ISEP - DM – Biorrecursos
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- Alimentos Sustentáveis e Funcionais para um Coração SaudávelPublication . Nogueira, Ana Catarina Félix; Ferreira, Maria João Dantas RamalhosaCom a viragem do século, as doenças cardiovasculares (DCV) continuam a ser principal causa de mortalidade no mundo e em Portugal, sendo encaradas atualmente como um dos mais importantes problemas de saúde pública. Como resposta a esta situação e em combinação com os avanços em diversos domínios científicos, surgiu um novo tipo de produtos alimentares, denominados alimentos funcionais. Estes produtos, cujo desenvolvimento aumentou consideravelmente ao longo da última década, além da função nutricional básica que possuem, oferecem também aos consumidores uma gama de compostos bioativos com efeitos benéficos e cardioprotetores para a saúde, reduzindo desta forma o risco de doenças DCV. Este trabalho teve como objetivo principal desenvolver uma bebida funcional substituta de café a partir de duas matrizes vegetais desvalorizadas e altamente disponíveis em Portugal, a bolota e a alfarroba. Para tal, foi necessário processar as amostras de forma a obter no final três bebidas funcionais, B1 (nem muito doce nem muito amarga), B2 (mais amarga) e B3 (mais doce), cada uma com diferentes formulações de bolota e alfarroba torradas, que se enquadrassem no gosto dos consumidores de café ou substitutos de café. De forma a avaliar os benefícios nutricionais e potenciais efeitos cardioprotetores para a saúde, foram efetuadas uma série de análises às bebidas desenvolvidas assim como também às matrizes cruas e às respetivas torras usadas para a preparação das bebidas. Neste sentido, foi realizada uma análise à composição química e nutricional das amostras: humidade/sólidos totais, cinzas, lípidos, proteínas, açúcares, fibras insolúveis, minerais e valor energético; foram avaliados, com recurso à espectrofotometria, os teores de compostos fenólicos totais (TPC), flavonoides totais (TFC), taninos condensados, produtos da reação de Maillard e atividade de sequestro dos radicais livres DPPH• e o ABTS•+, e por último foi feita uma análise à bioatividade através do estudo da capacidade de inibição das enzimas α-glucosidase e α-amilase. As bebidas foram ainda analisadas sensorialmente através de um inquérito efetuado a um grupo de 20 provadores não treinados, de forma a avaliar as características organoléticas dos produtos finais. Os resultados obtidos mostraram que as matrizes possuem um elevado valor nutricional, nomeadamente alto teor em fibras insolúveis, cerca de 19,0 ± 2,5% para a bolota e 31,3 ± 4,0% para a alfarroba, no entanto a alfarroba apresentou teores mais elevados em açúcares totais (31,3 ± 4,0%) quando comparado com outros frutos secos (castanha, amêndoa e avelã). Todas as amostras apresentaram capacidade antioxidante, comprovada essencialmente através dos seus altos teores em compostos fenólicos e de capacidade de sequestro dos radicais livres, nomeadamente o radical ABTS•+ . Deste modo, a bolota foi a matriz que obteve valores mais altos, cerca de 1551 ± 6 mg EAG/100 g de teor em TPC e apresentou um valor de IC50 para a atividade de sequestro do ABTS•+ de 6,04 ± 0,15 µg/mL, enquanto a alfarroba obteve valores de 859 ± 19 mg EAG/100 g e 203 ± 5 µg/mL, respetivamente. Em relação às bebidas, a B2 foi a que apresentou valores superiores de TPC, cerca de 275 ± 1,1 mg EAG/100 g, seguindo-se da B1 e B3 com os respetivos valores de 236 ± 1,1 mg EAG/100 g e 212 ± 1,6 mg EAG/100 g, por outro lado, a B3 (IC50 = 83,0 ± 2,1 µg/mL) obteve valores mais elevados para a atividade de sequestro do ABTS•+, seguido da B2 (IC50 = 65,7 ± 2,7 µg/mL) e B3 (IC50 = 65,3 ± 0,3 µg/mL). Em termos de bioatividades todas as amostras mostraram serem potenciais agentes antidiabéticos, uma vez que os extratos mostraram uma forte inibição da α-glucosidase, apresentando valores de IC50 entre 5,36 – 217 µg/mL. No entanto, não foram registadas quaisquer inibições para a α-amilase. Através da análise sensorial realizada, concluiu-se que os provadores tiveram mais preferência pela bebida B3, de seguida da B2 e por último a B1. Apesar de os provadores terem mostrado que não tinham muita intenção de comprar alguma das bebidas, a B3 foi a que obteve maior pontuação. Deste modo, este trabalho conseguiu mostrar o elevado valor nutricional das matrizes escolhidas, que se refletiu posteriormente na produção de bebidas funcionais, destacando-se a sua capacidade na prevenção e diminuição do risco de DCV, comprovando que estas bebidas poderão ser uma potencial alternativa ao café.
