Sistemas miniaturizados com eletrodos de carbono impressos (SPCEs) são tecnologias promissoras para monitorar no local, moléculas de interesse ambiental (e.g. poluente emergente) e clínico (e.g. biomarcador). Neste trabalho, sistemas eletroquímicos miniaturizados foram desenvolvidos para detectar as seguintes moléculas: sulfametoxazol (SMX), trimetoprima (TMP), antígeno de carboidrato 15-3 (câncer de mama), metabólito 25-hidroxivitamina D3 (vitamina D), lactato e o antígeno prostático específico (câncer de próstata). Um desempenho otimizado dos SPCEs caseiros foi obtido usando um tratamento eletroquímico em solução de tampão fosfato (PBS). Para os antibióticos SMX e TMP foi desenvolvido um sensor baseado em papel com nanofitas de óxido de grafeno reduzidas (rGN). Os limites de detecção (LOD) para SMX e TMP foram estimados em 0,09µM e 0,04 µM, respectivamente, com uma resposta linear de 1 µM a 10 µM. O sensor foi reprodutível (RSD <5%) e seletivo, inclusive em amostras de água de torneira. Um imunossensor do tipo sanduíche constituído por um filme layer-by-layer de nanopartículas de ouro (Au) e óxido de grafeno reduzido (rGO) foi desenvolvido para detectar o biomarcador de câncer de mama CA15-3. O imunossensor foi capaz de detectar o CA15-3 em amostras de soro humano e saliva artificial com um LOD de 0,08 fg mL^-1 dentro de uma ampla faixa linear de concentração de 0,1 fg mL^-1 a 1µg mL^-1. Oimunossensor também foi seletivo para CA15-3, robusto e estável para permitir o armazenamento a 4 °C por mais de 30 dias. Para monitorar o metabólito 25(OH)D3 em soro humano e saliva, construiu-se um chip imunossensor flexível e sem rótulo. A plataforma do dispositivo foi feita com dendritos de ouro em forma de árvore (AuDdrites), obtidos eletroquimicamente pela dessorção seletiva da L-cisteína sobre os planos (111) do ouro. O chip foi capaz de detectar o metabólito em 15 minutos com uma faixa de concentração dentro dos valores de interesse clínico e apresentou um LOD de 0,03 ng mL^-1. Um sistema portátil com diodo emissor de luz (LED) de 3 W e compatível com SPCEs também foi desenvolvido para detecção fotoeletroquímica. O dispositivo produzido em impressora 3D, foi usado para detectar lactato e PSA sobre nanopartículas de TiO₂ modificadas com filme polimérico de [Ni(salen)] (referido como TiO₂@poli[Ni(salen)]) e nanopartículas de óxido de titânio (TiO₂) sensibilizado com nitreto de carbono grafítico e aril diazônio (referido como Amb/Ni₁₀-gC₃N₄/TiO₂), respectivamente. O sensor fotoeletroquímico para lactato exibiu excelente estabilidade, reprodutibilidade e seletividade em uma faixa linear de 0,1 a 20 mM com LOD de 88 µM. Também foi demonstrado por medidas de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) in situ que o dióxido de carbono (CO₂) é o produto principal da fotoeletrooxidação de lactato sobre TiO₂@poli[Ni(salen)]. Em adição, o sensor para o biomarcador de câncer de próstata PSA foi capaz de detectar o marcador tumoral em amostras de soro humano em uma faixa de 10^-16 a 10^-8g mL^-1 com limite de detecção tão baixo quanto 0,06 fg mL^-1. A robustez do dispositivo foi confirmada com testes de reprodutibilidade e estabilidade. A estratégia de funcionalização dos nanomaterias fotoativos com sal de aril diazônio diminuiu a recombinação de portadores de carga fotogerados, levando a um aumento na fotocorrente e, forneceu grupos carboxílicos para ancorar anticorpos por meio da reação da carbodiimida, o que possibilita a extensão da plataforma de detecção a qualquer outro tipo de imunossensor fotoeletroquímico. Os dispositivos portáteis aqui apresentados são de baixo custo, operação amigável e promissores para monitorar no local, poluentes emergentes e biomarcadores sem atrasos associados aos laboratórios centralizados.

Miniaturized systems with printed carbon electrodes (SPCEs) are promising technologies for on-site monitoring of molecules of environmental (e.g., emerging pollutant) and clinical (e.g., biomarker) interest. In this work, miniaturized electrochemical systems were developed to detect the following molecules: sulfamethoxazole (SMX), trimethoprim (TMP), carbohydrate antigen 15-3 (breast cancer), 25-hydroxyvitamin D3 metabolite (vitamin D), lactate and prostate-specific antigen (prostate cancer). Optimal performance of homemade SPCEs was obtained using an electrochemical treatment in phosphate buffer solution (PBS). For the antibiotics SMX and TMP, a paper-based sensor with reduced graphene oxide nanoribbons (rGN) was developed. The limits of detection (LOD) for SMX and TMP were estimated at 0.09 µM and 0.04 µM, respectively, with a linear response from 1 µM to 10 µM. The sensor was reproducible (RSD <5%) and selective, including in tap water samples. A sandwich-type immunosensor consisting of a layer-by-layer film of gold (Au) nanoparticles and reduced graphene oxide (rGO) was developed to detect the breast cancer biomarker CA15-3. The immunosensor was able to detect CA15-3 in human serum and artificial saliva samples with a LOD of 0.08 fg mL^-1 within a wide linear concentration range from 0.1 fg mL^-1 to 1 g mL^-1. The immunosensor was also selective for CA15-3, robust, and stable to permit storage at 4°C for more than 30 days. To monitor the 25(OH)D3 metabolite in human serum and saliva, a flexible and label-free immunosensor chip was manufactured. The device platform was made with tree-shaped gold dendrites (AuDdrites), obtained electrochemically by selective desorption of L-cysteine on the (111) planes of gold. The chip was able to detect the metabolite within 15 minutes with a concentration range within the values of clinical interest and presented a LOD of 0.03 ng mL^-1. A portable photoelectrochemical system with screen-printed carbon electrodes (SPCEs) and a 3 W light-emitting diode (LED) was also developed. The 3D-printed device was used to detect lactate and PSA on titanium oxide (TiO₂) nanoparticles modified with [Ni(salen)] polymer film (referred to as TiO₂@poly[Ni(salen)]) and TiO₂ nanoparticles sensitized with graphitic carbon nitride and aryl diazonium (referred to as Amb/Ni₁₀-gC₃N₄/TiO₂), respectively. The photoelectrochemical sensor for lactate exhibited excellent stability, reproducibility, and selectivity over a linear range from 0.1 to 20 mM with a LOD of 88 µM. It was also demonstrated by in situ Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) measurements that carbon dioxide (CO₂) is the main product of the photoelectrooxidation of lactate on TiO₂@poly[Ni(salen)]. In addition, the sensor for the prostate cancer biomarker PSA was able to detect the tumor marker in human serum samples in a range from 10^-16 to 10^-8 g mL^-1 with a detection limit as low as 0.06 fg mL^-1. The device's robustness was confirmed with reproducibility and stability tests. The functionalization strategy of photoactive nanomaterials with aryl diazonium salt decreased the recombination of photogenerated charge carriers, leading to an increase in the photocurrent, and provided carboxylic groups to anchor antibodies through the carbodiimide reaction, which allows the extension of the platform of detection to any other type of photoelectrochemical immunosensor. The handheld devices presented here are low-cost, user-friendly, and promising to monitor on-site, emerging pollutants and biomarkers without the delays associated with centralized laboratories.