利用二氧化碳激光器在葉片上打印電化學(xué)傳感器

新一代電化學(xué)傳感器制造的重大進(jìn)展。

3D打印制造電化學(xué)傳感器不僅提升了設(shè)計自由度和制造速度，還可將廢料作為基板實現(xiàn)再利用。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下，將原被丟棄的廢料作為低成本制造資源，取得了多項成果。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，巴西圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué)（Federal University of S?o Carlos，UFSCar）教授Bruno Janegitz，以及巴西圣保羅大學(xué)（University of S?o Paulo，USP）教授Thiago Paix?o領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提出了一種在葉片上打印電化學(xué)傳感器的極具創(chuàng)意的解決方案。該方案得到了巴西圣保羅研究基金會（FAPESP）的支持，相關(guān)研究以“Green Fabrication and Analytical Application of Disposable Carbon Electrodes Made from Fallen Tree Leaves Using a CO2 Laser”為題發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering期刊上。

利用二氧化碳激光器在葉片上打印電化學(xué)傳感器

Bruno Janegitz表示：“我們使用二氧化碳激光器通過熱解和碳化的方式在葉片上打印出我們感興趣的設(shè)計。由此，我們獲得了一種電化學(xué)傳感器，用于測定多巴胺和撲熱息痛的水平。該電化學(xué)傳感器使用起來非常簡單。將一滴含有多巴胺和撲熱息痛任一種化合物的溶液放在電化學(xué)傳感器上，與之耦合的恒電位器顯示該溶液濃度。”

簡單地說，激光束在熱解過程中使葉片燃燒，將纖維素轉(zhuǎn)化為石墨，該石墨被以與電化學(xué)傳感器功能適配的形狀打印在葉片上。在制作過程中，系統(tǒng)會調(diào)整二氧化碳激光器的激光功率、熱解掃描速率、掃描間隙等參數(shù)，以達(dá)到最佳效果。

Bruno Janegitz說：“這種電化學(xué)傳感器通過形態(tài)學(xué)和物理化學(xué)方法進(jìn)行了表征，可以對葉片上產(chǎn)生的新型碳化表面進(jìn)行詳盡的探索。此外，在生物和制藥樣品中檢測多巴胺和撲熱息痛的測試證實了電化學(xué)傳感器的適用性。針對多巴胺，該系統(tǒng)被證明在每升10微摩爾至1200微摩爾的線性范圍內(nèi)是有效的，檢測限為每升1.1微摩爾。對于撲熱息痛，該系統(tǒng)在每升5微摩爾~100微摩爾的線性范圍內(nèi)工作良好，檢測限為每升0.76微摩爾?！?/p>

作為概念驗證，在多巴胺和撲熱息痛的測試中，研究人員從葉片中提取的電化學(xué)傳感器獲得了令人滿意的分析性能和顯著的可重復(fù)性，突出了其作為傳統(tǒng)電化學(xué)傳感器替代品的潛力。

用葉片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基底材料在降低成本以及最重要的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)性發(fā)展方面產(chǎn)生了顯著的收益。Bruno Janegitz表示：“一般情況下，葉片會被焚燒，最多被制成堆肥。相反，它被用作高附加值傳感器的基底，是制造新一代電化學(xué)傳感器的重大進(jìn)步?！?/p>

論文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c06526

審核編輯：劉清