Un metodo semplice sviluppato presso KAUST, utilizza raggi laser per creare elettrodi di grafene con prestazioni migliori rispetto a quelli prodotti con metodi precedenti. Gli elettrodi costituiti da grafene, una forma atipica di carbonio, possono trasformare il modo in cui le sostanze elettroattive vengono rilevate e misurate in numerosi campi che vanno dalla sicurezza alimentare e diagnosi clinica al monitoraggio ambientale 1,2,3.
Gli elettrodi di grafene possono essere fabbricati su vari substrati utilizzando un raggio laser CO2.
Il grafene comprende più fogli ultrasottili e altamente ordinati di anelli di atomi di carbonio interconnessi a forma di nido d’ape. Questa architettura multistrato fornisce al materiale proprietà elettroniche eccezionali, in particolare conduttività elettrica e attività elettrocatalitica, oltre a caratteristiche fisiche utili per realizzare sensori elettrochimici.
Tipicamente, gli elettrodi di grafene vengono prodotti staccando singoli fogli dalla grafite o depositando una miscela gassosa reattiva di precursori su un substrato. Tuttavia, questi approcci implicano processi di sintesi e isolamento a più fasi che richiedono tempo; inoltre, lottano per controllare l’accatastamento e l’ossidazione dei fogli.
Per migliorare approcci tecnicamente impegnativi e costosi, i ricercatori del laboratorio di Khaled Salama, in collaborazione con altri, hanno sviluppato un metodo semplice e scalabile che converte i film di polimeri o precursori del carbonio in elettrodi di grafene utilizzando un raggio laser. Questo metodo senza maschera produce elettrodi multistrato tridimensionali uniformi che combinano elevata porosità e area superficiale, necessarie per sensori elettrochimici di nuova generazione e piattaforme biosensori.
Il team di Salama e i collaboratori dell’Università Hassan II di Casablanca, Marocco, hanno incorporato elettrodi di grafene derivato dal laser (LDG) in piattaforme di rilevamento per le principali fonti di antiossidanti chiamati composti fenolici e biomolecole elettroattive correlate².
Tutti i composti testati hanno mostrato una maggiore attività elettrocatalitica sulle piattaforme a base di grafene rispetto ai sistemi convenzionali che utilizzano elettrodi di carbonio.
“Le piattaforme a base di grafene hanno mostrato prestazioni eccellenti per rilevare il paracetamolo, un farmaco comune”, afferma Abdellatif Ait Lahcen, un postdoc del Salama’s Lab. Hanno anche distinto il paracetamolo in una compressa disponibile in commercio che combina il farmaco con l’ acido ascorbico antiossidante , che spesso produce interferenze nelle analisi elettrochimiche tipiche.
Una valutazione del comportamento elettrochimico di un insieme di ormoni e neurotrasmettitori chiamati catecolamine ha anche fornito informazioni sui meccanismi delle reazioni di ossidoriduzione di questi composti.
Esistono molti approcci di modifica degli elettrodi che possono aumentare le prestazioni del sensore. I recettori biologici, come enzimi, acidi nucleici e anticorpi, forniscono sensori specifici per il bersaglio, ma richiedono complesse tecniche di immobilizzazione superficiale.
Potenziali alternative stanno emergendo per questi recettori naturali. I polimeri sintetici noti come polimeri a impronta molecolare (MIP) sono durevoli e facili da preparare. I ricercatori di KAUST intendono ottimizzare la fabbricazione dei sensori ed espandere le loro applicazioni ad altre biomolecole e biomarcatori di malattie. “Stiamo sviluppando sensori biomimetici modificati con MIP per la diagnosi precoce dei biomarcatori del cancro al seno”, afferma Ait Lahcen.