La fabbricazione di sensori mediante stampa 3D unisce velocità, libertà di progettazione e possibilità di utilizzare i rifiuti come substrato. Diversi risultati sono stati ottenuti in una modalità di economia circolare, in cui i residui solitamente gettati via vengono invece utilizzati come risorse a basso costo.
Una soluzione altamente creativa che prevede la stampa di sensori elettrochimici sulle foglie degli alberi caduti è stata ora presentata da un team di ricercatori in Brasile guidato da Bruno Janegitz, professore presso l'Università Federale di São Carlos (UFSCar) e capo del suo Laboratorio per Sensori, Nanomedicine e materiali nanostrutturati (LSNANO) e Thiago Paixão, professore presso l'Università di San Paolo (USP) e capo del laboratorio di lingue elettroniche e sensori chimici (L2ESQ).
L'iniziativa è stata evidenziata in un articolo pubblicato sulla rivista ACS Sustainable Chemistry &Engineering .
"Abbiamo utilizzato una CO2 laser per stampare il disegno di interesse su una foglia mediante pirolisi e carbonizzazione. Abbiamo così ottenuto un sensore elettrochimico da utilizzare per determinare i livelli di dopamina e paracetamolo. È molto facile da usare. Una goccia della soluzione contenente uno di questi composti viene posizionata sul sensore e il potenziostato a cui è accoppiato ne visualizza la concentrazione," ha affermato Janegitz.
In poche parole, il raggio laser brucia la foglia in un processo pirolitico che converte la sua cellulosa in grafite, e il corpo di grafite viene stampato sulla foglia in una forma adatta a funzionare come sensore. Durante il processo di fabbricazione, i parametri del CO2 il laser, inclusa la potenza del laser, la velocità di scansione della pirolisi e lo scan gap, vengono regolati sistematicamente per ottenere risultati ottimali.
"I sensori sono stati caratterizzati mediante metodi morfologici e fisico-chimici, consentendo un'esplorazione esaustiva della nuova superficie carbonizzata generata sulle foglie", ha affermato Janegitz.
"Inoltre, l'applicabilità dei sensori è stata confermata da test che prevedevano il rilevamento di dopamina e paracetamolo in campioni biologici e farmaceutici. Per la dopamina, il sistema si è dimostrato efficace in un intervallo lineare di 10–1.200 micromoli per litro, con un limite di rilevamento di 1,1 micromoli per litro. Per il paracetamolo, il sistema ha funzionato bene in un intervallo lineare di 5-100 micromoli per litro, con un limite di rilevamento di 0,76."
Nei test con dopamina e paracetamolo, condotti come prova di concetto, i sensori elettrochimici derivati da foglie di alberi caduti hanno ottenuto prestazioni analitiche soddisfacenti e riproducibilità degne di nota, evidenziando il loro potenziale come alternativa ai substrati convenzionali.
La sostituzione delle foglie cadute degli alberi con materiali convenzionali produce vantaggi significativi in termini di riduzione dei costi e, soprattutto, di sostenibilità ambientale. "Le foglie sarebbero state incenerite o, nella migliore delle ipotesi, compostate. Sono state invece utilizzate come substrato per dispositivi ad alto valore aggiunto in un importante progresso per la fabbricazione di sensori elettrochimici di prossima generazione", ha affermato Janegitz.
Ulteriori informazioni: Rodrigo Vieira Blasques et al, Fabbricazione ecologica e applicazione analitica di elettrodi di carbonio monouso realizzati con foglie di alberi caduti utilizzando un laser a CO2, Chimica e ingegneria sostenibili ACS (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06526
Informazioni sul giornale: Chimica e ingegneria sostenibile ACS
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