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Title:
LEAF-ATTACHABLE SENSOR FOR CELL WATER ANALYSIS BY ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY AND METHOD FOR PRODUCING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/220795
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a sensor comprising Ni electrodes (1) formed by a stand-alone film with 30 to 50 µm thickness that can be attached to leaves by attachment means (2) made of a flexible, porous and transparent material. Reading and control means (5) for performing electrochemical impedance spectroscopy tests are electrically connected to the Ni electrodes (1). Also described is the method for producing said sensor, involving well established, scalable and reproducible techniques, such as photolithography and galvanoplasty.

Inventors:
LIMA RENATO SOUSA (BR)
BARBOSA JÚLIA ADORNO (BR)
GOBBI ANGELO LUIZ (BR)
Application Number:
PCT/BR2023/050149
Publication Date:
November 23, 2023
Filing Date:
May 17, 2023
Export Citation:
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Assignee:
CNPEM CENTRO NAC DE PESQUISA EM ENERGIA E MATERIAIS (BR)
International Classes:
G01N27/02; G01N33/487
Foreign References:
US11185286B22021-11-30
US20190137436A12019-05-09
Other References:
MOHAMMAD-RAZDARI AYAT, ROUSSEAU DAVID, BAKHSHIPOUR ADEL, TAYLOR STEPHEN, POVEDA JORGE, KIANI HASSAN: "Recent advances in E-monitoring of plant diseases", BIOSENSORS AND BIOELECTRONICS, ELSEVIER SCIENCE LTD, UK, AMSTERDAM , NL, vol. 201, 1 April 2022 (2022-04-01), Amsterdam , NL , pages 113953, XP093109848, ISSN: 0956-5663, DOI: 10.1016/j.bios.2021.113953
LUO YU; PEI YUECHEN; FENG XUEMING; ZHANG HAO; LU BINGHENG; WANG LI: "Silk fibroin based transparent and wearable humidity sensor for ultra-sensitive respiration monitoring", MATERIALS LETTERS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 260, 5 November 2019 (2019-11-05), AMSTERDAM, NL , XP085948460, ISSN: 0167-577X, DOI: 10.1016/j.matlet.2019.126945
Attorney, Agent or Firm:
BORGES BARBOSA, Pablo (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. Sensor vestível em folhas para análise da água celular por espectroscopia de impedância eletroquímica, caracterizado por compreender: meios de leitura e atuação (5) para realização de ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica, pelo menos dois eletrodos de Ni (1) constituídos de filmes metálicos de níquel, do tipo stand-alone, com espessura de 30 a 50 pm; pelo menos dois contatos elétricos (3), conectados eletricamente a respectivos eletrodos de Ni (1 ) e aos meios de leitura e atuação (5); e meios de fixação (2) dos eletrodos de Ni em folhas de plantas in vivo, constituídos de material flexível, poroso e transparente.

2. Sensor, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que os meios de leitura e atuação (5) são um potenciostato comercial portátil.

3. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que os eletrodos de Ni (1 ) são dispostos em forma de semicírculos concêntricos.

4. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os eletrodos de Ni (1 ) são eletricamente conectados aos contatos elétricos (3) por trilhas em forma de curvas senoidais, e em que os eletrodos de Ni (1 ), os contatos elétricos (3) e as trilhas são formados por uma estrutura inteiriça de Ni, do tipo stand-alone, com espessura de 30 a 50 pm.

5. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os meios de fixação (2) são uma fita adesiva formada por um filme polimérico transparente.

6. Sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os eletrodos de Ni (1 ) são revestidos em ambas as faces com camadas metálicas de proteção.

7. Sensor, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as camadas metálicas de proteção compreendem uma camada de Cr e uma camada de Au, preferencialmente com espessuras Cr 150 A e Au 1050 A.