- Avaliação Ambiental de Painéis de Aglomerado de Partículas de CardoPublication . Freitas, Clara Sofia Santos; Silva, Luis Manuel Sousa daO presente trabalho de dissertação, para obtenção do grau de Mestre em Biorrecursos pelo ISEP, decorreu no seguimento de um projeto da unidade de Ambiente e Fogo do INEGI. Sendo o principal objetivo a avaliação dos impactes ambientais associados ao ciclo de vida de um painel de aglomerado de partículas, com dimensões de 220×220×16 mm3 , produzido à escala piloto com subprodutos da planta cardo como material estrutural e amido de batata como bioadesivo. A crise climática que enfrentámos exige a colaboração de governos, organizações, empresas, cidadãos e indústrias em adotar estratégias sustentáveis e procurar alternativas mais amigas do ambiente. Por isso, a avaliação dos impactes ambientais de produtos e processos é um contributo fundamental para ajudar a alcançar os 17 ODS da ONU. O uso de matérias-primas biológicas, renováveis, biodegradáveis, funcionais e economicamente viáveis, como o cardo e o amido de batata, é um exemplo dessas alternativas. Nessa perspetiva, o trabalho desenvolvido ao longo do estágio consistiu na pesquisa e análise do estado de arte e na aplicação da metodologia de ACV a uma unidade de PB de cardo com recurso à ferramenta Microsoft Excel, segundo o método ReCiPe 2016 Midpoint (E) V1.02 e como base de dados de inventário o EcoInvent V3.5, consultado através do software SimaPro V8.5.2. De forma a complementar a análise ambiental, analisaram-se os COVs presentes no painel aplicando a técnica de “headspace activo”. Recorreu-se ainda ao programa Aspen Plus V9 para simulação do processo de aquecimento no fabrico do adesivo biológico e obtenção de dados associados a esta etapa. No presente estudo, apenas uma parte do ciclo de vida do PB de cardo foi avaliada, não tendo sido considerados potenciais impactes associados às emissões durante o processo, com destaque para a perda de água, o cultivo e processamento do cardo, fabricação dos equipamentos utilizados, acabamento do painel, transporte, uso e disposição final. Esta última constitui uma das maiores limitações para que os impactes ambientais determinados neste estudo representem a realidade do painel, que idealmente é quando se considera o ciclo de vida completo deste produto. Apesar das limitações, a metodologia de ACV é uma ferramenta importante para avaliar os impactes ambientais tendo-se concluído ao longo deste estudo de ACV que o consumo de energia é a principal fonte de impacte ambiental associado à produção do PB de cardo. Verifica-se ainda, que a substituição de adesivos à base de formaldeído por amido de batata apresenta algumas vantagens por ser de origem biológica e local, o que possibilita a redução de impactes a nível de transporte, no entanto, a prensagem a quente, necessária para a utilização do amido de batata, é a principal etapa responsável pelo consumo energético. Assim, conclui-se que esta etapa é das com mais potenciais impactes associados e, consequentemente, a utilização do adesivo de amido está na base dos potenciais impactes ambientais determinados no sistema em estudo. Em conclusão, para minimizar os impactes ambientais, é necessário estudar e comparar a utilização de matérias-primas alternativas, destaque para o amido, utilizar equipamentos/etapas mais eficientes e, principalmente, optar por fontes de energia renováveis como, por exemplo, energia fotovoltaica como uma opção mais vantajosa quando comparada com o mix energético português, que permite melhorar o desempenho energético do sistema em estudo e, por isso, minimizar os potenciais impactes ambientais do painel de aglomerado de partículas de cardo e, assim, avançar em direção a uma indústria de produção de painéis de aglomerado mais sustentável.
