Desenvolvimento de dispositivos descartáveis com tintas condutoras e substratos de baixo custo para sensoriamento e biossensoriamento de disfunções hormonais
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Tipo de documento: | Tese |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Sorocaba |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So
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| Link de acesso: | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21245 |
Resumo: | Advances in new electrochemical sensor architectures that enable rapid analysis in miniaturized form and with high sensitivity are one of the most important areas of recent years. This importance is since electrochemical systems are easy to produce in the laboratory and can be developed even in emerging countries due to their relatively low cost. The materials used to produce conductive inks usually include a polymeric vehicle, a conductive material and possible additives that, in appropriate proportions, form an ink suitable for printing on an inert substrate. In this context, we present some proposals for sensors made with low-cost conductive inks. In Chapter 1, a new water-based conductive ink was developed for the fabrication of disposable screen-printed electrodes specifically intended for the detection of uric acid (UA) and catechol. The choice of a water-based ink offers advantages in terms of reduced toxicity and environmental impact. For UA, the linear range was between 8.0 and 500.0 µmol L−1and a limit of detection (LOD) of 3.63×10−7 mol L−1. The proposed CGG/PET is more flexible and cost-effective than commercial electrodes, with an estimated manufacturing price of only 0.006 dollars or 0.033 reais per electrode. For catechol, the linear range was between 0.5 and 50 µmol L−1, and a LOD of 0.3 µmol L−1. Chapter 2 focused on developing new silver ink compositions to prepare pseudo-reference electrodes, which are essential for many electrochemical applications. As a proof of concept for the silver inks, the detection of β- estradiol was performed. At β-estradiol concentrations in the linear range of 1.0 to 100 µmol L−1 and a LOD of 1.3 × 10−7 mol L−1, was obtained for the system referenced by the Ag-NP ink. For the system referred to by the Ag-SL ink, a LOD of 9.5 × 10−7 mol L−1. The cost was approximately US$ 2.02/R$ 11.06 per gram of ink with nail polish and US$ 2.40/R$ 13.14 per gram of ink with shellac. In Chapter 3, an electrochemical system using shellac, graphite and platinum was developed for the biosensor of estrone (E1), a steroid hormone that may be associated with diseases such as premature menopause, polycystic ovary syndrome and breast cancer. At E1 concentrations ranging from 5.0 to 1000 nmol L−1, with a LOD of 0.70 nmol L−1, the total cost was 0.79 reais per biosensor. Finally, in Chapter 4, screen-printed electrodes made of Super P carbon black, polyvinylpyrrolidone (PVP) and chitosan were discussed for the detection of tryptophan (TRP), an essential amino acid with various important biological functions. The linear range for TRP was 0.5 to 300 μmol L−1 with an LOD of 0.018 μmol L−1 and an LOQ of 0.060 μmol L−1. All inks developed in this thesis showed satisfactory results and are excellent alternatives for the development of disposable electrochemical systems. Thus, the developed inks and architectures are cost-effective and can be used for sensing and biosensing of various analytes and biomarkers related to diseases that directly affect human health. |
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Camargo, Jéssica RochaJanegitz, Bruno Camposhttp://lattes.cnpq.br/7746094938977989http://lattes.cnpq.br/9100622529120988https://orcid.org/0000-0003-1836-7495https://orcid.org/0000-0001-9707-97952025-01-20T15:04:37Z2025-01-20T15:04:37Z2024-07-03CAMARGO, Jéssica Rocha. Desenvolvimento de dispositivos descartáveis com tintas condutoras e substratos de baixo custo para sensoriamento e biossensoriamento de disfunções hormonais. 2024. Tese (Doutorado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21245.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21245Advances in new electrochemical sensor architectures that enable rapid analysis in miniaturized form and with high sensitivity are one of the most important areas of recent years. This importance is since electrochemical systems are easy to produce in the laboratory and can be developed even in emerging countries due to their relatively low cost. The materials used to produce conductive inks usually include a polymeric vehicle, a conductive material and possible additives that, in appropriate proportions, form an ink suitable for printing on an inert substrate. In this context, we present some proposals for sensors made with low-cost conductive inks. In Chapter 1, a new water-based conductive ink was developed for the fabrication of disposable screen-printed electrodes specifically intended for the detection of uric acid (UA) and catechol. The choice of a water-based ink offers advantages in terms of reduced toxicity and environmental impact. For UA, the linear range was between 8.0 and 500.0 µmol L−1and a limit of detection (LOD) of 3.63×10−7 mol L−1. 