La fabricación de sensores mediante impresión 3D combina velocidad, libertad de diseño y la posibilidad de utilizar residuos como sustrato. Se han obtenido varios resultados en un modelo de economía circular, mediante el cual los residuos que normalmente se desechan se utilizan como recursos de bajo coste.
Una solución muy creativa que implica la impresión de sensores electroquímicos en hojas de árboles caídas fue presentada en Brasil por un equipo de investigadores dirigido por Bruno Janegitz, profesor de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) y jefe de su Laboratorio de Sensores. Nanomedicinas y Materiales Nanoestructurados (LSNANO), y Thiago Paixão, profesor de la Universidad de São Paulo (USP) y jefe del Laboratorio de Lenguas Electrónicas y Sensores Químicos (L2ESQ).
La iniciativa fue destacada en un artículo publicado en la revista ACS Sustainable Chemistry &Engineering .
"Usamos un CO2 láser para imprimir el diseño de interés en una hoja mediante pirólisis y carbonización. De este modo obtuvimos un sensor electroquímico para usar en la determinación de niveles de dopamina y paracetamol. Es muy fácil de operar. Se coloca una gota de la solución que contiene uno de estos compuestos en el sensor y el potenciostato al que está acoplado muestra la concentración", dijo Janegitz.
En pocas palabras, el rayo láser quema la hoja en un proceso pirolítico que convierte su celulosa en grafito, y el cuerpo de grafito se imprime en la hoja con una forma adecuada para funcionar como sensor. Durante el proceso de fabricación, los parámetros del CO2 El láser, incluida la potencia del láser, la velocidad de escaneo de pirólisis y la brecha de escaneo, se ajustan sistemáticamente para lograr resultados óptimos.
"Los sensores se caracterizaron mediante métodos morfológicos y fisicoquímicos, lo que permitió una exploración exhaustiva de la nueva superficie carbonizada generada en las hojas", dijo Janegitz.
"Además, la aplicabilidad de los sensores se confirmó mediante pruebas que implicaron la detección de dopamina y paracetamol en muestras biológicas y farmacéuticas. Para la dopamina, el sistema demostró ser eficaz en un rango lineal de 10 a 1.200 micromoles por litro, con un límite de detección de 1,1 micromoles por litro, para el paracetamol, el sistema funcionó bien en un rango lineal de 5 a 100 micromoles por litro, con un límite de detección de 0,76."
En las pruebas con dopamina y paracetamol, realizadas como prueba de concepto, los sensores electroquímicos derivados de hojas caídas de árboles lograron un rendimiento analítico satisfactorio y una reproducibilidad notable, destacando su potencial como alternativa a los sustratos convencionales.
La sustitución de materiales convencionales por hojas de árboles caídas produce importantes beneficios en términos de reducción de costes y, sobre todo, de sostenibilidad medioambiental. "Las hojas se habrían incinerado o, en el mejor de los casos, convertido en abono. En cambio, se utilizaron como sustrato para dispositivos de alto valor añadido, en un avance importante para la fabricación de sensores electroquímicos de próxima generación", afirmó Janegitz.
Más información: Rodrigo Vieira Blasques et al, Fabricación ecológica y aplicación analítica de electrodos de carbono desechables fabricados a partir de hojas de árboles caídas utilizando un láser de CO2, ACS Química e ingeniería sostenibles (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06526
Información de la revista: ACS Química e Ingeniería Sostenible
Proporcionado por la FAPESP
