Investigadores de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) y de la Universidad de São Paulo (USP) trabajan en el desarrollo de sensores electroquímicos producidos mediante impresión 3D en hojas caídas de árboles.
Dirigida por Bruno Janegitz, profesor de la UFSCar y jefe del Laboratorio de Sensores, Nanomedicinas y Materiales Nanoestructurados, y Thiago Paixão, profesor de la USP y jefe del Laboratorio de Lenguajes Electrónicos y Sensores Químicos, la investigación contó con el apoyo de la FAPESP y se publicó en un artículo en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering en febrero de 2024.
Para destacar la aplicabilidad de los sensores, los investigadores los utilizaron para detectar dopamina y paracetamol en muestras biológicas y farmacéuticas.
«Utilizamos un láser de dióxido de carbono para imprimir el diseño de interés en una lámina mediante pirólisis y carbonización. Obtuvimos así un sensor electroquímico para determinar los niveles de dopamina y paracetamol. Su funcionamiento es muy sencillo. Se coloca una gota de solución que contenga uno de estos compuestos en el sensor para mostrar la concentración”, explica Janegitz.
El método propuesto utiliza un rayo láser para quemar la hoja y convertir la celulosa en grafito en un formato adecuado para funcionar como sensor. Durante el proceso, los parámetros del láser de dióxido de carbono (CO2), como la potencia, la velocidad de exploración de la pirólisis y el intervalo de exploración, se ajustan sistemáticamente para lograr los resultados deseados.
«Los sensores se caracterizaron mediante métodos morfológicos y fisicoquímicos para poder explotar exhaustivamente la nueva superficie carbonizada generada en las hojas», añade Janegitz.
Según los investigadores, la aplicabilidad de los sensores se confirmó mediante pruebas de detección de dopamina y paracetamol en muestras biológicas y farmacéuticas. En el caso de la dopamina, el sistema demostró su eficacia en un intervalo de entre 10 y 1.200 micromoles por litro, con un límite de detección de 1,1 micromoles por litro. En el caso del paracetamol, el sistema funcionó bien en un intervalo entre 5 y 100 micromoles por litro, con un límite de detección de 0,76.
En los ensayos realizados como prueba de concepto, los sensores electroquímicos derivados de hojas caídas de árboles presentaron un rendimiento analítico satisfactorio y una reproducibilidad notable, lo que pone de relieve su potencial para servir de alternativa a los sustratos convencionales con importantes ganancias en términos de coste y sostenibilidad medioambiental, según el estudio.
«Las hojas usadas habrían sido incineradas o, en el mejor de los casos, enviadas a compostaje. En cambio, se han utilizado como sustrato para dispositivos de alto valor añadido en un gran avance para la fabricación de sensores electroquímicos”, subraya Janegitz.
Mercado en crecimiento
Se prevé que el mercado mundial de sensores electroquímicos alcance unos 29.100 millones de dólares en 2032, con una tasa de crecimiento anual compuesto del 6,32% entre 2023 y 2032, según datos de Precedence Research.
Según la investigación, los sensores electroquímicos han demostrado desempeñar un papel esencial en la detección de gases tóxicos, ya que son fáciles de desarrollar, baratos y pueden reaccionar ante varias clases de gases nocivos. En general, los sensores electroquímicos tienen una vida útil de entre seis meses y un año, dependiendo de los gases detectados y del entorno.
Debido a su alta sensibilidad, especificidad y capacidad de análisis rápido, los biosensores electroquímicos también se están utilizando en el sector sanitario. Por ejemplo, recientemente se utilizaron sensores electroquímicos basados en papel para detectar COVID-19 en menos de cinco minutos.
Los factores que impulsan el mercado de los sensores electroquímicos son la creciente demanda de seguridad y control en tiempo real de los procesos químicos y la aparición de biosensores basados en la nanotecnología con mejores prestaciones y sensibilidad, según Precedence Research.