- Avaliação da atividade neuroprotetora de plantas medicinais chinesasPublication . Moreira, João Pedro Soares; Matos, Cristina Maria Fernandes Delerue Alvim deAs doenças neurodegenerativas, como a Doença de Alzheimer e a Doença de Parkinson, assim como distúrbios emocionais, como a depressão, englobam um conjunto de condições incuráveis que perturbam a qualidade de vida dos indivíduos afetados. Esta condição tem como características o declínio da capacidade cognitiva e motora que se agrava com o passar dos anos. Apesar destas doenças serem incuráveis, estudos têm vindo a ser realizados de modo a compreender of mecanismos por detrás do agravamento destas condições, de tal modo a suprimir ao máximo a sua propagação. Até hoje, as hipóteses e teorias mais discutidas revolvem a volta de processos enzimáticos, do agonismo e antagonismo de recetores neuronais, de stress oxidativo, e da citotoxicidade de complexos proteicos, portanto, terapias eficazes têm vindo a ser desenvolvidas de modo a suprimir a progressão destas doenças. As terapias já existentes centramse na administração de fármacos que atuam nos mecanismos inerentes de cada condição neurodegenerativa. Neste aspeto, as plantas medicinais surgem como fortes candidatos a integrarem estas terapias, uma vez que, no passado, eram administradas para tratar diferentes doenças inflamatórias, por exemplo. Cada planta apresenta uma panóplia de compostos bioativos que, em alguns casos, compõe alguns fármacos especificados para este tipo de doenças. De todas as terapias existentes, a Medicina Tradicional Chinesa surge como uma das mais antigas, praticadas, e mais bem documentadas do mundo. Esta dissertação tem como principal objetivo averiguar o potencial de algumas das mais utilizadas plantas medicinais (e um fungo) na Medicina Tradicional Chinesa, na intervenção benéfica dos mecanismos inerentes de cada doença neurodegenerativa.
- Avaliação do processo de tratamento da Estação de Tratamento de Água Residual da empresa H.B. Fuller Portugal Produtos Químicos, S.A.Publication . Barros, Ana Cláudia Dias; Figueiredo, Sónia Adriana Ribeiro da CunhaO presente trabalho tem como objetivo o estudo do processo de tratamento da estação de tratamento de águas residuais (ETAR) da empresa H.B. Fuller Portugal Produtos Químicos, S.A., construída em 1999. As colas produzidas na empresa foram sofrendo alterações e, consequentemente o efluente a tratar também mudou as suas características. Além disso, a empresa fabrica uma grande variedade de produtos. Este estudo começou por uma caracterização das águas residuais geradas ao longo das várias fases do processos de tratamento, tendo-se concluído que numa primeira abordagem deveria otimizar-se o tratamento primário. Os parâmetros analisados no efluente da ETAR antes e após tratamento para avaliação da sua eficiência, incluem pH, condutividade, turvação, carência química de oxigénio (CQO), carbono orgânico total (COT), azoto total e ferro. Os últimos dois parâmetros foram selecionados devido aos resultados obtidos nas análises externas realizadas anteriormente que revelavam que estes se encontravam acima do valor limite de emissão. Realizaram-se testes com sete coagulantes e quatro floculantes pelo método Jar-Test. O intuito foi avaliar se o conjunto coagulante/ floculante que se encontrava a ser utilizado pela empresa estava a ser aplicado nas melhores condições de dosagens e pH e também se existem opções de coagulante/ floculante que tratem a água residual de forma mais eficiente. O coagulante Kemira PAX 18 e o floculante Aquaprox MFA 9722 relevaram ser o conjunto com a relação de eficiência e custo (1,46 €/m3 ) mais adequada para se utilizar no tratamento da ETAR da empresa H.B. Fuller. Comparativamente com o efluente industrial sem tratamento, o teor de carbono orgânico total foi removido em 68% e a turvação em 99,7%. O azoto diminuiu 37% após tratamento, mas mesmo assim continuava acima do VLE (90 mg/L) permitido pela liçenca de descarga da empresa no coletor Municipal, mas como se trata de um tratamento primário o efluente teria de continuar a ser tratado. Os resultados de ferro foram baixos (0,37 mg Fe/L) e o pH encontrava-se na gama de 5,5 a 9,5 prevista para a descarga de água residuais no Regulamento n.º 586/2010, de 7 de julho da Indaqua. Realizaram-se testes em linha e os resultados foram uma boa separação e um sobrenadante límpido, como esperado. E, por causa do futuro aumento produtivo, testou-se também o conjunto coagulante/ floculante no efluente proveniente das colas base aquosa e os resultados foram positivos, sobrenadante límpido, flocos de tamanho médio e lama sedimentada. Assim sendo, concluiu-se que mesmo alterando a composição do efluente que chega à ETAR para tratamento, o Kemira PAX 18 e o Aquaprox MFA 9722 irão tratar o efluente de forma eficaz. Ao longo deste trabalho encontraram-se algumas sugestões de melhoria para tornar o tratamento mais eficaz como a adição de um pré-tratamento constituído pelas etapas de gradagem, tamisagem e flutuação, um doseador de antiespuma automático e de uma solução de acerto de pH ácida. Dado que a produção de lamas no tratamento de água é inevitável, estudaram-se ainda os possiveis destinos para a gestão e valorização das mesmas. Sugere-se a sua incineração para produção de energia térmica. Com o intuito de automatizar o processo de tratamento e adequar as técnicas disponíveis de tratamento pediu-se auxílio à empresa VentilAQUA que confirmou algumas das alterações sugeridas e adicionou mais algumas alterações ao longo do tratamento.
