鐳射束製造石墨烯三維多層電極, 更高電催化活性的生物醫療電化學感測器

KAUST開發的一種簡單方法是使用鐳射束來製造石墨烯電極，該石墨烯電極的效能要優於透過舊方法生產的石墨烯電極。

由石墨烯（碳的一種非典型形式）組成的電極可能會改變從食品安全和臨床診斷到環境監測眾多領域中檢測和測量電活性物質的方式。

石墨烯包括相互連線的蜂窩狀碳原子環的多個超薄且高度有序的薄片。這種多層結構為材料提供了出色的電子效能，尤其是導電性和電催化活性，以及​可用於製造電化學感測器的物理特徵。

可以使用二氧化碳鐳射束在各種基板上製造石墨烯電極。

通常，石墨烯電極是透過從石墨上剝離單個薄片或將前體的反應性氣態混合物沉積到基板上來生產的。但是，這些方法涉及耗時的多步合成和隔離過程。此外，他們還難以控制紙張的堆疊和氧化。

為了改進技術上具有挑戰性且昂貴的方法，Khaled Salama實驗室的研究人員與他人合作，開發了一種簡單且可擴充套件的方法，該方法使用鐳射束將聚合物或碳前體膜轉換為石墨烯電極。這種無掩模方法可產生均勻的三維多層電極，這些電極結合了高孔隙率和表面積，這是下一代電化學感測器和生物感測器平臺所必需的。

與使用碳電極的常規系統相比，所有測試的化合物在基於石墨烯的平臺上均顯示出更高的電催化活性。

Salama's Lab的博士後Abdellatif Ait Lahcen說："基於石墨烯的平臺在檢測撲熱息痛（一種常見藥物）方面表現出出色的效能。" 他們還在市售的片劑中區分了撲熱息痛，該片劑將藥物與抗氧化劑抗壞血酸結合在一起，這通常會在典型的電化學分析中產生干擾。

對一組稱為兒茶酚胺的激素和神經遞質的電化學行為的評估也提供了對這些化合物的氧化還原反應機理的認識。

有許多電極修飾方法可以提高感測器效能。諸如酶，核酸和抗體之類的生物受體提供了靶標特異性感測器，但它們需要複雜的表面固定技術。

這些天然受體的潛在替代物正在出現。被稱為分子印跡聚合物（MIP）的合成聚合物具有耐用性且易於製備。KAUST研究人員計劃最佳化感測器的製造，並將其應用擴充套件到其他生物分子和疾病生物標誌物。"我們正在開發MIP修飾的仿生感測器，用於早期檢測乳腺癌生物標誌物，" Ait Lahcen說。

與使用碳電極（SPCE）的常規系統相比，使用鐳射衍生的石墨烯電極（LSGE）的感測平臺具有更高的電化學效能，可檢測含硫化合物，藥物，抗氧化劑，維生素，兒茶酚胺及其前體L-多巴。

研究人員用MIP修改了LDG電極，從而製造出一種廉價的感測器，用於檢測水和塑膠樣品中的雙酚A（BPA）。改性涉及在BPA分子的存在下在施加的電壓下合成聚吡咯，該BPA分子充當模板並在被移除時在聚合物中留下印跡。與雌二醇，腎上腺素和雙酚F等類似物質相比，該感測器對BPA的敏感性和選擇性更高。

"將LDG電極與MIP結合使用將產生新型的高靈敏度和選擇性電化學感測器，"博士Tutku Beduk說。薩拉馬實驗室的學生。

Salama相信，這些基於MIP的感測器將有助於確保水保持清潔，純淨和無毒。