WO2015161353A1

WO2015161353A1 - Dispositivo sensor para determinação da concentração de analitos em fase líquida, preferencialmente álcool e/ou água, e método de construção do dispositivo sensor

Info

Publication number: WO2015161353A1
Application number: PCT/BR2015/050028
Authority: WO
Inventors: Angelo Luiz GOBBI; Carlos Cesar BUFON; Maria Helena de Oliveira PIAZZETTA; Paulo ZAMBROZI JUNIOR; Rui Cesar MURER
Original assignee: Centro Nacional De Pesquisa Em Energia E Materiais - Cnpem
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2015-10-29
Also published as: BR102014009745A2; BR102014009745B1

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo sensor para determinação da concentração de analitos em misturas líquidas, preferencialmente destinado para medir a concentração de água em soluções alcoólicas ou de álcool em soluções aquosas. A invenção refere-se ainda a técnicas de microfabricação e de deposição de filmes finos para a fabricação do dispositivo sensor referido, compreendendo um conjunto de eletrodos interdigitados (11) arranjados em rede que são posteriormente encapsulados por camadas de óxidos isolantes (13) que formam uma espessura nanométrica ótima. A concentração do analito é expressa pelo sensor em função da medida da impedância combinada do sistema híbrido que é constituída pela impedância da camada nanométrica de isolante associada à impedância do analito na fase líquida. Este dispositivo sensor pode estar em uma configuração fixa ou portátil e informa de forma prática e rápida a concentração dos analitos de interesse em uma ampla faixa de trabalho, operando a condições ambientes de temperatura, pressão e umidade.

Description

DISPOSITIVO SENSOR PARA DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE ANALITOS EM FASE LÍQUIDA, PREFERENCIALMENTE ÁLCOOL E/OU ÁGUA, E MÉTODO DE CONSTRUÇÃO DO DISPOSITIVO SENSOR

[001 ] A presente invenção refere-se a um sensor para determinação da concentração de analitos em misturas líquidas, preferencialmente destinado para medir a concentração de água em soluções alcoólicas ou de álcool em soluções aquosas. A invenção refere-se ainda a técnicas de microfabricação e de deposição de filmes finos para a fabricação do dispositivo sensor referido, constituído por um conjunto de eletrodos interdigitados arranjados em rede e encapsulados por uma ou mais nanocamadas de óxidos isolantes, criando uma estrutura de espessura nanométrica ótima.

[002] A concentração do analito é expressa pelo sensor em função da medida da impedância combinada do sistema híbrido, que é composta pela impedância da camada nanométrica do isolante e a impedância do analito na fase líquida.

[003] O dispositivo sensor objeto desta invenção pode estar em uma configuração fixa ou portátil e informa, de forma prática e rápida, a concentração dos analitos de interesse em um amplo intervalo de trabalho e em condições ambientes de temperatura, pressão e umidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

[004] A presente invenção constitui uma evolução do estado da arte quanto ao desenvolvimento de sensores para determinação da concentração de analitos, especificamente da concentração de álcool ou da concentração de água em suas misturas em fase líquida, permitindo ampliar a sua aplicação nos mercados doméstico e industrial.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[005] A invenção se fundamenta em técnicas de microfabricação de dispositivos sensores em escalas micro- e nanométrica, conhecidas do estado da arte, associadas a um método inédito de deposição de camadas de óxidos isolantes sobre um conjunto de eletrodos interdigitados arranjados em rede, permitindo reduzir as dimensões do dispositivo em questão neste texto e torná- lo portátil e funcional.

[006] A invenção se fundamenta ainda em propriedades qualitativas e quantitativas, respectivamente a presença de um analito em uma mistura e a concentração do analito em uma mistura, expressas a partir da aquisição pelo sensor de medidas da impedância combinada do sistema híbrido, composta pela impedância das camadas nanométricas do material isolante associada à impedância do analito na mistura em fase líquida.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[007] O etanol proveniente da fermentação alcoólica do melaço da cana é o terceiro produto químico de maior consumo na balança comercial brasileira e a sua concentração de água é um dos principais parâmetros para definir seus usos e mercados.

[008] O etanol anidro combustível representa 32,5% do consumo brasileiro em volume, o etanol hidratado combustível representa 43,2% deste mesmo consumo e os outros 24,3% são consumidos como álcool hidratado em diferentes fins.

[009] O álcool etílico anidro combustível (AEAC) é misturado à gasolina brasileira e tem uma concentração máxima de água em torno de 0,7% em peso ponderal, de modo a garantir a integridade dos sistemas onde o produto é utilizado. O álcool etílico hidratado combustível (AEHC) é processado diretamente pelo motor de automóveis com tecnologia flex fuel e possui em média 7% em peso ponderal de água. O álcool hidratado com teor de água entre 7 e 30% em peso ponderal é usado como componente de produtos comerciais e domésticos tais como antissépticos de uso hospitalar, perfumes, desodorantes, cremes, produtos de toalete, detergentes, produtos de limpeza, tinturas têxteis, tintas e solventes especiais. Também é usado como matéria- prima ou solvente em processos industriais contínuos e em batelada tais como a fabricação de bebidas alcoólicas e do vinagre, a precipitação de impurezas e a solubilização de aromas na fabricação de alimentos e cigarros, a extração de compostos orgânicos de plantas e de tecidos animais, a fabricação de vacinas e antibióticos e a produção de perfumes.

[0010] A forma mais comum de adulteração do etanol é através da adição de água, processo que é imperceptível ao consumidor tanto olfativa quanto visualmente. Assim, o controle quantitativo da concentração de água presente no etanol é imperativo para a garantia da sua qualidade. Métodos analíticos frequentemente usados neste controle são a espectrofotometria, a cromatografia em fase gasosa, a titulação por Karl Fischer e a relação concentração versus densidade da mistura etanol/água. A correta seleção de um destes métodos depende da estimativa aproximada da concentração da água presente no etanol, pois cada método é eficaz em uma estreita faixa de concentração. Esses métodos também apresentam a desvantagem de serem análises de longa duração, demandarem pessoal especializado para sua execução, terem restrições de execução nos locais de amostragem e necessitarem de materiais, equipamentos e reagentes específicos.