8. Processo de produção do sensor das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender:

(i) padronização de um molde em fotorresiste por fotolitografia, em que o molde é depositado sobre um substrato de vidro revestido com uma camada de filmes finos metálicos,

(ii) eletrodeposição de um filme de Ni sobre esse molde, e

(iii) remoção do fotorresiste e da camada de filmes finos metálicos para obtenção de uma estrutura inteiriça de Ni, do tipo stand-alone, compreendendo os eletrodos de Ni (1 ) e os contatos elétricos (3);

(iv) fixação dos eletrodos de Ni (1 ) em meios de fixação (2) constituídos de material flexível, poroso e transparente;

(v) conexão elétrica de meios de meios de leitura e atuação (5) com os contatos elétricos (3).

9. Processo de produção, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o substrato é revestido com filmes finos de Cr e Au, preferencialmente um filme de Cr de 25 nm de espessura seguido de um filme de Au de 200 nm de espessura, ambos depositados por técnica de sputtering.

10. Processo de produção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que o fotorresiste é depositado sobre o substrato pela técnica de spin-coating.

11. Processo de produção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o filme de Ni é depositado sobre o fotorresiste por banho eletroquímico de galvanoplastia, utilizando o filme fino metálico presente no molde como cátodo, níquel comercial como ânodo, e uma fonte de potencial de corrente contínua aplicada entre o cátodo e o ânodo.

12. Processo de produção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11 , caracterizado pelo fato de que a remoção do fotorresiste e das camadas de filmes finos metálicos é realizada por imersão do molde em acetona e, em seguida, em soluções de etching próprias para os respectivos filmes finos metálicos.

Description:
SENSOR VESTÍVEL EM FOLHAS PARA ANÁLISE DA ÁGUA CELULAR POR ESPECTROSCOPIA DE IMPEDÂNCIA ELETROQUÍMICA E PROCESSO DE PRODUÇÃO DO MESMO

CAMPO DA DESCRIÇÃO

[0001] A presente descrição é do campo da análise de materiais pela investigação de impedância, especificamente do campo de sensoriamento do teor de água celular em folhas de plantas in vivo e in situ.

FUNDAMENTOS DA DESCRIÇÃO

[0002] Medições quantitativas da extensão da hidratação das folhas podem fornecer informações cruciais sobre a eficácia da irrigação das plantas, pois o conteúdo de água da folha pode servir como um marcador para a saúde fisiológica da planta. Sensores vestíveis impedimétricos são ferramentas promissoras para determinar a perda de água foliar (abreviado aqui pelo acrônimo inglês LWL), pois possibilitam ensaios em tempo real e in situ para gerenciamento rápido de decisões na agricultura e para avaliação cinética em estudos, por exemplo, sobre a toxicidade de nanomateriais e a eficiência de fertilizantes. No entanto, a produção desses sensores para investigação de impedância tem se limitado pela dificuldade de se produzir eletrodos apropriados em escala comercial. Além disso, essas aplicações envolvem ensaios de longo prazo que implicam em desafios contínuos, como a biocompatibilidade dos eletrodos e os prejuízos em seu desempenho diante das flutuações do clima.

ESTADO DA TÉCNICA

[0003] Recentemente, eletrodos vestíveis têm sido também integrados em folhas para a análise indoor de parâmetros fisiológicos (perda de água e taxa de crescimento; (ACS Omega, 4(5), 2019; npj Flexible Electron, 2(24), 2018; Sei. Adv, 463, 2019) e fatores abióticos do microclima, como humidade, temperatura e intensidade de luz solar (ACS Omega, 4(5), 2019; npj Flexible Electron. 2(24), 2018). Os maiores desafios para essa área são a aderência com a superfície das folhas, a biocompatibilidade e a sensibilidade do sensor para análise contínua de alterações fisiológicas sutis em resposta a estímulos externos. Os riscos de delam inação do sensor, com a perda do contato conformai entre eletrodos e folha, e de interferências sobre as funções biológicas dos vegetais se tomam particularmente maiores pela exigência de ensaios a longo prazo (semanas a meses). Ressaltam-se ainda a existência de milhares de topografias microestruturadas das folhas e a variação simultânea de dois ou mais parâmetros fisiológicos em função de um único fator de estresse.

