Materiais, interfaces e arquiteturas analíticas em sensores eletroquímicos produzidos por manufatura aditiva

dc.contributor.advisor1Janegitz, Bruno Campos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7746094938977989
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-9707-9795
dc.contributor.authorSilva, Vinicius Aparecido Oliani Pedro da
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5255244502930127
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0003-4025-3232
dc.contributor.refereeSilva, Tiago Almeida
dc.contributor.refereeAlves Bonacin, Juliano Alves
dc.contributor.refereeSouza, Adriano Lopes de
dc.contributor.refereeSantos , Anderson Martin dos
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0577261810854086
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/9730622542566256
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4671885302437668
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0116064177497070
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-7202-789X
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-9399-1031
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-6593-8399
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-4067-9671
dc.date.accessioned2026-11-12T12:31:52Z
dc.date.issued2026-10-20
dc.description.abstractFused 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.resumoA 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.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipId2021/03179-8
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24954
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia - PPGBiotec
dc.relation.urihttps://doi.org/10.3390/chemosensors11050306
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectManufatura aditivapor
dc.subjectSensores eletroquímicospor
dc.subjectFDM/FFFpor
dc.subjectPlataformas multimodaispor
dc.subjectFilamentos condutorespor
dc.subjectAdditive manufacturingeng
dc.subjectElectrochemical sensorseng
dc.subjectConductive filamentseng
dc.subjectMultimodal platformseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleMateriais, interfaces e arquiteturas analíticas em sensores eletroquímicos produzidos por manufatura aditivapor
dc.title.alternativeMaterials, interfaces, and analytical architectures in electrochemical sensors produced via additive manufacturingeng
dc.typeTese

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Tese Vinicius Oliani - Corrigida.pdf
Size:
7.27 MB
Format:
Adobe Portable Document Format