La escritura láser da vida a las plataformas de detección de alto rendimiento

Sensor electroquímico basado en LDG / MIP

El sensor electroquímico basado en LDG / MIP detecta de forma sensible y selectiva BPA en muestras de agua. Crédito: © 2020 KAUST

Un método simple desarrollado en KAUST utiliza rayos láser para crear grafeno electrodos que tienen un mejor rendimiento que los producidos con métodos más antiguos.

Los electrodos que consisten en grafeno, una forma atípica de carbono, pueden 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 monitoreo ambiental.1,2,3.

El grafeno incluía 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.

Electrodos de grafeno fabricados

Los electrodos de grafeno se pueden fabricar en varios sustratos utilizando un rayo láser de CO2. Crédito: © 2020 Elsevier BV Ref. 1, figura 1A

Por lo general, 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 implican procesos de aislamiento y síntesis de varios pasos que requieren mucho tiempo; además, luchan por controlar el apilamiento y la oxidación de las hojas.

Para mejorar los enfoques técnicamente desafiantes y costosos, los investigadores del laboratorio de Khaled Salama, en colaboración con otros, desarrollaron un método simple y escalable que convierte películas precursoras de polímero o carbono en electrodos de grafeno utilizando un rayo láser. Este método sin máscara produce electrodos uniformes, tridimensionales y multicapa que combinan alta porosidad y área de superficie, necesarios para las plataformas de sensores y biosensores electroquímicos de próxima generación.

El equipo de Salama y sus colaboradores de la Universidad Hassan II de Casablanca, Marruecos, incorporaron electrodos de grafeno derivado de láser (LDG) en plataformas de detección de las principales fuentes de antioxidantes llamados compuestos fenólicos y biomoléculas electroactivas² 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, un fármaco 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 ascórbico. ácido, 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.

Hay muchos enfoques de modificación de electrodos que pueden mejorar el rendimiento del sensor. Los receptores biológicos, como las enzimas, los ácidos nucleicos y los anticuerpos, proporcionan sensores específicos de la diana, pero requieren técnicas complejas de inmovilización de la superficie.

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.

Plataformas de detección que utilizan electrodos de grafeno derivados por láser

Las plataformas de detección que utilizan electrodos de grafeno derivados de láser (LSGE) exhiben un rendimiento electroquímico más alto que los sistemas convencionales que utilizan electrodos de carbono (SPCE) para la detección de compuestos que contienen azufre, fármacos, antioxidantes, vitaminas, catecolaminas y su precursor, L-Dopa. Crédito: © 2020 KAUST

Los investigadores modificaron los electrodos LDG con MIP para fabricar un sensor barato para la detección de bisfenol A (BPA) en muestras de agua y plástico³. 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, la epinefrina y el bisfenol F.

“La combinación de electrodos LDG con MIP conducirá a nuevos sensores electroquímicos selectivos y altamente sensibles”, dice Tutku Beduk, estudiante de doctorado del laboratorio de Salama.

Salama cree que estos sensores basados ​​en MIP ayudarán a garantizar que el agua permanezca limpia, pura y libre de toxinas.

Referencias:

“Sensores electroquímicos y biosensores que utilizan grafeno derivado de láser: una revisión completa” por Abdellatif Ait Lahcen, Sakandar Rauf, Tutku Beduk, Ceren Durmus, Abdulrahman Aljedaibi, Suna Timur, Husam N. Alshareef, Aziz Amine, Otto S. Wolfbeis y Khaled N . Salama, 27 de agosto de 2020, Biosensores y bioelectrónica.
DOI: 10.1016 / j.bios.2020.112565

“Grafeno grabado con láser: una plataforma novedosa para la detección altamente sensible de biomoléculas electroactivas” por Abdelghani Ghanam, Abdellatif Ait Lahcen, Tutku Beduk, Husam N. Alshareef, Aziz Amine y Khaled Nabil Salama, 19 de agosto de 2020, Biosensores y bioelectrónica.
DOI: 10.1016 / j.bios.2020.112509

“Polímero electrosintetizado de un solo paso impreso molecularmente en un sensor de bisfenol a de grafeno grabado con láser” por Tutku Beduk, Abdellatif Ait Lahcen, Nouran Tashkandi y Khaled Nabil Salama, 11 de abril de 2020, Sensores y actuadores B: químico.
DOI: 10.1016 / j.snb.2020.128026

Pilar Benegas es una reconocida periodista con amplia experiencia en importantes medios de USA, como LaOpinion, Miami News, The Washington Post, entre otros. Es editora en jefe de Es de Latino desde 2019.