Liga magnetoelástica metglas 2826MB3 revestida por processo sol-gel utilizada como plataforma para sensores de bactérias em leite

Abstract

A detecção de bactérias em alimentos para consumo é feita por métodos clássicos que necessitam elevado tempo de resposta (dias) e pessoas qualificadas para a realização dos testes. Uma alternativa para viabilizar a rápida detecção de microrganismos em alimentos é a utilização de sensores magnetoelásticos (SME). Esses sensores permitem detectar e quantificar pequenos carregamento de massa, tendo como grande vantagem o fato de que o sensoriamento pode ser promovido sem a utilização de conexões físicas diretas (monitoramento wireless). Contudo, estas ligas magnetoelásticas são suscetíveis a corrosão quando expostas em meios agressivos. Por isso, os SME convencionais utilizam camadas de cromo e de ouro em sua superfície, a fim de proteger a liga da corrosão e facilitar a ancoragem de outros compostos específicos (funcionalização). O objetivo deste trabalho é desenvolver um sensor, não funcionalizado, para a detecção de bactérias no leite, a partir de uma liga magnetoelástica (Metglas 2826MB3) recoberta com revestimentos híbridos. Os revestimentos híbridos testados são à base dos precursores alcóxidos 1,2-bis(trietoxisilil)etano (BTSE) e tetraetoxisilano (TEOS) combinado ao 3- (trimetoxisilil)propilmetacrilato (MAP). A finalidade destes revestimentos é a proteção da liga magnetoelástica contra a corrosão, substituindo as camadas metálicas (cromo/ouro) convencionalmente utilizadas. Dentre os revestimentos testados, o desenvolvido a partir dos precursores TEOS-MAP apresentou-se compacto, uniforme e fortemente aderido ao substrato, o que proporcionou desempenho eletroquímico superior ao obtido para o revestido à base de BTSE. O sensor recoberto com o revestimento à base de TEOS-MAP foi testado quanto à detecção de bactérias (E. coli e S. aureus) em diferentes meios líquidos (PBS e em leite) por meio da técnica de variação da frequência de ressonância. Os resultados mostraram que o sensor, mesmo não funcionalizado, respondeu ao carregamento de massa permitindo detectar a presença de bactérias (E. coli e S. aureus) em diferentes concentrações. Os resultados permitiram concluir que o sensor desenvolvido a partir da liga magnetoelástica Metglas 2826MB3 recoberta com revestimento híbrido à base de TEOS-MAP mostrou-se eficaz na detecção da presença de bactérias em meios líquidos, mantendo-se íntegro durante todo o período de teste.

The detection of bacteria in food for consumption is done by classical methods that require high response time. An alternative to enable rapid detection of microorganisms in food is to use of magneto-elastic sensors (SME). These media detect and quantify small mass loading, taking as a great advantage the fact that sensing can be promoted wirelessly whitout direct physical connections. However, these magnetoelastic alloys are susceptible to corrosion when exposed in aggressive medium. Therefore, conventional SME use layers of chromium/gold on their surface in order to protect the alloy from corrosion and facilitate anchoring of other specific compounds (functionalization). The objective of this work is to develop an unfunctionalized sensor for the detection of bacteria in milk, made from a magnetoelastic alloy (Metglas 2826MB3) with hybrid coatings. The hybrid coatings tested are based on precursor alkoxides 1,2-bis(triethoxysilyl)ethane (BTSE) and tetraethoxysilane (TEOS) combined with 3-(trimethoxysilyl)propylmethacrylate (MAP). The purpose of the coatings is a corrosion protection of the magnetoelastic alloy, replacing as conventionally used metallic layers (chromium/gold). Among the coatings tested, the one developed from TEOS-MAP precursors was compact, uniform and strongly adhered to the substrate, which provided superior electrochemical performance to that obtained for the BTSE coating. The sensor coated with the TEOS-MAP-based coating was tested for bacterial (E. coli and S. aureus) detection in different liquid media (PBS and milk) by means of the resonance frequency variation technique. The results showed that the sensor, even when it was not functionalized, responded to the mass loading by detecting the presence of bacteria (E. coli and S. aureus) in different concentrations. The results allowed to conclude that the sensor was developed from the alloy Metglas 2826MB3 with TEOS-MAP based coating showed to be effective in detecting the presence of bacteria in liquid medium, remaining intact throughout the test period