Fonte de alimentação para eletroforese: Ensaio Cometa

Fonte de alimentação para eletroforese: Ensaio Cometa

(Parte 1 de 4)

Trabalho Academico apresentado a Unidade Curricular de Oficina de Integracao I do Curso de Engenharia de Computacao da Universidade Tecnologica Federal do Parana como requisito parcial para aprovacao.

Orientador: Fernando C. Castaldo, Dr. Co-orientadora:Lucia Regina Rocha Martins, Dra.

Agradecemos as professoras Lucia e Wanessa do DAQBI, pelo apoio no projeto, cedendonos espaco no laboratorio de quımica e pelo preparo dos materias utilizados nos testes realizados. Agradecemos tambem ao professor Fernando Castaldo, nosso orientador, que soube nos esclarecer, com clara boa vontade, algumas duvidas que vieram a surgir durante o projeto.

ANTUNES, Francisco O. C. S.; FUJIYOSHI, Guilherme dos S.; CORDEIRO, Andre C.. Fonte de Alimentacao para Eletroforese: Ensaio Cometa.. 3 f. Trabalho Academico – Curso de Engenharia de Computacao, Universidade Tecnologica Federal do Parana. Curitiba, 2011.

Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma fonte de alimentacao com corrente ajustavel e controlada para a realizacao de um procedimento eletroquımico denominado eletroforese. Baseia-se na analise do processo da eletroforese e no estudo de fontes de alimentacao e de seus circuitos eletricos, visando assim adquirir conhecimento suficiente para entender o modo como funcionam e poder, com isso, desenvolver uma fonte de alimentacao com as especificacoes necessarias para a realizacao da eletroforese em gel, ou Ensaio Cometa. Nosso grupo pretendeu, com este trabalho, desenvolver uma fonte de alimentacao cujo custo-benefıcio fosse viavel se comparado ao alto custo das ja existentes no mercado.

Palavras-chave: Fonte de Alimentacao. Corrente ajustavel. Ensaio Cometa.

ANTUNES, Francisco O. C. S.; FUJIYOSHI, Guilherme dos S.; CORDEIRO, Andre C.. Power Suppply for Electrophoresis: Comet Assay. 3 f. Trabalho Academico – Curso de Engenharia de Computacao, Universidade Tecnologica Federal do Parana. Curitiba, 2011.

This work consists in the development of a power supply with adjustable and controlled current for the realization of a electrochemistry procedure called electrophoresis. Its based on analyzing the electrophoresis’ process and the study of power supplies and their electrical circuits, and, with that, to acquire enough acknowledgement to understand how a power supply works and how to construct one with the required specifications to perform the gel elctrophoresis, or Comet Assay. Our group intended, with this work, to develop a power supply whose cost-benefit would be viable in comparison with the high cost of those available on the market.

Keywords: Power supply. Ajustable current. Comet Assay.

–FIGURA 1 TRANSFOMAC AO DE TENS AO14
–FIGURA 2 DIODO IDEAL15
–FIGURA 3 JUNC AO DO DIODO15
–FIGURA 4 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA16
–FIGURA 5 POLARIZAC AO DO DIODO ZENER17
–FIGURA 6 REGI AO DE RUPTURA17
–FIGURA 7 FILTRO CAPACITIVO18
–FIGURA 8 TRANSISTOR NPN19
–FIGURA 9 TRANSISTOR PNP19
–FIGURA 10 AMPOP B ASICO20
–FIGURA 1 AMPOP EM MALHA ABERTA21
–FIGURA 12 AMPOP REALIMENTADO NEGATIVAMENTE21
–FIGURA 13 DIAGRAMA EM BLOCOS23
–FIGURA 14 MONTAGEM DO TRANSISTOR NO DISSIPADOR24
–FIGURA 15 TRANSISTOR FIXADO NO DISSIAPDOR24
–FIGURA 16 ENCAPSULAMENTO TIPO T022025
–FIGURA 17 ESQUEM ATICO32

DNA Acido Desoxirribonucleico DAQBI Departamento Academico de Quımica e Biologia UTFPR Universidade Tecnologica Federal do Parana SBG Sociedade Brasileira de Genetica USP Universidade de Sao Paulo UFL Universidade Federal de Lavras DDP Diferenca de Potencial AmpOp Amplificador Operacional ac alternating current ou corrente alternada dc direct current ou corrente contınua FET Transistor de Efeito de Campo TBJ Transistor Bipolar de Juncao JEB Juncao Emissor-Base JCB Juncao Coletor-Base datasheet Folha de dados do componente