[0004] Brevemente, Zhao e colaboradores (ACS Omega, 4(5), 2019) analisaram parâmetros fisiológicos e do microclima através da integração de 4 sensores em folhas, quais sejam, sensor de impedância (teor de água), sensor de tensão (taxa de crescimento), termorresistor (temperatura) e fototransistor (luz). Esses dispositivos consistiram de padrões de filmes metálicos (cobre e nanotubos de carbono) sobre filmes flexíveis de poliimida (PI). Os eletrodos foram fabricados por um método fotolitográfico convencional, baseado nas técnicas de spinning, transferência de padrões assistida por máscara física, revelação em fase líquida, deposição metálica em fase vapor e lift-off. A espessura total do dispositivo foi 8 pm. Como limitações, testes de reprodutibilidade, de biocompatibilidade dos eletrodos a longo prazo e de quantificação do teor de água e da taxa de crescimento das folhas não foram realizados pelos autores.

[0005] A análise de parâmetros fisiológicos de plantas e do microclima usando sensores vestíveis foi também descrita por Nassar e colaboradores (npj Flexible Electron. 2018, 2(1 ), 1-12). Fabricados por processo fotolitográfico, os eletrodos consistiram de padrões de ouro encapsulados entre filmes de PDMS (sensor de tensão resistivo para monitoramento da taxa de crescimento do caule) ou sobre filmes de PI/PDMS (sensores capacitivo e resistivo integrados em folhas para medidas de umidade e temperatura, respectivamente). As espessuras dos dispositivos foram cerca de 200 pm (sensores para monitoramento da taxa de crescimento) e 54 pm (sensores para medidas de umidade e temperatura). Contudo, da mesma forma que no caso anterior, os autores não realizaram estudos de reprodutibilidade dos sensores, de biocompatibilidade e de exatidão dos dados de resistência elétrica, os quais foram associados ao crescimento de caules de bambu.

[0006] Ensaios para análise do teor de água celular da folha foram recentemente apresentados na literatura pelo grupo da professora Trisha Andrew (Sc/. Adv. 2019, 5(3), eaaw0463) da Universidade de Massachusetts. Nesse caso, eletrodos do polímero poli(3,4-propilenodioxintiofeno) (PProDOT-CI) foram impressos diretamente sobre folhas usando máscaras físicas e polimerização em fase vapor. Os eletrodos apresentaram espessura de 5 pm. As amostras foram introduzidas em um reator a uma pressão de 1000 mTorr e foram mantidas a temperatura ambiente durante todo o processo de deposição, o qual durou aproximadamente 20 min. Um alvo sólido de FeCI 3 , posicionado a 15 cm da folha, foi sublimado a 200 °C, ao passo que o monômero do polímero condutor foi aquecido a 80 °C. A polimerização em fase vapor não afetou a saúde das plantas e os eletrodos se mostraram biocompatíveis a partir da análise dos parâmetros: fototropismo, concentração de clorofila (taxa de fotossíntese) e geração de biomassa (taxa de crescimento). A técnica de espectroscopia de bioimpedância (EBI) foi capaz de quantificar o teor de água celular e revelar informações sobre a composição da parede celular. De acordo com o circuito RC equivalente obtido para modelar as medidas em folhas, os dados elétricos foram divididos em dois componentes a depender da frequência, quais sejam, do eletrodo (<10 3 Hz) e do tecido vegetal (>10 3 Hz). Esse último componente reflete a saúde das folhas e, em relação aos seus parâmetros resistivos, os valores de capacitância da membrana celular (CM) foram aqueles que geraram a maior sensibilidade para quantificação da perda de água, calculada com base na redução gradual de massa de uma folha cortada do seu caule. Esse estresse hídrico foi acelerado pela inserção da folha em vácuo. Medidas de impedância e de massa foram feitas a cada 10 min num intervalo de 130 min. Uma diminuição de 13% na quantidade de água na folha (77% a 64%) levou a uma queda de aproximadamente 70% em CM (variação de ~0,3 nF) o que se deve, presumivelmente, à perda de fluidos intracelulares ricos em nutrientes iônicos, com a consequente diminuição da constante dielétrica.