- Biossensor Eletroquímico em Cortiça: Deteção de um Biomarcador Associado à Doença de ALZHEIMERPublication . Correia, Bárbara Portugal; Duarte, Abel José AssunçãoO desenvolvimento de tecnologias de diagnóstico de rápida deteção tem sido alvo de grande interesse e investigação, sobretudo quando se refere a doenças neurológicas. Assim sendo, o objetivo principal deste trabalho consistiu no desenvolvimento de sensores eletroquímicos com base em polímeros de impressão molecular (MIP) desenvolvidos em suportes sustentáveis, como a cortiça, para a determinação de um biomarcador associado a processos neuroinflamatórios, a Interleucina 6 (IL6). Numa primeira parte do trabalho, foram otimizadas as condições experimentais para a construção do biossensor, nomeadamente com a escolha criteriosa do monómero a utilizar, de forma a interagir adequadamente com a molécula alvo definida, IL6. A determinação seletiva deste biomarcador foi conseguida utilizando um mecanismo de polimerização eletroquímica com remoção da proteína da matriz polimérica criada, através do ácido sulfúrico. Toda a evolução das diferentes etapas da construção do biossensor foi seguida por técnicas eletroquímicas, nomeadamente, impedância eletroquímica (EIS) e voltametria cíclica (CV). A otimização do biossensor foi efetuada em elétrodos de carbono convencionais descartáveis (SPE), em suporte em cerâmica. Por fim, o desempenho do sensor foi avaliado com a incubação de diferentes padrões de IL6, em solução tampão (PBS) inicialmente, e posteriormente, num sistema próximo do real, neste caso com a deteção de IL6 em amostra de soro comercial. Foi testada a seletividade do sensor eletroquímico na presença de compostos como a ureia, glicose, entre outros, que coexistem em excesso em amostras biológicas. Numa segunda parte do trabalho, após o estudo de condições ótimas e análise de parâmetros eletroquímicos do biossensor, o biossensor foi sintetizado com a mesma metodologia em elétrodos de carbono descartáveis em suporte de cortiça. Posteriormente, procedeu-se à avaliação do seu desempenho analítico. Em concordância com os resultados analíticos em elétrodos comerciais, concluiu-se que o sensor molecularmente impresso (MIP) em suporte de cortiça, obteve um bom desempenho analítico com gama de linearidade entre 0,001 a 10 ng/mL e coeficientes de correlação acima de 0,97 para curvas de calibração em tampão e em amostras de soro. Estes valores englobam os valores fisiológicos da proteína no soro de pacientes com a doença de Alzheimer (DA). Os polímeros sem impressão molecular (NIPs), tiveram uma resposta analítica muito baixa, concordante com o esperado devido à ausência de proteína. Em resumo, os biossensores desenvolvidos em suportes de cortiça apresentaram um bom desempenho analítico, que comparativamente aos sensores tradicionais, considerou-se igualável. Estes resultados demonstram ser possível aplicar (bio)materiais em qualquer área, incluindo a área médica, e melhorar a preservação pelo meio ambiente. Seria interessante mais alguns estudos e otimizações neste dispositivo desenvolvido para testar esta tecnologia em escala piloto. Uma das grandes vantagens desta estratégia proposta é uma ferramenta que permite a deteção no local, de resposta rápida, baixo custo associado e com redução de impactos ambientais causados.
