INOVAÇÃO

Queima de papelão produz sensor com potencial para detectar explosivo

Filme de carbono produzido na queima pode identificar o ácido pícrico, usado em explosivos, entre outras substâncias

A queima superficial do papelão é a base para produzir um sensor portátil empregado em análises químicas, com custo de fabricação até 300 vezes menor do que os de dispositivos existentes no mercado. A descoberta aconteceu em uma pesquisa do IQ (Instituto de Química) da USP, coordenada pelo professor Thiago Paixão. A queima cria na superfície do papelão um filme de carbono com capacidade de identificar diversas substâncias, como o ácido ascórbico, usado em indústrias alimentícias e farmacêuticas, e o ácido pícrico, presente em explosivos. O estudo é descrito em artigo publicado na revista científica Angewandte Chemie.

O método desenvolvido na pesquisa baseia-se na utilização de um laser para realizar a queima superficial do papelão, produzindo um filme de carbono condutor que pode ser utilizado como sensor eletroquímico. “O papelão contém celulose, que é uma fonte acessível de carbono”, conta Paixão. Os dispositivos fabricados no trabalho foram extensivamente caracterizados quanto a sua composição, estrutura e algumas propriedades físico-químicas, que demonstraram a obtenção de um material de carbono poroso contendo nanoestruturas e grafeno. “É esse material que permite a confecção de sensores visando ao monitoramento de pequenas quantidades de substâncias químicas em um ambiente.”

A resposta dos dispositivos fabricados de carbono foi estável, demonstrando que são reprodutíveis, ou seja, todos funcionarão da mesma forma, sem variações. “Eles são reprodutíveis porque o laser permite um bom controle da área geométrica e da morfologia das estruturas de carbono geradas no papelão”, explica o professor. “Os dispositivos criados no estudo também são estáveis, quer dizer, mesmo armazenados por um longo período de tempo, continuarão a funcionar.”

O método de fabricação dos sensores representa uma redução de custo expressiva, cerca de 300 vezes menor em comparação com os métodos comerciais disponíveis. O pesquisador estima que a produção dos sensores disponíveis no mercado custe entre R$ 2 mil  e R$ 2, 5 mil, para um lote de 75 unidades. “Como o laser usado para queimar o papelão já é utilizado em indústrias, e uma folha de papelão A3 (29 por 42 centímetros) é vendida por cerca de R$ 5,00, o custo de produção do dispositivo por unidade seria de apenas alguns centavos”, observa.

Monitoramento

O estudo demonstrou que o dispositivo tem potencial para identificar e monitorar ácidos, como o ascórbico, o ácido cafeico e o ácido pícrico. “O ácido ascórbico é um importante composto químico com propriedades antioxidantes, utilizado na indústria farmacêutica na produção de medicamentos. Como ele também está presente no suco de laranja, o sensor poderia ser utilizado nas indústrias de alimentos para fazer controle de qualidade”, aponta o professor. “O ácido cafeico é encontrado no café, vinho e no azeite, e o ácido pícrico é empregado na produção de armamentos. Assim, o dispositivo poderia também ter aplicações forenses, na detecção de explosivos.”

De acordo com Paixão, a utilização de dispositivos portáteis de análise em papel despontou em 2007 com os trabalhos do professor George M. Whitesides, da Universidade de Harvard (Estados Unidos), visando a análises de baixo custo para aplicações em regiões carentes ou distantes de grandes centros urbanos, também publicados na Angewandte Chemie. “O papel é um material fácil de obter em qualquer parte do mundo”, destaca. “A maior contribuição do estudo é que ele demonstra a fabricação de sensores utilizando a radiação emitida por um laser diretamente em uma estrutura de papel, permitindo sua produção em grande escala e com boa reprodutibilidade”, destaca.

O professor observa que a principal dificuldade para produzir dispositivos eletroquímicos em papel é o fato de a fabricação necessitar da adição de reagentes ou do controle do ambiente onde os sensores são produzidos. “No estudo apresentado, a fabricação aconteceu em uma única etapa, sem usar reagentes químicos ou fazer controle experimental.” O dispositivo será patenteado para permitir sua produção em grande escala. “O processo de produção utiliza um tipo de laser que já é utilizado pelas indústrias, sem precisar de adaptações.”

O artigo sobre o dispositivo foi aceito para publicação na revista alemã Angewandte Chemie no último dia 5 de outubro. A pesquisa conta com apoio da Fapesp (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) e da Capes (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). O estudo teve a participação do professor Lucio Angnes, de William Reis de Araújo, doutor em química analítica, e dos alunos de doutorado Carolina Maria Resende Frasson, Wilson Akira Ameku, José Ricardo da Silva e do dr. William Reis de Araujo.

Mais informações: e-mail trlcp@iq.usp.br, com o professor Thiago Paixão

*Originalmente publicado no Jornal da USP.

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