1 INTRODUC AO7
1.1 OBJETIVOS7
1.2 MOTIVAC AO8
1.3 METODOLOGIA8
2 REVIS AO BIBLIOGR AFICA10
3 FUNDAMENTAC AO TE ORICA1
3.1 ELETROFORESE1
3.1.1 Eletroforese em gel e sua aplicacao no Ensaio cometa1
3.1.2 Procedimentos12
3.2 FONTES DE ALIMENTAC AO13
3.2.1 Transformador13
3.2.2 Diodo14
Ponte Retificadora15
Diodo Zener16
3.2.3 Capacitor17
3.2.4 Transistor18
3.2.5 Amplificador Operacional20
4 PROJETO23
4.1 DIAGRAMA EM BLOCOS23
4.2 MONTAGEM23
4.2.1 Hardware23
4.2.2 Componentes25
4.3 FUNCIONAMENTO26
4.3.1 Transformacao, retificacao e filtragem26
4.3.2 Ganho de corrente26
4.3.3 Ajuste e Controle26
4.3.4 Dissipacao de potencia26
4.3.5 Demais func oes27
4.4 LEVANTAMENTO DE CUSTOS28
4.5 PROJETOS FUTUROS28
5 CONCLUS OES29
REFER ENCIAS31
ANEXO A -- ESQUEM ATICO DA FONTE - PARTE 132

Um processo de estudo da Genetica muito utilizado na graduacao e pos-graduacao e o chamado Ensaio Cometa ou Eletroforese em gel. Esse processo e muito utilizado como uma metodologia de ensino-aprendizagem no campo de acidos nucleicos, pois a abstracao do conceito de DNA e sua visualizacao se torna muito difıcil somente com aspectos teoricos. Essa complementacao visual faz com que a teoria sobre DNA seja melhor compreendida (MARTINEZ; PAIVA, 2008).

Em estudos mais avancados, o objetivo pode ser quantificar a degradacao do material genetico de celulas individualizadas apos o ensaio. Com isso abre-se um um campo de estudos muito amplo a partir dos resultados obtidos no processo. Para se viabilizar a pratica do Ensaio Cometa, e necessario submeter as celulas a uma diferenca de potencial. Portanto, uma fonte de alimentacao se torna imprescindıvel (SILVA, 2007).

O modo como as grandezas fısicas, tensao e corrente eletrica, geradas pela fonte, sao utilizadas pode variar muito, dependendo dos resultados a que se quer chegar. Em nosso trabalho nos concentramos em desenvolver uma fonte de corrente ajustavel e controlada, podendo a tensao na carga chegar a 50Vcc.

1.1 OBJETIVOS

Com esse trabalho, buscamos desenvolver uma fonte de alimentacao que nao possua um custo tao elevado quanto o das fontes de alimentacao para eletroforese disponıveis no mercado, que custam algo em torno de R$3.0,0. O projeto sera focado no desenvolvimento de uma fonte de alimentacao com corrente ajustavel e controlada e a diferenca de potencial podendo variar em ate 50Vcc, sendo o ajuste feito de forma analogica, possibilitando, deste modo, que seja possıvel a realizacao do Ensaio Cometa.

8 1.2 MOTIVAC AO

A motivacao para a escolha desse projeto e de poder contribuir com o estudo feito pelo Departamento Academico de Quımica e Biologia, DAQBI, da UTFPR na area de Genetica. Como a Universidade nao possui uma fonte para Eletroforese, o Ensaio acaba sendo inviabilizado. Os resultados obtidos podem retratar efeitos genotoxicos de amostras ou condicoes ambientais alteradas, e isso pode interferir diretamente no desenvolvimento de organismos, mostrando, portanto, a importancia de tal estudo. Alem disso, a habilidade adquirida na analise e montagem de circuitos eletricos e de grande valia para disciplinas posteriores e mais ainda para a vida pratica. Com essa integracao entre diversas areas do conhecimento conseguimos, tambem, atingir um dos objetivos da disciplina.

1.3 METODOLOGIA

Para alcancar os objetivos pretendidos, nossa equipe adotou os seguintes passos a saber:

• Revisao da literatura: comecou logo apos a escolha do tema e perdurou durante boa parte do trabalho. No inıcio precisavamos adquirir um conhecimento basico sobre eletroforese e sua relacao com fontes de alimentacao, para que pudessemos compreender com razoavel precisao a necessidade dos professores do DAQBI. A seguir percebemos que nosso conhecimento tecnico a respeito do tema era bastante limitado, mesmo porque envolvia assuntos ate entao nao vistos no curso, o que nos forcou a buscar em varios livros respostas as nossas frequentes duvidas.

