Análise teórica da performance de um biossensor para detecção de mercúrio

O objetivo deste projeto é desenvolver um estudo teórico da performance de um biossensor amperométrico para detecção de mercúrio por meio da simulação computacional a ser realizada a partir da solução de um modelo matemático de transferência de massa extraído da literatura. Esse modelo é composto por um sistema de equações diferenciais parciais (EDPs) unidimensionais, transientes, não lineares e acopladas, que descrevem o fenômeno de reação-difusão das espécies envolvidas no processo de transferência de massa no interior do biodispositivo, considerando uma cinética enzimática do tipo Michaelis-Menten. A solução direta do modelo permitirá obter os perfis de concentração do substrato, do produto e do inibidor ao longo do tempo e da posição no domínio do biossensor. O modelo possui parâmetros físicos relevantes como a espessura da camada enzimática e da camada de difusão, a taxa de inibição e o tempo de reação do inibidor, possibilitando a análise de suas influências sobre o desempenho do biodispositivo. O sistema de EDPs será resolvido por meio do Método das Linhas, em duas etapas. Na primeira etapa, as derivadas espaciais do sistema de EDPs serão discretizadas via diferenças finitas para se obter um sistema de equações diferenciais ordinárias (EDOs) transientes, não lineares e acopladas. Na segunda etapa, a solução do sistema de EDOs será realizada numericamente por meio do emprego da subrotina NDSolve da plataforma de computação simbólico-numérica Mathematica 13.1. A solução numérica será verificada com dados disponíveis na literatura, de modo a assegurar sua acurácia. Em seguida, serão realizadas a análise de sensibilidade paramétrica baseada nos coeficientes de sensibilidade reduzidos e o projeto ótimo do dispositivo. Os principais produtos a serem gerados pelo projeto serão a construção de um código computacional no software Mathematica 13.1 contendo o algoritmo de solução do modelo de transferência de massa, da análise de sensibilidade e do projeto ótimo do biossensor, e um artigo técnico-científico a ser submetido em eventos nacionais da área, como o Congresso Brasileiro de Engenharia Química (COBEQ) ou o Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica (COBEQ-IC). Este projeto está inserido no contexto da proposta intitulada “Análise teórica-experimental da aplicação de biossensores na investigação da qualidade de bioprodutos da Amazônia” submetida à CHAMADA CNPQ/MCTI Nº 44/2024 - Faixa A - Grupos Emergentes: UNIVERSAL 2024 (Processo: 421164/2025-5).