[0007] Não obstante as contribuições significativas do trabalho em comento (Sei. Adv. 2019, 5(3), eaaw0463) para o uso da técnica de bioimpedância na análise da água celular em folhas e para o estabelecimento de protocolos de estudo de biocompatibilidade do sensor, algumas limitações cruciais podem ser apontadas. Mais uma vez, testes de reprodutibilidade e exatidão não foram feitos. Embora testes de biocompatibilidade tenham sido realizados, esses não se basearam na análise das folhas expostas aos eletrodos, mas na raiz das plantas, o que não permite uma inferência acurada sobre o real efeito dos eletrodos sobre a fisiologia da folha. Um outro obstáculo refere-se à fabricação do sensor, com a inserção da folha em um reator para gravação dos eletrodos diretamente sobre a sua superfície. Esse método torna-se especialmente inviável para testes de um número amplo de amostras. Assim, pode-se afirmar que o potencial real dos sensores vestíveis para o monitoramento da saúde de plantas ainda não foi demonstrado na literatura com robustez estatística adequada.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0008] É um dos objetivos da presente descrição revelar um sensor vestível em folhas para análise da água celular por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), em que o referido sensor é provido de um eletrodo flexível, de robustez adequada para ensaios de longa duração in situ, apresentando reprodutibilidade durante o sensoriamento e sendo biocompatível e não-prejudicial à saúde das folhas. Outro objetivo da presente descrição é revelar um processo de produção do referido sensor que tenha reprodutibilidade e escalabilidade.

[0009] Os objetivos da presente descrição são alcançados por um sensor vestível em folhas para análise da água celular por EIE compreendendo: meios de leitura e atuação para ensaios de EIE; pelo menos dois eletrodos constituídos de filmes metálicos de níquel (Ni); pelo menos dois contatos elétricos, conectados aos eletrodos de Ni e aos meios de leitura e atuação; e meios de fixação dos eletrodos de Ni em folhas de plantas in vivo e in situ. Os referidos eletrodos de Ni apresentam características especiais conferidas por seu padrão geométrico e processo de fabricação, conforme aqui revelados em modalidades da descrição e ilustradas nas figuras.

[0010] Os objetivos da presente descrição também são alcançados por um processo de produção do referido sensor vestível em folhas para análise da água celular por EIE, o processo compreendendo etapas de produção de pelo menos dois eletrodos de Ni e seus respectivos contatos elétricos, que compreende: (i) padronização de um molde em fotorresiste por fotolitografia, em que o molde é depositado sobre um substrato de vidro, revestido com filmes fino metálicos, preferencialmente formados de camadas de cromo (Cr) e ouro (Au), (ii) eletrodeposição de um filme metálico de Ni sobre esse molde, e (iii) remoção do fotorresiste e da camada de Cr/Au para obtenção dos eletrodos de Ni padronizados e seus contatos elétricos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0011] A presente invenção encontra-se ilustrada nas modalidades representadas em figuras, conforme brevemente descritas a seguir.

[0012] A figura 1A é uma fotografia do molde padronizado, obtido após a revelação das partes de fotorresiste não expostas ao UV, de acordo com uma modalidade do processo descrito.

[0013] A figura 1 B é uma imagem obtida por microscopia confocal a laser dos eletrodos de Ni, obtidos após a eletrodeposição desse metal e as remoções do fotorresiste e das camadas de Cr/Au, de acordo com uma modalidade do processo descrito.

[0014] A figura 1C é uma fotografia de um eletrodo fixado a uma fita adesiva, de acordo com uma modalidade do sensor descrito.

[0015] Na figura 1 D é uma fotografia digital dos principais componentes de um sistema de sensoriamento, com seus eletrodos fixados à epiderme de uma folha de soja, de acordo com uma modalidade do sensor descrito.

