Sensor multiuso detecta e quantifica substâncias com mais precisão
29 de março de 2021
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Tecnologia desenvolvida na USP pode ser aliada de vários segmentos do mercado, como a área médica, indústria e agricultura

Sensor funciona com a aplicação de pulsos eletromagnéticos que percorrem a sua estrutura.      Foto: Henrique Fontes/SEL

                     
Pesquisadores da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP desenvolveram um novo sensor multiuso que utiliza ondas eletromagnéticas para analisar diversos tipos de substâncias. Considerado atualmente o mais preciso da categoria, o dispositivo que tem apenas dois centímetros de diâmetro foi testado durante o estudo para detectar e quantificar pequenas concentrações de glicose, álcool e acetona. 

Segundo Ben-Hur Viana Borges, orientador do trabalho e professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação (SEL) da EESC, nunca antes um sensor operando na faixa de frequências de micro-ondas havia sido capaz de medir quantidades tão pequenas de compostos em uma amostra. “É isso que faz do nosso sensor mais preciso se comparado com a maioria dos outros que existem por aí. O resultado que ele apresenta é o mais próximo do valor real daquela amostra. O aparelho ainda confirma as análises várias vezes antes de entregar os números finais”, afirma.

O equipamento funciona com a aplicação de pulsos elétricos codificados que percorrem o elemento sensor, desta forma interagindo com a substância. A forte interação dos pulsos com a amostra permite identificar até mesmo variações muito pequenas na concentração de um determinado composto presente na amostra. Isso é possível a partir da observação de variações de energia nos pulsos após sua propagação pela estrutura, em uma etapa denominada decodificação e processamento de sinais. Acontece que, até então, as análises em sensores do gênero eram feitas após os pulsos passarem uma única vez pelo aparelho. No estudo, no entanto, os pesquisadores da USP descobriram que quanto mais os pulsos “interagem” com a amostra, melhor, e então fizeram com que eles recirculassem repetidamente pelo sensor, em propagações cíclicas, o que possibilitou a entrega de resultados mais precisos em um dispositivo significativamente menor.

Com o novo sensor, Mateus alcançou resultados que hoje são referência para cientistas de todo o mundo.      Foto: Henrique Fontes/SEL

O desempenho da inovação foi considerado excelente. Segundo os especialistas, a alta sensibilidade do dispositivo permite que ele meça a concentração de qualquer substância em uma amostra líquida. “Por meio de um software, nós conseguimos controlar a maneira como o sensor funciona, alterando a duração, formato e o número de pulsos do sinal codificado. É muito fácil reprogramá-lo para analisar outros tipos de compostos, ressalta Ben-Hur”. 

De acordo com Mateus Souza, autor do trabalho e pesquisador do SEL, a tecnologia tem baixo custo, é simples de produzir e pode ser facilmente integrada com sistemas de computadores. “O aparelho tem como base um substrato chamado FR4, que é mais barato se comparado às bases de outros equipamentos comerciais. Nosso sensor também opera em uma frequência mais baixa (1,4 GHz), o que barateia sua produção em larga escala, já que precisaremos de apenas uma pequena bateria para que ele funcione. O custo para montar a eletrônica de um sistema que opera em frequências mais elevadas é bem mais alto”, explica.

Sensor da USP é considerado atualmente o mais preciso da categoria de microondas.      Foto: Henrique Fontes/SEL

 Na parte do sensor que é feita de cobre, os cientistas aplicaram um revestimento de nitrato de prata para evitar a oxidação e, consequentemente, a degradação do sinal durante as medições e ainda estender a vida útil do sensor. “Eu já havia construído o sensor utilizando apenas o cobre como condutor, mas ele acaba oxidando. Isso alterava o resultado de várias medições. Com o banho de nitrato de prata conseguimos resolver este problema. Várias análises foram feitas de forma espaçada entre semanas e os resultados foram os mesmos”, afirma Mateus.  

Os estudiosos têm se interessado cada vez mais no desenvolvimento de inovações nesta área. Nas últimas três décadas, o avanço da tecnologia levou à criação de milhares de sensores que ajudam a população em várias tarefas do dia a dia. A medicina, por exemplo, ganhou muito com a evolução desses dispositivos, que hoje são indispensáveis para o diagnóstico e monitoramento de tratamentos de diversas doenças, como câncer, tuberculose, hepatite, diabetes, dentre outras. 

“Nossa expectativa é que um dia seja possível utilizar um sensor operando na faixa de frequências de micro-ondas para analisar glicose diretamente no sangue do paciente, que por ser formado por várias substâncias, não é algo simples de ser avaliado”, planeja o docente da USP. Uma das ideias é que sondas médicas possam ser acopladas diretamente ao aparelho para analisar amostras de pessoas hospitalizadas. A partir desta pesquisa, no futuro, pode ser possível monitorar concentrações não só de glicose, mas de inúmeras outras substâncias do corpo humano em tempo real durante cirurgias.  

Um artigo sobre o projeto da USP foi publicado no IEEE Sensors Journal, revista científica internacional de alto impacto na área da engenharia eletrônica. “É uma vitrine extremamente importante para a gente mostrar a nossa tecnologia e uma grande validação de que estamos entregando um produto de impacto para a sociedade. É muito bom receber o retorno de pessoas do mundo inteiro pedindo informações sobre o estudo”, celebra Ben-Hur.

Mateus deve seguir o trabalho explorando outras possibilidades de aplicação para o sensor. Foto: Henrique Fontes/SEL

Aos 30 anos, Mateus ficou satisfeito em ter alcançado resultados que hoje são referência para cientistas de todo o mundo e que, futuramente, poderão ajudar tantas pessoas. “Realmente, é muito gratificante ter o reconhecimento dos pares. É uma sensação muito boa contribuir para o avanço da ciência e não tem preço que pague essa felicidade”, comemora. Os pesquisadores pretendem agora transformar a solução em uma plataforma, explorando alternativas não apenas na área da saúde, mas também na indústria, na agricultura e em outros setores. Segundo os especialistas, com investimento, seria possível colocar o novo sensor no mercado já em 2022.

Financiada pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a pesquisa contou com a colaboração do professor João Paulo Pereira do Carmo do SEL, do doutorando do Departamento, Vinícius Marrara Pepino, e do professor Achiles Fontana da Mota, da Universidade de Brasília (UnB).

 

                                                                                                                                  Por Assessoria de Comunicação da SEL/USP

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