El sensor electroquímico basado en LDG / MIP detecta de forma sensible y selectiva BPA en muestras de agua. Crédito:KAUST
Un método simple desarrollado en KAUST utiliza rayos láser para crear electrodos de grafeno que tienen un mejor rendimiento que los producidos a través de métodos más antiguos.
Electrodos de grafeno, una forma atípica de carbono, puede transformar la forma en que se detectan y miden las sustancias electroactivas en numerosos campos que van desde la seguridad alimentaria y el diagnóstico clínico hasta el control ambiental.
El grafeno comprende múltiples láminas ultrafinas y muy ordenadas de anillos de átomos de carbono interconectados en forma de panal. Esta arquitectura de múltiples capas proporciona al material propiedades electrónicas excepcionales, especialmente conductividad eléctrica y actividad electrocatalítica, así como características físicas que son útiles para fabricar sensores electroquímicos.
Típicamente, Los electrodos de grafeno se producen despegando hojas individuales de grafito o depositando una mezcla gaseosa reactiva de precursores sobre un sustrato. Sin embargo, estos enfoques requieren mucho tiempo, procesos de síntesis y aislamiento de varios pasos; más, luchan por controlar el apilamiento y la oxidación de las hojas.
Para mejorar enfoques técnicamente desafiantes y costosos, investigadores del laboratorio de Khaled Salama, en colaboración con otros, desarrolló un método simple y escalable que convierte películas precursoras de polímero o carbono en electrodos de grafeno utilizando un rayo láser. Este método sin mascarilla produce uniformes, electrodos tridimensionales multicapa que combinan alta porosidad y área de superficie, necesario para las plataformas de sensores y biosensores electroquímicos de próxima generación.
Los electrodos de grafeno se pueden fabricar en varios sustratos utilizando un rayo láser de CO2. Crédito:Elsevier B.V. Ref. 1, Figura 1A
Equipo de Salama y colaboradores de la Universidad Hassan II de Casablanca, Marruecos, incorporó electrodos de grafeno derivado de láser (LDG) en plataformas de detección para las principales fuentes de antioxidantes llamados compuestos fenólicos y biomoléculas electroactivas relacionadas.
Todos los compuestos probados mostraron una mayor actividad electrocatalítica en las plataformas basadas en grafeno que en los sistemas convencionales que utilizan electrodos de carbono.
"Las plataformas basadas en grafeno mostraron un rendimiento excelente para detectar paracetamol, una droga común, "dice Abdellatif Ait Lahcen, un postdoctorado del Laboratorio de Salama. También distinguieron el paracetamol en una tableta disponible comercialmente que combina el fármaco con el antioxidante ácido ascórbico, que a menudo produce interferencias en análisis electroquímicos típicos.
Una evaluación del comportamiento electroquímico de un conjunto de hormonas y neurotransmisores llamados catecolaminas también proporcionó información sobre los mecanismos de las reacciones de oxidación-reducción de estos compuestos.
Las plataformas de detección que utilizan electrodos de grafeno derivados de láser (LSGE) presentan un rendimiento electroquímico más alto que los sistemas convencionales que utilizan electrodos de carbono (SPCE) para la detección de compuestos que contienen azufre. drogas antioxidantes, vitaminas, catecolaminas y su precursor, L-Dopa. Crédito:KAUST
Hay muchos enfoques de modificación de electrodos que pueden mejorar el rendimiento del sensor. Receptores biológicos, como las enzimas, ácidos nucleicos y anticuerpos, proporcionar sensores específicos del objetivo, pero requieren técnicas complejas de inmovilización de superficies.
Están surgiendo alternativas potenciales para estos receptores naturales. Los polímeros sintéticos conocidos como polímeros de impresión molecular (MIP) son duraderos y fáciles de preparar. Los investigadores de KAUST planean optimizar la fabricación de los sensores y expandir sus aplicaciones a otras biomoléculas y biomarcadores de enfermedades. "Estamos desarrollando sensores biomiméticos modificados por MIP para la detección temprana de biomarcadores de cáncer de mama, "Dice Ait Lahcen.
Los investigadores modificaron los electrodos LDG con MIP para fabricar un sensor económico para la detección de bisfenol A (BPA) en muestras de agua y plástico. La modificación implicó sintetizar polipirrol bajo voltaje aplicado en presencia de moléculas de BPA, que actuaron como plantillas y dejaron huellas en el polímero cuando se retiraron. El sensor mostró una mayor sensibilidad y selectividad hacia el BPA que sustancias similares, como el estradiol, epinefrina y bisfenol F.
"La combinación de electrodos LDG con MIP dará lugar a nuevos sensores electroquímicos altamente sensibles y selectivos, "dice Tutku Beduk, un doctorado estudiante del laboratorio de Salama.
Salama cree que estos sensores basados en MIP ayudarán a garantizar que el agua permanezca limpia, puro y libre de toxinas.