[0016] A figura 2A é um gráfico do espectro de absorção na região do UV-Vis de uma fita adesiva usada para fixação dos eletrodos às folhas, de acordo com uma modalidade do sensor descrito.

[0017] A figura 2B é uma imagem de microscopia confocal a laser destacando a rugosidade de uma fita adesiva usada para fixação dos eletrodos às folhas, de acordo com uma modalidade do sensor descrito.

[0018] A figura 3 é um gráfico com a curva de desidratação obtida para folhas de soja em temperatura média de 19,15 ± 0,39 °C e umidade relativa do ar em 45,40 ± 10,86 %, ao longo de 5 h, obtida com o uso de uma modalidade do sensor descrito.

[0019] A figura 4 é um diagrama de Bode típico do sistema de sensoriamento, com curvas plotadas a cada 20 min durante o processo de desidratação da folha de soja, conduzido com o uso de uma modalidade do sensor descrito.

[0020] A figura 5 é uma curva analítica de impedância em função da desidratação de folhas de soja, conduzida com o uso de uma modalidade do sensor descrito.

[0021] A Fig. 6 é uma série de gráficos com curvas analíticas de impedância em função da perda de água de folhas de soja, em frequências que geraram as maiores sensibilidades, conduzida com o uso de uma modalidade do sensor descrito.

[0022] A Fig. 7A é um gráfico de paridade dos valores de perda de água verdadeiros (medidos experimentalmente) e dos valores calculados das amostras de teste, conduzidos com o uso de uma modalidade do sensor descrito.

[0023] A Fig. 7B é um gráfico de barras com os dados de exatidão para as amostras de teste da figura 7A, conduzidos com o uso de uma modalidade do sensor descrito. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0024] A presente descrição refere-se a um sensor vestível em folhas para análise da água celular e ao processo de produção deste sensor.

[0025] As figuras 1A a 1 C ilustram algumas etapas do processo de produção de uma modalidade do sensor, enquanto a figura 1 D apresenta uma modalidade preferida do sensor, vestindo uma folha de soja.

[0026] Em quaisquer modalidades, o sensor compreende:

[0027] meios de leitura e atuação (5) para realização de ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), sendo preferencialmente um potenciostato comercial portátil, favorecendo a aplicação do sensor in situ,

[0028] pelo menos dois eletrodos de Ni (1 ) flexíveis, padronizados, constituídos de filmes metálicos do tipo stand-alone (ou seja, livres e suspensos, sem necessidade de serem suportados por um substrato);

[0029] pelo menos dois contatos elétricos (3) conectados eletricamente aos eletrodos de Ni (1 ) e aos meios de leitura e atuação (5); e

[0030] meios de fixação (2) dos eletrodos de Ni em folhas de plantas in vivo, sendo constituídos de material flexível, poroso e transparente.

[0031] Em quaisquer modalidades, o processo compreende:

[0032] (i) padronização de um molde em fotorresiste por fotolitografia, em que o molde é depositado sobre um substrato de vidro, revestido com filmes fino metálicos, preferencialmente formados de camadas de cromo (Cr) e ouro (Au),

[0033] (ii) eletrodeposição de um filme de Ni sobre esse molde, e

[0034] (iii) remoção do fotorresiste e da camada de Cr/Au para obtenção dos eletrodos de Ni (1 ) padronizados e os contatos elétricos (3) conectados eletricamente aos eletrodos de Ni (1);

[0035] (iv) fixação dos eletrodos de Ni (1) em meios de fixação (2), sendo os meios de fixação (2) constituídos de material flexível, poroso e transparente;

