Investigação de um biossensor amperométrico em estado não estável por meio de um modelo computacional.

Resumo

Biossensores pertencem a uma categoria de sensores especialmente projetados para medir substâncias orgânicas. Esses dispositivos oferecem uma série de benefícios em termos de utilização, incluindo a capacidade de miniaturização e portabilidade, o que permite sua implantação em diversos locais com facilidade (GAO et al., 2018; HARITHA; KUMAR; RAKHI, 2022; UNO, 2019). Os biossensores são amplamente utilizados em áreas como medicina (HARITHA; KUMAR; RAKHI, 2022; PARTHASARATHY; VIVEKANANDAN, 2019), meio ambiente (KAFFASH; ROSTAMI; ZARE, 2019; MODHA; CASTRO; TSUTSUI, 2021), alimentos (SEMENOVA et al., 2018; YOETZ-KOPELMAN et al., 2017) e agricultura, devido à sua capacidade de fornecer informações precisas e em tempo real sobre a presença e a concentração de substâncias específicas (HARITHA; KUMAR; RAKHI, 2022). O principal objetivo ao utilizar um dispositivo como o biossensor é aproveitar os benefícios que ele oferece, combinados com sua metodologia rápida. Nesse sentido, é fundamental encontrar maneiras de tornar o processo ainda mais seguro e ágil. Uma possibilidade promissora é utilizar as leituras do biossensor mesmo quando ele se encontra em um estado instável do seu sinal de saída, desde que seja dado um tempo adequado para que ele forneça leituras confiáveis. Essa abordagem poderia acelerar ainda mais a metodologia de análise, permitindo resultados mais rápidos. Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo avaliar o funcionamento de um biossensor amperométrico enzimático em um estado não estável por meio da utilização de modelos matemáticos. Para isso, o princípio de funcionamento do biossensor é analisado com base em Equações Diferenciais Parciais (EDPs) e as correspondentes condições iniciais e de contorno que governam e definem o comportamento desse tipo de dispositivo. A fim de obter a solução para o sistema analisado, as equações do sistema são resolvidas utilizando técnicas do Método das Diferenças Finitas (MDF) para sistemas parabólicos da abordagem implícita modificada, apoiadas por um código de computacional específico. Em seguida, são realizadas simulações com o objetivo de avaliar as influências de diversos fatores na resposta do sistema. Os resultados obtidos revelam impactos significativos de fatores como a taxa enzimática máxima (VMAX), a espessura da camada enzimática (d) e a concentração inicial do substrato (S0) na resposta do sistema, mesmo na condição de não estabilidade da saída. Esses fatores são considerados fundamentais em projetos de biossensores, uma vez que afetam diretamente a eficiência e a precisão das medições realizadas pelo dispositivo. Em resumo, o estudo em questão se propõe a investigar e analisar o comportamento de um biossensor amperométrico enzimático de monocamada em um estado instável, utilizando modelagem matemática. Os resultados obtidos são fundamentais para aprimorar a compreensão sobre o funcionamento desse tipo de dispositivo e para orientar o desenvolvimento de novas estratégias e abordagens na área de biossensores.