• Testes primarios: foram testes realizados no laboratorio com o objetivo de conhecer todo o procedimento necessario para se efetuar o Ensaio Cometa. Neles pudemos tirar algumas conclusoes tais como: a resistencia do meio quase nao varia durante o experimento, tempo do experimento, leitura superficial dos resultados, ajuste da corrente, etc.

• Simulacao: foi um perıodo longo, durante o qual, simulavamos circuitos em softwares especıficos. As duvidas a nıvel tecnico comecavam a surgir frequentemente, com isso procuravamos consultar nosso orientador, para saber se estavamos caminhando na direcao correta.

• Montagem: concomitantemente as simulacoes, comecamos a montagem da fonte, inicialmente pelo processo de transformacao da tensao da rede seguido pela retificacao de onda. Posteriormente partimos para a parte do circuito que regula a corrente e a que faz o ganho da mesma para distribuir para a carga. Por fim, atribuimos o circuito responsavel pelo controle da corrente.

10 2 REVISAO BIBLIOGRAFICA

Como base para a fundamentacao teorica, utilizamos obras que direcionaram nossos estudos para a area da bioquımica e outros para a area da eletronica.

No inıcio do trabalho, apos a escolha do tema, procuramos fontes bibliograficas que nos dessem ideias basicas do conceito de eletroforese e mais especificamente do Ensaio Cometa. Para isso, utilizamos um artigo disponıvel na pagina da Sociedade Brasileira de Genetica, SBG; ”Eletroforese de Acidos Nucleicos: uma pratica para o ensino da genetica” (MARTINEZ; PAIVA, 2008). Uma visao geral sobre conceitos teoricos e sobre modelos de eletroforese foi obtida a partir de um livro de bioquımica (VOET; VOET, 2006).

Para descricoes dos procedimentos necessarios para a pratica do Ensaio Cometa e discussoes dos seus resultados buscamos informacoes em uma dissertacao de mestrado da USP, sobre efeitos no DNA de robalos submetidos ao Ensaio Cometa (PAOLO, 2006) e um relatorio de aulas praticas de alunos do mestrado da UFL (MARTINAZZO et al., 2007).

Para o desenvolvimento da fonte buscamos referencias para eletronica analogica. Assuntos, como: diodos para retificacao de onda encontramos em (BOYLESTAD; NASHELSKY, 1999), ja transistores bipolares e amplificadores operacionais utilizados para sensoriamento de corrente encontramos em (SEDRA; SMITH, 2000).

1 3 FUNDAMENTAC AOTEORICA

3.1 ELETROFORESE

A eletroforese e um metodo de separacao de moleculas carregadas, dissolvidas ou suspensas em um eletrolito, no qual e aplicado um Campo eletrico. Esse processo tem sido extensivamente utilizado, principalmente no campo da Bioquımica, desde a decada de 30 (SANTOS; TAVARES; RUBIM, 2000).

Inicialmente proposta por Arne Teselius (1937), o metodo era empregado para a visualizacao de proteınas, evidenciando o comportamento migratorio das mesmas e correlacionando com as diferencas de comprimento de fragmentos de aminoacidos e suas cargas eletricas. Os resultados do metodo podem ter valiosos interesses em estudos taxonomicos, filogeneticos, fisiologicos e geneticos. Dentre outras aplicacoes, a eletroforese atualmente tem sido empregada por exemplo, na identificacao e classificacao de fungos e bacterias, utilizando para isso, moleculas de acidos nucleicos (MARTINEZ; PAIVA, 2008).

Existem inumeras modalidades de eletroforese, entre as mais conhecidas destacam-se (VOET; VOET, 2006):

• eletroforese em papel; • eletroforese em gel;

• eletroforese de disco;

• eletroforese capilar;

• eletroforese bidimensional;

3.1.1 Eletroforese em gel e sua aplicacao no Ensaio cometa

O Ensaio Cometa e uma aplicacao da tecnica de eletroforese em gel de material nuclear, com objetivo de avaliar danos ao DNA de celulas individuais e possibilitar a quantificacao de fragmentos do DNA nuclear. Dentre as abordagens experimentais aplicadas ao Ensaio Cometa, a avaliacao do potencial genotoxico de contaminantes ambientais tem sido extensamente estudada. A separacao das moleculas e fundamentada na migracao do acido nucleico completamente ionizado atraves do gel, sendo a mobilidade conferida pela passagem de corrente eletrica na interface gel-solucao eletrolıtica tamponada (VOET; VOET, 2006).

