Учёные применили созданный из отработанной кофейной гущи пористый углерод в нейрохимических исследованиях
Исследователи Цинциннатского университета в США придумали ещё одно применение пористому углероду, созданному из отработанной кофейной гущи. Учёные покрыли им электроды, применяемые в нейрохимических исследованиях, что существенно повысило чувствительность электродов к дофамину. Это первый пример использования отработанной кофейной гущи для изготовления биосенсоров.
Исследователи вдохновлялись уже существующей практикой применения углерода, изготовленного из кофейной гущи. Например, из него создают электроды для литий-ионных батарей. Учитывая успех предыдущих работ, авторы задумались об использовании кофейной гущи в нейрохимических исследованиях для увеличения чувствительности биодатчиков. Кроме того, по словам учёных, такой способ дешевле и проще, чем традиционный вариант изготовления микроэлектродов из углеродного волокна. Благодаря популярности кофе во всём мире у них не будет недостатка исходного материала.
Учёные высушили отработанную кофейную гущу и нагрели её в лабораторной печи (первый этап очистки от ненужных примесей) до 704°C (1300°F). После они добавили гущу в раствор гидроксида калия, чтобы активировать углерод. Полученную смесь нагрели в атмосфере азота, чтобы окончательно убрать все нежелательные примеси. В итоге получился осадок в виде чёрной суспензии, наполненной пористым углеродом. При разбавлении водой он образовал тонкий углеродный слой на поверхности, в который окунали электроды из углеродного волокна. Слой покрытия получился в сто раз меньше диаметра человеческого волоса.
Авторы сравнивали эффективность электродов с покрытием и без покрытия из пористого углерода в экспериментах с обнаружением дофамина. Оказалось, что датчики с покрытием увеличивают скорость протекания окислительно-восстановительных реакций в присутствии дофамина примерно в три раза. За счёт пористой структуры и естественных неровностей поверхности покрытия захватывается и ненадолго удерживается большее количество молекул дофамина, что существенно повышает чувствительность электрода и позволяет проводить высокочувствительные эксперименты, требующие повышенной точности. Метод оказался достаточно быстрым, чтобы обнаружить субсекундное высвобождение нейромедиатора, как это обычно происходит в мозге.
В будущем авторы планируют изготавливать не покрытия, а целые электроды из пористого углерода. Это должно ещё больше повысить их чувствительность. Кроме того, учёные хотят протестировать покрытые электроды в мозге живых крыс.
Подробнее — Deriving porous carbon from waste coffee grounds for sensitive dopamine detection with fast-scan cyclic voltammetry, ACS Spring 2022. acs.digitellinc.com/acs/live/22/page/677
