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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2024.tde-03042024-080310
Document
Author
Full name
Desirée Tamara Scheidt
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2024
Supervisor
Committee
Carrilho, Emanuel (President)
Barud, Hernane da Silva
Janegitz, Bruno Campos
Legnani, Cristiano
Muñoz, Rodrigo Alejandro Abarza
Title in Portuguese
Sensores eletroquímicos à base de grafeno obtidos pela indução a laser da celulose bacteriana
Keywords in Portuguese
celulose bacteriana
eletroanálises
ePAD
grafeno induzido à laser
Abstract in Portuguese
A eletroquímica, aliada a plataformas sustentáveis como papel e celulose bacteriana, viabiliza dispositivos portáteis, econômicos e de fácil operação. Entretanto, as abordagens convencionais para desenvolver dispositivos analíticos eletroquímicos baseados em papel frequentemente se mostram complexas, com baixa reprodutibilidade e dificuldades de escalonamento. Propomos aqui uma metodologia inovadora, prática e de uma única etapa para a geração de grafeno induzido por laser em superfícies de celulose bacteriana. Esta técnica elimina a dependência de reagentes químicos e de condições ambientais específicas para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos. O método de produção, que inclui a aplicação de laser CO2 e a funcionalização do substrato, foi otimizado. O grafeno obtido foi extensivamente caracterizado, destacando-se por seu elevado grau de grafitização, porosidade e elevada área superficial específica (300 mm2). A técnica de gravação a laser, de forma direta e eficiente, simplifica a fabricação de eletrodos em larga escala, garantindo uma notável consistência dos sinais potenciométricos, com mínima variação entre medições (3,41%) e entre dispositivos (1,09%). A eficácia do sensor recém-desenvolvido foi avaliada para a análise quantitativa do acetaminofeno. Esta avaliação revelou a alta precisão do sensor na determinação desse medicamento, evidenciada pelos limites de detecção e quantificação de 1,65 e 5,00 µmol L-1, respectivamente. Adicionalmente, o sensor demonstrou grande potencial para uso em amostras biológicas, especificamente em urina, com taxas de recuperação do acetaminofeno variando entre 93% e 114%. Esses resultados, aliados à facilidade de acesso aos materiais, à simplicidade dos equipamentos empregados e às notáveis propriedades do material obtido, destacam este método como uma abordagem inovadora e sustentável para a fabricação e aplicação de sensores eletroquímicos baseados em papel.
Title in English
Electrochemical sensors based on graphene obtained by laser induction of bacterial cellulose
Keywords in English
bacterial cellulose
electroanalysis
ePAD
laser induced graphene
Abstract in English
Electrochemistry, combined with sustainable platforms like paper and bacterial cellulose, enables portable, economical, and user-friendly devices. However, conventional approaches to developing paper-based electrochemical analytical devices often prove complex, poorly reproducible and challenging to scale. We present an innovative, practical, and single-step methodology for the generation of laser-induced graphene on bacterial cellulose surfaces, eliminating chemical reagents and controlled condition needs. The production method, which includes applying of CO2 laser and substrate functionalization, was optimized. The obtained graphene was extensively characterized, notable for its high degree of graphitization, porosity, and specific surface area (300 mm2). The direct and efficient laser engraving technique simplifies the fabrication of electrodes on a large scale, ensuring remarkable consistency of potentiometric signals, with minimal variation between measurements (3.41%) and between devices (1.09%). The efficacy of the newly developed sensor was evaluated for the quantitative analysis of acetaminophen. This evaluation revealed the sensor's high precision in determining this drug, evidenced by detection and quantification limits of 1.65 and 5.00 µmol L-1, respectively. Additionally, the sensor demonstrated enormous potential for use in biological samples, specifically in urine, with acetaminophen recovery rates ranging from 93% to 114%. These results, coupled with the ease of access to materials, the simplicity of the equipment used, and the remarkable properties of the obtained material, highlight this method as an innovative and sustainable manufacturing and applying paper-based electrochemical sensors.
 
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Publishing Date
2024-04-03
 
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