Desenho e otimização do processo de fabrico de um biossensor piezoelétrico de base polimérica

Abstract

A constante aposta na melhoria da qualidade de vida humana, particularmente no ramo da Saúde e Medicina, tem proporcionado o desenvolvimento de técnicas e metodologias que permitam a geração de produtos mais eficientes, baratos e úteis. Um dos casos recentes de sucesso consiste na aplicação dos domínios da Física, Quimíca, Biologia, Ciências dos Materiais e Engenharia para o desenvolvimento de dispositivos portáteis de análise de fluídos biológicos. Estes dispositivos têm a capacidade de fornecer uma resposta in situ sobre o conteúdo a analisar, dispensando-se o transporte da amostra para um laboratório de análises, o que poderia demorar dias. Atualmente, existem inúmeros dispositivos de análises comercialmente disponíveis ou descritos na literatura. A maior parte destes dispositivos baseiam-se em (bio)sensores e muitos desses biossensores baseiam-se no efeito piezoelétrico. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um biossensor piezoelétrico, sensível a variações de massa, cujo elemento transdutor é o Polifluoreto de vinilideno e trifluoroetileno, PVDF-TrFE, um polímero piezoelétrico de fabrico e implementação relativamente simples e com baixos custos de produção. Neste trabalho foram criados vários protótipos utilizando técnicas como Pulverização Catódica por Magnetrão para a deposição de Titânio como elemento condutor e Spincoating para a deposição de PVDF-TrFE. A polarização do elemento transdutor foi realizada recorrendo-se a métodos de Polarização por Pratos Paralelos e por Descarga Corona. As propriedades das amostras foram estudadas por Medidas Elétricas de 4 pontas, Microscopia Eletrónica de Varrimento, Perfilometria e Análise Vectorial de Circuitos. A possibilidade do desenvolvimento de um sensor piezoelétrico utilizando esses métodos e materiais foi demonstrada, embora o processo de fabrico necessite ainda de ser otimizado.

The constant efforts in the improvement of the human quality of life, particularly in Medicine and Health, have fostered the development of techniques and methodologies that allow the creation of more efficient, cheaper and useful products. One of the recent successes consists on the application of Physics, Chemistry, Biology, Material Science and Engineering for the development of portable analytical devices for biological fluids. These devices have the capability to offer an in situ evaluation of the product to be analyzed, thus not being necessary the sample transportation to an analysis laboratory, which could take days. Nowadays, several analytical devices exist, commercially available or described in the literature. Most of these sensors are based on bio(sensors) and many of these biosensors are based on the piezoeletric effect. The purpose of this work is the development of a piezoeletric biosensor based on PVDF-TrFE (copolymer of Polyvinylidene fluoride e trifluoroethylene), a piezoeletric polymer relatively easy to fabricate and with low production and implementation costs, as the transducer element. Various prototypes were fabricated using techniques such as Magnetron Sputtering, for the deposition of Titanium as the conductive element, and spin-coating for the deposition of PVDF-TrFE. The polarization of the transducer element was achieved by Corona Discharge and Parallel Plate Poling. The samples properties were studied by 4 point eletrical measurements, Scanning Eletron Microscopy, Profilometry and Vectorial Network Analysis. The feasibility of development of a piezoeletric sensor using these methods and materials was achieved, although the fabrication process still requires otimization.