新一代電化學(xué)傳感器制造的重大進(jìn)展。

3D打印制造電化學(xué)傳感器不僅提升了設(shè)計(jì)自由度和制造速度，還可將廢料作為基板實(shí)現(xiàn)再利用。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下，將原被丟棄的廢料作為低成本制造資源，取得了多項(xiàng)成果。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近日，巴西圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué)（Federal University of S?o Carlos，UFSCar）教授Bruno Janegitz，以及巴西圣保羅大學(xué)（University of S?o Paulo，USP）教授Thiago Paix?o領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提出了一種在葉片上打印電化學(xué)傳感器的極具創(chuàng)意的解決方案。該方案得到了巴西圣保羅研究基金會(huì)（FAPESP）的支持，相關(guān)研究以“Green Fabrication and Analytical Application of Disposable Carbon Electrodes Made from Fallen Tree Leaves Using a CO2 Laser”為題發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering期刊上。

利用二氧化碳激光器在葉片上打印電化學(xué)傳感器

Bruno Janegitz表示：“我們使用二氧化碳激光器通過(guò)熱解和碳化的方式在葉片上打印出我們感興趣的設(shè)計(jì)。由此，我們獲得了一種電化學(xué)傳感器，用于測(cè)定多巴胺和撲熱息痛的水平。該電化學(xué)傳感器使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單。將一滴含有多巴胺和撲熱息痛任一種化合物的溶液放在電化學(xué)傳感器上，與之耦合的恒電位器顯示該溶液濃度。”

簡(jiǎn)單地說(shuō)，激光束在熱解過(guò)程中使葉片燃燒，將纖維素轉(zhuǎn)化為石墨，該石墨被以與電化學(xué)傳感器功能適配的形狀打印在葉片上。在制作過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)調(diào)整二氧化碳激光器的激光功率、熱解掃描速率、掃描間隙等參數(shù)，以達(dá)到最佳效果。

Bruno Janegitz說(shuō)：“這種電化學(xué)傳感器通過(guò)形態(tài)學(xué)和物理化學(xué)方法進(jìn)行了表征，可以對(duì)葉片上產(chǎn)生的新型碳化表面進(jìn)行詳盡的探索。此外，在生物和制藥樣品中檢測(cè)多巴胺和撲熱息痛的測(cè)試證實(shí)了電化學(xué)傳感器的適用性。針對(duì)多巴胺，該系統(tǒng)被證明在每升10微摩爾至1200微摩爾的線性范圍內(nèi)是有效的，檢測(cè)限為每升1.1微摩爾。對(duì)于撲熱息痛，該系統(tǒng)在每升5微摩爾~100微摩爾的線性范圍內(nèi)工作良好，檢測(cè)限為每升0.76微摩爾。”

作為概念驗(yàn)證，在多巴胺和撲熱息痛的測(cè)試中，研究人員從葉片中提取的電化學(xué)傳感器獲得了令人滿意的分析性能和顯著的可重復(fù)性，突出了其作為傳統(tǒng)電化學(xué)傳感器替代品的潛力。

用葉片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基底材料在降低成本以及最重要的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)性發(fā)展方面產(chǎn)生了顯著的收益。Bruno Janegitz表示：“一般情況下，葉片會(huì)被焚燒，最多被制成堆肥。相反，它被用作高附加值傳感器的基底，是制造新一代電化學(xué)傳感器的重大進(jìn)步。”

論文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c06526

審核編輯：劉清