Desenvolvimento e caracterização de um multiplexador para medidas de impedância em unidades sensoriais de uma língua eletrônica.

• Processo: 22/16814-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Varlei Rodrigues
• Beneficiário: Pedro Victor Abreu
• Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Língua eletrônica Microfluídica Multiplexação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Língua eletrônica | Microfluídica | Multiplexação | Sensores microfluídicos, língua eletrônica, multiplexação.

Resumo

Muitos desafios da sociedade atualmente estão relacionados com a nossa capacidadade de detectar espécies moleculares e biológicas. Exemplos são o diagnóstico de vírus como o SARS-CoV-2 e a detecção de poluentes, pesticidas ou fertilizantes na água ou no solo. Nesse contexto, uma abordagem promissora é o uso de uma língua eletrônica impedimétrica que utiliza camadas finas de polímeros como elementos transdutores. Esse tipo de abordagem permite a obtenção de funcionalidades e capacidades distintas para atender uma ampla gama de aplicações. Usualmente, são realizadas medidas de impedância elétrica em função da frequência no conjunto de unidade sensoriais que compõe o sensor, usando um analisador de impedância. Tipicamente, a língua eletrônica que usamos é composta por quatro unidades sensoriais e as medidas de impedância, para cada analito, são realizadas em triplicata. Problemas gerais encontrados neste tipo de sensoriamento são controle e reprodutibilidade caso ocorra a necessidade de troca de alguma unidade sensorial, mesmo considerando que alguns desses sistemas operam com valores relativamente baixos da componente capacitiva de impedância (da ordem de alguns pF). Portanto, qualquer modificação na geometria dos eletrodos, ou das conexões elétricas, acaba contribuindo no valor final medido, que não necessariamente não tem origem nos analitos que esrão sendo medidos. Nesse sentido, foi desenvolvido em nosso grupo de pesquisa um dispositivo impedimétrico para medições rápidas em uma língua eletrônica microfluídica, com multiplexação analógica das unidades sensoriais, evitando ao máximo interferências externas durante a aquisição de dados. Nesse dispositivo, o chaveamento entre unidades sensoriais é realizado por relês por terem menores valores de capacitância parasitas. Em nossos testes, até o momento, não observamos qualquer efeito que comprometesse as medidas de impedância ou a discriminição dos analitos. Entretanto, os relês são dispositivos que requerem uma alimentação extra para o seu correto funcionamento e, ao serem acionados, geram um transiente durante o qual as medidas não podem ser realizadas, o que pode danificar o analisador de impedância. Esses problemas poderiam ser evitados com o uso de chaves de estado sólido, com o devido cuidado e caracterização para evitarmos capacitâncias parasitas decorrentes das junções semicondutoras presentes na arquitetura das chaves de estado sólido. Nosso objetivo é estudar o sistema automatizado de medidas que atualmente utilizamos na língua eletrônica, desenvolvido em nosso grupo, substituindo os relês por chaves de estado sólido integradas no componente comercial CD4066. O CD4066B é um comutador bilateral quádruplo (4 chaves independentes bilaterais) baseado em chaves CMOS, destinado à transmissão ou multiplexação de sinais analógicos ou digitais. O projeto visa verificar a influência das chaves de estado sólido na multiplexação de sinais da língua eletrônica impedimétrica que trabalhamos, testando o sistema novo em medidas com analitos que conferem os sabores básicos doce, salgado, azedo e amargo. O projeto contribuirá para a formação do candidato à bolsa de iniciação científica devido ao seu caracter de instrumentação científica, em particular pela montagem e caracterização das unidades sensorias, a eletrônica na multiplexação de sinais durante a aquisição de dados, e o tratamento dos dados para medidas comparativas. Finalmente, destacamos a multidisciplinaridade do projeto, enriquecendo a formação do aluno nas áreas das engenharias e da química.