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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0468-1953
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de dispositivos analíticos baseados em papel usando materiais de custo baixo
Alternate title (s): Development of paper-based analytical devices using low-cost materials
Author: Pradela Filho, Lauro Antonio
First Advisor: Takeuchi, Regina Massako
First member of the Committee: Munoz, Rodrigo Alejandro Abarza
Second member of the Committee: Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da
Third member of the Committee: Petruci, João Flávio da Silveira
Fourth member of the Committee: Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
Summary: Dispositivos analíticos fabricados em papel foram desenvolvidos neste trabalho. Eletrodos baseados em papel (EPs) foram construídos usando tintas condutoras a base de pó de carbono e esmalte incolor para unhas ou verniz vitral como aglutinantes alternativos e de baixo custo. Papel sulfite e papel filtro quantitativo foram usados como substratos sobre os quais as tintas condutoras foram aplicadas. A fabricação dos EPs foi reprodutível (RSD < 10%, n = 4 para Ip obtida para o [Fe(CN)6]4-) e os eletrodos foram empregados para determinação de dopamina usando a voltametria de pulso diferencial. Para os EPs/Esmalte, o intervalo linear foi de 30 a 100 μmol L-1 e limite de detecção (LD) de 5,2 μmol L-1. Para os EPs/Verniz, o intervalo linear foi de 15 a 100 μmol L-1 e LD de 4,1 μmol L-1. A potencialidade dos EPs/Verniz foi também avaliada para catecol e hidroquinona usando voltametria de varredura linear. O intervalo linear para as ambas espécies foi de 10 a 100 μmol L-1 com LD de 9,0 μmol L-1 para catecol e 5,3 μmol L-1 para hidroquinona. Portanto, os resultados mostraram que os EPs forneceram resultados satisfatórios para os compostos fenólicos, abrindo possibilidades para novas aplicações. Sistemas microfluídicos baseados em papel e acoplados a eletrodos termoplásticos (ETs) foram também desenvolvidos neste trabalho. Os ETs foram fabricados pela mistura de 1:1 (m:m) negro de fumo e policaprolactona. Os dispositivos microfluídicos foram produzidos com dois reservatórios, os quais foram responsáveis por produzir um fluxo rápido e contínuo movido por gravidade e capilaridade. O dispositivo proposto não requer bombas externas como unidades propulsoras, garantindo melhor portabilidade. O desempenho desses dispositivos foi melhorado aumentando a capacidade absorvente do sistema, o que aumentou significativamente o número de injeções possíveis com um único dispositivo. O volume de injeção é relativamente baixo (2 μL). Além disso, o sistema microfluídico mostrou parâmetros satisfatórios como repetitividade de injeção (RSD = 2%, n = 6 para Ip obtida para FcTMA+) e reprodutibilidade de fabricação (RSD = 10 %, n = 3 para Ip obtida para FcTMA+). A aplicabilidade do dispositivo microfluídico foi separadamente avaliada para quantificação de ácido cafeico e triptamina e os resultados mostraram confiabilidade e viabilidade. Portanto, esse trabalho mostra algumas estratégias baratas para obtenção de eletrodos descartáveis e dispositivos microfluídicos, trazendo algumas possibilidades de novas aplicações analíticas.
Abstract: Analytical devices fabricated on paper were developed in this work. Paper-based electrodes (PEs) were prepared using conductive inks based on carbon powder and colorless nail polish or glass varnish, which were used as alternative and low-cost binders. Office paper and quantitative filter paper were used as substrates on which the conductive inks were applied. The fabrication of the PEs was reproducible (RSD < 10%, n = 4 for Ip obtained for [Fe(CN)6]4-), and the electrodes were used for dopamine determination using differential pulse voltammetry. For PEs/nail-polish, the linear range was 30 to 100 μmol L-1 and the limit of detection (LD) was 5.2 μmol L-1. For EPs/Glass-varnish, the linear range was 15 to 100 μmol L-1 and the LD was 4.1 μmol L-1. The potentiality of the EPs/Glass-varnish was also evaluated for catechol and hydroquinone using linear sweep voltammetry. The linear range for both species was 10 to 100 μmol L-1 with LD of 9.0 μmol L-1 for catechol and 5.3 μmol L-1 for hydroquinone. Therefore, the results showed that PEs provided satisfactory results for phenolic compounds, opening possibilities for new applications. Paper-based microfluidic systems coupled with thermoplastic electrodes (TPEs) were also developed in this work. TPEs were fabricated by mixing 1: 1 (w:w) carbon black and polycaprolactone. The microfluidic devices were produced with two reservoirs, which were responsible for producing a rapid and continuous flow driven by gravity and capillarity. The proposed device does not require external pumps as propulsion units, ensuring better portability. The performance of these devices was improved by increasing the wicking capacity of the system, which significantly increased the number of injections possible with a single device. The injection volume is relatively low (2 μL). In addition, the microfluidic system showed satisfactory parameters such as repeatability of injection (RSD = 2%, n = 6 for Ip obtained for FcTMA+) and reproducibility of fabrication (RSD = 10%, n = 3 for Ip obtained for FcTMA+). The applicability of the microfluidic device was separately evaluated for the quantification of caffeic acid and tryptamine in food and drinks and the results showed reliability and viability. Therefore, this work shows some inexpensive strategies to produce disposable electrodes and microfluidic devices, bringing some possibilities for new analytical applications.
Keywords: Tinta condutora de carbono
Carbon conductive ink
Eletrodos baseados em papel
Paper-based electrode
Compostos fenólicos
Phenolic compounds
Eletrodos termoplásticos
Thermoplastic electrodes
Dispositivos microfluídicos
Microfluidic device
Ácido cafeico
Caffeic acid
Triptamina
Tryptamine
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Subject: Papel
Eletrodos
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: PRADELA FILHO, Lauro Antonio. Desenvolvimento de dispositivos analíticos baseados em papel usando materiais de custo baixo. 2020. 124 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.587
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.587
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29758
Date of defense: 17-Jul-2020
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