Un metodo semplice sviluppato presso KAUST utilizza i raggi laser per creare elettrodi di grafene con prestazioni migliori rispetto a quelli prodotti con metodi precedenti.

Elettrodi costituiti da grafene, una forma atipica di carbonio, può trasformare il modo in cui le sostanze elettroattive vengono rilevate e misurate in numerosi campi che vanno dalla sicurezza alimentare e dalla diagnosi clinica al monitoraggio ambientale.

Il grafene comprende più fogli ultrasottili e altamente ordinati di anelli interconnessi a forma di nido d'ape di atomi di carbonio. Questa architettura multistrato fornisce al materiale proprietà elettroniche eccezionali, in particolare la conduttività elettrica e l'attività elettrocatalitica, oltre a caratteristiche fisiche utili per realizzare sensori elettrochimici.

Tipicamente, gli elettrodi di grafene sono prodotti staccando singoli fogli dalla grafite o depositando una miscela gassosa reattiva di precursori su un substrato. Però, questi approcci richiedono tempo, sintesi multistep e processi di isolamento; più, faticano a controllare l'impilamento e l'ossidazione dei fogli.

Per migliorare gli approcci tecnicamente impegnativi e costosi, ricercatori del laboratorio di Khaled Salama, in collaborazione con altri, ha sviluppato un metodo semplice e scalabile che converte film polimerici o precursori di carbonio in elettrodi di grafene utilizzando un raggio laser. Questo metodo senza maschera produce uniformi, elettrodi multistrato tridimensionali che combinano elevata porosità e area superficiale, necessario per sensori elettrochimici di nuova generazione e piattaforme di biosensori.

Il team di Salama e i collaboratori dell'Università Hassan II di Casablanca, Marocco, ha incorporato elettrodi di grafene derivato dal laser (LDG) in piattaforme di rilevamento per le principali fonti di antiossidanti chiamati composti fenolici e relative biomolecole elettroattive.

Tutti i composti testati hanno mostrato un'attività elettrocatalitica maggiore 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 la rilevazione del paracetamolo, una droga comune, "dice 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 tipiche analisi elettrochimiche.

Anche una valutazione del comportamento elettrochimico di un insieme di ormoni e neurotrasmettitori chiamati catecolamine ha fornito informazioni sui meccanismi delle reazioni di ossidoriduzione di questi composti.

Esistono molti approcci alla modifica degli elettrodi che possono migliorare le prestazioni del sensore. Recettori biologici, come enzimi, acidi nucleici e anticorpi, fornire sensori specifici per il target, ma richiedono complesse tecniche di immobilizzazione della superficie.

Stanno emergendo potenziali alternative per questi recettori naturali. I polimeri sintetici noti come polimeri a stampa molecolare (MIP) sono resistenti 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 dal MIP per la diagnosi precoce dei biomarcatori del cancro al seno, " dice Ait Lahcen.

I ricercatori hanno modificato gli elettrodi LDG con MIP per fabbricare un sensore economico per il rilevamento del bisfenolo A (BPA) in campioni di acqua e plastica. La modifica ha coinvolto la sintesi di polipirrolo sotto tensione applicata in presenza di molecole di BPA, che fungevano da modelli e lasciavano impronte nel polimero quando venivano rimossi. Il sensore ha mostrato una maggiore sensibilità e selettività verso il BPA rispetto a sostanze simili, come estradiolo, adrenalina e bisfenolo F.

"La combinazione di elettrodi LDG con MIP porterà a nuovi sensori elettrochimici altamente sensibili e selettivi, "dice Tutku Beduk, un dottorato di ricerca studente del laboratorio di Salama.

Salama ritiene che questi sensori basati su MIP contribuiranno a garantire che l'acqua rimanga pulita, puro e privo di tossine.