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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Eletrodos baseados em grafeno obtidos por gravação a laser: eletroanálise de amostras ambientais, biológicas e de alimento
Alternate title (s): Graphene-based electrodes obtained by laser scribing: electroanalysis of environmental, biological, and food samples
Author: Inoque, Nélio Inácio Gravata
First Advisor: Muñoz, Rodrigo Alejandro Abarza
First member of the Committee: Silva, Rodrigo Amorim Bezerra da
Second member of the Committee: Brocenschi, Ricardo Francisco
Third member of the Committee: Gelamo, Rogério Valentim
Fourth member of the Committee: Lourenção, Bruna Claudia
Summary: A gravação a laser tem se destacado como uma técnica promissora para a fabricação rápida, simples e de baixo custo de sensores eletroquímicos. Nesta tese, eletrodos de grafeno induzido por laser (LIG) foram fabricados por meio da gravação direta de poliimida utilizando um laser de CO₂, visando ao desenvolvimento de métodos eletroquímicos para aplicações em amostras de alimentos, ambientais e biológicas. Para esse fim, o trabalho foi conduzido em três etapas. Inicialmente, empregando eletrodos de LIG não modificados, foi desenvolvido um método para a determinação da capacidade antioxidante total (CAT) em amostras de chá por meio da quantificação do consumo do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH), utilizando análise por injeção em batelada (BIA) com detecção amperométrica. O método apresentou faixa linear de 2 a 900 μmol L⁻¹, limite de detecção (LD) de 0,6 μmol L⁻¹ e elevada precisão (desvio padrão relativo, RSD < 4,0%). A CAT das amostras seguiu a ordem: chá misto < chá preto < chá verde < chá verde com hibisco, em concordância com o método espectrofotométrico convencional. Em uma segunda etapa, a aplicabilidade desses dispositivos não modificados foi estendida para a determinação de cloranfenicol em amostras de mel por voltametria de redissolução adsortiva de pulso diferencial (AdSDPV). Esse método apresentou linearidade na faixa de 10 a 160 μmol L⁻¹, LD de 1,0 μmol L⁻¹ e valores de recuperação entre 86% e 109%. Por fim, demonstrou-se, de forma inédita, que a aplicação de apenas 3,0 μL de dimetilsulfóxido (DMSO) sobre a superfície dos eletrodos de LIG promove um aumento significativo da atividade eletroquímica do material. As caracterizações físico-químicas e eletroquímicas revelaram alterações na composição química, na estrutura e na morfologia superficial do LIG, incluindo aumento da concentração de grupos funcionais oxigenados, reorganização estrutural com favorecimento à formação de domínios grafíticos, aumento da hidrofilicidade, incremento da rugosidade superficial e redução da resistência à transferência de carga. Com base nessa estratégia de modificação superficial, foi desenvolvido um método para a determinação de sulfanilamida em amostras de água e urina sintética utilizando voltametria de redissolução catódica de pulso diferencial (DPCSV). O método apresentou resposta linear na faixa de 0,3 a 9,0 μmol L⁻¹, LD de 0,09 μmol L⁻¹ e valores de recuperação entre 90% e 104%. De modo geral, os resultados atestam que os eletrodos baseados em LIG constituem uma plataforma analítica versátil, eficiente e de baixo custo. Adicionalmente, o tratamento superficial com DMSO mostrou-se uma estratégia simples e eficaz para aprimorar o desempenho eletroquímico do LIG, ampliando seu potencial para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos.
Abstract: Laser engraving has emerged as a promising technique for the rapid, simple, and low-cost fabrication of electrochemical sensors. In this thesis, laser-induced graphene (LIG) electrodes were fabricated through the direct engraving of polyimide using a CO₂ laser, aiming at the development of electrochemical methods for applications in food, environmental, and biological samples. To achieve this goal, the work was conducted in three stages. Initially, using unmodified LIG electrodes, a method was developed for the determination of total antioxidant capacity (TAC) in tea samples through the quantification of the consumption of the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical, employing batch injection analysis (BIA) with amperometric detection. The method exhibited a linear range from 2 to 900 μmol L⁻¹, a limit of detection (LOD) of 0.6 μmol L⁻¹, and high precision (relative standard deviation, RSD < 4.0%). The TAC of the samples followed the order: mixed tea < black tea < green tea < green tea with hibiscus, in agreement with the conventional spectrophotometric method. In a second stage, the applicability of these unmodified devices was extended to the determination of chloramphenicol in honey samples by adsorptive stripping differential pulse voltammetry (AdSDPV). This method showed linearity in the range of 10 to 160 μmol L⁻¹, an LOD of 1.0 μmol L⁻¹, and recovery values ranging from 86% to 109%. Finally, it was demonstrated, for the first time, that the application of only 3.0 μL of dimethyl sulfoxide (DMSO) onto the surface of LIG electrodes significantly enhances the electrochemical activity of the material. Physicochemical and electrochemical characterizations revealed changes in the chemical composition, structure, and surface morphology of LIG, including an increased concentration of oxygen-containing functional groups, structural reorganization favoring the formation of graphitic domains, enhanced hydrophilicity, increased surface roughness, and reduced charge-transfer resistance. Based on this surface modification strategy, a method was developed for the determination of sulfanilamide in water and synthetic urine samples using differential pulse cathodic stripping voltammetry (DPCSV). The method exhibited a linear response in the range of 0.3 to 9.0 μmol L⁻¹, an LOD of 0.09 μmol L⁻¹, and recovery values ranging from 90% to 104%. Overall, the results demonstrate that LIG-based electrodes constitute a versatile, efficient, and low-cost analytical platform. Furthermore, surface treatment with DMSO proved to be a simple and effective strategy for enhancing the electrochemical performance of LIG, thereby expanding its potential for the development of electrochemical sensors.
Keywords: Grafeno induzido por laser
Poliimida
Dimetilsulfóxido
Capacidade antioxidante
Antibióticos
Laser-induced graphene
Polyimide
Dimethyl sulfoxide
Antioxidant capacity
Antibiotics
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
Subject: Química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: INOQUE, Nélio Inácio Gravata. Eletrodos baseados em grafeno obtidos por gravação a laser: eletroanálise de amostras ambientais, biológicas e de alimento. 2026. 162 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.601.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.601
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49589
Date of defense: 31-Jul-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.
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