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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48691| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-4607-8930 |
| Document type: | Tese |
| Access type: | Acesso Embargado |
| Embargo Date: | 2028-05-08 |
| Title: | Development of conductive and printable filaments for electrochemical sensors applied to environmental, pharmaceutical, food and biological analyses |
| Alternate title (s): | Desenvolvimento de filamentos condutores e imprimíveis para sensores eletroquímicos aplicados a análises ambientais, farmacêuticas, alimentícias e biológicas |
| Author: | Oliveira, Ana Clara Maia |
| First Advisor: | Muñoz, Rodrigo |
| First coorientator: | Morgado, Elena |
| Second coorientator: | Araújo, Diele Aparecida |
| First member of the Committee: | Faria, Anizio |
| Second member of the Committee: | Jost, Cristiane |
| Third member of the Committee: | Kalinke, Cristiane |
| Fourth member of the Committee: | Bernardo, Marcela |
| Summary: | Sensores químicos têm sido amplamente desenvolvidos em resposta à crescente demanda pelo monitoramento de analitos em amostras ambientais, biológicas, forenses e alimentícias. Entre eles, os sensores eletroquímicos destacam-se por converterem informações químicas em sinais elétricos mensuráveis e por apresentarem vantagens como boa seletividade, sensibilidade, elevada detectabilidade, facilidade de miniaturização e versatilidade quanto aos materiais e ao design. Nesse cenário, esses dispositivos têm acompanhado o avanço de novas tecnologias de fabricação, especialmente a manufatura aditiva, que se apresenta como uma abordagem promissora para a produção de sensores eletroquímicos. Paralelamente, novos filamentos condutores vêm sendo desenvolvidos para melhorar as respostas eletroquímicas, ampliar as possibilidades de aplicação e incorporar sustentabilidade. Contudo, por se tratar de um campo ainda recente, persistem desafios relacionados à obtenção de melhores respostas eletroquímicas, melhor printabilidade e uso de novos polímeros para diversificação das aplicações. Assim, esta Tese teve como objetivo explorar a fabricação e a aplicação de novos filamentos produzidos em laboratório para o monitoramento de paracetamol, ácido ascórbico, dopamina, ácido úrico, nitrito e carbendazim, demonstrando a versatilidade desses dispositivos em amostras ambientais, biológicas e alimentícias. Dividido em seis capítulos, o trabalho apresenta: uma introdução geral, filamentos modificados com nanodiamantes de carbono e nanodiamantes funcionalizados, evidenciando a possibilidade de alterar e melhorar as respostas eletroquímicas; filamentos com adição de óleos comestíveis como plastificantes, com enfoque em sustentabilidade e demonstrando, pela primeira vez, a influência de plastificantes específicos nas respostas dos sensores; filamentos à base de poliuretano termoplástico (TPU), empregados tanto como sensores obtidos a partir do uso direto do próprio filamento quanto como eletrodos impressos que, em relação ao ácido poliláctico (PLA), apresentam maior flexibilidade, sem perda de desempenho analítico, além de biocompatibilidade, ampliando o potencial de aplicação em sensores vestíveis; e, por fim, filamentos mais sustentáveis produzidos com polietileno de alta densidade reciclado (rHPDE) de embalagens de materiais de limpeza, com destaque para maior resistência química e durabilidade mecânica quando comparado a outros polímeros. Todos os materiais foram amplamente caracterizados e os dispositivos eletroanalíticos avaliados frente às aplicações propostas. Os resultados ampliam as possibilidades de desenvolvimento e otimização de sensores eletroquímicos, evidenciando materiais eficientes, versáteis, de baixo custo e com baixa geração de resíduos. |
| Abstract: | Chemical sensors have been widely developed in response to the growing demand for the monitoring of analytes in environmental, biological, forensic and food samples. Among them, electrochemical sensors stand out for translating chemical information into measurable electrical signals and for offering advantages such as good selectivity, sensitivity, low limit of detection, ease of miniaturisation and versatility for both materials and designs. In this context, these devices have grown together with advances in new manufacturing technologies, especially additive manufacturing, which has emerged as a promising approach for the production of electrochemical sensors. In parallel, new conductive filaments have been developed to improve electrochemical responses, expand possibilities for new applications and incorporate sustainability perspective. However, as this is still a relatively recent field, challenges remain in regard to the achievement of improved electrochemical responses, better printability and the use of new polymers to broaden applications. Thus, this Thesis aimed to explore the fabrication and application of new alternative filaments produced in the laboratory for the monitoring of paracetamol, ascorbic acid, dopamine, uric acid, nitrite and carbendazim, demonstrating the versatility of these devices in environmental, biological and food samples. Divided into six chapters, the work presents: general introduction, filaments modified with carbon nanodiamonds and functionalised nanodiamonds, demonstrating the possibility of modifying and improving electrochemical responses; filaments with the addition of edible oils as plasticisers, with a focus on sustainability and demonstrating, for the first time, the influence of specific plasticisers on sensor responses; alternative thermoplastic polyurethane (TPU)-based filaments, used both as sensors obtained from the direct use of the filament itself and as printed electrodes which, compared with polylactic acid (PLA), show greater flexibility without loss of analytical performance, in addition to biocompatibility, thereby expanding the potential for application in wearable sensors; and, finally, more sustainable filaments produced from high-density polyethylene recycled (rHDPE) from cleaning-product packaging, with emphasis on greater chemical resistance and durability when compared with other polymers. All materials were extensively characterised, and the electroanalytical devices were evaluated against the proposed applications. The results expand the possibilities for the development and optimisation of electrochemical sensors, highlighting efficient, versatile, low-cost materials with low waste generation. |
| Keywords: | sensores eletroquímicos electrochemical sensors manufatura aditiva additive manufacturing materiais de carbono carbon materials óleos comestíveis edible oils TPU TPU Eletrodos vestíveis Wearable electrodes rHDPE rHDPE |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
| Subject: | Quimica Polímeros - Aditivos Detectores |
| Language: | eng |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Química |
| Quote: | OLIVEIRA, Ana Clara Maia. Development of conductive and printable filaments for electrochemical sensors applied to environmental, pharmaceutical, food and biological analyses. 2026. 183 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.385. |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.385 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48691 |
| Date of defense: | 8-May-2026 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
| Appears in Collections: | TESE - Química |
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