[001 1 ] O uso de dispositivos sensores de concentração para leitura direta da concentração de água ou de álcool em misturas álcool/água é uma alternativa para minimizar ou eliminar as restrições citadas acima, possibilitando trabalhar dentro de uma ampla faixa de concentração.

[0012] Sensores para determinação da presença e/ou da concentração de álcoois vêm sendo extensivamente estudados desde os anos 70, quando surgiram os sensores conhecidos popularmente como "bafômetros", ou seja, sensores portáteis para detecção de vapores de etanol exalado pela respiração e pelo hálito humano após ingestão de bebidas alcoólicas, que indicam a concentração de álcool ou de seus metabolitos presente no organismo e sua implicação na segurança na condução de veículos. Estes dispositivos utilizam membranas como elementos sensores, que realizam a associação da medida da pressão parcial dos vapores de álcool na fase gasosa com valores de concentração. A evolução do seu estado da arte se sofisticou progressivamente de modo que estes sensores hoje são totalmente automatizados e têm aplicações em diversos segmentos de mercado, especialmente no automotivo, onde por intertravamento dos sistemas de ignição automotiva, um motorista não consegue acionar o motor do seu automóvel se ele é reprovado no teste do bafômetro acoplado ao sistema de partida do veículo (veja patentes US 3,780,31 1 e US 3,940,251 ).

[0013] Sensores baseados em membranas são também muito comuns na detecção de vapores de álcoois presentes em atmosferas industriais, identificando condições de risco associadas a atmosferas explosivas, ou para medida da concentração do etanol em correntes intermediárias ou finais de produtos, principalmente em processos fermentativos (veja Meiering et al., US 5,204,262).

[0014] Métodos convencionais para medir o teor de água ou de álcool em fase líquida geralmente se encaixam em duas categorias: métodos quantitativos, que requerem mão de obra e equipamentos caros, e métodos qualitativos, que são métodos mais simples. Nos dois casos, a escolha do método mais adequado dependerá da faixa de trabalho na qual a concentração do analito se encontra e de uma estimativa razoavelmente aproximada da concentração por um operador tecnicamente treinado.

[0015] Um método clássico para medir a concentração de água dissolvida em álcoois é a determinação da massa específica e do teor alcoólico do álcool etílico e de suas misturas em água com o uso de um densímetro, de acordo com a norma ABNT NBR 5992, onde através de tabelas de correção determina-se a massa específica reduzida a 20^QC e o valor do teor alcoólico em °INPM (porcentagem de álcool em peso, determinado dentro dos padrões estabelecidos pelo INMETRO). Apesar de este método ser de fácil aplicação e baixo custo, esta técnica fornece resultados pouco confiáveis devido a altos desvios em baixas concentrações e à possibilidade de adulteração do densímetro.

[0016] Outro método para a medição da concentração de álcool é a titulação coulométrica Karl Fischer (ASTM D1744). Este método é bastante rápido e preciso, porém requer um operador treinado, um reagente que apresenta potencial risco toxicológico de exposição e equipamento fixo em bancada de laboratório, não podendo, desta forma, ser aplicado em um ambiente de campo.

[0017] Resultados ainda mais precisos na determinação da concentração de água em diferentes faixas de trabalho podem ser obtidos por métodos quantitativos sofisticados como a cromatografia gasosa de alta resolução acoplada a um espectrômetro de massa (HRGC-MS), pela determinação da entalpia de diluição do etanol na mistura água/álcool ou por métodos colorimétricos ou espectrofotométricos através da medida da variação de absorbância de uma mistura água/álcool após adição à mesma de um indicador que sofre mudança de cor em função da concentração de água ou de álcool, porém todos estes métodos são de alto custo, demandam operadores capacitados para coleta adequada de amostra e não permitem medição direta em correntes de processos e em aplicações domésticas e comerciais.

[0018] A literatura aponta muitos estudos de autores que perceberam a utilidade de sensores para a determinação da concentração de analitos em misturas líquidas, por serem compactos, fáceis de usar, duráveis e resistentes à degradação química. Além disso, estes dispositivos sensores em geral são de baixo custo devido à sua simplicidade de construção, que compreende circuitos de transdução de sinal, uma unidade de processamento onde se aplica um algoritmo para processamento dos dados de medição do sensor e um tipo de comunicação, tal como um dispositivo de exibição visual ou uma transmissão elétrica de saída.

[0019] Covington & Sibbald, na patente EP 0078590 e Liu & Kagagounis, na patente US 4,571 ,292, foram alguns dos primeiros autores a citarem a aplicação de sensores construídos a partir de eletrodos metálicos interdigitados em rede por técnicas de microfabricação tal como MEMS {micro electro mechanical system ou sistema micro-eletromecânico) para determinação eletroquímica da concentração de analitos em misturas líquidas. A partir destas patentes, vários projetos de sensores usando a técnica de MEMS e de deposição de filmes finos e realizando medidas fundamentadas em distintas técnicas científicas foram patenteados para a determinação da concentração de analitos em sistemas líquidos ou em aplicações específicas. Os projetos em geral são desenvolvidos com base nas diferentes sensibilidades e comportamentos de resposta de cada tipo de sensor, sejam biossensores, sensores químicos, sensores físicos, sensores elétricos ou sensores ópticos.

[0020] Sensores para determinação de água ou álcoois em soluções hidroalcoólicas estão disponíveis como sensores discretos (por exemplo, sensores de "prateleira") ou como sensores integrados ao substrato. Estes sensores medem a variação de uma propriedade dos analitos tal como sua atividade biológica, atividade química ou atividade iônica, pH, temperatura, pressão de vapor, propriedades óticas, radioatividade ou condutividade elétrica. Estes sensores contêm um ou mais transdutores que convertem a interação entre os analitos e o meio em um sinal eletrônico, através do qual se reconhece a natureza do analito em questão. Os referidos transdutores podem ser eletroquímicos, mecânicos, piezelétricos, ópticos ou térmicos, como citado. Os sensores do tipo biossensores para a determinação de água ou álcoois em misturas hidroalcoólicas contêm, além dos transdutores, um elemento de reconhecimento tal como uma enzima ou um anticorpo, que também interage com os analitos.