- CO2 valorisation for methanol production: exploring the key role of supports in the catalytic performancePublication . Mendes, Inês Carolina de Vasconcelos; Silva, Paula Cristina Pereira; Constantino, DâniaGlobal warming, caused mainly by the increase in carbon dioxide emissions from fossil fuels, calls for sustainable solutions such as carbon capture and utilisation (CCU). CO2 can be used to produce fuels and chemicals, such as methanol, which is widely used in industrial synthesis and, recently, as a marine fuel. The production of methanol through the hydrogenation of CO2 supports the circular economy. The research community is focussing on improving cost-effectiveness through innovative catalysts, advances in reactors and better process integration. This dissertation focused on the development and study of different supported catalysts for the synthesis of methanol from CO2. Different catalysts were developed based on copper and zinc supported on alumina and alumina doped with silica using: incipient wetness impregnation and precipitation methods. Their catalytic performance was assessed in a fixed bed reactor for 8 hours, using optimum conditions obtained from a parametric study previously performed (250ºC, 30 bar, H2/CO2 ratio of 3 and GHSV of 2.8 L∙gcat -1∙h-1). The C20Z10A (P) catalyst, based on 20% by mass of copper, 10% by mass of zinc supported alumina prepared by precipitation, showed promising results, with copper-normalised time yield (CTY) values (1.04 molCO₂∙gCu -¹∙s-¹) and selectivity for methanol (7.9%). The best selectivity obtained was 12.8 per cent with the C20Z10S10 (P) catalyst, based on 20 per cent by mass of copper, 10 per cent by mass of zinc supported on alumina doped with 10 per cent by mass of silica prepared by precipitation. Although this was the material with the highest selectivity for methanol, its CTY was only 0.51 molCO₂∙gCu -¹∙s-¹. Compared to the reference material, TMC-3/1, (22.9 %), the selectivities obtained were lower. The use of aluminosilicates with 40% silica by mass as a support did not positively influence the catalyst. C20Z10A (P) should be investigated in detail, as it could be a promising catalytic system to be used in catalytic films to be integrated into a new microstructure reactor, also known as NetMIX.
- De sistemas integrados de gestão ao modelo Shingo - desenvolvimento de um modelo conceptualPublication . Carvalho, Mariana Pinto de; Sá, José Carlos Vieira deAtualmente, as organizações procuram modelos e ferramentas que lhes proporcionem novas formas de se reinventarem, melhorando continuamente a sua qualidade e trabalhando até ao derradeiro objetivo – a excelência. Este estudo pretende estabelecer um enquadramento de trabalho, através do modelo conceptual desenvolvido, que considera os requisitos do Sistema Integrado de Gestão, relacionando-os com as dimensões presentes no Modelo Shingo permitindo uma avaliação que determina o quão apta uma organização poderá estar para a sua implementação, através da utilização de um sistema de pontuação. O modelo desenvolvido foi validado na Toyota Caetano Portugal – pertencente ao Grupo Salvador Caetano – através de uma observação comportamental que precedeu e fundamentou a avaliação com o sistema de pontuação desenvolvido, a qual se obteve uma pontuação de 732,26 pontos em 1000 possíveis. Posteriormente, os colaboradores da organização acolhedora realizaram uma auto-avaliação quantitativa, através de um inquérito que assentava sob os mesmos moldes do sistema de pontuação desenvolvido, e desta ação obteve-se uma pontuação de 768,28 pontos em 1000 possíveis. Estes resultados permitiram constatar que os métodos de avaliação distintos convergem para as mesmas conclusões pelo que se pode auferir que, nestas circunstâncias, a validação do modelo foi realizada com sucesso visto existir coerência e corroboração dos resultados obtidos do ponto de vista externo e interno. Posto isto, concluiu-se que este modelo tem o potencial de permitir que qualquer organização consiga corresponder às expectativas e exigências dinâmicas de mercado e apresentar-se de forma competitiva em relação às outras organizações, demonstrando orientação para a excelência através da prática da melhoria contínua.
