Nanofibras para aplicação como dispositivos óticos: Eletrofiação de materiais híbridos

Sensores óticos são espécies que respondem a um analito através de um sinal ótico, ou seja, mudança de absorção no UV-vis ou no comportamento da emissão de fluorescência, sendo uma diminuição de intensidade ou deslocamento de bandas. Em solução, os sensores apresentam algumas limitações de uso, como volume necessário para a análise, solubilidade do sensor, efeitos de agregação, efeitos do filtro interno, efeitos rotacionais no estado excitado, entre outros, que diminuem a sensibilidade do sensor.

Para tentar contornar estes problemas, algumas estratégias podem ser adotadas, como a incorporação do sensor em matrizes sólidas. Os polímeros orgânicos são matrizes sólidas de grande interesse devido a quantidade de material diferente que pode ser usado. Dispositivos óticos podem ser construídos através da mistura em solução do polímero e do sensor e produção de filmes por casting, se o polímero apresentar boa interação com o sensor, sua perda em solução ao se aplicar o dispositivo ótico, pode ser muito baixa. Outro método muito eficiente é a modificação da cadeia polimérica com o sensor, este tipo de estratégia causa alguns problemas, devido a modificações na solubilidade, por exemplo, o que exige criteriosa otimização da reação de modificação.

Um método bastante interessante que vem sendo muito estudado é a eletrofiação. A eletrofiação é um método versátil para a produção de micro- e nanofibras poliméricas diretamente de uma solução ou polímero fundido. Em comparação com a formação de filmes por casting, a eletrofiação é vantajosa por produzir membranas finas e com alta área superficial, que pode aumentar ainda mais a sensibilidade de sensores.

A eletrofiação direta da mistura polímero + sensor, tem mostrado alguns problemas. Apesar da sensibilidade ser demasiadamente aumentada, sua alta área superficial facilita o processo de osmose e o sensor é facilmente lixiviado para solução. Portanto, algumas maneiras têm sido estudadas para evitar esta lixiviação. Uma delas é o ancoramento na cadeia polimérica e posterior eletrofiação do polímero modificado. Contudo, este método causa alguns problemas devido a sensibilidade da técnica a mudança de parâmetros, como a solubilidade do polímero, ou a mudança do emaranhamento da cadeia polimérica no polímero modificado. Quando um polímero torna-se não-eletrofiável devido a modificação na cadeia polimérica, pode-se realizar a mistura deste polímero com outro, que funciona como “carregador”, durante a eletrofiação. Mas essa alternativa também causa problemas, já que a mistura de polímeros deve ser minimamente compatível e a mistura pode ocasionar a diluição da resposta ótica do sensor. Por isso também estamos estudando, paralelamente uma forma de contornar estes problemas com a eletrofiação de materiais híbridos. Define-se como material híbrido, porque a eletrofiação foi feita através da mistura dos polímeros orgânicos poli(óxido de etileno) e alginato de sódio (PEO/SA) com um polímero inorgânico xerogel (XSB30). O ancoramento do precursor (4-[4-(dimetilamino)estiril]piridina) (DMASP) com o xerogel resultou em um sólido róseo com intensa emissão de fluorescência no laranja. As fibras obtidas a partir da eletrofiação da mistura XSB30DMASP-PEO/SA apresentaram coloração rósea e intensa emissão de fluorescência ao serem submetidas ao processo de reticulação e lavagem com CaCl₂, etanol e água. Observou-se que a emissão de fluorescência no sistema híbrido foi maior do que a emissão obtida para um sistema de modificação polímero + polímero carregador.