[0021 ] Uma técnica usada para a detecção qualitativa ou determinação da quantidade de etanol em sistemas aquosos está descrita na patente de aplicação US 2002023849 de Madganlal & Mclntyre, que descreve um dispositivo sensor construído a partir de uma barreira substancialmente não- porosa de cloreto de polivinila não plastificado (PVC), interposta entre a amostra a ser analisada e um meio de detecção sensível ao etanol. O etanol difunde-se através da membrana de barreira e, em seguida, é medido nos meios de detecção. A membrana de PVC pode ser feita por moldagem com solvente, e possui geralmente de 10 a 40 m de espessura. A medição pode ser feita por quaisquer métodos conhecidos, mas a forma preferencial é a eletroquímica, usando a técnica de amperometria. A membrana de PVC pode ser parte de um sistema múltiplo de membranas. O método e o sensor são aplicados na análise de bebidas alcoólicas, tais como cerveja, vinho e outros produtos de fermentação, em sua forma final ou nas fases intermediárias da sua fabricação ou armazenagem, e também para o controle de uma vasta gama de processos, resíduos e efluentes líquidos.

[0022] Gonzalez-Martin em sua patente US 6,994,777, Lewis & Freund em sua patente WO9630750 e Lewis & Severin em sua patente US 6,093,308 descrevem sensores químicos para detecção da presença de álcoois e de outros analitos em fluidos. Os sensores listados por estas patentes compreendem, pelo menos, um par de eletrodos e uma composição de polímero eletricamente condutor disposta em contato entre cada um dos pares de eletrodos, em contato direto com o fluido. Estes sensores têm como característica a necessidade de uma pluralidade de diferentes composições poliméricas, cada uma com um par de eletrodos dedicado, para gerar um conjunto de sinais que darão a impressão digital única de um determinado analito, diferentemente do sensor descrito nesta invenção, que independe de polímeros condutores e cuja rede de eletrodos metálicos revestida com uma única composição de óxido pode determinar diferentes analitos.

[0023] Outro exemplo de técnica utilizada para determinação da concentração de um álcool de baixo peso molecular em misturas aquosas através do uso de sensores pode ser observado na patente de aplicação US 201 1291676 de Shen et al. que descreve um dispositivo constituído por dois sensores construídos a partir de tubos capilares, um hidrofílico e o outro hidrofóbico, que são posicionados entre eletrodos de forma a criar capacitores, e descreve um método baseado na relação direta da medida da variação de capacitância entre esses sensores com a concentração de álcool, quando esses sensores são inseridos na mistura água/álcool e submetidos a uma corrente. [0024] A literatura indica registro de uma vasta lista de patentes concedidas a sensores que, por contato direto com o meio, determinam a concentração de um analito em misturas líquidas através da medida da variação da impedância do meio líquido, incluindo a concentração de água e álcoois em suas misturas. Essa impedância é expressa pela oposição que o circuito do sensor apresenta à tensão gerada pela aplicação de uma corrente alternada sobre o meio. No entanto, estas invenções não prevêem uma forma de preservar os sensores quanto à sua corrosão ou degradação pelos compostos das referidas misturas, uma vez que os eletrodos metálicos estão em contato direto com a solução.

[0025] Outra desvantagem do uso de sensores de contato direto com meios líquidos, como acima citado, reside quando tensões elétricas são aplicadas diretamente sobre misturas líquidas que contenham analitos de baixo ponto de fulgor tais como o etanol, promovendo o risco de explosão. Ainda, quando tensões elétricas aplicadas diretamente sobre analitos podem decompô-los ou degradá-los quimicamente através do desencadeamento de reações indesejadas de oxi-redução. Nestas condições e em outras não citadas, sensores em contato direto com analitos líquidos podem mostrar-se extremamente instáveis e gerar leituras não confiáveis e/ou reprodutíveis.

[0026] Drack, na patente WO 2009089339, descreve um sensor destinado a etanol combustível construído a partir de eletrodos em rede que determina qualitativamente a presença de água em etanol combustível armazenado em um tanque. Se o etanol armazenado no tanque de combustível contém uma grande quantidade de água, ocorre separação de fases e uma camada de água se decanta no fundo do tanque. Os eletrodos do sensor, posicionados verticalmente ao longo da parede do tanque, efetuam a medida da corrente ou da impedância complexa do líquido contido entre os eletrodos e associam esta medida com propriedades intrínsecas do analito. O sensor identifica qual é o líquido em contato com o eletrodo, além de informar a leitura do nível da água contida no tanque em caso de separação de fases. Apesar do sensor apresentado por Drack operar segundo um princípio semelhante ao sensor caracterizado nesta patente, apresentando medidas da variação de impedância de um líquido a partir de aplicação de corrente elétrica AC sobre os eletrodos, o sensor aqui apresentado possui diferenciações que trazem potenciais vantagens de uso frente ao sensor de Drack, como não ser necessário o contato direto do analito com os eletrodos, a oferta de um dispositivo portátil e a possibilidade da medida quantitativa da concentração do analito de interesse, sendo que, para o caso do etanol combustível, este sensor expressará a concentração real da água presente na mistura.

[0027] Sensores expostos a misturas água/álcool, reconhecidamente corrosivas em diferentes temperaturas e concentrações de analitos, muitas vezes são destruídos pela oxidação. Desta forma, os sensores precisam ser protegidos contra corrosão para que seja garantida a integridade e desempenho dos mesmos por uma longa vida operacional. A literatura apresenta precedentes de proteção de eletrodos metálicos expostos a misturas água/álcool por encapsulamento com revestimentos poliméricos ou pela anodização de camadas de elementos metálicos condutivos aplicadas sobre os eletrodos, como a anodização por alumínio apresentada na patente US 20080299401 de Carmona Valdes.

[0028] No entanto, o método de proteção de eletrodos metálicos interdigitados através do seu total recobrimento com óxidos inorgânicos, apresentado nesta patente, constitui uma novidade, sendo o primeiro exemplo de um conjunto que garante o total isolamento físico entre os eletrodos e a solução a ser analisada, permitindo a exposição prolongada do sensor à mistura água/álcool e ainda assim possibilitando leituras de impedância.

