أجهزة الاستشعار تحصل على شكل الليزر

نوفمبر 16, 2020

 هناك طريقة بسيطة تم تطويرها في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية تستخدم أشعة الليزر لإنشاء أقطاب الجرافين التي تتمتع بأداء أفضل من تلك التي تم إنتاجها بالطرق القديمة.




قد تغير الأقطاب الكهربائية التي تتكون من الجرافين ، وهو شكل غير نمطي من الكربون ، الطريقة التي يتم بها اكتشاف المواد النشطة كهربيًا وقياسها في العديد من المجالات التي تتراوح من سلامة الأغذية والتشخيص السريري إلى المراقبة البيئية.

يتكون الجرافين من صفائح متعددة رقيقة للغاية وذات ترتيب عالٍ من حلقات مترابطة على شكل قرص العسل من ذرات الكربون. توفر هذه البنية متعددة الطبقات للمادة خصائص إلكترونية استثنائية ، خاصة التوصيل الكهربائي والنشاط التحفيزي الكهربائي ، فضلاً عن الميزات الفيزيائية المفيدة لصنع المستشعرات الكهروكيميائية.


عادة ، يتم إنتاج أقطاب الجرافين عن طريق تقشير الصفائح الفردية من الجرافيت أو ترسيب خليط غازي تفاعلي من السلائف على ركيزة. ومع ذلك ، فإن هذه الأساليب تنطوي على عمليات توليف وعزل تستغرق وقتًا طويلاً ، ومتعددة الخطوات ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فإنهم يكافحون للتحكم في تكديس الألواح وأكسدتها.


لتحسين المناهج الصعبة والمكلفة تقنيًا ، طور باحثون من مختبر خالد سلامة ، بالتعاون مع آخرين ، طريقة بسيطة وقابلة للتطوير تقوم بتحويل أغشية البوليمر أو الكربون إلى أقطاب الجرافين باستخدام شعاع الليزر. تنتج هذه الطريقة الخالية من القناع أقطابًا كهربائية موحدة ثلاثية الأبعاد متعددة الطبقات تجمع بين المسامية العالية والمساحة السطحية اللازمة للجيل التالي من المستشعرات الكهروكيميائية ومنصات الاستشعار البيولوجي.


يمكن تصنيع أقطاب الجرافين على ركائز مختلفة باستخدام شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون. الائتمان: Elsevier B.V. المرجع. 1 ، الشكل 1 أ

قام فريق سلامة والمتعاونون من جامعة الحسن الثاني في الدار البيضاء ، المغرب ، بدمج أقطاب الجرافين المشتقة من الليزر (LDG) في منصات الاستشعار للمصادر الرئيسية لمضادات الأكسدة التي تسمى المركبات الفينولية والجزيئات الحيوية النشطة كهربائياً.


أظهرت جميع المركبات المختبرة نشاطًا تحفيزيًا كهربائيًا أعلى على المنصات القائمة على الجرافين مقارنة بالأنظمة التقليدية التي تستخدم أقطاب الكربون.


يقول عبد اللطيف آيت لحسن ، باحث ما بعد الدكتوراة من مختبر سلامة: "أظهرت المنصات التي تعتمد على الجرافين أداءً ممتازًا في الكشف عن الباراسيتامول ، وهو عقار شائع". لقد ميزوا أيضًا الباراسيتامول في قرص متوفر تجاريًا يجمع الدواء مع حمض الأسكوربيك المضاد للأكسدة ، والذي ينتج غالبًا تداخلات في التحليلات الكهروكيميائية النموذجية.



 

كما قدم تقييم السلوك الكهروكيميائي لمجموعة من الهرمونات والناقلات العصبية تسمى الكاتيكولامينات نظرة ثاقبة لآليات تفاعلات الأكسدة والاختزال لهذه المركبات.


تُظهر منصات الاستشعار التي تستخدم أقطاب الجرافين المشتقة من الليزر (LSGEs) أداءً كهروكيميائيًا أعلى من الأنظمة التقليدية التي تستخدم أقطاب الكربون (SPCE) للكشف عن المركبات المحتوية على الكبريت والأدوية ومضادات الأكسدة والفيتامينات والكاتيكولامينات وسلائفها ، L-Dopa. الائتمان: كاوست

هناك العديد من طرق تعديل القطب التي يمكن أن تعزز أداء المستشعر. توفر المستقبلات البيولوجية ، مثل الإنزيمات والأحماض النووية والأجسام المضادة ، مستشعرات خاصة بالهدف ، ولكنها تتطلب تقنيات معقدة لتثبيت السطح.


تظهر البدائل المحتملة لهذه المستقبلات الطبيعية. البوليمرات الاصطناعية المعروفة بالبوليمرات المطبوعة جزيئيًا (MIPs) متينة وسهلة التحضير. يخطط باحثو جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية لتحسين تصنيع المستشعرات وتوسيع تطبيقاتها لتشمل الجزيئات الحيوية الأخرى والمؤشرات الحيوية للأمراض. يقول آيت لحسن: "نحن نعمل على تطوير مستشعرات محاكية حيوية معدلة بواسطة MIP من أجل الكشف المبكر عن المؤشرات الحيوية لسرطان الثدي".


قام الباحثون بتعديل أقطاب LDG باستخدام MIPs لتصنيع مستشعر رخيص للكشف عن bisphenol A (BPA) في عينات المياه والبلاستيك. تضمن التعديل توليف بوليبيرول تحت الجهد المطبق في وجود جزيئات BPA ، والتي تعمل كقوالب وتترك بصمات في البوليمر عند إزالتها. أظهر المستشعر حساسية وانتقائية أعلى تجاه BPA مقارنة بالمواد المماثلة ، مثل استراديول وإبينفرين وبيسفينول ف.


يقول توتكو بيدوك ، دكتوراه: "إن الجمع بين أقطاب LDG مع MIPs سيؤدي إلى مستشعرات كهروكيميائية انتقائية وعالية الحساسية". طالب من معمل سلامة.

مشاركة

ليست هناك تعليقات:

جميع الحقوق محفوظة لــ تعز