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In Chapter 3, an electrochemical system using shellac, graphite and platinum was developed for the biosensor of estrone (E1), a steroid hormone that may be associated with diseases such as premature menopause, polycystic ovary syndrome and breast cancer. At E1 concentrations ranging from 5.0 to 1000 nmol L−1, with a LOD of 0.70 nmol L−1, the total cost was 0.79 reais per biosensor. Finally, in Chapter 4, screen-printed electrodes made of Super P carbon black, polyvinylpyrrolidone (PVP) and chitosan were discussed for the detection of tryptophan (TRP), an essential amino acid with various important biological functions. The linear range for TRP was 0.5 to 300 μmol L−1 with an LOD of 0.018 μmol L−1 and an LOQ of 0.060 μmol L−1. All inks developed in this thesis showed satisfactory results and are excellent alternatives for the development of disposable electrochemical systems. Thus, the developed inks and architectures are cost-effective and can be used for sensing and biosensing of various analytes and biomarkers related to diseases that directly affect human health.Os avanços relacionados a novas plataformas sensoriais eletroquímicas que permitam a realização de análises rápidas, de forma miniaturizada e com alta sensibilidade são uma das vertentes que mais ganham destaque nos últimos anos. Esse destaque pode ser justificado devido a facilidade de confecção de sistemas eletroquímicos lab-made, os quais, mesmo em países emergentes, tem seu desenvolvimento possível devido ao baixo custo relativo. Os materiais utilizados para a confecção das tintas condutoras em geral são: veículo polimérico, material condutor e possíveis aditivos que em proporções adequadas formarão uma tinta adequada a ser impressa sobre um substrato inerte. Neste contexto, apresentamos algumas propostas de sensores preparados com tintas condutoras de baixo custo. No capítulo 1, uma nova tinta condutora à base de água foi desenvolvida para fabricar eletrodos descartáveis serigrafados, projetados especificamente para detecção ácido úrico (UA) e catecol. Esta ofereceu vantagens em termos de menor toxicidade e impacto ambiental. Para o UA observou-se a faixa linear de 8,0 a 500,0 µmol L−1, e limite de detecção, LOD = 3,63×10−7 mol L−1. Em comparação aos eletrodos comerciais, o CGG/PET proposto é mais flexível e de menor custo, com um preço de fabricação estimado de apenas 0,006 dólares ou 0,033 reais por eletrodo. Para o catecol, a faixa linear foi de 0,5 a 50 µmol L−1 e um limite de detecção de 0,3 µmol L−1. O capítulo 2 concentrou-se no desenvolvimento de novas composições de tintas de prata para preparar eletrodos de pseudo-referência, essenciais em muitas aplicações eletroquímicas. Como prova de conceito das tintas de prata foi realizada a detecção de β-estradiol. Com concentrações de β-estradiol na faixa linear de 1,0 a 100 µmol L−1, no sistema referenciado pela tinta Ag e esmalte de unhas obteve-se o LOD de 1,3 × 10−7 mol L−1 e ao sistema referenciado pela tinta Ag e goma laca, obteve-se o LOD de 9.5 × 10−7 mol L−1. Custando cerca de US$ 2,02/R$ 11,06 o grama de tinta com esmalte para unhas e US$ 2,40/R$ 13,14 o grama de tinta com goma-laca. No capítulo 3, foi desenvolvido um sistema eletroquímico envolvendo goma laca, grafite, modificado com platina e o anticorpo anti-estrona para a detecção de estrona (E1), um hormônio esteroide que podem estar associados a condições médicas, como menopausa precoce, síndrome dos ovários policísticos e câncer de mama. Com concentrações de E1, na faixa de 5,0 a 1000 nmol L−1 e LOD de 0,70 nmol L−1, com custo total 0,79 centavos de real por biossensor. Por fim, no capítulo 4, foram abordados os eletrodos serigrafados de carbon black super p, polivinilpirrolidona (PVP) e quitosana aplicados para a detecção de triptofano (TRP), um aminoácido essencial com diversas funções biológicas importantes. A faixa linear para o TRP foi de 0,5 a 300 μmol L−1 com LOD de 0,018 μmol L−1. Todas as tintas desenvolvidas nessa tese apresentaram resultados satisfatórios sendo ótimas alternativas para o desenvolvimento de construção de sistemas eletroquímicos descartáveis. Deste modo, as tintas e sistemas desenvolvidos são de baixo custo e podem ser aplicadas para a detecção de diferentes analitos, como os biomarcadores, que se relacionam com doenças que afetam diretamente a saúde humana.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)N° do processo 2019/23177-0, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).N° do processo 2023/00321-3, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-SoUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSensores eletroquímicosBiossensoresTintas condutorasEletrodos descartáveisElectrochemical biosensorsElectrochemical sensorsConductive inksDisposable electrodesCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICACIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICADesenvolvimento de dispositivos descartáveis com tintas condutoras e substratos de baixo custo para sensoriamento e biossensoriamento de disfunções hormonaisDevelopment of disposable devices with conductive inks and low-cost substrates for sensing and biosensing of hormonal dysfunctionsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTese - Jéssica Rocha Camargo _ FAPESP .pdf.txtTese - Jéssica Rocha Camargo _ FAPESP .pdf.txtExtracted texttext/plain102704https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4183eb83-a70a-4374-9692-c4ddc355b040/download242df1c8cdda782e49f7d2106403b53eMD55falseAnonymousREADTHUMBNAILTese - Jéssica Rocha Camargo _ FAPESP .pdf.jpgTese - Jéssica Rocha Camargo _ FAPESP .pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4807https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/811986d9-2ff5-42df-9aea-02d6e0ca6310/downloadf566467bbdf77ee0e8b44e932e2fdb74MD56falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/16983847-922a-4a0b-91e6-0c806adf0bdb/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD54falseAnonymousREADORIGINALTese - Jéssica Rocha Camargo _ FAPESP .pdfTese - Jéssica Rocha Camargo _ FAPESP .pdfapplication/pdf6357089https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d8c67a42-1ef8-4996-a354-8c191c9f0edd/downloade58431c32afd6c94459476bbb1f5d3b0MD53trueAnonymousREAD20.500.14289/212452025-02-06 04:58:49.692http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21245https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T07:58:49Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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