OBJETO DA INVENÇÃO

[0029] O sensor da presente invenção, para determinação da concentração de analitos em misturas líquidas, preferencialmente destinado para medir a concentração de água em soluções alcoólicas ou de álcool em soluções aquosas, é construído através de técnicas de microfabricação e de deposição de filmes finos. O referido sensor compreende um conjunto de eletrodos interdigitados arranjados em rede que são posteriormente encapsulados por nanocamadas de óxidos isolantes, através de um método controlado, de forma a compor uma espessura nanométrica ótima.

[0030] O referido sensor é capaz de expressar a concentração do analito em função da medida da impedância combinada do sistema híbrido que é composta pela impedância da camada nanométrica de isolante associada à impedância do analito na fase líquida, conforme mencionado anteriormente. Além disso, as técnicas de microfabricação empregadas para a fabricação do dispositivo sensor da presente invenção permitem medir a concentração do analito de interesse em uma ampla faixa de trabalho em condições ambientes de temperatura, pressão e umidade e montá-lo em uma configuração fixa ou portátil, gerando praticidade além de rapidez à medição.

[0031 ] As técnicas permitem que o dispositivo tenha benefícios adicionais como a expansão da sua vida útil, o aumento da sua sensibilidade de detecção em condições ambientes de umidade, temperatura e pressão, a ampliação dos seus limites de detecção para uma larga faixa de trabalho e leituras com respostas mais rápidas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0032] A presente invenção será, a seguir, detalhadamente descrita e suas modalidades preferenciais serão exemplificadas através das Figuras 1 a 7, que não estão representadas em escala.

[0033] A Figura 1 A ilustra a representação esquemática de uma vista superior de um dispositivo sensor objeto da presente invenção e a Figura 1 B ilustra o corte AA^' do referido dispositivo sensor, onde é possível observar um exemplo de arranjo em rede dos eletrodos interdigitados e seus terminais A e B montados sobre uma placa de substrato em formato retangular, antes do processo de deposição das camadas de um ou mais materiais isolantes;

[0034] A Figura 2A ilustra o mesmo corte AA^' indicado na Figura 1 , após a deposição de camadas isolantes sobre a rede de eletrodos interdigitados e a Figura 2B é uma vista ampliada de uma seção do corte AA';

[0035] A Figura 3 mostra uma fotografia real da vista superior do dispositivo sensor da presente invenção, onde é possível observar a conexão das ligações elétricas aos terminais A e B;

[0036] A Figura 4 ilustra uma representação esquemática de um circuito elétrico empregado para medir a concentração do analito de interesse através do dispositivo sensor apresentado na Figura 3;

[0037] A Figura 5 é uma representação esquemática da operação de medida da concentração do analito de interesse, ilustrando o sensor, em uma vista em perspectiva, imerso em um recipiente que contém a mistura em fase líquida com concentração desconhecida do referido analito;

[0038] A Figura 6 é uma representação esquemática do corte AA^' do dispositivo sensor da presente invenção, onde os eletrodos interdigitados, já recobertos pela camada isolante, estão envolvidos pela mistura em fase líquida;

[0039] A Figura 7 mostra um gráfico da variação da tensão em função de duas faixas de concentração de álcool para diferentes soluções hidroalcoólicas. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0040] O dispositivo sensor da presente invenção é destinado para medir a concentração de analitos em misturas líquidas, mais especificamente a concentração de álcool ou água em correntes hidroalcoólicas de processos industriais contínuos e/ou em batelada, de fermentação alcoólica de biomassa e de tratamento de efluentes residuais.

[0041 ] Este dispositivo sensor em configuração portátil se destina para usos comerciais e domésticos como o controle do teor de etanol em bebidas vendidas aos consumidores, do teor do etanol utilizado em aplicações domésticas e hospitalares e do teor do etanol durante seu armazenamento, transporte e venda pelas distribuidoras aos consumidores nos postos de combustível.

[0042] Em sua configuração fixa, o presente dispositivo sensor se destina a componentes, peças e partes de diversas naturezas para aplicações comerciais e industriais, preferencialmente nas indústrias automotiva e de transportes, para monitoramento da concentração da água no etanol hidratado combustível.

[0043] Conforme o dispositivo sensor ilustrado nas Figuras 1 e 2, em uma das formas preferenciais de realização desta invenção, o método de fabricação do referido dispositivo envolve as etapas de:

(i) gravação de eletrodos interdigitados através de litografia;

(ii) deposição de filmes metálicos finos para definição do arranjo ótimo dos referidos eletrodos interdigitados complementares A e B (1 1 ) sobre o substrato escolhido como placa isolante (12);

(iii) encapsulamento dos eletrodos (1 1 ) metálicos por camadas, em escala nanométrica, de material isolante (13) (figura 2), em que a última camada garante a funcionalidade do dispositivo.

[0044] Os eletrodos interdigitados são compostos por metal crescido por métodos galvânicos sobre um substrato constituído por material isolante (12) previamente recoberto com um filme de titânio (Ti) e um filme de ouro (Au). Este conjunto é definido como substrato.

[0045] Em formas preferenciais de realização desta invenção, o formato do substrato abrange as seguintes variações de projeto: placas circulares, placas ovais, placas hexagonais e todas as figuras geométricas que possam ser construídas a partir do material isolante, limitando-se tão somente às questões de resistência do material.

[0046] Em uma forma ainda mais preferencial de realização desta invenção, o substrato é construído no formato de placa retangular.

[0047] Nas formas preferenciais de realização desta invenção, o material constituinte da placa pode ser selecionado de um grupo de compostos isolantes que inclui vidro, silício, óxido de silício, alumina ou matrizes poliméricas tais como poliamidas e polipropilenos.

[0048] Na forma preferencial de realização desta invenção, adota-se uma relação de espessuras entre os filmes finos de Ti/Au depositados sobre a placa igual a 1 :6, selecionada dentre outras proporções de trabalho comumente usadas no estado da arte.

[0049] Na forma preferencial de realização desta invenção, a espessura dos filmes finos de Ti e de Au se situa entre 1 e 150 nm.