[0036] (v) conexão elétrica de meios de meios de leitura e atuação (5) com os contatos elétricos (3). [0037] Em uma modalidade do processo descrito, o molde padronizado é fabricado sobre um substrato de vidro. O substrato é revestido com filmes finos de Cr e Au, preferencialmente um filme de Cr de 25 nm de espessura seguido de um filme de Au de 200 nm de espessura, ambos depositados por técnica de sputtering. O substrato é aquecido para remoção de umidade, preferivelmente a 120 °C por 10 min. Em seguida, o fotoresiste é depositado sobre o substrato, preferencialmente pela técnica de spin-coating para a deposição de hexametildisilazano (HMDS, 4.000 rpm por 30 s) e AZ50XT (2.000 e 3.400 rpm durante 20 e 5 s, respectivamente). O molde é então submetido a processos de secagem, para eliminação de solvente, preferencialmente por técnica de pre-bake dos filmes de HMDS (120 °C por 10 min) e de AZ50XT (rampa de aquecimento de 50 a 112 °C ao longo de 30 min). Posteriormente, a padronização do fotoresiste é realizada por exposição à luz ultravioleta (UV) em fotoalinhador, preferencialmente durante 150 s sob uma potência de 9,5 mW cm -2 para geração dos padrões dos eletrodos e contatos pelo fotorresiste, a partir do emprego de uma máscara obtida por gravação direta a laser. Por fim, a etapa de revelação é realizada, para remoção das partes de fotorresiste expostas ao UV. A figura 1A apresenta o molde obtido após a revelação das partes de fotorresiste não expostas ao UV, segundo essa modalidade.

[0038] Em uma modalidade do processo descrito, após a obtenção do molde é realizada eletrodeposição de Ni em banho eletroquímico de galvanoplastia. O banho utiliza o filme de Cr/Au presente no molde como cátodo, níquel comercial como ânodo, e uma fonte de potencial de corrente contínua aplicada entre o cátodo e o ânodo, preferencialmente uma corrente de 100 mA por 90 min. Após a eletrodeposição de Ni, o fotorresiste é removido por imersão do molde em acetona e, em seguida, as camadas de Cr e Au são removidas com suas respectivas soluções de etching. Por fim, o filme de Ni compreendendo eletrodos de Ni (1 ) e contatos elétricos (3) padronizados é removido do substrato de vidro mecanicamente, por exemplo, com auxílio de um bisturi, lavado com Extran® e isopropanol e seco sob fluxo de nitrogênio. [0039] A figura 1 B mostra uma imagem obtida por microscopia confocal a laser do filme de Ni obtido por uma modalidade do presente processo. O filme de Ni é uma estrutura inteiriça, do tipo stand-alone, estrutura essa compreendendo os eletrodos de Ni (1 ) ligados eletricamente aos contatos elétricos (3) por trilhas Ni.

[0040] Em uma modalidade do processo descrito, o filme de Ni obtido tem espessura de 30 a 50 pm, sendo flexível, dobrável, com alta estabilidade mecânica.

[0041] Em uma modalidade, o filme de Ni obtido apresenta dois eletrodos de Ni (1) em forma de semicírculos concêntricos, tendo diâmetros de 5500 e 4000 pm, respectivamente, ambos com 15 pm de largura e 40 pm de espessura. Essa forma é projetada a fim de otimizar a área geométrica do eletrodo, maximizando o comprimento do eletrodo e minimizando a ocupação da largura da folha.

[0042] Em uma modalidade, o filme de Ni obtido apresenta trilhas em forma de curvas senoidais conectadas eletricamente os eletrodos de Ni (1 ) aos contatos elétricos (3), formam um padrão extensível que confere maior estabilidade mecânica ao sensor vestível sobre as folhas.

[0043] Em uma modalidade, cada contato elétrico (3) apresenta 500 pm de largura, 800 pm de comprimento e 40 pm de espessura.

[0044] Em uma modalidade, a ligação elétrica dos meios de leitura e atuação (5) com os contatos elétricos (3) padronizado é feito pela fixação do terminal de um flat cable nos contatos elétricos (3) com o auxílio de ferro de solda usando liga de chumbo e estanho 60:40 m/m. Essa solda é suficiente para suportar perturbações externas, tais como movimentações, umidade e temperatura, inerentes ao sensoriamento das folhas de plantas in situ, sem gerar instabilidade no sinal obtido por espectroscopia de impedância eletroquímica usado o sensor ora descrito.

