Brasileiros desenvolvem sensores impressos em folhas caídas de árvores

Pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e da Universidade de São Paulo (USP) estão trabalhando no desenvolvimento de sensores eletroquímicos produzidos por impressão 3D em folhas caídas de árvores.

Liderada por Bruno Janegitz, professor da UFSCar e chefe do Laboratório de Sensores, Nanomedicamentos e Materiais Nanoestruturados, e por Thiago Paixão, professor da USP e chefe do Laboratório de Línguas Eletrônicas e Sensores Químicos, a pesquisa foi apoiada pela Fapesp e divulgada em um artigo publicado na revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering em fevereiro de 2024.

Para ressaltar a aplicabilidade dos sensores, os pesquisadores os empregaram na detecção de dopamina e paracetamol em amostras biológicas e farmacêuticas.

“Usamos laser de dióxido de carbono para imprimir o desenho de interesse em uma folha por meio de pirólise e carbonização. Obtivemos assim um sensor eletroquímico para uso na determinação dos níveis de dopamina e paracetamol. É muito fácil de operar. Uma gota da solução contendo um desses compostos é colocada no sensor para que mostre a concentração”, explica Janegitz.

O método proposto usa um feixe de laser para queimar a folha e converter a celulose em grafite em um formato adequado para funcionar como sensor. Durante o processo, os parâmetros do laser de dióxido de carbono (CO²), como potência, taxa de varredura da pirólise e intervalo dae varredura, são ajustados sistematicamente para alcançar os resultados desejados.

“Os sensores foram caracterizados por métodos morfológicos e físico-químicos para permitir a exploração exaustiva da nova superfície carbonizada gerada nas folhas”, acrescenta Janegitz.

De acordo com os pesquisadores, a aplicabilidade dos sensores foi confirmada por testes envolvendo a detecção de dopamina e paracetamol em amostras biológicas e farmacêuticas. No caso da dopamina, o sistema se mostrou eficiente em uma faixa entre 10 e 1.200 micromoles por litro, com um limite de detecção de 1,1 micromol por litro. Para o paracetamol, o sistema funcionou bem em uma faixa entre 5 e100 micromoles por litro, com um limite de detecção de 0,76.

Nos testes realizados como prova de conceito, os sensores eletroquímicos derivados de folhas caídas de árvores tiveram desempenho analítico satisfatório e notável reprodutibilidade, destacando o potencial para servir como alternativa aos substratos convencionais com ganhos significativos em termos custos e sustentabilidade ambiental, de acordo com o estudo.

 “As folhas usadas teriam sido incineradas ou, na melhor das hipóteses, encaminhadas para compostagem. Em vez disso, foram usadas como substrato para dispositivos de alto valor agregado em um grande avanço para a fabricação de sensores eletroquímicos”, destaca Janegitz.

Mercado em crescimento

O mercado mundial de sensores eletroquímicos deve atingir cerca de US$ 29,1 bilhões até 2032, com uma taxa composta anual de 6,32% no período entre 2023 e 2032, segundo dados da Precedence Research.

Segundo a pesquisa, sensores eletroquímicos têm demonstrado um papel essencial na detecção de gases tóxicos, uma vez que são de desenvolvimento simples, barato e podem reagir a várias classes de gases nocivos. Em geral, sensores eletroquímicos têm vida útil de seis meses a um ano, dependendo dos gases detectados e do ambiente.

Por sua alta sensibilidade, especificidade e capacidade de análise rápida, os biossensores eletroquímicos também estão sendo empregados na área de saúde. Por exemplo, sensores eletroquímicos baseados em papel foram usados recentemente para detectar a COVID-19 em menos de cinco minutos.

Os fatores impulsionadores do mercado de sensores eletroquímicos são a crescente demanda por segurança e monitoramento em tempo real de processos químicos e o surgimento de biossensores baseados em nanotecnologia, com melhores desempenho e sensibilidade, de acordo com a Precedence Research.