[0050] Na forma preferencial de realização desta invenção, os filmes de Ti/Au poderão ser depositados sobre o substrato utilizando diferentes métodos de deposição conhecidos pelos que dominam o estado da arte, incluindo as técnicas de "sputtering" (pulverização catódica,), ALD ou "atomic layer deposition" (deposição de camada atómica), CVD ou "chemical vapor deposition" (deposição por vapor químico), "e-beam deposition" (deposição por feixe de elétrons de alta energia) ou evaporação térmica.

[0051 ] Em uma das formas preferenciais de realização desta invenção, a ordem de deposição dos filmes sobre o substrato é primeiramente o Ti e posteriormente o Au.

[0052] Para a obtenção do molde utilizado para a eletrodeposição do metal, foi utilizado um processo de litografia por UV, baseado em um fotorresiste. O processo de litografia por UV utilizado para obtenção do molde em fotorresiste compreende as seguintes etapas:

[0053] Primeiramente o substrato é aquecido a 120°C em chapa térmica para a remoção de moléculas de água de sua superfície (desidratação). Em seguida, o substrato é resfriado até temperatura ambiente.

[0054] Na forma preferencial de realização desta invenção, o substrato permanece a 120°C por 1 a 20 minutos.

[0055] Na sequência é aplicada a camada do promotor de aderência sobre o substrato, para que seja otimizada a aderência do fotorresiste ao substrato.

[0056] Na forma preferencial de realização desta invenção, o promotor de aderência é o hexametildisilasano (HMDS). O referido promotor de aderência é aplicado sobre o substrato através da técnica de "spin coating" (cobertura através de espalhamento rotacional) cujos parâmetros de rotação e de tempo de aplicação são amplamente conhecidos pelos que dominam o estado da arte.

[0057] Uma vez recoberto com o promotor de aderência, preferencialmente HMDS, o substrato é aquecido em chapa quente a 95°C por 5 minutos e em seguida deixado resfriar até temperatura ambiente. Concluída esta etapa, o substrato está pronto para receber a camada de fotorresiste. Para obter uma camada uniforme e com bordas reduzidas, o spin coating do fotorresiste sobre o substrato é realizado em duas etapas.

[0058] Na forma preferencial de realização desta invenção, o fotorresiste poderá ser selecionado a partir do grupo de fotorresistes positivos para deposição por "spin-coating" disponíveis no mercado, incluindo os fotorresistes AZ4620 e AZ50XT da Clariant/AZ;

[0059] Na forma preferencial de realização desta invenção, a velocidade de rotação da amostra no spinner na primeira etapa de aplicação varia entre 1000 e 3000 rpm; o tempo de atuação do spinner na primeira etapa de aplicação varia entre 10 e 60 segundos; a velocidade de rotação do spinner na segunda etapa de aplicação varia entre 1000 e 3000 rpm; e o tempo de atuação do spinner na segunda etapa de aplicação varia entre 1 e 10 segundos;

[0060] Ainda na forma preferencial de realização desta invenção, a espessura da camada do fotorresiste, após finalização da primeira e da segunda etapa de aplicação varia entre 20 e 200 μιη.

[0061 ] Após a cobertura da lâmina com fotoresiste, a mesma é mantida em repouso sobre uma superfície plana para melhorar a planicidade da camada espalhada. Em seguida o substrato é aquecido em chapa quente a 1 15°C {"pré-bake') para secagem do fotorresiste. Para evitar o aparecimento de bolhas no fotorresiste, é evitado o contato direto entre o substrato e a chapa quente. O substrato é mantido por um minuto entre 1 e 5 mm da chapa quente e por mais um minuto entre 0,5 e 2 mm da chapa quente. O substrato é colocado em contato direto com a chapa quente a 1 15°C por mais 6 minutos.

Na sequência, o substrato é resfriado até a temperatura ambiente dentro de uma caixa com isolamento térmico.

[0062] Terminadas as etapas de espalhamento do fotorresiste e do processo de "pré-bake", o substrato é submetido ao processo de gravação dos padrões litográficos para os eletrodos interdigitados. O design das estruturas foi efetuado com o auxílio do software comercial AutoCAD^® 2D. O padrão desejado para os eletrodos interdigitados é gravado por escrita direta a laser sobre uma placa de vidro {soda lime) metalizada com cromo. Alternativamente, um fotolito gravado sobre uma folha de acetato foi utilizado.

[0063] A etapa de fotogravação é realizada utilizando-se uma alinhadora de máscaras Karl Suss modelo MJB 3 dispondo de uma fonte de luz ultravioleta (UV) com uma potência de 9,5 mW cm^"2 em comprimento de onda de 365 nm para sensibilizar a camada de fotorresiste.

[0064] O substrato com a camada de fotorresiste é montado sob a máscara, alinhado e em seguida exposto à radiação UV entre 30 a

600 segundos ou por uma combinação de tempo versus potência que garanta a completa exposição da camada de fotorresiste para sua posterior revelação.

Tempos de exposição ao UV excessivamente longos ou excessivamente curtos podem dificultar e até impedir a completa revelação do molde, principalmente nas estruturas de menor dimensão. Uma vez exposto, o padrão gravado no fotorresiste é revelado.

[0065] Em outras formas de realização desta invenção, para remoção do fotorresiste poderá ser selecionado um revelador entre um grupo de produtos comerciais disponíveis no mercado semelhantes ao AZ 400K da Clariant;

[0066] Em outras formas de realização desta invenção, o revelador poderá ser diluído em outras proporções, além da proporção preferencial de

1 :3 v/v em água;

[0067] Em outras formas de realização desta invenção, a etapa de revelação poderá ser realizada submetendo o substrato à ação do revelador a outros intervalos de tempo diferentes do intervalo preferencial, que é de 1 a 10 minutos sob leve agitação.

[0068] O progresso da revelação é acompanhado em microscópio óptico, observando-se em especial as maiores áreas abertas e as bordas do fotorresiste removido. A espessura final do molde de fotorresiste é medida por perfilometria e depende principalmente da espessura da camada depositada por "spin coating", do processo de "bake" e das condições de revelação.

[0069] Concluída a etapa de revelação, o substrato é lavado em água deionizada (Dl) e secado sob atmosfera de nitrogénio.

