Fabricação de sensores eletroquímicos e dispositivos de fluxo lateral para aplicações bioanalíticas
| dc.contributor.advisor1 | Coltro, Wendell Karlos Tomazelli | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8302650734477213 | |
| dc.contributor.referee1 | Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da | |
| dc.contributor.referee2 | Sgobbi, Livia Florio | |
| dc.contributor.referee3 | Coltro, Wendell Karlos Tomazelli | |
| dc.creator | Pereira, Mauricio Matheus Lucio | |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0368204625006763 | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-08T20:10:40Z | |
| dc.date.available | 2026-06-08T20:10:40Z | |
| dc.date.issued | 2026-02-17 | |
| dc.description.abstract | This work presents the development and evaluation of low-cost analytical platforms with potential for portable applications and point-of-care (POC) analysis. Initially, an electrochemical sensor based on conductive tracks directly produced on glass substrates using a laser engraving technique was developed. The fabrication parameters were systematically optimized, and the optimal conditions were established as a power of 2.7 J s⁻¹, a speed of 3.6 mm s⁻¹, and a laser distance of 6 mm, resulting in tracks with minimum electrical resistivity in the range of 27–41 Ω cm. Structural characterization by Raman spectroscopy confirmed the formation of carbonaceous material with graphitic character, evidenced by well-defined D and G bands and a reduction in the ID/IG ratio after chemical treatment with acetic acid, indicating greater structural organization and an increase in sp² domains. FE-SEM analyses revealed a porous and rough surface with a higher density of cavities after acid treatment. The electrochemical performance was evaluated by cyclic voltammetry using the redox probe [Fe(CN)₆]³⁻/⁴⁻, showing reversible behavior, good repeatability, and a diffusion-controlled response. The analytical application of the sensor was investigated for the detection and quantification of midazolam maleate (MID) using differential pulse voltammetry and square wave voltammetry, with the former showing the best performance. The sensor exhibited a linear response in the range of 25 to 150 mg L⁻¹, with limits of detection and quantification of 2.9 mg L⁻¹ and 8.9 mg L⁻¹, respectively. Interference studies demonstrated a low influence of common compounds, and application in real samples of water and fortified alcoholic beverages showed recoveries between 88 and 112%, confirming the potential of the platform for rapid, portable, and lowcost forensic analyses. Additionally, a lateral flow-based analytical device was developed aiming to construct a simple and accessible system for POC diagnostic applications. The device was assembled through the sequential overlap of a glass fiber sample/conjugate pad, a nitrocellulose membrane, and an absorbent pad, allowing continuous and reproducible capillary flow. Different methodologies for depositing test and control lines were evaluated, including manual and semiautomated approaches, revealing reproducibility limitations associated with manual deposition methods. As a molecular recognition strategy, the biotin–streptavidin interaction was explored, involving the immobilization of streptavidin on the membrane and the capture of biotinylated amplicons, whose interaction was confirmed by fluorescence. Furthermore, a controlled deposition system using a linear displacement stage coupled with a syringe pump was developed, enabling greater control in reagent deposition. The results demonstrate the potential of the lateral flow device and the developed deposition system, as well as the need for additional optimization steps to improve line deposition and the analytical performance of the device. Overall, the results highlight the potential of different fabrication strategies for low-cost analytical devices, emphasizing both laser-engraved electrochemical sensors and lateral flow devices as promising alternatives for rapid, portable, and accessible analytical applications. | eng |
