Elektrody z nanocząstkami węgla

Elektrody pokryte nanocząstkami węgla osadzonymi na drobinach polikrzemianowych skonstruowano w Instytucie Chemii Fizycznej PAN. Składają się z naprzemiennych warstw drobin polikrzemianowych i nanocząstek węgla. Polikrzemianowe drobiny mają rozmiary od 100 do 300 nanometrów (miliardowych części metra). Jako nieprzewodzące, pełnią jedynie rolę szkieletu rozbudowującego powierzchnię elektrody. Polikrzemiany są gęsto pokryte nanocząstkami węgla (w rozmiarach od 8 do 18 nm), które tworzą właściwą, przewodzącą prąd powierzchnię roboczą.

Wytwarzanie elektrod z nowymi pokryciami jest tanie. Elektrody naprzemiennie zanurza się na kilka sekund w odpowiednio przygotowanych zawiesinach, raz z drobinami polikrzemianowymi, raz z nanocząstkami węglowymi. ?Nanocząstki węglowe mają grupy funkcyjne naładowane ujemnie, a polikrzemiany dodatnio. Występujące między nimi oddziaływania elektrostatyczne są dość silne. Sprawdziliśmy, że wielokrotnie powtarzając zanurzenia, można na powierzchni elektrody zbudować ?kanapkę? nawet z 24 warstw?, opisuje doktorantka Anna Celebańska z IChF PAN.

Elektrody z powodzeniem wykorzystano do badania stężeń dopaminy w roztworach w obecności kwasów moczowego i askorbinowego oraz paracetamolu, substancji utrudniających analizę. Opracowana metoda detekcji dopaminy otwiera drogę do tanich i szybkich testów medycznych. Za ich pomocą lekarze już w swoich gabinetach mogliby z dużym prawdopodobieństwem ustalić, czy pacjent cierpi na popularne schorzenia układu nerwowego, takie jak np. choroba Parkinsona. Zadanie jest trudne, ponieważ stężenie dopaminy w płynach ustrojowych, nawet u osób zdrowych, jest bardzo małe. Aby za pomocą nowej metody sprawdzić stężenie dopaminy, elektrody z nanocząstkami węglowymi zanurza się w odpowiednio przygotowanym roztworze z próbką, po czym przykłada się potencjał elektryczny. Dopamina jest elektrochemicznie aktywna i dobierając odpowiednią wartość potencjału, można ją utlenić. Niestety, jej sygnał jest zwykle przesłonięty sygnałami pochodzącymi od kwasów askorbinowego i moczowego.

Jednak dzięki nanocząstkom węgla na powierzchni elektrod, wartości potencjałów, przy których następuje utlenienie obu kwasów, zmieniają się. W efekcie piki na wykresie rozdzielają się i sygnał pochodzący od dopaminy staje się widoczny.

?Wyniki przeprowadzonych testów okazały się bardzo dobre. Nasza metoda należy do jednych z najczulszych sposobów detekcji dopaminy. Pozwala wykryć ją w stężeniach do 10?7 mola na litr w obecności substancji przeszkadzających o stężeniu 10?3 mola na litr?, mówi Celebańska. <<łączniki zamieniłam na myślniki przy molach, chyba że nie chodzi tu o przedziały liczbowe i poprzednie łącznik powinny pozostać?>>

Na rynku są dostępne stosunkowo tanie, mieszczące się w dłoni przyrządy do detekcji substancji chemicznych. Gdyby wyposażyć je w nowe elektrody i upowszechnić w gabinetach lekarskich, pacjent o swojej chorobie mógłby dowiedzieć się jeszcze przed końcem wizyty.?Metoda ma naturalny próg detekcji, dzięki któremu potrafimy ustalić, że dopaminy w organizmie jest za mało. Ile za mało? Tego na razie nie umiemy powiedzieć. Mamy jednak nadzieję na dalsze zwiększenie czułości metody?, stwierdza prof. dr hab. Marcin Opałło z IChF PAN.

Zdjęcie: Zdjęcie mikroskopowe powierzchni elektrody z 24 warstwami drobin polikrzemianowych

pokrytych nanocząstkami węgla. Źródło: IChF PAN