Fabricação de sensor eletroquímico impresso em 3D utilizando filamento de PLA/Cu e sinterização com laser de CO2 para quantificação de glicose em soro de reidratação oral

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Silva, Priscila Simões Luis
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 3D printing; Commercial copper filament; Detecção de glicose; Electrochemical sensors; Filamento comercial de cobre; Glucose detection; Impressão 3D; Laser sintering; Sensores eletroquímicos; Sinterização a laser
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-04032026-182007/

A quantificação de glicose é de grande relevância, tanto para a medicina quanto na indústria alimentícia. Na medicina, é essencial para o diagnóstico e monitoramento de diabetes, avaliação de distúrbios metabólicos e para garantir cuidados críticos em hospitais. Já na indústria alimentícia, é utilizada no controle de qualidade, rotulagem nutricional e na detecção de fraudes. A utilização de sensores eletroquímicos oferece vantagens sobre os métodos tradicionais, pois esses sensores são capazes de fornecer respostas rápidas e confiáveis para testes no local de atendimento, facilitando a análise imediata em ambientes clínicos e laboratoriais. Para a quantificação eletroquímica de glicose, utilizam-se com frequência eletrodos enzimáticos ou metálicos, sendo os de cobre particularmente destacados por sua estabilidade e seletividade. Embora esses eletrodos de cobre já estejam disponíveis no mercado, a análise fora do laboratório geralmente exige o uso de sensores descartáveis, o que torna a produção em larga escala um desafio. Nesse contexto, a modelagem por deposição fundida, uma técnica de impressão 3D, surge como uma alternativa interessante, pois permite a fabricação desses sensores de forma mais acessível e escalável. No entanto, os filamentos de cobre utilizados nessa técnica não conduzem eletricidade após a impressão, o que exige a aplicação de um tratamento térmico posterior para que as peças impressas adquiram as propriedades necessárias para a condução elétrica. Neste trabalho, empregou-se uma fonte de laser de CO2 foi aplicada para simplificar o processo de sinterização do cobre impresso em 3D. O tratamento com laser foi otimizado para proporcionar as melhores condições de sinterização, utilizando uma potência de laser de 1,6 W, uma taxa de varredura de 5 mm s-1, altura entre a saída do laser e o substrato de 12 mm e uma resolução de 0,175 mm. O eletrodo obtido foi caracterizado por voltametria cíclica utilizando uma solução de KOH 0,1 mol L-1, e os perfis voltamétricos obtidos foram comparáveis aos de eletrodos de cobre comerciais, demonstrando a eficácia do processo de sinterização a laser. Além disso, a quantificação de glicose foi avaliada utilizando a técnica de amperometria, empregando diferentes potenciais de detecção. O potencial de +0,6 V foi selecionado como a melhor condição, por oferecer elevada sensibilidade à detecção da glicose sem comprometer a estabilidade do sinal, o que é fundamental para garantir resultados precisos e consistentes. A seletividade do sensor foi avaliada frente a interferentes comuns em matrizes alimentícias e biológicas, como sacarose, cafeína, ácido úrico, ácido ascórbico, maltose, nitrito e sulfito. O sensor demonstrou boa seletividade para glicose sem interferir significativamente nas substâncias cafeína, ácido úrico, maltose e nitrito. A interferência de sulfito é baixa considerando proporção glicose/sulfito 5:1. Há interferência para ácido ascórbico, que pode mitigada por meio adição de enzima ascorbato oxidase antes das medidas. Após a caracterização eletroquímica, o sensor foi aplicado na quantificação de glicose em bebidas de reidratação oral, demonstrando resultados próximos aos valores informados nos rótulos, confirmando a eficácia e a aplicabilidade do sensor desenvolvido para amostras reais. Esses resultados mostram o potencial dos sensores descartáveis de cobre como uma alternativa viável e prática para a quantificação de glicose em diferentes contextos. Portanto, este estudo apresenta uma abordagem inovadora e simplificada para a quantificação de glicose, utilizando sensores descartáveis de cobre fabricados por impressão 3D e sinterizados com laser. Essa metodologia pode abrir portas para o desenvolvimento de sensores mais acessíveis, rápidos e eficientes, com potencial para ser amplamente utilizado tanto na medicina quanto na indústria alimentícia, especialmente em ambientes onde a análise rápida e confiável da glicose é fundamental. O trabalho contribui para o avanço da tecnologia de sensores eletroquímicos, oferecendo uma solução prática e de baixo custo, sem comprometer a precisão ou a seletividade na quantificação da glicose.