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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-27052022-091056
Document
Author
Full name
Kaique Figueiredo Sanches
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Carreno, Marcelo Nelson Paez (President)
Bartoli, Julio Roberto
Fontes, Marcelo Bariatto Andrade
Title in Portuguese
Desenvolvimento de microssensores MEMS, visando implantação in vivo para o estudo da fadiga muscular.
Keywords in Portuguese
Microagulhas
Microsensores
Microsensores eletroquímicos
Sensores
Sistemas microeletromecânicos
Abstract in Portuguese
Na presente pesquisa, foram projetadas e fabricadas matrizes de microeletrodos através das técnicas da microeletrônica e MEMS. Sobre o silício microusinado, com formato de microagulhas (espessura de 100 m), há 3 pares de eletrodos, sendo um eletrodo de referência (Ag) e um eletrodo de trabalho (Au), que podem ser utilizadas para estudos in vivo. Os eletrodos de ouro foram testados, através da voltametria cíclica, em solução de ferricianeto de potássio e apresentaram: (i) ocorrência do processo faradico nas características E1/2 ~ 0,25 V da redução de ferricianeto; (ii) baixa histerese; e (iii) estabilização da corrente limite. Os microelétrodos, também apresentaram boa resposta em solução de ácido sulfúrico, exibindo os picos de característica de oxidação (Ep = 1,5 V) e redução (Ep = 0,9 V) das superfícies de ouro. Foi realizado o processo amperométrico aplicando um potencial E = -0.8V por 600 s, em seguida inicia-se 50 ciclos na voltametria cíclica variando a tensão com passo de 100 mV/s em solução [Ir(COO)2(OH)4]2- pH (10,5), para a deposição do filme de IrOx, que deixa o microelétrodo de Au sensível ao pH. Utilizando solução 0,1 mol/L de PBS (pH 7.0) e variação v = 100 mV/s, antes e depois da deposição do filme de IrOx, foi possível verificar que os dispositivos são sensíveis a variação de pH. Foram realizadas medições de OCP em 0,1 mol/L de PBS com diferentes valores de pH, com base nos valores de tensão foi possível traçar uma reta que pode ter inclinações variando de -59 a -90 mV por unidade de pH a temperatura ambiente.
Title in English
Development of mems microsensors, aiming in vivo implantation for the study of muscular fatigue.
Keywords in English
Electrochemical sensor
Implantable electrodes
MEMS
Microelectrodes
Microneedles
Abstract in English
In the present study, microelectrode arrays were designed and manufactured using microelectronics and MEMS techniques. On the micromachined silicon, with microneedle format (thickness of 100 m), there are 3 pairs of electrodes, being a reference electrode (Ag) and a working electrode (Au), which can be used for in vivo studies. The gold electrodes were tested, through cyclic voltammetry, in potassium ferricyanide solution and showed: (i) occurrence of the faradic process in the characteristics E1/2 ~ 0.25 V of the ferricyanide reduction; (ii) low hysteresis; and (iii) stabilization of the limit current. The microelectrodes also showed good response in sulfuric acid solution, showing the characteristic oxidation (Ep = 1.5 V) and reduction (Ep = 0.9 V) peaks of the gold surfaces. The amperometric process was carried out by applying a potential E = -0.8V for 600 s, then 50 cycles of cyclic voltammetry were started, varying the voltage with a step of 100 mV/s in solution [Ir(COO)2(OH)4] 2- pH (10.5), for the deposition of the IrOx film, complaining about the pH-sensitive Au microelectrode. Using 0.1 mol/L PBS solution (pH 7.0) and variation v = 100 mV/s, before and after deposition of the IrOx film, it was possible to verify that the devices are sensitive to pH variation. OCP measurements were performed in 0.1 mol/L of PBS with different pH values, based on the voltage values it was possible to draw a straight line that can have slopes ranging from -59 to -90 mV per pH unit at room temperature.
 
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Publishing Date
2022-05-27
 
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