Sensores em POF baseados em intensidade para a avaliação da qualidade de águas

Nowadays there is the need for low-cost and user-friendly solutions for water quality assessment which can allow for remote, in-site and real-time monitoring of water contaminants. POF sensing technologies combined with specially developed sensitive layers for chemical detection may offer these possibilities, with proper interrogation systems. POF sensing platforms based on low-cost procedures were developed and characterized using aqueous solutions of different refractive indices (RI). The POF RI sensors were optimized by varying the length and/or roughness of the sensing region. The suitability of these sensing platforms for chemical detection was evaluated through the coating with sensitive layers, namely molecularly imprinted polymers (MIPs) using different deposition techniques. The dependency of proteins immobilization on the POF’s surface was evaluated aiming future developments in chemical detection using POF biosensors. A D-shaped POF chemical sensor was successfully developed using a sensitive MIP layer, allowing the detection of perfluorooctanoate (POFA/PFO-) in aqueous media with a limit of detection of 0.20 – 0.28 ppb. The collaboration of researchers from different areas was essential for the success of the developed work.Hoje em dia há uma necessidade de soluções simples e de baixo custo para a avaliação da qualidade de águas e que permitam a monitorização remota de contaminantes, no local e em tempo real. As tecnologias baseadas em POF podem oferecer essa possibilidade através de sistemas de interrogação óptica adequados, combinados com camadas sensíveis especialmente desenvolvidas para detecção química. As plataformas ópticas baseadas em POF foram desenvolvidas e caracterizadas com soluções aquosas com diferentes índices de refracção. Os sensores foram optimizados através da variação do comprimento e/ou rugosidade da região sensível. A capacidade de detecção química das plataformas ópticas desenvolvidas foi avaliada através do revestimento com camadas sensíveis, nomeadamente polímeros molecularmente impressos (PMI), utilizando diferentes técnicas de deposição. A dependência da imobilização de proteínas na superfície de POFs modificadas foi avaliada com o objectivo de desenvolver biossensores para detecção química. Um sensor POF para detecção química, em configuração D-shape, foi desenvolvido com sucesso através do revestimento com um PMI, permitindo a detecção de perfluorooctanoato (POFA/PFO-) em soluções aquosas com um limite de detecção entre 0.20 – 0.28 ppb. A colaboração com investigadores de diferentes áreas foi essencial para o sucesso do trabalho desenvolvido.Programa Doutoral em Engenharia Físic

Applications of Molecularly Imprinted Films

Molecularly imprinted polymers are materials that have voids that are complementary in shape, size, and electronic environment to a specific molecule used for preparation, known as the template. These voids are specific recognition sites that bind the templates preferentially and are used specifically for biomimetic sensors and for solid-phase extraction. Because the specific surface is very important during this process, the use of films and membranes is preferred. This book contains four articles dedicated to sensor application (three research articles and one review) and one research article dedicated to solid-phase extraction

Desenvolvimento de sensores óticos de pH para aplicação em aquacultura e integração em plataforma híbrida multi-parâmetro