- Desenvolvimento de um biossensor de deteção e quantificação do ácido levulínicoPublication . Sillos, Dalton Marinho; Duarte, Abel José AssunçãoO ácido levulínico (AL) tem sido alvo de muitos estudos por ser uma molécula de fácil produção via sintética e, mais recentemente, via processos envolvendo biomassas. O departamento de energia dos EUA, identificou o AL como uma plataforma de 12 potenciais químicos no conceito de biorrefinaria. A ampla gama do AL em possíveis produtos secundários, muitas aplicações nas industriais ou como um intermediário em química orgânica. Para além das largas dezenas de milhares de euros de custo de aquisição dos cromatógrafos, o reagente para uma determinação de AL tem um valor estimado de 1000 €. Desta forma, o objetivo deste trabalho é encontrar um método rápido, fácil e barato para a deteção e quantificação do AL, recorrendo para isso aos pontos de carbono (CDoT). Os CDoT são aglomerados de átomos de carbono com dimensões de partícula inferiores a 100 nm e, apresentam propriedades notáveis de fluorescência, além disso, destacam-se pela sua a baixa toxicidade, notável solubilidade em água e excelente biocompatibilidade. Recentemente, têm despertado considerável interesse como sensores para diversas substâncias analíticas de interesse. Neste contexto, a utilização de recursos naturais de baixo custo e renováveis não apenas satisfaz a necessidade de síntese em larga escala de CDoT, mas também incentiva desenvolvimento de aplicações sustentáveis. A preparação de CDoT utilizando recursos naturais como plantas, oferece diversas vantagens, tornando-se uma escolha econômica, ecologicamente sustentável e amplamente acessível. Os resíduos estão prontamente disponíveis e são recursos naturais como matéria-prima para a produção de CDoT com diversas características e formas atrativas. Vários artigos de revisão estão agora disponíveis cobrindo a síntese, propriedades e aplicações de CDoT. No entanto, há literatura de revisão específica e focada discutindo CDoT derivados de resíduos para aplicações de sensor. Para preencher essa lacuna, apresentamos uma revisão do progresso na produção de CDoT a partir de resíduos de Curcubita maxima (conhecida popularmente como abóbora bolina) e quantum dots à base de cádmio-telúrio revestido por ácido mercapto propiónico (MPA). Destacamos os métodos de síntese e, em seguida, fornecemos uma visão geral de suas propriedades óticas, ressaltando seu potencial como sensores para a deteção do ácido levulínico. É importante notar que as tentativas de desenvolver um método colorimétrico rápido, econômico e confiável para a deteção do ácido levulínico têm sido desafiadoras. A estrutura pequena, simples, sem grupos funcionais que o pudesse diferenciar contribuíram para a dificuldade de encontrar um método analítico sequer qualitativo. O objetivo de desenvolver um sensor económico, ecologicamente amigável e de utilização simples usando CDoT mostrou-se inatingível. Além disso, foram realizados ensaios experimentais com quantum dots à base de cádmio e telúrio, mas também não foi possível obter um sensor eficaz para o AL. Em resumo, nenhuma das metodologias testadas conseguiu produzir o sensor químico desejado para a deteção do ácido levulínico.
- Desenvolvimento de um sensor electroquímico baseado em papel de carbono para determinação de ketoprofenoPublication . Martins, Marco André Morais; Morais, Simone BarreiraAmong contaminants of emerging concern (CECs), pharmaceuticals are of paramount concern. Because these products are widely used, CECs keep being released into the environment where they can accumulate over time. Innumerous studies performed throughout the world have confirmed the detection of CECs in different aquatic matrices such as rivers, seas, lakes and marine animals. However, these analyses are usually performed with chromatographic methods using bulky and expensive equipment, only operated by specialized technicians. Therefore, the development of electrochemical sensors is a potential alternative to these conventional methods, and it can be seen as an opportunity for the development of sustainable analytical practices. Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are some of the most consumed pharmaceuticals worldwide. A literature review showed that several studies confirmed the presence of NSAIDs in the environment. Until now, electrochemical sensors for NSAIDs such as diclofenac, acetylsalicylic acid and acetaminophen have been the most widely reported. However, they have been developed in a lesser extent for the propionic acid derivatives NSAIDs, such as ketoprofen, which is one of the most prescribed drugs in Portugal. The aim of the present work is the development of a simple and efficient sensor to be applied in the monitoring of ketoprofen. The developed sensor is a paper-based carbon substrate, which is connected in one end to a copper mesh and used directly as working electrode. The electrochemical performance of the sensor was characterized by cyclic voltammetry in a standard solution of the indicator Fe(CN)6 3/4- while quantification of ketoprofen was performed at the optimum conditions (pH 5.0, pulse amplitude of 70 mV, pulse time of 5 ms, step potential of 17.5 mV and interval time of 0.117 s) by differential pulse voltammetry. The developed sensor presented a linear range of 0.125 to 8.60 µM, a sensitivity of 24.02 µA/(µM.cm2 ), and a limit of detection of 0.233 µM. In the reproducibility and repeatability assays, it was possible to obtain relative standard deviation values lower than 8.2% and 6.1%, respectively. The proposed electrochemical sensor was successfully tested for ketoprofen monitoring in WWTP water samples with recoveries ranging from 86% to 99%. The carbon paper-based electrode developed during this work and used in the presented electrochemical sensor can also be integrated into a miniaturized and portable device, that allows in-situ analysis of environmental samples.
