Desenvolvimento de sistemas eletroanalíticos integrados em plataformas alternativas visando aplicações analíticas em fluxo (2024)
- Authors:
- Autor USP: ARANTES, IANA VITÓRIA SPADINI - IQ
- Unidade: IQ
- DOI: 10.11606/T.46.2024.tde-15052025-113302
- Subjects: ELETROANÁLISE; SENSORES QUÍMICOS; CARBONIZAÇÃO; IMPRESSÃO 3-D
- Keywords: 3D printing; Análise por injeção em batelada; Batch-injection analysis; Carbonização induzida por laser; Impressão 3D; Dispositivos eletroanalíticos baseados em papel; Electrochemical paper-based analytical devices; Electrochemical sensors; Laser inducing carbonization; Sensores eletroquímicos
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: 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).
- Imprenta:
- Data da defesa: 28.11.2024
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
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-
ABNT
ARANTES, Iana Vitoria Spadini. Desenvolvimento de sistemas eletroanalíticos integrados em plataformas alternativas visando aplicações analíticas em fluxo. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-113302/. Acesso em: 31 mar. 2026. -
APA
Arantes, I. V. S. (2024). Desenvolvimento de sistemas eletroanalíticos integrados em plataformas alternativas visando aplicações analíticas em fluxo (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-113302/ -
NLM
Arantes IVS. Desenvolvimento de sistemas eletroanalíticos integrados em plataformas alternativas visando aplicações analíticas em fluxo [Internet]. 2024 ;[citado 2026 mar. 31 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-113302/ -
Vancouver
Arantes IVS. Desenvolvimento de sistemas eletroanalíticos integrados em plataformas alternativas visando aplicações analíticas em fluxo [Internet]. 2024 ;[citado 2026 mar. 31 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-113302/ - Compact and versatile additively manufactured flow cell coupled with a portable electrochemical apparatus for atropine determination in beverage samples
- Additive manufacturing of a portable electrochemical sensor with a recycled conductive filament for the detection of atropine in spiked drink samples
- Couple batch-injection analysis and microfluidic paper-based analytical device: a simple and disposable alternative to conventional BIA apparatus
- Recent advances on paper-based microfluidic devices for bioanalysis
- Conclusions, challenges, and next steps
- Adhesive PVC tape as a cost-effective substrate for pencil drawing fabrication of flexible electrochemical sensors
- Stencil-printed graphene electrodes for affordable electrochemical sensing of capsaicin
- Controlling the inkjet printing process for electrochemical (Bio)sensors
- Electrochemical paper-based analytical devices
- Modulating the electrochemical response of eco-friendly laser-pyrolyzed paper sensors applied to nitrite determination
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