Wetenschap
Laserprinten op gevallen boombladeren produceert sensoren voor medisch en laboratoriumgebruik
Het vervaardigen van sensoren door middel van 3D-printen combineert snelheid, ontwerpvrijheid en de mogelijkheid om afval als substraat te gebruiken. Er zijn verschillende resultaten behaald in de circulaire economie, waarbij residuen die gewoonlijk worden weggegooid, in plaats daarvan worden gebruikt als goedkope grondstoffen.
Een zeer creatieve oplossing waarbij elektrochemische sensoren op gevallen boombladeren worden geprint, is nu gepresenteerd door een team van onderzoekers in Brazilië onder leiding van Bruno Janegitz, een professor aan de Federale Universiteit van São Carlos (UFSCar) en hoofd van het laboratorium voor sensoren. Nanomedicines, and Nanostructured Materials (LSNANO), en Thiago Paixão, professor aan de Universiteit van São Paulo (USP) en hoofd van het Electronic Tongues and Chemical Sensors Lab (L2ESQ).
Het initiatief werd onder de aandacht gebracht in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift ACS Sustainable Chemistry &Engineering .
"We gebruikten een CO2 laser om het gewenste ontwerp op een blad te printen door middel van pyrolyse en carbonisatie. We hebben daardoor een elektrochemische sensor verkregen voor gebruik bij het bepalen van de niveaus van dopamine en paracetamol. Het is heel eenvoudig te bedienen. Een druppel van de oplossing die een van deze verbindingen bevat, wordt op de sensor geplaatst en de potentiostaat waaraan deze is gekoppeld, geeft de concentratie weer", aldus Janegitz.
Simpel gezegd verbrandt de laserstraal het blad in een pyrolytisch proces dat de cellulose omzet in grafiet, en het grafietlichaam wordt op het blad gedrukt in een vorm die geschikt is om als sensor te functioneren. Tijdens het fabricageproces worden de parameters van de CO2 laser, inclusief laservermogen, pyrolyse-scansnelheid en scanafstand, worden systematisch aangepast om optimale resultaten te bereiken.
"De sensoren werden gekenmerkt door morfologische en fysisch-chemische methoden, die een uitgebreide verkenning van het nieuwe verkoolde oppervlak dat op de bladeren wordt gegenereerd, mogelijk maken," zei Janegitz.
"Bovendien werd de toepasbaarheid van de sensoren bevestigd door tests waarbij dopamine en paracetamol in biologische en farmaceutische monsters werden gedetecteerd. Voor dopamine bleek het systeem efficiënt in een lineair bereik van 10-1.200 micromol per liter, met een detectielimiet van 1,1 Voor paracetamol werkte het systeem goed in een lineair bereik van 5-100 micromol per liter, met een detectielimiet van 0,76."
In de tests met dopamine en paracetamol, uitgevoerd als proof of concept, bereikten de elektrochemische sensoren afgeleid van gevallen boombladeren bevredigende analytische prestaties en opmerkelijke reproduceerbaarheid, wat hun potentieel als alternatief voor conventionele substraten benadrukt.
Het vervangen van gevallen boombladeren door conventionele materialen levert aanzienlijke winsten op in termen van kostenbesparingen en vooral ecologische duurzaamheid. "De bladeren zouden zijn verbrand of, op zijn best, gecomposteerd. In plaats daarvan werden ze gebruikt als substraat voor apparaten met een hoge toegevoegde waarde, een belangrijke vooruitgang voor de fabricage van de volgende generatie elektrochemische sensoren", aldus Janegitz.