Tillverkning av sensorer genom 3D-utskrift kombinerar hastighet, designfrihet och möjligheten att använda avfall som substrat. Olika resultat har erhållits i ett cirkulärt ekonomiläge, där rester som vanligtvis slängs istället används som lågkostnadsresurser.
En mycket kreativ lösning som involverar utskrift av elektrokemiska sensorer på fallna trädlöv har nu presenterats av ett team av forskare i Brasilien ledd av Bruno Janegitz, professor vid Federal University of São Carlos (UFSCar) och chef för dess laboratorium för sensorer, Nanomedicines, and Nanostructured Materials (LSNANO), och Thiago Paixão, professor vid University of São Paulo (USP) och chef för dess Electronic Tongues and Chemical Sensors Lab (L2ESQ).
Initiativet lyftes fram i en artikel publicerad i tidskriften ACS Sustainable Chemistry &Engineering .
"Vi använde en CO2 laser för att skriva ut den intressanta designen på ett blad med hjälp av pyrolys och karbonisering. Därmed erhöll vi en elektrokemisk sensor för användning vid bestämning av nivåer av dopamin och paracetamol. Det är väldigt lätt att använda. En droppe av lösningen som innehåller en av dessa föreningar placeras på sensorn och potentiostaten som den är kopplad till visar koncentrationen, säger Janegitz.
Enkelt uttryckt bränner laserstrålen bladet i en pyrolytisk process som omvandlar dess cellulosa till grafit, och grafitkroppen trycks på bladet i en form som är lämpad för att fungera som en sensor. Under tillverkningsprocessen, parametrarna för CO2 laser, inklusive lasereffekt, pyrolysskanningshastighet och skanningsgap, justeras systematiskt för att uppnå optimala resultat.
"Sensorerna kännetecknades av morfologiska och fysikalisk-kemiska metoder, vilket möjliggör uttömmande utforskning av den nya karboniserade ytan som genereras på löven," sa Janegitz.
"Dessutom bekräftades sensorernas tillämpbarhet genom tester som involverade detektering av dopamin och paracetamol i biologiska och farmaceutiska prover. För dopamin visade sig systemet vara effektivt i ett linjärt område på 10–1 200 mikromol per liter, med en detektionsgräns på 1,1 mikromol per liter För paracetamol fungerade systemet bra i ett linjärt område på 5-100 mikromol per liter, med en detektionsgräns på 0,76."
I testerna med dopamin och paracetamol, utförda som proof of concept, uppnådde de elektrokemiska sensorerna från nedfallna trädlöv en tillfredsställande analytisk prestanda och anmärkningsvärd reproducerbarhet, vilket framhävde deras potential som ett alternativ till konventionella substrat.
Att ersätta nedfallna trädlöv med konventionella material ger betydande vinster i form av kostnadsbesparingar och framför allt miljömässig hållbarhet. "Löven skulle ha förbränts eller i bästa fall komposterats. Istället användes de som ett substrat för högförädlade enheter i ett stort framsteg för tillverkningen av nästa generations elektrokemiska sensorer," sa Janegitz.
Mer information: Rodrigo Vieira Blasques et al, Grön tillverkning och analytisk tillämpning av engångskolelektroder gjorda av fallna trädlöv med hjälp av en CO2-laser, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06526
Journalinformation: ACS Sustainable Chemistry &Engineering
Tillhandahålls av FAPESP