[0070] Em uma das formas preferenciais de realização desta invenção, uma etapa adicional de cura {post-bake) é necessária para se garantir a remoção total do solvente do molde. O substrato com o molde gravado é colocado sobre uma chapa quente entre 40 a 90°C por 1 hora. Em seguida a temperatura é elevada progressivamente a 95°C em um intervalo que poderá variar entre 5 a 60 min. Uma vez estabilizado a 95°C, o substrato é mantido nesta temperatura por 1 hora. O processo discreto de subida da temperatura evita a formação de bolhas (perda abrupta de solvente) sobre a superfície do fotorresiste.

[0071 ] Após uma minuciosa inspeção por meio de microscopia óptica ou outra técnica de caracterização por imagem, o substrato com o molde gravado está pronto para envio à eletrodeposição dos eletrodos.

[0072] Nas formas preferenciais de realização desta invenção, o metal constituinte dos eletrodos poderá ser selecionado de um grupo de metais condutores que inclui o níquel, o cromo, a platina ou o titânio.

[0073] O crescimento do filme espesso do metal sobre o substrato é realizado por meio de um banho galvânico. Durante o crescimento, o banho é mantido a 60°C sob constante agitação mecânica e filtração para remoção de impurezas. Os valores de corrente utilizados dependem da área metalizada exposta. Quanto maior a área metalizada exposta à solução, maior a corrente empregada. O valor da corrente deve ser controlado até o limite da densidade de corrente ideal para cada tipo de banho galvânico.

[0074] Em estruturas com alta razão de aspecto, a tensão superficial no interior das mesmas fica comprometida e se faz necessário um tratamento do substrato com um detergente de pH neutro antes do processo de crescimento dos eletrodos. Para o crescimento da estrutura interdigitada, o substrato com o molde é imerso no banho e polarizado conectando-se a referida estrutura ao terminal negativo (cátodo) da fonte de corrente. O terminal positivo, por sua vez, é conectado ao eletrodo de níquel (ânodo). Uma vez montado o circuito elétrico, o substrato é mantido em movimento dentro do banho, o que garante a melhor uniformidade das estruturas.

[0075] Durante o processo de crescimento, são efetuadas interrupções do processo para a inspeção do desenvolvimento das estruturas, que é feita por medidas óticas, e para a verificação da espessura de metal crescida na região dos eletrodos interdigitados, que é feita por perfilometria.

[0076] O processo de crescimento eletrolítico do metal se inicia com baixos valores de corrente para permitir o recobrimento inicial de toda a área dos eletrodos interdigitais. Em seguida a corrente é elevada lentamente até uma amperagem ótima e mantida nesta amperagem durante um determinado tempo de crescimento, que é selecionado a partir da geometria do molde e da intensidade de corrente aplicada, entre outros critérios de escolha conhecidos pelos que dominam o estado da técnica.

[0077] Na forma preferencial de realização desta invenção, o intervalo de corrente aplicado sobre o substrato varia entre 10 e 150 mA;

[0078] O processo de eletrodeposição é finalizado assim que é obtida a espessura mínima desejada, verificada através de perfilometria.

[0079] Nas formas preferenciais de realização desta invenção, a espessura dos eletrodos metálicos produzidos através da eletrodeposição poderá variar entre 5 e 60 μιη.

[0080] A seguir, o molde de fotorresiste é removido com acetona e a última fase consiste na remoção da camada semente de Ti e Au. A camada de Au é removida por uma solução à base de KCN. A camada de Ti é removida por uma solução à base de HF. Finalmente o eletrodo interdigital é lavado em água Dl e é seco por um fluxo continuo de nitrogénio.

[0081 ] Após a remoção da camada semente, é feito um teste de continuidade elétrica entre os dois segmentos do eletrodo interdigitado para garantir que não haja curto-circuito entre eles.

[0082] Quando este teste é concluído, as estruturas seguem para a verificação ótica, onde as dimensões das estruturas crescidas são comparadas com as do molde. São toleradas diferenças de até 5% entre as dimensões do molde e das estruturas. O controle dimensional inclui também a verificação de espessura da estrutura do metal crescido sobre a placa isolante, que pode diferir em algumas regiões da rede em função da geometria e desenho projetado para o arranjo. A figura 3 ilustra uma das formas preferenciais da invenção apontando regiões que são submetidas à verificação de espessura. Em regiões de maior área de cobertura a espessura é menor (a') devido à menor densidade de corrente. Em regiões de áreas semelhantes (b' e d') a espessura se equivale. A espessura normalmente é mínima nos eletrodos centrais (e') e tende a ter valor máximo nos eletrodos próximos às extremidades da placa devido ao aumento do campo elétrico (c' e f).

[0083] A estrutura com os eletrodos interdigitados (Figura 1 ) é limpa por exposição a plasma de oxigénio por 3 minutos a 100 W. A seguir, a estrutura é mantida a vácuo por 30 minutos a 150^SC para remoção da umidade presente na superfície da placa.

[0084] Em uma das formas preferenciais de realização desta invenção, a deposição da camada isolante é feita através do processo de ALD (também conhecido como atomic layer depositiorí). O processo de deposição começa com a aplicação, sobre a estrutura limpa e seca, de um pulso de 15 ms do precursor trimetilalumínio (TMA) sob um fluxo de nitrogénio de 5 sccm e sob pressão dentro da câmara de reação do sistema. Após este pulso, o fluxo de nitrogénio é mantido por 20 s antes que um pulso de 15 ms de vapor de água seja injetado na câmara. Após o pulso de vapor de água, a atmosfera na câmara é novamente mantida sob um fluxo de 5 sccm de nitrogénio por 20 s. Este conjunto de dois pulsos e duas pausas de 20 s é definido como um ciclo.

[0085] Após vários ciclos, os eletrodos interdigitados (1 1 ) são encapsulados através do seu recobrimento por uma ou mais camadas em escala nanométrica do material isolante conformacional (13), criando uma barreira física entre a solução analisada e os eletrodos metálicos.

