UFPR obtém patente para sensor de vapores de etanol e metanol na atmosfera

Pesquisadores da Universidade Federal do Paraná (UFPR) conquistaram uma nova patente, concedida pelo Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI), para um dispositivo inovador capaz de detectar vapores de etanol e metanol na atmosfera. Intitulado “Dispositivo sensor para vapores de etanol e metanol preparados com tintas condutoras aquosas de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT), poli (estireno sulfonato) (PSS) e óxido de grafeno (GO)”, o dispositivo promete diversas aplicações industriais, especialmente na automotiva e na área da saúde.

O desenvolvimento deste dispositivo foi um esforço colaborativo entre dois grupos de pesquisa da UFPR: o DiNE (Dispositivos Nanoestruturados), liderado pela professora Lucimara Stolz Roman, do Departamento de Física, e o GQM (Grupo de Química de Materiais), liderado pelo professor Aldo Jose Gorgatti Zarbin, do Departamento de Química. A equipe de inventores inclui Matheus Felipe Fagundes das Neves, doutor e pós-doutorando em Física; Leila Seleme Mariano Alves, doutora em Ciência dos Materiais e funcionária da UFPR; João Paulo Vita Damasceno, doutor em Química e pós-doutorando pela UNICAMP; e Oswaldo Donato Lourenço Junior, ex-doutorando em Ciência dos Materiais e ex-funcionário da UFPR, falecido.

Utilização da patente e contribuição para a inovação

Desde 2013, a UFPR tem registrado várias inovações, impulsionadas pela Agência de Inovação da universidade, vinculada à Superintendência de Parcerias e Inovação (Spin). As patentes garantem aos inventores os direitos exclusivos sobre suas criações, permitindo a comercialização ou concessão de licenças em troca de royalties, com os recursos revertidos para a universidade.

A professora Lucimara Stolz Roman destaca a importância da concessão da patente para o grupo de pesquisa. “Nossa missão é proteger as invenções realizadas na UFPR, visando a estabelecer parcerias mais estruturadas com a iniciativa privada”, afirma. Os sensores desenvolvidos têm como objetivo a detecção de etanol exalado pelo corpo humano e de metanol para controle de combustíveis, demonstrando a aplicabilidade industrial do produto. Estes sensores podem ser utilizados em veículos para monitorar a qualidade do combustível ou em dispositivos médicos para detectar vapores de álcool em exalação humana, contribuindo para diagnósticos e monitoramento de saúde.

Material inovador e sustentável

Os dispositivos são constituídos por filmes finos de tintas condutoras à base de água, preparadas a partir de combinações de óxido de grafeno (GO), poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) e poli(estireno sulfonato) (PSS). As combinações resultantes – PEDOT, PEDOT-GO, PEDOT-PSS ou PEDOT-PSS-GO – foram depositadas por gotejamento (drop casting) sobre eletrodos interdigitados, uma técnica desenvolvida pelos laboratórios da UFPR. Essa técnica de deposição permite a formação de filmes finos uniformes, essenciais para a sensibilidade e precisão dos sensores.

Matheus Neves, um dos inventores, explica que o óxido de grafeno e o PEDOT são sintetizados quimicamente nos laboratórios da UFPR, utilizando materiais ecológicos e água como solvente, enquanto o PEDOT-PSS é um material comercial com custo relativamente alto. “O desenvolvimento dessas tintas sem PSS em larga escala ajuda a reduzir o custo do produto, mantendo suas propriedades elétricas”, acrescenta Neves. A adição de GO melhora a organização das cadeias poliméricas, aumentando a eficiência, estabilidade e condutividade elétrica.

Eficiência e Sustentabilidade

A síntese da tinta de PEDOT, que dispensa o uso de solventes perigosos e aditivos, resulta em um produto mais ecológico. O GO, derivado de grafite cristalina, melhora significativamente a condutividade elétrica e a eficiência dos sensores, que respondem rapidamente à exposição aos vapores e podem ser reutilizados por longos períodos.

Os sensores desenvolvidos são orgânicos, oferecendo ganhos de eficiência energética em comparação com sensores inorgânicos comerciais que operam em altas temperaturas e consomem muita energia. Sensores comerciais frequentemente utilizam semicondutores inorgânicos como MoO3, WO3, TiO2, SnO2 e ZnO, que se degradam rapidamente. Em contraste, os sensores orgânicos da UFPR são produzidos de maneira simples e com baixo custo, representando uma alternativa mais sustentável.

Benefícios e impacto

Os sensores desenvolvidos pela UFPR possuem uma série de vantagens que os tornam altamente competitivos no mercado. Primeiramente, a técnica de produção utilizando tintas condutoras aquosas é ambientalmente amigável, pois evita o uso de solventes tóxicos. Além disso, a combinação de materiais como PEDOT e GO resulta em sensores com alta sensibilidade e rápida resposta aos vapores de etanol e metanol.

A aplicação destes sensores pode se estender a diversas indústrias, incluindo a automotiva, onde podem ser utilizados para monitorar a qualidade do combustível e detectar adulterações, garantindo maior eficiência e segurança dos veículos. Na área da saúde, os sensores podem ser empregados em dispositivos para monitoramento da respiração e diagnóstico de doenças relacionadas ao consumo de álcool.

Os ganhos em eficiência energética dos sensores orgânicos também representam um avanço significativo. Ao contrário dos sensores inorgânicos que operam a altas temperaturas e consomem muita energia, os sensores desenvolvidos na UFPR funcionam a temperaturas ambientes, o que reduz o consumo energético e aumenta a vida útil do dispositivo.