[0045] Em uma modalidade, após o processo de obtenção do filme de Ni em estrutura stand-alone, são realizadas etapas adicionais para revestimento de ambas as faces do filme de Ni com camadas metálicas de proteção, menos susceptíveis à oxidação. Tais camadas metálicas de proteção tem a finalidade de aumentar a durabilidade do sensor produzido a partir do filme de Ni, uma vez que a oxidação do Ni pode acarretar ruídos nas leituras elétricas deste sensor.

[0046] Em uma modalidade, para o revestimento do filme de Ni com camadas metálicas de proteção de Au e Cu, o filme de Ni é fixado em substrato de vidro utilizando promotor de aderência hexametildisilazano e fotoresiste AZ50XT, pela técnica de spin-coating, sendo preferencialmente o HMDS a 4.000 rpm por 30 s e o AZ50XT em etapas sucessivas de 2.000 e 3.400 rpm durante 20 e 5 s, respectivamente. O substrato é novamente submetido a processos de secagem, para eliminação de solvente, preferencialmente por técnica de pre-bake dos filmes de HMDS (preferencialmente a 120 °C por 10 min) e de AZ50XT (preferencialmente com rampa de aquecimento de 50 a 112 °C ao longo de 30 min). Posteriormente são depositados Cr e Au pela técnica de sputtering, preferencialmente nas respectivas espessuras de Cr 150 A e Au 1050 A. Finalmente, o fotoresiste é removido com solvente apropriado e o filme de Ni revestido é retirado com auxílio de uma lâmina. O processo de revestimento é repetido para ambas as faces do filme de Ni.

[0047] A figura 2C apresenta uma modalidade dos eletrodos de Ni (1 ) fixados em meios de fixação (2) que consistem em uma fita adesiva polimérica transparente.

[0048] Por sua vez, a figura 2D apresenta os principais elementos de uma modalidade sensor, tendo os eletrodos de Ni (1 ) fixados a uma folha de soja pela por uma fita adesiva polimérica transparente, que constitui os meios de fixação (2) desta modalidade.

EXEMPLOS DE USO DO SENSOR DA INVENÇÃO

[0049] No que segue, são apresentadas realizações exemplares do uso do objeto aqui descrito, de modo não restritivo, ilustrando resultados e vantagens alcançadas pelo mesmo. [0050] Nas modalidades dos exemplos a seguir, a fixação dos eletrodos às folhas é realizada empregando fitas adesivas de poliestireno transparente, de nome comercial Traspore Nexcare 3M® (provida pela empresa 3M do Brasil, Brasil). Para verificação das propriedades óticas e de porosidade desta fita adesiva, foram realizadas análises de espectroscopia na região do UV-Vis e microscopia confocal a laser, representadas nas figuras 2A e 2B, respectivamente. As imagens permitiram observar que a fita possui estruturas padrão de furos e baixos relevos em diferentes espessuras, as quais garantem uma forte adesão com as folhas. O espectro de absorbância apresentou ausência de picos na região da luz visível (400 - 700 nm), evidenciando a transparência óptica da fita. Desta forma, em função das suas características morfológicas e da sua transparência óptica, a fita é biocompatível por não impedir as principais funções metabólicas das plantas, quais sejam, respiração e fotossíntese.

[0051] Na figura 3 é apresentada uma curva de desidratação obtida de ensaios com uma modalidade do sensor fixado em folhas de soja (n = 20), conduzidos em temperatura na faixa de 19,15 ± 0,39 °C e umidade relativa do ar na faixa de 45,40 ± 10,86 %, durante 5 horas. Nas referidas faixas de temperatura e umidade, a taxa de desidratação foi de 0,38% min -1 para os primeiros 30 min de ensaio e 0,11 % min -1 de 30 min a 300 min.

