Desenvolvimento de sistemas eletroanalíticos integrados em plataformas alternativas visando aplicações analíticas em fluxo

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Arantes, Iana Vitória Spadini
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 3D printing; Análise por injeção em batelada; Batch-injection analysis; Carbonização induzida por laser; Dispositivos eletroanalíticos baseados em papel; Electrochemical paper-based analytical devices; Electrochemical sensors; Impressão 3D; Laser inducing carbonization; Sensores eletroquímicos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-113302/

Nesta tese são apresentados métodos simples e de baixo custo para fabricação de sensores eletroquímicos em dispositivos integrados usando plataformas alternativas, como papel e células impressas em 3D, para realização de análises por injeção em fluxo (FIA) e em batelada (BIA) de espécies eletroativas diversas. O trabalho foi dividido em três partes. Primeiro, foi desenvolvido um dispositivo eletroanalítico microfluídico em papel (µPAD) utilizando a capilaridade desse material para explorar duas diferentes configurações, visando realizar análises FIA e BIA em uma plataforma de detecção com eletrodos totalmente integrados. Para isso foi proposto um método simples de fabricação de eletrodos sobre o papel através da deposição de grafite por desenho a lápis em um papel cromatográfico pré-tratado com laser de CO2. Esse pré-tratamento do papel foi essencial para melhorar a performance eletroquímica frente a sondas redox e fármacos, como o paracetamol (PAR). O PAR foi também utilizado para comparar os sistemas FIA e BIA-µPADs pela técnica de amperometria. O BIA-µPAD foi capaz de quantificar PAR em amostras farmacêuticas (LD e LQ de 0,046 e 0,154 mmol L-1, respectivamente) com resultados comparáveis a um método padrão UV-Vis. Na segunda parte, é mostrado o desenvolvimento de um sistema BIA totalmente integrado em um substrato de papel kraft, com eletrodos fabricados por carbonização induzida por laser. O laser de CO2 foi também utilizado para induzir a formação de nanopartículas de ouro (AuNPs) na superfície carbonizada, por meio da redução de um agente precursor (HAuCl4) previamente adicionado à superfície. Voltamogramas cíclicos em H2SO4 0,5 M confirmam a presença de Au na superfície através dos picos característicos de oxidação e redução desse metal. Outras técnicas de caracterização como MEV e EDX também foram utilizadas. Observou-se que a presença das AuNPs catalisou a reação de redução da espécie química hipoclorito de sódio (NaClO), a qual foi usada como prova de conceito para o BIA-ePAD proposto, resultando em LD e LQ de 6,70 e 22,1 µmol L-1, respectivamente, e uma média de 97% de recuperação de NaClO em amostras de água. Por fim, na última parte é apresentado um dispositivo impresso em 3D, onde é proposto um filamento condutor à base de carbon black, PLA reciclado e agentes plastificantes para impressão dos eletrodos, que são utilizados juntamente a uma célula BIA miniaturizada, também impressa em 3D. Todo o sistema é acoplado a um potenciostato portátil. Os eletrodos foram caracterizados eletroquimicamente e por técnicas de superfície como XPS e MEV. Por fim, o sistema foi aplicado para determinação do fármaco atropina em amostras de bebidas adulteradas, e mostrou versatilidade ao ser usado tanto para análises estáticas utilizando uma técnica de pulso (LD e LQ de 2,60 e 8,80 µmol L-1, respectivamente), quanto para análises hidrodinâmicas por BIA-amperometria (LD e LQ de 0,51 e 1,68 µmol L-1, respectivamente).