pesquisa e diagnóstico da doença de Alzheimer (DA). O estudo baseia-se na hipótese da implicação do alumínio na patogénese da DA, que indica uma relação causal potencial entre o acumular de alumínio nos tecidos neurais e o início dos processos neurodegenerativos. A metodologia de investigação inclui uma abordagem diversificada, começando com uma avaliação crítica da urina como uma matriz biológica não invasiva para a quantificação de alumínio. É realizada uma análise estruturada das abordagens analíticas atuais, incluindo espectrometria de absorção atómica (AAS) e espectrometria de emissão ótica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES), para estabelecer um modelo de desempenho analítico e identificar áreas para potenciais melhorias. O núcleo da pesquisa foca-se no design, fabricação e otimização de um novo µPAD. Este dispositivo utiliza os princípios da ação capilar e da deteção colorimétrica para executar uma quantificação rápida e sensível de alumínio. O desempenho do µPAD é rigorosamente avaliado através da comparação com métodos analíticos estabelecidos, com ênfase particular na sensibilidade, especificidade e reprodutibilidade em matrizes urinárias complexas. A chave da inovação deste trabalho centra-se na integração de um sistema de reagente cromogénico cuidadosamente selecionado dentro do substrato de papel, permitindo a quantificação visual e instrumental do alumínio. O estudo esclarece os mecanismos químicos essenciais à reação colorimétrica e explora estratégias para aumentar a intensidade e estabilidade do sinal. Análises estatísticas são empregues para confirmar o desempenho analítico do µPAD, incluindo o limite de deteção (LOD) de 0,12 mg/L, limite de quantificação (LOQ) de 0,40 mg/L, linear range e variabilidade inter- e intraensaio. A robustez do dispositivo é ainda avaliada através de estudos de recuperação e análise de amostras reais de urina de um grupo de dadores. Este dispositivo contribui para o diagnóstico da DA ao fornecer uma ferramenta económica, portátil e fácil de usar para a deteção de alumínio na urina. O µPAD desenvolvido mostra potencial tanto para aplicações clínicas quanto epidemiológicas, podendo facilitar a deteção precoce de níveis elevados de alumínio e a monitorização da progressão da DA. Além disso, este trabalho estabelece as bases para futuras investigações sobre a utilidade do alumínio na urina como biomarcador para a avaliação do risco da DA e monitorização terapêutica.

Data de atribuição	27 mar. 2025
Idioma original	English
Instituição de premiação	Universidade Católica Portuguesa
Supervisor	Raquel Mesquita (Supervisor) & António O. S. S. Rangel (Co-Orientador)