| dc.description.resumo | Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a avaliação de plataformas analíticas de baixo custo com potencial para aplicações portáteis e em análises no ponto de atendimento (pointof-care, POC). Inicialmente, foi desenvolvido um sensor eletroquímico baseado em trilhas condutoras obtidas diretamente em películas de vidro por meio da técnica de gravação a laser. Os parâmetros de fabricação foram sistematicamente otimizados, sendo estabelecidas como condições ideais potência de 2,7 J s-1, velocidade de 3,6 mm s-1 e distância do laser de 6 mm, resultando em trilhas com resistividade elétrica mínima na faixa de 27–41 Ω cm. A caracterização estrutural por espectroscopia Raman confirmou a formação de material carbonáceo com caráter grafítico, evidenciado pelas bandas D e G bem definidos e pela redução da razão ID/IG após tratamento químico com ácido acético, indicando maior organização estrutural e aumento de domínios sp2. Análises por MEV FEG revelaram uma superfície porosa e rugosa, com maior densidade de cavidades após o tratamento ácido. O desempenho eletroquímico foi avaliado por voltametria cíclica utilizando o par redox [Fe(CN)₆]3-/4-, apresentando comportamento reversível, boa repetibilidade e resposta controlada por difusão. A aplicação analítica do sensor foi investigada para a detecção e quantificação de maleato de midazolam (MID) utilizando voltametria de pulso diferencial e voltametria de onda quadrada, sendo a primeira a que apresentou melhor desempenho. O sensor apresentou resposta linear no intervalo de 25 a 150 mg L-1, com limites de detecção e quantificação de 2,9 mg L-1 e 8,9 mg L-1, respectivamente. Estudos de interferência demonstraram baixa influência de compostos comuns, e a aplicação em amostras reais de água e bebidas alcoólicas fortificadas apresentou recuperações entre 88 e 112%, confirmando o potencial da plataforma para análises forenses rápidas, portáteis e de baixo custo. Adicionalmente, foi desenvolvido um dispositivo analítico baseado em fluxo lateral, visando a construção de um sistema simples e acessível para aplicações em diagnósticos POC. O dispositivo foi montado a partir da sobreposição sequencial de uma almofada de amostra/conjugado em fibra de vidro, uma membrana de nitrocelulose e uma almofada adsorvente, permitindo a obtenção de fluxo capilar contínuo e reprodutível. Foram avaliadas diferentes metodologias de deposição das linhas de teste e controle, incluindo abordagens manuais e semi-automatizadas, sendo observadas limitações de reprodutibilidade associadas aos métodos manuais. Como estratégia de reconhecimento molecular, foi explorada a interação biotina estreptavidina, com imobilização de estreptavidina na membrana e captura de amplicons biotinilados, cuja interação foi confirmada por fluorescência. Além disso, foi desenvolvido um sistema de deposição controlada utilizando uma mesa de deslocamento linear acoplada a uma bomba seringa, permitindo maior controle na deposição dos reagentes. Os resultados demonstram o potencial do dispositivo de fluxo lateral e do sistema de deposição desenvolvido, bem como a necessidade de etapas adicionais de otimização para aprimorar a deposição das linhas e o desempenho analítico do dispositivo. De forma geral, os resultados obtidos evidenciam o potencial de diferentes estratégias de fabricação de dispositivos analíticos de baixo custo, destacando tanto sensores eletroquímicos baseados em gravação a laser quanto dispositivos de fluxo lateral como alternativas promissoras para aplicações analíticas rápidas, portáteis e acessíveis. | |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | |
| dc.identifier.citation | PEREIRA, Maurício M. L. Fabricação de sensores eletroquímicos e dispositivos de fluxo lateral para aplicações bioanalíticas. 2026. [75] f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2026. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/15461 | |
| dc.language | Português | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de Goiás | por |
| dc.publisher.country | Brasil | por |
| dc.publisher.department | Instituto de Química - IQ (RMG) | |
| dc.publisher.initials | UFG | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Química (IQ) | |
| dc.rights | Acesso Embargado | |
| dc.subject | Sensores Eletroquímicos | por |
| dc.subject | Gravação a Laser | por |
| dc.subject | Dispositivos de Fluxo Lateral | por |
| dc.subject | Análises Bioanalíticas | por |
| dc.subject | Point-of-care (POC) | por |
| dc.subject | Electrochemical Sensors | eng |
| dc.subject | Laser Engraving | eng |
| dc.subject | Lateral Flow Devices | eng |
| dc.subject | Bioanalytical Analyses | eng |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA | |
| dc.title | Fabricação de sensores eletroquímicos e dispositivos de fluxo lateral para aplicações bioanalíticas | |
| dc.title.alternative | Manufacturing of electrochemical sensors and lateral flow devices for bioanalytical applications | eng |
| dc.type | Dissertação |