Forskere gennemgår miniaturiserede elektrokemiske sensorteknologier til hurtig detektion af tungmetal

Tungmetaller (HM'er) er metaller med høj tæthed og atomvægt. De stammer fra geologiske processer eller menneskelige aktiviteter, herunder minedrift, industriel produktion og petrokemiske planter, og er giftige for mennesker og dyr og betragtes som almindelige forurenende stoffer i miljøet.

HM'er kan trænge ind i menneskekroppen ved indtagelse af forurenet mad eller vand, adsorption gennem huden eller indånding af forurenet luft. De er kendt for at forårsage alvorlige helbredsproblemer hos mennesker, såsom nyreskade, forhøjet blodtryk, skader på nervesystemet, fertilitetsdefekter og endda død.

Derfor er præcise og kompakte HM-detektionsteknologier afgørende for at vurdere deres koncentrationer i miljøet og screene for sundhedsproblemer, der opstår som følge af deres forurening. Til dette formål har de seneste år set en stigning i brugen af ​​elektrokemiske sensorteknikker til screening på stedet af HM-forurenende stoffer.

I en ny undersøgelse nu, har et team af forskere fra Korea, ledet af professor Seung-Cheol Chang fra Institut for Optik og Mekatronik Engineering ved College of Nanoscience and Nanotechnology ved Pusan ​​National University, omfattende gennemgået den seneste udvikling inden for elektrokemiske sensorer til tunge metaldetektion.

"Konventionelle analyseteknikker til HM-detektion er vanskelige at bruge til on-field-analyse. Der er derfor et presserende behov for bærbare elektrokemiske sensorer, der er nemme at bruge, omkostningseffektive og egnede til hurtig on-site detektion," forklarer Prof. Chang.

Førsteforfatter Dr. Ramalingam Manikandan fra Prof. Changs laboratorium bidrog væsentligt med en masse praktisk arbejde til denne undersøgelse, som blev offentliggjort i tidsskriftet Coordination Chemistry Reviews .

I denne anmeldelse fokuserede holdet udelukkende på miniaturiserede elektrokemiske sensorer, der er egnede til on-site detektion af HM-forurenende stoffer. De undersøgte forskellige sensorvarianter såsom screen-printede elektroder (SPE'er), papirbaserede elektroder og nanomateriale-coatede sensorer lavet af kulstofnanokompositter, metalnanopartikler og metalsammensatte nanokompositter.

Deres analyse afslørede, at miniaturiserede elektrokemiske sensorer baseret på SPE'er og papirbaserede elektroder tilbyder billige og tidseffektive analyser, samtidig med at de reducerer den nødvendige mængde prøve og understøtter elektrolytter.

Disse sensorer adresserer også effektivt begrænsningerne ved konventionelle laboratoriebaserede metoder. Derudover udviser nanomateriale-baserede sensorer høj specificitet og følsomhed, hvilket muliggør detektering af ultra-spormængder af HM'er med høj nøjagtighed under en lang række miljøforhold.

På trods af disse fremskridt anerkendte holdet imidlertid de eksisterende begrænsninger af elektrokemiske sensorer, som stadig skal løses. Nuværende metoder til elektrokemisk detektion lider under dårlig selektivitet, utilstrækkeligt detaljeringsniveau og interferens fra fremmede arter, der kan have skadelige virkninger under analyse på stedet.

Derudover bidrager yderligere møder med opløste oxygenarter, selv om de er nødvendige for at analysere ledningsevne og pH, til et fald i disse sensorers detektionsevne over tid.

Forskerne understregede også behovet for bærbare lab-on-a-chip tilgange og storskala fremstilling af engangs, fleksible og bærbare elektrokemiske sensorer. Desuden er innovative elektrokemiske detektionsstrategier nødvendige for HM-sensing i humane biovæskeprøver, såsom spyt, blod og urin.

"En af de sværeste opgaver er kommercialiseringen af ​​de avancerede og systematiske ideer fremsat af den akademiske verden, medicinalindustrien og statslige organer i kombination med korrekte valideringsteknikker," siger prof. Chang, mens han taler om fremtiden for forskning i elektrokemiske sensorer. for HMs.

Ikke desto mindre er holdet overbevist om, at igangværende forskning inden for elektronik, nanoteknologi og materialeteknologi kan overvinde nogle af de eksisterende problemer og bane vejen for hurtigere, pålidelig og præcis on-site detektering af HM'er for et sikrere og sundere miljø.

Flere oplysninger: Ramalingam Manikandan et al., Nylige fremskridt inden for miniaturiserede elektrokemiske analysatorer til sensing af farligt tungmetal i miljøprøver, Coordination Chemistry Reviews (2023). DOI:10.1016/j.ccr.2023.215487

Leveret af Pusan ​​National University