Caneta 3D vira sensor para detectar explosivos na água

Se você trabalha com análise de água ou atua em perícia ambiental, uma novidade pode facilitar o trabalho. Pesquisadores do Instituto de Química (IQ) da USP desenvolveram um método capaz de determinar a concentração de ácido pícrico em diferentes situações.

O sistema usa eletrodos fabricados com impressão 3D, desenhados por uma caneta de brinquedo modificada com filamentos de baixo custo. A proposta é baratear, agilizar e facilitar a detecção de compostos químicos nocivos.

O estudo foi publicado na revista Microchimica Acta.

O ácido pícrico é um composto explosivo, poluente e solúvel em água. É semelhante a outras substâncias explosivas de fácil obtenção em laboratórios e é utilizado para fins industriais, como corante para pigmentar tecidos de seda.

Sem o descarte adequado, o ácido pode entrar em contato com o lençol freático e prejudicar o ambiente aquático. Também é nocivo ao organismo humano, principalmente quando entra em contato com pulmões e pele.

Por isso, a agilidade na identificação da substância pode orientar medidas de segurança e investigação.

"Uma análise rápida poderia indicar se é necessário interromper o uso daquela água, coletar amostras para análises confirmatórias mais sofisticadas ou iniciar uma investigação sobre a origem da contaminação", conta Thiago Paixão, orientador da pesquisa.

Atualmente, a principal forma de análise e identificação do ácido pícrico é a cromatografia. Essa técnica de análise laboratorial é feita por equipamentos que chegam a custar R$ 500 mil e precisam de profissionais especializados para operá-los.

"Uma pessoa que não é formada em química não consegue usar o equipamento, nem teria acesso a isso", acrescenta Júlia de Oliveira Cardoso, primeira autora do trabalho.

Além disso, o processo tradicional demanda tempo. É preciso coletar a água, levar para o laboratório e esperar o resultado.

"Se tiver que coletar a água do rio, levar para o laboratório e fazer a detecção, demora. Se você conseguir tomar uma decisão com tempo mais curto, seria possível dizer se aquele ambiente aquático contém um explosivo ou não, sem gastar dinheiro com métodos caros", explica Paixão.

O sistema funciona por meio de eletrodos, dispositivos eletroquímicos condutores de corrente elétrica que produzem respostas rápidas.

Eles são fabricados com filamentos de ácido poliláctico e negro de carbono, materiais expelidos pela caneta de impressão 3D durante seu funcionamento. Depois de aquecido internamente, o filamento amolece e é depositado em moldes que darão origem ao eletrodo.

Normalmente produzidos com metais nobres, como platina ou ouro, os eletrodos podem ter custo elevado. Na pesquisa, os cientistas usaram filamentos de impressoras 3D, capazes de imprimir materiais de carbono e outros metais menos nobres, para baratear o dispositivo.

O ácido poliláctico, um termoplástico muito utilizado em impressão 3D e produzido em larga escala, foi empregado para estruturar o eletrodo. Já o negro de carbono — uma forma particulada de carbono produzida industrialmente — forneceu a condutibilidade elétrica necessária ao sistema.

Depois de produzidos, os eletrodos foram integrados a um dispositivo eletroquímico. Nele, uma energia é aplicada na forma de potencial elétrico, provocando reações na superfície do eletrodo e a transferência de elétrons.

A partir dessa reação, é possível medir a corrente elétrica da amostra. "Quanto maior a quantidade do composto químico, maior a corrente que passa nesses eletrodos", conta o professor.

Para verificar a concentração do ácido pícrico, os pesquisadores desenvolveram um método de análise utilizando um papel para transportar a solução até a superfície dos eletrodos.

"Pegamos uma amostra de água, colocamos na superfície dos eletrodos, e foi colocado um pedaço de papel. O papel suga essa solução, que fica próxima da superfície dos eletrodos", explica Thiago sobre os testes conduzidos em laboratório.

A escolha da caneta veio como alternativa aos altos custos da impressão 3D, muito aplicada na investigação de modelos alternativos.

"Usamos a canetinha para produzir a ferramenta. Ela é comercializada como um brinquedo de criança, custa R$ 70, e conseguimos fabricar o nosso sistema com ela", explica Lauro Antonio Pradela Filho, coautor do artigo e professor da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS).

Com uma estrutura menor, o processo gasta menos energia comparado com uma impressora 3D. "Podemos fazer isso usando uma pilha", acrescenta o orientador.

Além da identificação do ácido no ambiente, a ferramenta também pode ser utilizada na triagem e identificação de diferentes substâncias explosivas. Isso é especialmente útil em regiões remotas ou de difícil acesso, onde a coleta e o transporte de grandes quantidades de amostras para o laboratório podem ser prejudicados.

"Com um sensor eletroquímico portátil, seria possível fazer uma primeira análise ali mesmo, usando uma quantidade muito pequena da amostra, e obter, em poucos minutos, informações que ajudariam a orientar a perícia e as análises confirmatórias posteriores no laboratório", enfatiza o orientador do estudo.

Se você trabalha com monitoramento de água ou perícia ambiental, acompanhe os avanços dos sensores eletroquímicos portáteis. Eles podem reduzir custos e tempo de resposta em situações de emergência. Para quem quer entender melhor a tecnologia, o contato com o Laboratório de Línguas Eletrônicas e Sensores Químicos do IQ-USP é um bom ponto de partida. A pesquisa mostra que a inovação acessível pode chegar ao campo e aos órgãos de fiscalização — e quem se antecipa ganha tempo na tomada de decisão.