Desenvolvimento e construção de sensor magnetoelástico de pH com eletrônica portátil

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Beltrami, Mateus
• Orientador(a): Missell, Frank Patrick
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Eletromagnetismo; Aparelhos e materiais eletrônicos; pH (Química); Electromagnetism; Electronic apparatus and appliance; Hydrogen-ion concentration
• Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/handle/11338/1259

Sensores com material magnetoelástico vêm sendo desenvolvidos pois possibilitam medidas sem contato de fios (wireless). Apresentam variação da frequência de ressonância (redução) quando submetidos a um carregamento de massa. Podem ser empregados para detecção e determinação de grandezas físicas através de instrumentação remota que vem se tornando cada vez mais importante. As grandezas podem ser desde a quantificação de pH até a detecção da presença de microrganismos. Neste trabalho descrevemos um sistema de detecção rápida e wireless de grandezas físicas como pH e a presença de microorganismos. São utilizados como substrato tiras de material magnetoelástico amorfo Metglas 2826MB3. O material foi cortado em tamanhos de 30 mm x 6 mm e 5 mm x 1 mm, através de uma serra de micro corte, sendo parte destas logo em seguida foram revestidas com finas camadas de Cr e Au através de sputtering. Foi desenvolvido um dispositivo portátil com a função de análise de frequência de ressonância das fitas magnetoelásticas. Este dispositivo pode operar completamente de forma autônomo ou em conjunto com computador. Ele é composto de um central de processamento, circuitos auxiliares e interface de entrada e saída de dados. A operação do dispositivo portátil está em expor o material magnetoelástico (transdutor/sensor) a um campo magnético variável com o tempo, que por sua vez responde com uma onda elástica longitudinal que é detectada de forma magnética. Foram realizados ensaios com o transdutor (superfície livre) e também após a aplicação de camadas sensíveis ao pH e bem como a captura de microrganismo. Para os sensores detectores de pH foram utilizadas tiras do transdutor revestidas com Cr e Au sendo nestas aplicada uma camada de cistamina (CYS) para gerar aderência do polímero de pH sintetizado a partir de monómeros de ácido acrílico e acrilato de isooctilo. O sensor de pH foi exposto a uma faixa de pH (1,5 a 7,5) sendo analisado através do dispositivo portátil e comparado com analisador de rede Agilent E5061B. As medidas da frequência de ressonância do sensor de pH apresentaram uma variação de 70 Hz/pH para sensores 30 mm x 5 mm e para sensores de 5 mm x 1 mm foi de 1000 Hz/pH. Também foram realizadas medidas com o transdutor funcionalizado com Poli- L-Lisina para captura de S. cerevisiae. Com a aderência da S. cerevisiae à superfície do sensor, houve uma redução da frequência de ressonância em 531 Hz, que concorda quantitativamente com valores calculados para este carregamento de massa.