Laserprint på væltede træblade producerer sensorer til medicinsk og laboratoriebrug

Fremstilling af sensorer ved 3D-print kombinerer hastighed, designfrihed og muligheden for at bruge affald som underlag. Der er opnået forskellige resultater i en cirkulær økonomitilstand, hvor rester, der normalt smides ud, i stedet bruges som billige ressourcer.

En yderst kreativ løsning, der involverer udskrivning af elektrokemiske sensorer på væltede træblade, er nu blevet præsenteret af et team af forskere i Brasilien ledet af Bruno Janegitz, professor ved Federal University of São Carlos (UFSCar) og leder af dets laboratorium for sensorer, Nanomedicines, and Nanostructured Materials (LSNANO), og Thiago Paixão, professor ved University of São Paulo (USP) og leder af dets Electronic Tongues and Chemical Sensors Lab (L2ESQ).

Initiativet blev fremhævet i en artikel offentliggjort i tidsskriftet ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"Vi brugte en CO₂ laser til at printe det interessante design på et blad ved hjælp af pyrolyse og karbonisering. Derved fik vi en elektrokemisk sensor til brug ved bestemmelse af niveauer af dopamin og paracetamol. Det er meget nemt at betjene. En dråbe af opløsningen, der indeholder en af ​​disse forbindelser, placeres på sensoren, og potentiostaten, som den er koblet til, viser koncentrationen," sagde Janegitz.

Kort sagt brænder laserstrålen bladet i en pyrolytisk proces, der omdanner dets cellulose til grafit, og grafitlegemet er trykt på bladet i en form, der er egnet til at fungere som en sensor. Under fremstillingsprocessen vil parametrene for CO₂ laser, herunder lasereffekt, pyrolysescanningshastighed og scanningsgab, justeres systematisk for at opnå optimale resultater.

"Sensorerne var karakteriseret ved morfologiske og fysisk-kemiske metoder, hvilket muliggjorde en udtømmende udforskning af den nye karboniserede overflade genereret på bladene," sagde Janegitz.

"Yderligere blev sensorernes anvendelighed bekræftet af test, der involverede påvisning af dopamin og paracetamol i biologiske og farmaceutiske prøver. For dopamin viste systemet sig effektivt i et lineært område på 10-1.200 mikromol pr. liter, med en detektionsgrænse på 1,1 mikromol pr. liter For paracetamol fungerede systemet godt i et lineært område på 5-100 mikromol pr. liter, med en detektionsgrænse på 0,76."

I testene med dopamin og paracetamol, udført som proof of concept, opnåede de elektrokemiske sensorer afledt af væltede træblade en tilfredsstillende analytisk ydeevne og bemærkelsesværdig reproducerbarhed, hvilket fremhævede deres potentiale som et alternativ til konventionelle substrater.

At erstatte væltede træblade med konventionelle materialer giver betydelige gevinster i form af omkostningsbesparelser og frem for alt miljømæssig bæredygtighed. "Bladen ville være blevet forbrændt eller i bedste fald komposteret. I stedet blev de brugt som et substrat for højværditilvækst enheder i et stort fremskridt for fremstillingen af ​​næste generations elektrokemiske sensorer," sagde Janegitz.

Flere oplysninger: Rodrigo Vieira Blasques et al., Grøn fremstilling og analytisk anvendelse af engangskulstofelektroder lavet af faldne træblade ved hjælp af en CO2-laser, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06526

Journaloplysninger: ACS Sustainable Chemistry &Engineering

Leveret af FAPESP