- Desenvolvimento de uma célula de biocombustível enzimática de glicose / oxigénio baseada em transdutores de minas de grafitePublication . Tavares, Miguel Ângelo Lopes; Morais, Simone BarreiraNowadays, society is heavily dependent on multiple types of energy that are spent in numerous applications. Most of this energy is derived from non-renewable sources such as nuclear and fossil fuels that may represent serious environmental, social and economic concerns. The future of energy supply depends on the innovative design of green, sustainable, and efficient systems for the conversion of clean and readily available energy sources. Biofuel cell is a sustainable, micro-energy production technology with promising applications in the biotechnological field and small consumable electronics. It is based on the application of biological entities such as microorganisms or enzymes in electrochemical transducers to convert the chemical energy of specific compounds into electrical signals. Particularly, enzymatic glucose/O2 biofuel cells have been widely studied due to their promising implantable applications since energy can be extracted from biological fluids to power critical devices such as pacemakers. The main objective of this work was the development of an enzymatic glucose/O2 biofuel cell using low-cost pencil graphite electrodes (PGE) for the enzymatic transduction. Bioanode was based on the immobilization of glucose oxidase (GOx) enzyme for catalysis of glucose fuel while biocathode was based on the immobilization of bilirubin oxidase (BOx) enzyme for reduction of the oxidant O2. The experimental work began with the electrochemical characterization of PGE and comparison with conventional electrodes. Good voltammetric results were obtained for PGE in terms of cathodic/anodic peak intensities, peak-to-peak separation (∆Ep) and electron transfer rate constant (k0 ) justifying therefore their selection as a transducer for the immobilization of enzymes. In order to improve the electrochemical performance of PGE, nanostructuration of the electrode surface was assessed using different carbon nanomaterials (multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), reduced graphene (rGO)) through cyclic voltammetry (CV). Prior to biofuel cell assembly, the biocathode and the bioanode were individually characterized as biosensors for the respective enzyme substrates. Therefore, the bioelectrode for O2 was first developed by immobilizing BOx into a previously modified PGE (PGE-rGO-MWCNTs) using a pyrene-based succinimidyl ester (PBSE) cross-linker. After assessing enzyme immobilization by CV, O2 was detected by amperometry achieving a sensitivity of 600 µA.mM-1 .cm-2 and a limit of detection of 0.1 mM. When applied as a biocathode, the polarization curves resulted in an open circuit potential (OCP) of 0.52 V vs Ag/AgCl and generated a maximum current density of 170 µA.cm-2 in the presence of O2. The bioelectrode for glucose was fabricated in a similar way, however, using SWCNTs instead of MWCNTs (PGE-rGO-SWCNTs-PBSE-GOx). Although being efficiently immobilized in the electrode surface enabling direct electron transfer, the amperometric analysis revealed some instability and unreproducible problems, requiring the use of a mediator to facilitate the electron transfer between the enzyme and the electrode. In this mediated condition the sensitivity achieved was 55 µA.mM-1 .cm-2 and the limit of detection was 0.09 mM. Finally, the GOx and BOx bioelectrodes were assembled as bioanode and biocathode in a glucose /O2 biofuel cell. In mediated electron transfer conditions, the membraneless biofuel cell achieved an OCP of 0.45 V and generated a power density of 26 µw.cm -2 . A membraneless glucose/O2 biofuel cell was therefore successfully fabricated though requiring the use of a diffusional mediator to achieve maximum power.