Desenvolvimento, fabricação e aplicação de dispositivos eletroquímicos usando impressão 3D

Abstract

Esta tese tem como foco o uso de recentes inovações em manufatura aditiva (impressao 3D) na confecção de células e sensores eletroquímicos. Como introdução este trabalho faz uma revisão completa sobre o tema, seguida de construção, caracterizações e aplicações de sensores e células impressas em 3D na eletroanalítica. A primeira delas é uma célula eletroanalítica para medidas hidrodinâmicas e estacionárias. A segunda se trata de sensores impressos por 3D baseado em um termoplástico condutivo, dopado com materiais carbonáceos (grafeno ou negro de fumo). A combinação destas células e eletrodos impressos em 3D contendo grafeno, foram aplicados na área forense na amostragem, identificação e quantificação do explosivo 2,4,6-trinitrotolueno, o conhecido TNT. O dispositivo foi proposto para amostragens em locais suspeitos de crimes que envolvam manuseio deste material. Um limite de detecção (LOD) de 0,4 𝜇𝑚𝑜𝑙𝐿−1 em uma faixa linear de 1 – 870 𝜇mol L−1 foram reportados. Na área de bioanalítica, 3 moléculas foram analisadas em metodologias propostas. A primeira utilizando ou amperometria de múltiplos pulsos, para analise simultânea de nitrito e ácido úrico, em saliva e urina atingindo resultados de faixa linear de 0,5–250 𝜇mol L−1 para ambos analitos e LODs de 0,02 e 0,03 𝜇mol L−1 para ácido úrico e nitrito respectivamente, com precisão calculada de até RSD < 2,1 %. A modificação do sensor com a enzima glicose oxidase (GOx) foi proposta, atingindo LOD de 15 𝜇mol L−1, precisão intra-dia de 5% e índices de recuperação entre 90–105 % para glicose em plasma sanguíneo. Todos os dispositivos apresentaram custo inferior a U$0,50/unidade e alta precisão de fabricação (RSD = 4%). Por último esta tese também mostra como uma caneta 3D pode ser utilizada na construção de sensores com termoplástico condutivo contendo negro de fumo como material condutor. Em uma comparação o eletrodo impresso por impressora 3d! apresentou melhores característica analíticas em comparação ao eletrodo 3 em 1 proposto usando a caneta 3D, porém características promissoras foram observadas como possibilidade de análise em uma gota, baixo consumo de plástico condutivo na construção e resultados voltamétricos comparáveis a eletrodos SPE’s comerciais. Tudo isso com formato portátil e totalmente adaptável.