[0052] Na figura 4, é apresentado um diagrama de Bode típico do sistema. Medidas de EIE realizadas em intervalos de 20 min mostram um aumento na impedância (Z) conforme ocorre a desidratação da folha. Esse resultado se deve à diminuição da difusão dos íons presentes no conteúdo foliar aquoso para a epiderme da folha quando polarizada pela aplicação do potencial. Essa resposta é mais sensível em frequências mais baixas, região na qual o carregamento da interface governa a resposta do sensor.

[0053] Na figura 5 são apresentadas curvas analíticas de impedância em função da desidratação de folhas de soja (n = 20) para diversas frequências de 100 a 10 5 Hz, em ensaios conduzidos em temperatura na faixa de 19,15 ± 0,39 °C e umidade relativa do ar na faixa de 45,40 ± 10,86 %. Os espectros foram obtidos através da aplicação de um potencial de 250 mV de corrente alternada.

[0054] A figura 6 apresenta uma série de curvas analíticas de impedância em função da perda de água de folhas de soja em frequências que geraram as maiores sensibilidades nos ensaios representados na figura 5.

[0055] Na Tabela 1 , são apresentados valores dos coeficientes de determinação (R 2 ), sensibilidade e limites de detecção (LD) para as frequências que geraram as maiores sensibilidades.

Tabela 1 - Parâmetros obtidos pelos ajustes lineares das curvas analíticas de impedância em função da perda de água de folhas de soja (n = 20).

Frequência (Hz) R 2 Sensibilidade LD (Q %’ 1 )

1 0,9928 0,0269 9,91 x 10 7

1 ,45 0,9918 0,0275 9,24 x 10 7

2.15 0,9902 0,0273 8,62 x 10 7

3.16 0,9938 0,0271 7,98 x 10 7

4,64 0,9860 0,0267 7,52 x 10 7

6,81 0,9823 0,0262 7,02 x 10 7

[0056] A Fig. 7A é um gráfico de paridade dos valores de perda de água verdadeiros (medidos experimentalmente) e calculados das amostras de teste. Tais valores calculados foram obtidos a partir da equação da reta da curva analítica com as amostras de calibração. É possível verificar que os valores são próximos, demonstrando a capacidade do sensor de quantificar a perda de água das folhas de soja com exatidão. Na Fig. 7B, é exibido um gráfico de barras com os dados de exatidão para essas amostras de teste.

[0057] A presente descrição revelou sensores compreendendo eletrodos flexíveis, dobráveis, com alta estabilidade mecânica, escalonáveis e do tipo stand-alone com uma área de metal reduzida, o que contribui para sua biocompatibilidade e adesão sobre as folhas. Mais especificamente, os processos de respiração e fotossíntese das folhas são pouco afetados pelo sensor, gerando uma boa biocompatibilidade. Adicionalmente, se alcança uma forte adesão do sensor, atribuída à elevada área de contato folha/adesivo, considerando o adesivo preferido aqui descrito nas modalidades exemplares. Deve-se ressaltar também que este adesivo se mostrou biocompatível em função da sua transparência óptica e estrutura porosa.

[0058] Essa invenção permite que se correlacionem os dados de EIE com o teor relativo de água presente na folha, o que visa o monitoramento de diversos tipos de estresse à planta, como os estresses hídrico e salino, além da ação de agentes tóxicos. Este sensor pode auxiliar em estudos fundamentais (por exemplo, testes associados ao desenvolvimento de produtos agrícolas contra a ação de pragas) e na própria agricultura de precisão através do uso de em equipamento de EIE portátil e com conectividade para transmissão dos dados para uma central de controle.

[0059] Embora modalidades exemplares dos processos e produtos descritos tenham sido apresentadas neste relatório, não se pretende que o escopo de proteção seja limitado à literalidade das mesmas. Portanto, a descrição deve ser interpretada não como limitativa, mas meramente como exemplificações de modalidades particulares que guardam o conceito inventivo aqui apresentado. Um técnico no assunto poderá prontamente aplicar ensinamentos aqui apresentados em soluções análogas, decorrentes dos mesmos, limitadas apenas pelo escopo das reivindicações deste pedido.