Optical fiber sensors have shown a lot of potential for application in marine environments e regarding monitoring multiple parameters crucial to the growth and well-being of fish, of which pH is one of the most important. Regarding this work, two types of optical fiber sensors were produced: tapers made from a silica single mode fiber with a fiber Bragg grating, and D-shape plastic optical fibers. There were used two different types of D-shape plastic optical fibers: home-made, using a polishing machine, and reused, from old cortisol sensors. Polyaniline (PANI) was synthesized by oxidative polymerization of aniline that was carried out onto the fibers and the selected synthesis time, for which better results were obtained, was 20 minutes. The sensitivity and the sensors’ behavior are determined by the geometry modifications applied onto the fibers, which allow the access of the evanescent wave to the surrounding medium which, in combination with polyaniline, results in a transmission decrease of the spectra as pH increases. The sensors present a certain degree of reproducibility and repeatability with the tapers, the D-shapes home-made and reused having a sensitivity of –0.25 dB/pH, –500 counts/pH and –2500 counts/pH, respectively. However, this is only valid for the increasing order. Regarding the stabilization time, for extreme pH values, whether very acidic, totally protonated, or very basic, totally unprotonated, the stabilization time is shorter. On the other hand, for the transition values of pH, this time is longer, since the PANI is in a transition phase. There were also made cross-sensitivity tests related to ionic strength and temperature, where the sensors did not show a spectra variation in the range of interest. Additionally, the pH sensor was integrated in a hybrid platform with a sensor of nitrites and the optical response to the increment of nitrites in a PBS solution was observed, having only slight variations. The tapers are very useful due to their remote sensing and multiplexing, which is the reason they were spliced with a sensor of nitrites. However, these lack mechanical robustness and ease of fabrication. On the other hand, the opposite happens in the D-shapes. These are more robust and easier to manufacture, but the possibility of multiplexing or remote sensing is challenging or unknown. As a future work, it is intended that the pH sensors produced are applied directly on the aquaculture tanks in order to identify possible water interferences in the measurements and perform tests to optimize the hybrid structure.Os sensores em fibra ótica têm-se mostrado muito promissores para a aplicação em ambientes marinhos na monitorização de vários parâmetros cruciais ao bom crescimento e reprodução dos peixes, dos quais o pH é dos mais importantes no setor da aquacultura. No caso deste trabalho, dois tipos de sensores em fibra ótica foram produzidos: tapers feitos a partir de uma fibra de sílica monomodo com uma rede de Bragg e fibras óticas de plástico com uma D-shape. Em relação às fibras óticas de plástico D-shape, foram usados dois tipo diferentes: umas produzidas no laboratório, usando uma máquina de polir, e outras foram reutilizadas a partir de sensores antigos de cortisol. A polianilina (PANI) foi sintetizada por polimerização oxidativa da anilina na presença das fibras e o tempo de síntese escolhido, para o qual se obteve melhores resultados, foi 20 minutos. A sensibilidade e comportamento do sensor são determinados pelas modificações de geometria aplicadas nas fibras que permitem que a onda evanescente tenha acesso ao meio circundante e, em combinação com a polianilina, isto resulta numa diminuição da transmissão dos espetros à medida que o pH aumenta. Os sensores apresentam um certo grau de reprodutibilidade e repetibilidade, com os tapers, as fibras D-shape produzidas no laboratório e as reutilizadas com sensibilidade de –0.25 dB/pH, –500 contagens/pH e –2500 contagens/pH, respetivamente. Contudo, isto apenas é válido no sentido ascendente de pH. Relativamente ao tempo de estabilização, para os extremos das regiões de pH, quer seja muito ácido, totalmente protonado, ou muito básico, totalmente desprotonado, o tempo de estabilização é mais curto. Já para os valores de transição de pH este tempo é mais elevado, pois a PANI também está numa fase de transição. Foram ainda efetuados testes de sensibilidade cruzada no que diz respeito à força iónica e à temperatura, sendo que os sensores não mostraram uma alteração espetral na zona de interesse. Adicionalmente, integrou-se o sensor de pH numa plataforma híbrida com um sensor de nitritos e observou-se a resposta ótica ao adicionar nitritos a uma solução de PBS, o que resultou em variações pouco significativas. As fibras tapers são bastante úteis devido às suas capacidades de monitorização remota e multiplexagem, daí terem sido fundidos com um sensor de nitritos. No entanto, estes carecem de robustez mecânica e facilidade de fabrico. Por outro lado, nas fibras D-shape o oposto é observado. Estas são mais robustas mecanicamente e fáceis de fabricar, mas a possibilidade de multiplexar ou monitorizar remotamente é desconhecida ou mais complicada. Como trabalho futuro pretende-se que os sensores de pH produzidos sejam aplicados diretamente nos tanques de aquacultura a fim de identificar possíveis interferentes da água nas medidas e de realizar testes para otimizar a estrutura híbrida.Mestrado em Engenharia Físic

The 2nd International Electronic Conference on Applied Sciences

This book is focused on the works presented at the 2nd International Electronic Conference on Applied Sciences, organized by Applied Sciences from 15 to 31 October 2021 on the MDPI Sciforum platform. Two decades have passed since the start of the 21st century. The development of sciences and technologies is growing ever faster today than in the previous century. The field of science is expanding, and the structure of science is becoming ever richer. Because of this expansion and fine structure growth, researchers may lose themselves in the deep forest of the ever-increasing frontiers and sub-fields being created. This international conference on the Applied Sciences was started to help scientists conduct their own research into the growth of these frontiers by breaking down barriers and connecting the many sub-fields to cut through this vast forest. These functions will allow researchers to see these frontiers and their surrounding (or quite distant) fields and sub-fields, and give them the opportunity to incubate and develop their knowledge even further with the aid of this multi-dimensional network

Surface Plasmon Resonance for Biosensing

The rise of photonics technologies has driven an extremely fast evolution in biosensing applications. Such rapid progress has created a gap of understanding and insight capability in the general public about advanced sensing systems that have been made progressively available by these new technologies. Thus, there is currently a clear need for moving the meaning of some keywords, such as plasmonic, into the daily vocabulary of a general audience with a reasonable degree of education. The selection of the scientific works reported in this book is carefully balanced between reviews and research papers and has the purpose of presenting a set of applications and case studies sufficiently broad enough to enlighten the reader attention toward the great potential of plasmonic biosensing and the great impact that can be expected in the near future for supporting disease screening and stratification