[0086] Em uma das formas preferenciais de realização desta invenção, o material isolante sobre os eletrodos é o óxido de alumínio (AI₂O₃);

[0087] Em uma das formas preferenciais dessa invenção, o material isolante sobre os eletrodos é um óxido metálico nativo ou crescido a partir do eletrodo metálico;

[0088] Nas formas preferenciais dessa invenção, o material isolante cresce como um óxido metálico nativo sobre os eletrodos ou é depositado sobre os eletrodos através de um método de deposição de óxidos por camada atómica (conhecido por ALD ou atomic layer depositiorí) ou através de um método de deposição de óxidos por pulverização (conhecido por sputtering) ou através de um método de deposição química de óxidos em fase vapor (conhecido por CVD ou chemical vapor depositiorí) ou através de um método de deposição de óxidos por evaporação térmica ou através de um processamento de feixe de elétrons de alta energia que deposita o óxido de interesse por irradiação (conhecido por e-beam) ou através de outros métodos físicos e químicos de deposição de óxidos reconhecidos como métodos de encapsulamento de eletrodos normalmente empregados dentro do estado da técnica;

[0089] Na forma preferencial dessa invenção, o número de camadas ótimo é aquele necessário para isolar completamente os eletrodos do meio líquido a ser analisado;

[0090] Nas formas preferenciais dessa invenção, o número de ciclos necessário para recobrimento total dos eletrodos interdigitados poderá variar entre 20 e 70;

[0091 ] Na forma preferencial dessa invenção, a espessura total da camada de recobrimento dos eletrodos interdigitados pode estar entre 1 e 100 nm.

[0092] Assim que a cobertura dos eletrodos é concluída, o substrato é deixado para resfriar até a temperatura ambiente. Finalmente, as conexões elétricas são feitas soldando-se fios aos "pads" do sensor (15).

PROCESSO DE CARACTERIZAÇÃO DO DISPOSITIVO E EXEMPLO DE APLICAÇÃO.

[0093] A caracterização do dispositivo é feita usando o esquema elétrico indicado na Figura 4. Um sinal de corrente alternada com amplitude e frequência conhecidas é aplicado entre os terminais A e C indicados. A resposta do sensor se dá através da medida da queda de tensão alternada sobre os terminais A e B ilustrados nas Figuras 1 , 4 e 5. A tensão de resposta obtida do sensor é diretamente proporcional à impedância total do elemento (Z_s = V_m/I_ac), que por sua vez está relacionada com o efeito conjugado da espessura e composição da camada de material isolante (13) que recobre os eletrodos interdigitados (1 1 ) com a mistura álcool/água (14) onde o sensor é imerso. Uma vez imerso, os espaçamentos existentes entre os eletrodos recobertos pela camada isolante são preenchidos pela mistura em fase líquida (14) a ser analisada.

[0094] Para a detecção da concentração do analito desejado na mistura álcool/água, o sensor é primeiramente calibrado utilizando uma ou mais soluções do analito preparadas com concentrações conhecidas.

[0095] Nas formas preferenciais de realização desta invenção, os analitos passíveis de detecção por este sensor em soluções aquosas são álcoois de cadeias curtas, com destaque para etanol e metanol;

[0096] Na forma preferencial de realização desta invenção, a calibração é efetuada através da construção de curvas de calibração AVs (mV) vs. C (%) a partir das leituras de impedância efetuadas pelo sensor para pelo menos 5 soluções de concentrações conhecidas do analito de interesse.

[0097] O exemplo de determinação da concentração de etanol em uma mistura álcool/água apresentado a seguir é dado apenas como forma ilustrativa, não limita o escopo da presente invenção e não deve ser considerado como sua forma preferencial de invenção.

[0098] Foi construído um sensor a partir de uma rede de eletrodos interdigitados formados pela eletrodeposição de níquel sobre uma placa de alumina, revestidos por óxido de alumínio com uma espessura total de camada de 45 nm.

[0099] A Figura 7 mostra curvas do sinal de saída do sensor normalizado (ΔΝ/s = V_m - Vo_%, onde V_m é o valor medido e V_0% a tensão para 100% de água) como função da concentração de etanol em água (G) em v/v%. Neste exemplo foram utilizadas soluções preparadas a partir da mistura de água comum de torneira (pH 7,0), com etanol absoluto (Merck, grau analítico). As curvas da Figura 7 evidenciam a existência de duas faixas de operação lineares: faixa I, para concentrações de etanol entre 60% e 100%, e faixa II, para concentrações de etanol entre 0% e 60%. De acordo com o ajuste linear das curvas nas faixas I e II, a concentração de etanol em uma mistura água/álcool de volume arbitrário e concentração desconhecida poderá ser calculada por meio das seguintes equações:

Faixa I: Δ½ = α + ?C₇, onde C| é a concentração de álcool em água na faixa de operação I.

Faixa II: AV_n = γ + ÔC_U, onde Cu é a concentração de álcool em água na faixa de operação II.

[00100] Os valores obtidos a partir do ajuste linear nas faixas I e II estão na Tabela 1 , abaixo.

Tabela 1

[00101 ] A Figura 5 ilustra uma montagem simples do sensor em forma portátil que foi usada tanto para o levantamento da curva de calibração como para a determinação da concentração de etanol em misturas etanol/água de volumes arbitrários. As amostras da mistura álcool/água cujas concentrações foram determinadas foram retiradas de um vasilhame de álcool para uso doméstico, de uma garrafa de aguardente de cana vendida diretamente ao consumidor e de uma bomba de um posto de combustível, e foram transferidas para recipientes limpos. O dispositivo sensor contendo o arranjo dos eletrodos interdigitados foi imerso em cada amostra de etanol/água a condições ambientes de temperatura, umidade e pressão. A leitura da impedância foi imediata após imersão do sensor na mistura.

[00102] A Tabela 02 mostra valores de concentração de etanol para estas amostras, obtidos pelo sensor (G). Estes resultados são comparados na mesma Tabela com as concentrações nominais de etanol informadas pelos fornecedores (G_n) obtidas empregando diferentes métodos. A concentração de etanol nos combustíveis, rigorosamente controlada pela ANP, é medida pelos fabricantes através de métodos potenciométricos. As concentrações de etanol no álcool de uso doméstico e na aguardente, ambas em °INPM, são medidas pelos fabricantes através de densímetro (ABNT NBR 5992). Considerando que os resultados obtidos pelos fabricantes podem apresentar imprecisões em função das limitações intrínsecas de cada método empregado, destaca-se que as leituras de concentração obtidas pelo sensor são bastante próximas dos valores nominais, indicando boa reprodutibilidade do sensor nas faixas de trabalho, especialmente na faixa I.

