Carbon paper and carbon cloth-based sensors for pharmaceutical pollutants: Novel green tools to guarantee fish safety and surveil ecosystems

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Desenvolvimento de uma célula de combustível enzimática de glicose/O2 baseada em papel

Publication . Pinto, Ricardo Jorge Fraga; Morais, Simone Barreira

A crescente preocupação com as mudanças climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa têm aumentado a procura por soluções energéticas mais limpas e sustentáveis, assim como a utilização de materiais mais amigos do ambiente e reutilizáveis. Neste contexto, a presente dissertação propõe o desenvolvimento de uma célula de biocombustível enzimática de glicose/O₂ (EBFC), utilizando papel como substrato para os elétrodos, minimizando e reduzindo o uso de material, com o intuito de aumentar a sustentabilidade ambiental no fabrico de dispositivos analíticos. A EBFC é composta por dois bioelétrodos, com imobilização das enzimas glicose desidrogenase (bioânodo) e bilirrubina oxidase (biocátodo). A seleção do nanomaterial adequado para a construção dos elétrodos foi realizada utilizando voltametria cíclica (CV), uma técnica eletroquímica que permite comparar a eficiência de diferentes nanomateriais em termos de transferência eletrónica e atividade de oxidaçãoredução. Foram testados dois nanomateriais de carbono (carbono mesoporoso e negro de fumo), bem como dois solventes diferentes na sua dispersão, nomeadamente N,Ndimetilformamida (DMF) e dodecil sulfato de sódio (SDS) tendo-se verificado que o carbono mesoporoso, dispersado em DMF, apresentou o melhor desempenho, sendo então selecionado para a construção dos biossensores. Este material demonstrou uma capacidade superior de imobilização de enzimas, facilitando a transferência direta de eletrões e aumentando a eficiência dos processos redox. Os bioelétrodos desenvolvidos com base neste nanomaterial foram inicialmente caracterizados como biossensores para os seus substratos (glicose e O2) usando as técnicas CV e amperometria. No caso do biossensor de glicose, foram alcançados resultado com uma sensibilidade de 3,33 μA/mM e um limite de deteção (LOD) de 0,049 mM. Já no biossensor de oxigénio, obteve-se uma sensibilidade de 32,54 μA/mM, com um LOD de 0,002 mM. A célula de combustível enzimática glicose/O2 foi então construída usando o bioelétrodo papel(MC)/GDH, como ânodo, e bioelétrodo papel(MC)/BOx, como cátodo. As curvas de polarização da célula de combustível permitiram analisar o seu desempenho energético. A potência máxima gerada pela célula foi de 0,13 μW na presença de glicose, um valor baixo, mas suficiente para aplicações em biossensores de baixo consumo energético. Apesar da potência gerada ser relativamente baixa, a EBFC desenvolvida demonstra um elevado potencial para ser utilizada como um biossensor autossuficiente na determinação de glicose, especialmente em dispositivos biomédicos portáteis. Esta tecnologia inovadora representa um passo importante na criação de soluções sustentáveis e ecológicas para a monitorização de saúde, alinhando-se com as exigências atuais de energias renováveis e dispositivos autossustentáveis.

2024-10-16Master thesis

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Otimização de um sensor eletroquímico de papel de fibra de carbono para a venfafaxina

Publication . Isidro, Ana Sofia Ferreira; Morais, Simone Barreira

A venlafaxina (VEN) é um fármaco antidepressivo, sendo este um composto recorrentemente usado nos tempos atuais. Contudo a sua presença no meio ambiente faz com seja considerado um poluente emergente não havendo monitorização e/ou regulação dos seus níveis no ambiente, podendo assim afetar os ecossistemas aquáticos e consequentemente a saúde humana. Por isso, é fundamental o desenvolvimento de sistemas analíticos eficazes para este tipo de poluentes. Assim, o objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um sensor eletroquímico baseado em papel fibra de carbono (CPS) simples para determinação de VEN. Inicialmente, foi caracterizado o comportamento eletroquímico deste fármaco por voltametria cíclica, tendo-se verificado que apresenta um pico de oxidação a cerca de 1 V (Ag/AgCl, KCl 3 M). Para uma determinação mais sensível, foi usada a técnica de voltametria de onda quadrada, procedendose à otimização das condições analíticas. Especificamente, obteve-se um pH ótimo de 9 procedendo-se em seguida à otimização da amplitude, frequência e degrau de potencial, obtendo-se valores ótimos correspondentes a 0,06 V, 100 Hz e 0,0175 V, respetivamente. Por fim otimizou-se a deposição de analito à superfície do CPS, obtendo-se um potencial de deposição de 0,2 V e um tempo de deposição de 60 s. Depois de otimizadas as condições analíticas procedeu-se à realização da curva de calibração, obtendo-se 2 zonas lineares, de 0,2 a 2 uM e de 3 a 10 uM. O CPS apresentou um limite de deteção de 0,28 uM e um limite de quantificação de 0,86 uM. O CPS foi posteriormente validado numa amostra real, de água da torneira recolhida no laboratório, onde se obteve uma recuperação de 71% pelo método de adição padrão o que indica que melhorias ainda podem ser implementadas para aumentar o desempenho do sensor desenvolvido. Conclui-se, assim, que este sensor baseado em CPS tem grandes potencialidades de ser aplicado em análises ambientais devido à sua eficiência eletroquímica, capacidade de miniaturização e portabilidade, assim como pela sua sustentabilidade.

2024-07-16Master thesis

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