Fabricação e caracterização de eletrodos flexíveis visando o desenvolvimento de sensores vestíveis e sistemas microfluídicos integrados

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dc.contributor.advisor-co1Sgobbi, Lívia Flório
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0051559038460460pt_BR
dc.contributor.advisor1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8302650734477213pt_BR
dc.contributor.referee1Coltro, Wendell Karlos Tomazelli
dc.contributor.referee2Takeuchi , Regina Massako
dc.contributor.referee3Bertotti , Mauro
dc.contributor.referee4Santhiago , Murilo
dc.contributor.referee5Martins , Paulo Roberto
dc.creatorDias, Anderson Almeida
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2053617238475379pt_BR
dc.date.accessioned2020-09-18T15:31:15Z
dc.date.available2020-09-18T15:31:15Z
dc.date.issued2020-08-28
dc.description.abstractThe fabrication of electrodes based on graphite and polymers has been attracting the attention of the scientific community due to some advantages, such as flexibility, facility to assemble, low cost, the possibility of wearable sensors development, and integration with microfluidic systems. Nonetheless, most fabrication processes are not environmentally friendly manufacturing, because of the use of toxic reagents. This study describes an alternative method for the fabrication of the flexible electrodes by solid-solid deposition and hot compression using plastic substrates and graphite powder, without the aid of hazardous chemicals. The electrodes were produced by applying hot pressure over the graphite powder the thermal lamination sheet. The manufacturing process for these electrodes has advantages such as low cost (about 1 unit = 0.03 Brazilian real), mechanical resistance, and versatility. The electrodes were characterized by cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy. These devices exhibited good current repeatability in CV for different electrodes verified by ANOVA statistical analysis. As proof of concept, the modified electrodes with bismuth were integrated into a 3D device and used for zinc analysis in sweat real samples. The modified electrodes showed linearity in a wide concentration range between 50 and 2000 ppb of Zinc (R² = 0.996) and low detection limit (4.31 ppb). The obtained results for the real samples revealed statistical agreement with the reference method (atomic absorption spectroscopy). Besides, the electrodes were integrated into a microfluidic device (µDPE-plastic microdevice with electrochemical detection) which was incorporated together through a 3D printed platform. Preliminary analyzes performed using a redox probe as model showed repeatability with a standard deviation between injections in the range of 2 and 11% and repeatability between µDPEs verified by ANOVA statistical analysis. The devices exhibited low cost (1 unit = 0.05 Brazilian real), analytical frequency of approximately 75 injections per hour, and the use of low volumes of 10 µL. The 3D platform was also accomplished at a low cost (1 unit = 2.50 Brazilian real) and proved to be essential for good repeatability between injections.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2020-09-18T13:05:11Z No. of bitstreams: 2 Tese - Anderson Almeida Dias - 2020.pdf: 5544434 bytes, checksum: 7a3ef5bad61e569856ea8a49688fdfaf (MD5) license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5)en
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dc.description.resumoA fabricação de eletrodos baseados em grafite e polímeros tem atraído a atenção da comunidade científica devido a algumas vantagens, tais como flexibilidade, facilidade de fabricação, baixo custo, possibilidade desenvolvimento de sensores vestíveis e integração com sistemas microfluídicos. No entanto, a maioria dos processos de fabricação não é ecologicamente responsável, devido ao uso de reagentes tóxicos. Este trabalho descreve, de forma inédita, um método alternativo para a fabricação de eletrodos flexíveis por deposição sólido-sólido e compressão a quente utilizando substratos plásticos e pó de grafite, sem o auxílio de reagentes químicos perigosos. Os eletrodos foram produzidos pela aplicação de pressão a quente sobre o pó de grafite e a folha de laminação térmica. O processo de fabricação desses eletrodos apresenta vantagens como: baixo custo (cerca de R$ = 0,03 / unidade), resistência mecânica e versatilidade. Os eletrodos foram caracterizados por voltametria cíclica (VC), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Estes dispositivos exibiram boa repetibilidade de corrente em VC para diferentes eletrodos verificado por análise estatística ANOVA. Como prova de conceito, os eletrodos modificados com bismuto foram integrados a um dispositivo 3D e utilizados para análise de zinco em amostras reais de suor. Os eletrodos modificados apresentaram linearidade para uma ampla faixa de concentração entre 50 e 2000 ppb de Zinco (R² = 0,996) e baixo limite de detecção (4,31 ppb). Os resultados obtidos nas amostras reais apresentaram concordância estatística com o método de referência (espectroscopia de absorção atómica). Além disso, os eletrodos foram integrados a um dispositivo microfluidico (µDPE-microdispositivo plástico com detecção eletroquímica) o qual foi incorporado a uma plataforma 3D. As análises preliminares realizadas com sonda redox apresentaram repetibilidade com desvio padrão entre injeções na faixa de 2 e 11% e repetibilidade entre µDPE verificado por análise estatística ANOVA. Os dispositivos apresentaram baixo custo (R$ 0,05 a unidade), frequência analítica aproximada de 75 injeções por hora e utilização de baixos volumes 10 µL. A plataforma 3D foi fabricada a um custo baixo (R$ 2,50) e demonstrou-se essencial para uma boa repetibilidade entre as injeções.pt_BR
dc.description.sponsorshipOutropt_BR
dc.identifier.citationDIAS, A. A. Fabricação e caracterização de eletrodos flexíveis visando o desenvolvimento de sensores vestíveis e sistemas microfluídicos integrados. 2020. 96 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/10757
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Química (IQ)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectEletrodos flexíveispor
dc.subjectSensor vestívelpor
dc.subjectDispositivo microfluídicopor
dc.subjectFlexible electrodeseng
dc.subjectWearable sensoreng
dc.subjectMicrofluidic deviceeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICApt_BR
dc.titleFabricação e caracterização de eletrodos flexíveis visando o desenvolvimento de sensores vestíveis e sistemas microfluídicos integradospt_BR
dc.title.alternativeManufacturing and characterization of flexible electrodes for the development of wearable sensors and integrated microfluidic systemseng
dc.typeTesept_BR

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