A eletroforese de DNA em gel possui custo experimental relativamente baixo, rapidez, precisao e reprodutibilidade para qualquer tipo celular. E necessario para o Ensaio Cometa, uma pequena quantidade de celulas eucarioticas intactas, que posteriormente terao a membrana nuclear degradada quimicamente, liberando o conteudo nuclear para o suporte onde ocorrera a migracao diferencial (PAOLO, 2006).

3.1.2 Procedimentos

As celulas submetidas ao Ensaio Cometa sao incluıdas em gel de agarose e dispostas em fina camada sobre laminas histologicas. Atraves de solucoes apropriadas, as membranas da celula, nucleo e organelas sao rompidas; os componentes citoplasmaticos e proteınas nucleares sao liberados na matriz polimerica, permanecendo parcialmente a ela adsorvida; e o conteudo nuclear e submetido a eletroforese. Especificamente nesse tipo de eletroforese e utilizado um gel, geralmente de agarose, afim de proporcionar a adsorcao do DNA a matriz de polımeros e tambem para melhorar a visualizacao do processo. A partir do nucleo, fragmentos de DNA, por possuırem carga negativa devido ao grupo fosfato, migram no sentido do anodo; quanto mais intensa for a inducao de quebras, menores serao os fragmentos e maior extensao de migracao (PAOLO, 2006).

Apos coloracao, que pode ser feita com nitrato de prata ou corantes fluorescentes com elevada afinidade ao conteudo genetico, observam-se as laminas em microscopio optico comum ou de epifluorescencia. A extensao do dano ao DNA celular e proporcional a area de migracao do conteudo nuclear, apresentando aspecto microscopico semelhante a uma “cauda” corresponde aos fragmentos que migraram com maior mobilidade do que as estruturas polimericas intactas. Atraves da digitalizacao das imagens observadas no microscopio eletronico seguido pelo tratamento dos dados atraves de um software, e possıvel classificar a extensao e magnitude do dano ao DNA de celulas individualmente a partir do tamanho da cauda do cometa, permitindo, entao, avaliar o potencial genotoxico de amostras ou de condicoes ambientais alteradas (PAOLO, 2006).

13 3.2 FONTES DE ALIMENTAC AO

Para o funcionamento de todo circuito eletronico e necessario energia eletrica; disponıvel em uma tomada da rede ou mesmo em uma bateria. Porem, a forma como essa energia se encontra muitas vezes nao condiz com a forma que o circuito necessita. A energia repassada ao circuito acontece atraves da DDP dada em volts (V). Alguns circuitos necessitam de tensoes mais altas, outros mais baixas e alguns exigem tensao contınua, outros alternada (BRAGA, 2005).

Essa conversao da energia disponıvel para a energia adequada envolve configuracoes especıficas de componentes eletronicos, que sao chamadas de ”fontes de alimentacao”. As fontes de alimentacao podem operar segundo duas principais tecnologias, as lineares (analogicas) ou chaveadas. Para a alimentacao de aparelhos eletronicos, o que se necessita, geralmente, e de uma fonte com tensao fixa, porem para trabalhos eletroquımicos, como e o caso do nosso projeto, o importante e manter uma corrente fixa. Para isso e necessario utilizar uma fonte na qual a intensidade da corrente nao varia mesmo que ocorram variacoes das condicoes de alimentacao da carga (BRAGA, 2005).

Os componentes eletronicos contidos em uma fonte de alimentacao podem variar muito, de acordo com a necessidade do circuito. Componentes como: resistor, transformador, capacitor, diodo, transistor, AmpOp sao utilizados em um grande numero de fontes de alimentacao, inclusive na que desenvolvemos, por isso faremos uma breve descricao dos principais deles.

O transformador, Figura 1, e um dispositivo que consiste de duas bobinas, com numeros diferentes de espiras (numero de voltas), enroladas em torno de um nucleo de ferro. A bobina de entrada e chamada de primario, enquanto a de saıda e o secundario. Dentre as muitas utilidades, destacamos a caracterıstica de aumentar ou diminuir a tensao da rede. Sua operacao esta baseada nos princıpios eletromagneticos da Lei da Inducao de Faraday (HALLIDAY; WALKER, 2009).

A relacao entre a tensao de saıda e a de entrada depende diretamente da razao entre as espiras, pela equacao (1):

V1 = tensao no primario;

(Parte 1 de 4)

Comentários