Tese
Desenvolvimento de dispositivos analíticos baseados em papel usando materiais de custo baixo
Development of paper-based analytical devices using low-cost materials
Registro en:
Autor
Pradela Filho, Lauro Antonio
Institución
Resumen
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. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Tese (Doutorado) 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.