Materiais, interfaces e arquiteturas analíticas em sensores eletroquímicos produzidos por manufatura aditiva
| dc.contributor.advisor1 | Janegitz, Bruno Campos | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7746094938977989 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0001-9707-9795 | |
| dc.contributor.author | Silva, Vinicius Aparecido Oliani Pedro da | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/5255244502930127 | |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0003-4025-3232 | |
| dc.contributor.referee | Silva, Tiago Almeida | |
| dc.contributor.referee | Alves Bonacin, Juliano Alves | |
| dc.contributor.referee | Souza, Adriano Lopes de | |
| dc.contributor.referee | Santos , Anderson Martin dos | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/0577261810854086 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/9730622542566256 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/4671885302437668 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/0116064177497070 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0002-7202-789X | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0001-9399-1031 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0001-6593-8399 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0003-4067-9671 | |
| dc.date.accessioned | 2026-11-12T12:31:52Z | |
| dc.date.issued | 2026-10-20 | |
| dc.description.abstract | Fused deposition modeling (FDM) additive manufacturing enables electrochemical sensors with different materials and architectures, although their performance depends on conductive-phase accessibility and electrode/solution interfacial properties. This thesis investigated surface modification, multi-material fabrication, analytical integration, and conductive filament development. First, commercial graphene/polylactic acid (G-PLA) electrodes were treated with N,N-dimethylformamide (DMF) and applied to epinephrine determination, achieving a linear range of 4–100 µmol L-1, a detection limit (LOD) of 0.2 µmol L-1, and recoveries of 96.9–102% in fortified human serum. Next, multi-feed/multi-nozzle printing it allowed for the integration of insulating PLA filaments and carbon black-conductive PLA filaments into a PLA matrix (CB-PLA) without material purging. Following DMF treatment, charge-transfer resistance decreased from 988 to 39.3 Ω. For fenitrothion determination in fortified honey, the sensor exhibited a linear range of 4–200 µmol L-1, an LOD of 1.3 µmol L-1, and recoveries close to 100%. Subsequently, a hyphenated platform combined static electrochemical, microfluidic electrochemical, and paper-based colorimetric detection, enabling three complementary catechol measurements from a single sample aliquot. All modalities showed a linear range of 50–600 µmol L-1, with LODs of 0.2, 1.4, and 16.1 µmol L-1, respectively. Finally, a polypropylene/CB filament containing incorporated Cu (PP/CB-Cu) during thermomechanical mixing was developed for oxalate sensing. Cu incorporation increased the analytical response approximately 3.5-fold compared with PP/CB, yielding a linear range of 10–1000 µmol L-1, an LOD of 2.48 µmol L-1, and recoveries of 95.4–107% in synthetic urine. Together, these findings demonstrate that controlling the interface, fabrication process, analytical architecture, and feedstock composition expands the functionality of additively manufactured electrochemical sensors. | eng |
| dc.description.resumo | A manufatura aditiva por modelagem por deposição fundida (FDM) permite fabricar sensores eletroquímicos com diferentes materiais e arquiteturas, mas seu desempenho depende da acessibilidade da fase condutora e das propriedades da interface eletrodo/solução. Esta tese investigou estratégias de modificação superficial, fabricação multimaterial, integração analítica e desenvolvimento de filamentos condutores. Inicialmente, eletrodos comerciais de grafeno/ácido polilático (G-PLA) foram tratados com N,N-dimetilformamida (DMF) e aplicados à determinação de epinefrina, apresentando faixa linear de 4–100 µmol L-1, limite de detecção (LD) de 0,2 µmol L-1 e recuperações de 96,9–102% em soro humano fortificado. Em seguida, a impressão com alimentação múltipla e múltiplos bicos permitiu integrar filamentos de PLA isolante e condutor de carbon black em matriz de PLA (CB-PLA) sem purga entre materiais. Após tratamento com DMF, a resistência à transferência de carga diminuiu de 988 para 39,3 Ω. Na determinação de fenitrotion em mel fortificado, o sensor apresentou faixa linear de 4–200 µmol L-1 e LD de 1,3 µmol L-1, com recuperações próximas de 100%. Posteriormente, foi desenvolvida uma plataforma hifenada que combinou detecção eletroquímica estática, eletroquímica microfluídica e colorimétrica em papel, permitindo três medições complementares de catecol a partir de uma única alíquota. As modalidades apresentaram faixa linear de 50–600 µmol L-1 e LD de 0,2, 1,4 e 16,1 µmol L-1, respectivamente. Por fim, um filamento de polipropileno/CB contendo Cu incorporado (PP/CB-Cu) durante a mistura termomecânica foi utilizado na fabricação de eletrodos para oxalato. A incorporação de Cu aumentou aproximadamente 3,5 vezes a resposta analítica em comparação ao PP/CB, proporcionando faixa linear de 10–1000 µmol L-1, LD de 2,48 µmol L-1 e recuperações de 95,4–107% em urina sintética. Os resultados demonstram que o controle da interface, fabricação, arquitetura e composição do material amplia a funcionalidade de sensores eletroquímicos impressos em 3D. | por |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | |
| dc.description.sponsorshipId | 2021/03179-8 | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/24954 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.center | Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia - PPGBiotec | |
| dc.relation.uri | https://doi.org/10.3390/chemosensors11050306 | |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | |
| dc.subject | Manufatura aditiva | por |
| dc.subject | Sensores eletroquímicos | por |
| dc.subject | FDM/FFF | por |
| dc.subject | Plataformas multimodais | por |
| dc.subject | Filamentos condutores | por |
| dc.subject | Additive manufacturing | eng |
| dc.subject | Electrochemical sensors | eng |
| dc.subject | Conductive filaments | eng |
| dc.subject | Multimodal platforms | eng |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA | |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA | |
| dc.subject.ods | 9. Indústria, Inovação e Infraestrutura | |
| dc.title | Materiais, interfaces e arquiteturas analíticas em sensores eletroquímicos produzidos por manufatura aditiva | por |
| dc.title.alternative | Materials, interfaces, and analytical architectures in electrochemical sensors produced via additive manufacturing | eng |
| dc.type | Tese |
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