Tabela 2: Concentração de etanol obtida pelo sensor (G) para 8 amostras

Álcool doméstico

3 7,1 ± 0,2 52,1 ± 1 ,2 46,0 II

1

Álcool doméstico

4 28,5 ± 0,2 84,1 ± 0,3 92,8 I

2

92,6 a

5 Bomba Posto 1 37,9 ± 0,2 94,1 ± 0,3 I

93,8

92,6 a

6 Bomba Posto 2 37,4 ± 0,2 93,6 ± 0,3 I

93,8

92,6 a

7 Bomba Posto 3 38,2 ± 0,2 94,7 ± 0,3 I

93,8

92,6 a

8 Bomba Posto 4 37,7 ± 0,2 93,9 ± 0,2 I

93,8

[00103] Muito embora modalidades particulares da invenção presente tenham sido mostradas e descritas neste exemplo, várias combinações e mudanças podem ser feitas no dispositivo sensor para satisfazer necessidades específicas sem se afastar da invenção nos seus aspectos originais mais amplos.

[00104] Deve-se compreender que as modalidades descritas acima são meramente ilustrativas e que qualquer modificação ao longo delas pode ocorrer para um técnico no assunto. Por conseguinte, a invenção em comento não deve ser considerada limitada quanto às modalidades descritas neste pedido.

[00105] O técnico no assunto saberá prontamente avaliar, por meio dos ensinamentos contidos no texto e nos exemplos apresentados, vantagens da invenção e propor variações e alternativas equivalentes de realização e substratos aplicados, no entanto, sem fugir ao escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 ) Dispositivo sensor para determinação da concentração de um analito em misturas em fase líquida, mais especificamente concentração de água e/ou álcool, caracterizado por compreender uma rede de eletrodos interdigitados, montados sobre uma placa de substrato com um formato específico, encapsulados por uma ou mais camadas de um ou mais materiais isolantes que promovem a separação física dos eletrodos com o meio externo, sem a necessidade de preparo prévio do referido dispositivo e operando em condições ambientes de umidade, temperatura e pressão.

2) Dispositivo sensor, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato do referido analito ser água ou um álcool de cadeia curta, preferencialmente etanol ou metanol.

3) Dispositivo sensor, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato dos eletrodos interdigitados serem compostos por metais, tais como níquel, cromo, platina e titânio.

4) Dispositivo sensor, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato do referido substrato ser composto por ou fabricado a partir de um material isolante tal como vidro, silício, óxido de silício, alumina ou matrizes poliméricas tais como poliamidas e polipropilenos.

5) Dispositivo sensor, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato da referida placa de substrato possuir um formato circular, oval, hexagonal ou qualquer outra forma geométrica que possa ser construída a partir do seu material constituinte isolante, limitando-se tão somente às questões de resistência do material escolhido.

6) Dispositivo sensor, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado pelo fato da referida placa de substrato possuir, preferencialmente, formato retangular.

7) Dispositivo sensor, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de não permitir o contato direto da referida rede de eletrodos interdigitados com a referida mistura em fase líquida. 8) Dispositivo sensor, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de ser construído a partir de técnicas de microfabricação de dispositivos e deposição de filmes finos constituindo um sistema microeletromecânico conhecido por MEMS ou micro electro mechanical system.

9) Dispositivo sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de expressar a concentração do analito, preferencialmente do álcool ou da água, com base no cálculo da medida da impedância combinada do sistema híbrido que é composto pelas camadas de materiais isolantes que recobrem os eletrodos interdigitados e pela fase líquida água/álcool.

10) Dispositivo sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de operar com corrente alternada.

1 1 ) Dispositivo sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de poder ser empregado em correntes alcoólicas de processos industriais, em etanol combustível ou em álcool de uso doméstico, para a determinação da concentração de água em faixas de 0 a 100% em massa, de maneira prática e rápida.

12) Dispositivo sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de poder ser aplicado em correntes aquosas de processos industriais, em correntes aquosas de efluentes, em bebidas, em etanol combustível ou em álcool de uso doméstico para a determinação da concentração de um álcool em faixas de 0 a 100% em massa, de maneira prática e rápida.

13) Dispositivo sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 ou 12, caracterizado pelo fato de ser configurado e montado como um dispositivo fixo a ser instalado em partes, peças e equipamentos de interesse. 14) Dispositivo sensor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 ou 12, caracterizado pelo fato de ser configurado e montado como um dispositivo portátil.

15) Método de fabricação do dispositivo sensor da reivindicação 1 caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:

(i) gravação de eletrodos interdigitados através de técnicas de litografia;

(iii) encapsulamento dos eletrodos (1 1 ) metálicos por camadas em escala nanométrica de material isolante (13), em que a última camada garante a funcionalidade do dispositivo.

16) Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato dos materiais isolantes utilizados para o encapsulamento dos eletrodos interdigitados serem óxidos metálicos.

17) Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato dos eletrodos interdigitados serem encapsulados a partir do crescimento de óxidos nativos sobre os referidos eletrodos.

18) Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato dos eletrodos interdigitados serem encapsulados a partir de métodos de deposição de óxidos sobre os referidos eletrodos, tais como: deposição por camada atómica (conhecida por ALD ou atomic layer depositiorí) ou deposição por pulverização (conhecida por sputteríng) ou deposição química em fase vapor (conhecida por CVD ou chemical vapor depositiorí) ou deposição por evaporação térmica ou deposição por irradiação de feixe de elétrons de alta energia (conhecida por e-beam) ou outros métodos físicos e químicos conhecidos no estado da arte para deposição de óxidos sobre eletrodos.

19) Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15, 16, 17 ou 18, caracterizado pelas camadas dos óxidos utilizados para o encapsulamento dos eletrodos interdigitados possuírem espessuras menores que 1 μιη e proporcionarem completo isolamento elétrico dos eletrodos interdigitados.