Um projeto, desenvolvido pelo Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal Fluminense (PPGQ/UFF), produz filamentos condutores à base de nitreto de carbono retirado a partir da reciclagem de uréia e nanopartículas metálicas para a impressão em 3D de sensores eletroquímicos acessíveis e portáteis com desempenho analítico aprimorado. Tais ferramentas são aplicadas para análises de coletas de dados e informações, por meio de métodos eletroanalíticos, os quais são alternativas de baixo custo para serem implementadas nas indústrias farmacêutica, alimentícia, bem como em estudos ambientais e forense.
A produção dos filamentos envolve a mistura dos diferentes materiais condutores (grafite, nanopartículas metálicas ou nitreto de carbono) junto do material isolante (ácido polilático (PLA)), em proporções devidamente estudadas. Após essa etapa, o filamento obtido é incorporado a uma impressora 3D, que permite a criação de objetos tridimensionais a partir de um modelo virtual. A utilização da impressão 3D tem crescido cada vez mais por conta da diminuição do tempo de produção, dos custos associados ao design e da fabricação de estruturas complexas. Pós-doutorando do PPGQ/UFF e integrante do projeto, Lucas Vinicius de Faria aponta os benefícios econômicos e ambientais proporcionados por essa técnica. “A manufatura aditiva nos oferece a liberdade de desenvolvermos o dispositivo mais apropriado para nossa aplicação. Esse método possui um baixo custo e nós usamos materiais que são moldáveis quando aquecidos, então conseguimos fazer a impressão do dispositivo gerando pouco resíduo. Trabalhamos com materiais recicláveis, como o ácido polilático, por exemplo, pensando na questão ambiental”, afirmou o autor.
Diferente de outras técnicas tradicionais para a análise química de compostos, a abordagem eletroanalítica ganhou destaque por oferecer vantagens, como simplicidade, sensibilidade, mínima preparação de amostra, baixo custo e equipamentos portáteis de fácil manuseio.
“As técnicas vão gerar como resposta uma corrente que está relacionada a uma reação redox, ocorrida na interface do eletrodo, onde vai estar localizada a amostra. Não adianta utilizarmos um método complicado, que não ofereça simplicidade e portabilidade, porque a ideia do nosso projeto é desenvolver dispositivos capazes de realizar as análises no próprio campo de estudo”, explica o pesquisador.
O projeto é coordenado pelo professor do Departamento de Química Analítica da UFF, Rafael Machado Dornellas, e a pesquisa é situada no Laboratório de Pesquisa Peter Sorensen, situado no Instituto de Química (IQ/UFF). Entre os materiais produzidos estão: um sensor para determinar a quantidade de atorvastatina, medicamento prescrito pelos médicos para controlar os níveis de colesterol no sangue, em amostras farmacêuticas e ambientais; um dispositivo para o monitoramento do corante amaranto em amostras de alimentos; um sensor para quantificação de vitamina B6 em formulações farmacêuticas; um dispositivo para quantificar nitrato em amostras de águas naturais; e um sensor para a quantificação de resíduos de antibióticos em amostras de mel.
Análise eficaz do nível de corantes
A produção mais recente da pesquisa foi publicado na revista Food Chemistry, que analisou a quantidade de amaranto, corante sintético utilizado para intensificar o vermelho, presente em diferentes amostras de alimentos. A utilização de corantes é uma prática comum na indústria alimentícia para melhorar o visual dos alimentos. O seu uso é controlado por agências reguladoras em diversos países e a recomendação da Organização Mundial da Saúde (OMS) e da Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO) é que o consumo diário dessa substância não deve ultrapassar 0,5 mg por kg.
Amaranto é utilizado para intensificar o vermelho dos alimentos. Foto: Mães que cuidam
Para analisar a quantidade dessa substância em diferentes amostras de alimentos, o estudo criou um material sustentável para produzir eletrodos, a partir da reciclagem de uréia (nitreto de carbono), ácido polilático e grafite impressos em 3D. Amostras de geleias, picolés, bebidas isotônicas e aromatizantes alimentares foram analisadas. O sensor mostrou-se como uma ferramenta simples, seletiva e eficiente para monitorar os níveis de Amaranto em diversos alimentos.
Materiais identificam antibiótico no leite
Em parceria com o Núcleo de Pesquisa em Instrumentação e Separações Analíticas da Universidade Federal de Juiz de Fora (NUPIS/UFJF), coordenado pelo professor Renato Camargo Matos, o projeto também apresentou dois novos materiais com diferentes aplicações. O primeiro envolveu a criação de filamentos condutores à base de grafite disperso em PLA e matriz polimérica incorporados a uma caneta 3D para construção de sensores eletroquímicos. O objetivo é determinar a quantidade de antibiótico Ciprofloxacina - comumente utilizada pela medicina humana e veterinária para o tratamento de infecções bacterianas e fins profiláticos - em amostras de leite e fármaco. No segundo trabalho foram analisados simultaneamente Amoxicilina e Paracetamol em fluidos biológicos.
Lucas afirma que o uso de antibióticos em gado leiteiro pode gerar resíduos perigosos no leite e causar danos à saúde humana “O uso de antibióticos, tais como a ciprofloxacina, para tratar e prevenir enfermidades do gado leiteiro pode gerar resíduos perigosos no leite, quando administrados de modo indevido sem respeitar receituários e períodos de carência. Estudos mostram que esses medicamentos não são completamente eliminados durante a etapa de tratamento térmico do leite, o que pode ocasionar problemas para as indústrias lácteas e para a saúde pública. Nas indústrias de laticínios, a presença de resíduos de antibióticos no leite pode gerar uma possível inibição da flora bacteriana nos processos de fermentação, causando consideráveis perdas econômicas. Em relação à saúde humana, estes podem desencadear reações de hipersensibilidade, alergia, ação carcinogênica e mutagênica, além de provocar resistência bacteriana”.
Atualmente, o projeto também desenvolve um material que adiciona óxido metálico ao compósito grafite/PLA e é aplicado para a quantificação de resíduos de antibióticos em amostras de mel. “No momento, a nossa pesquisa está centrada em incorporar nanopartículas metálicas e outros materiais à base de carbono na matriz termoplástica de ácido poliláctico, visando aplicações analíticas de rotina em amostras alimentícias e ambientais”, explica o coordenador do projeto.
Rafael Machado Dornellas é professor adjunto no Departamento de Química Analítica (GQA) da Universidade Federal Fluminense (UFF). É membro e um dos coordenadores do laboratório Peter Sorensen de Química Analítica (UFF). Possui Bacharelado e é licenciado em Química pela Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF).