新一代电化学传感器制造的重大进展。
3D打印制造电化学传感器不仅提升了设计自由度和制造速度，还可将废料作为基板实现再利用。在循环经济模式下，将原被丢弃的废料作为低成本制造资源，取得了多项成果。
据麦姆斯咨询报道，近日，巴西圣卡洛斯联邦大学（Federal University of São Carlos，UFSCar）教授Bruno Janegitz，以及巴西圣保罗大学（University of São Paulo，USP）教授Thiago Paixão领导的研究小组提出了一种在叶片上打印电化学传感器的极具创意的解决方案。该方案得到了巴西圣保罗研究基金会（FAPESP）的支持，相关研究以“Green Fabrication and Analytical Application of Disposable Carbon Electrodes Made from Fallen Tree Leaves Using a CO2 Laser”为题发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering期刊上。
利用二氧化碳激光器在叶片上打印电化学传感器
Bruno Janegitz表示：“我们使用二氧化碳激光器通过热解和碳化的方式在叶片上打印出我们感兴趣的设计。由此，我们获得了一种电化学传感器，用于测定多巴胺和扑热息痛的水平。该电化学传感器使用起来非常简单。将一滴含有多巴胺和扑热息痛任一种化合物的溶液放在电化学传感器上，与之耦合的恒电位器显示该溶液浓度。”
简单地说，激光束在热解过程中使叶片燃烧，将纤维素转化为石墨，该石墨被以与电化学传感器功能适配的形状打印在叶片上。在制作过程中，系统会调整二氧化碳激光器的激光功率、热解扫描速率、扫描间隙等参数，以达到最佳效果。
Bruno Janegitz说：“这种电化学传感器通过形态学和物理化学方法进行了表征，可以对叶片上产生的新型碳化表面进行详尽的探索。此外，在生物和制药样品中检测多巴胺和扑热息痛的测试证实了电化学传感器的适用性。针对多巴胺，该系统被证明在每升10微摩尔至1200微摩尔的线性范围内是有效的，检测限为每升1.1微摩尔。对于扑热息痛，该系统在每升5微摩尔~100微摩尔的线性范围内工作良好，检测限为每升0.76微摩尔。”
作为概念验证，在多巴胺和扑热息痛的测试中，研究人员从叶片中提取的电化学传感器获得了令人满意的分析性能和显著的可重复性，突出了其作为传统电化学传感器替代品的潜力。
用叶片代替传统的基底材料在降低成本以及最重要的环境保护和可持续性发展方面产生了显著的收益。Bruno Janegitz表示：“一般情况下，叶片会被焚烧，最多被制成堆肥。相反，它被用作高附加值传感器的基底，是制造新一代电化学传感器的重大进步。”
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c06526
延伸阅读：
《3D打印材料技术及市场-2022版》
《3D电子和增材制造电子技术和市场-2024版》
