Pesquisadores do CNPEM utilizam lápis e papel para criar sensores eletroquímicos

Pintar uma folha de papel com lápis de grafite produz, além de um desenho, uma plataforma muito atrativa para fabricar sensores e outros dispositivos.

Baseando-se nesse método de transferência de grafite do lápis para o papel, um grupo de pesquisadores do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) desenvolveu um sensor eletroquímico flexível, que demonstrou ter um desempenho excepcional entre sensores similares na identificação de compostos biológicos difíceis de serem detectados.

Estes sensores podem vir a ser utilizados, por exemplo, para medir a contaminação de metais pesados ou pesticidas no campo, também na área médica para resultados de testes de glicose, lactato e até para detecção de compostos relacionados a algumas doenças. “Todas estas aplicações são de caráter estratégico e estão alinhadas às necessidades da população, tanto em grandes centros urbanos como nos cantões do Brasil”, comenta o coordenador do grupo que desenvolveu o trabalho, Carlos Cesar Bof Bufon.

Metodologia

O trabalho começou com o objetivo de fabricar dispositivos eletroquímicos de carbono ou híbridos que detectassem compostos biológicos com eficiência.

A equipe escolheu então o método mais simples – o desenho a lápis – e resolveu investigar por que o material obtido não apresentava bons resultados ao ser usado como sensor eletroquímico dessas moléculas.

O início da solução do problema ocorreu quando os pesquisadores verificaram que o processo de transferência de grafite do lápis para o papel deixava micro e nanodetritos na superfície do eletrodo. Para removê-los, os pesquisadores realizaram no eletrodo um rápido tratamento eletroquímico, que gera bolhas de oxigênio na superfície. “Elas ajudaram a remover do filme de carbono os detritos e outras impurezas e repeli-los para longe. Verificamos que a resposta do sensor era uma das melhores já observadas para esse tipo de material”, explica um dos responsáveis pela pesquisa, Murilo Santhiago.

Procurando explicar o desempenho excepcional, os cientistas analisaram o filme de carbono antes e depois do tratamento, usando diversas técnicas de caracterização de materiais, e constataram que o tratamento eletroquímico imprimia mudanças à estrutura e à composição química da superfície do filme de carbono. “O método mais simples também é o que apresenta a melhor eficiência. Não esperávamos que uma simples tarefa do nosso cotidiano pudesse gerar esse tipo de sensor. Estamos rodeados de diferentes materiais e muitas vezes a resposta para o nosso problema pode estar bem na nossa frente”, frisa Santhiago.

Agora, a equipe do LNNanno estuda outras aplicações do material em dispositivos eletroquímicos, inclusive vestíveis, para detecção de espécies de interesse biológico e ambiental.

A pesquisa contou com financiamento do CNPq e FAPESP, e faz parte de uma iniciativa que se propõem a desenvolver sistemas analíticos nos contextos de cidades e agricultura inteligentes. O projeto utilizou infraestrutura do Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnologia (SisNANO) presente no LNNano.

Sobre o CNPEM

O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma organização social vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC). Localizado em Campinas/SP, compreende quatro laboratórios referências mundiais e abertos à comunidade científica e empresarial. O Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) opera a única fonte de luz síncrotron da América Latina e está, nesse momento, construindo Sirius, o novo acelerador de elétrons brasileiro de quarta geração, dedicado à análise dos mais diversos tipos de materiais, orgânicos e inorgânicos; o Laboratório Nacional de Biociências (LNBio) desenvolve pesquisas em áreas de fronteira da biociência, com foco em biotecnologia e fármacos; o Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioetanol (CTBE) investiga novas tecnologias para a produção de etanol celulósico; e o Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) realiza pesquisas com materiais avançados, com grande potencial econômico para o país.

Referência
Direct Drawing Method of Graphite onto Paper for High-Performance Flexible Electrochemical Sensors. Santhiago, Murilo; Strauss, Mathias; Pereira, Mariane P.; Chagas, Andreia S.; Bufon, Carlos C. B. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9 (13), pp 11959–11966. DOI: 10.1021/acsami.6b15646