前言


三维(3D)印刷在制造应用于不同领域的多面物体方面引发了一场革命,如电子、医学、生物技术、工程、航空航天和化学。在化学领域,文献中已经报道了许多努力,其中一些努力是在最近的修订中汇编的,例如展示3D打印技术在原型毫和微流体分析设备中的潜在应用,储能装置和电化学传感器。导电聚合物或导电热塑性细丝在使用3D打印技术开发电化学传感和能量存储设备方面发挥着关键作用。主要用于3D打印的导电热塑性丝由复合材料组成,该复合材料通常由聚乳酸(PLA)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)与导电剂组成。或者,实验室制造的导电热塑性细丝(在实验室制造的细丝,也就是说,不是从市场上购买的)已经被提议用于3D打印。


研究内容


圣卡洛斯联邦大学首次提出了3D打印还原氧化石墨烯/聚乳酸电极的合成和应用的新方案。这种方法由一个新的平台组成,该平台具有改进的检测能力,可用于开发电化学生物传感器以及直接监测复杂介质中的生物分子。此外,还提出了一种全新的电化学传感平台设计,该平台由三个电极(工作电极、伪参比电极和反电极)和电化学电池组成,采用熔融沉积建模(FDM)一步完成。


实验方法


所有电化学测量都是在恒电位仪/恒电流仪PGSTAT204 Metrohm (Eco Chemie)上采集的,由一个名为NOVA(2 . 1 . 4版)的软件指导,该软件也用于数据采集和处理。背景校正用于血清素和儿茶酚的伏安检测,以更好地观察峰,使用“移动平均”算法进行处理,窗口大小设置为2,可在NOVA软件(版本2.1.4)中获得。在Autodesk Inventor Professional软件上设计了一个直径为46毫米、高度为35毫米、内径为40毫米、内部高度为32毫米的30毫升实验室制造的电化学电池,并使用非导电聚乳酸长丝进行印刷。电池的顶部以螺帽的形式印刷,以固定盖子,盖子的内部也具有这种形状。电化学电池的盖子直径为49毫米,高度为8毫米,并包含5个直径为8毫米的孔,每个孔用于容纳三个电极(工作电极、伪参比电极和反电极)的排列。

研究人员研发了基于石墨烯/聚乳酸电极的传感和生物传感应用平台

获得三维打印工作电极、反电极和参比电极的程序方案。

研究人员研发了基于石墨烯/聚乳酸电极的传感和生物传感应用平台

在含有0.1mol·L-1 KCl的等摩尔氟氯烃甲醇(1.0 mmol·L-1)溶液存在下,用天然聚乳酸(绿线)、用二甲基甲酰胺处理的聚乳酸(紫线)和用二甲基甲酰胺/HNO 3/四氯化萘处理的聚乳酸(红线)获得循环伏安图记录。

研究人员研发了基于石墨烯/聚乳酸电极的传感和生物传感应用平台

在rGO-PLA电极(n = 3)上获得的血清素浓度增加的DPV记录(0.3、0.7、1.0、3.0、5.0、7.0和10.0mol·L-1);黑线对应空白溶液。

研究人员研发了基于石墨烯/聚乳酸电极的传感和生物传感应用平台

儿茶酚浓度增加的SWV记录(30、50、70、100、300、500和700微摩尔每升)。


结论


研究人员展示了一种新的化学处理方法,包括顺序使用二甲基甲酰胺/HNO 3/磷酸二氢钠试剂,在3D打印的聚乳酸电极中产生rGO。与用二甲基甲酰胺浸泡15分钟处理的相同表面相比,rGO-PLA电极显示出氧化还原探针Journal Pre-Pre-proof 32 FCMeoh的电流显著增加。值得一提的是,二甲基甲酰胺是一种有毒的有机溶剂,这使得该协议不太环保。电化学阻抗谱测量表明,银电极表现出最低的电子转移阻力。电化学结果与拉曼光谱和原子力显微镜图像获得的表面粗糙度一致。与以前的工作相比,所提出的rGO-PLA电极利用DPV具有显著的传感特性,成功地应用于合成尿中5-羟色胺的测定。此外,rGO-PLA表面被用于制造儿茶酚生物传感器,其能够以可接受的分析特征来确定天然水样中的分析物。这两个例子表明,新颖和简单的化学DMF/HNO 3/NaBH 4处理产生具有3D印刷的PLA电极的rGO,该电极具有用于生物传感应用的突出传感特性。


文章来源:


https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112684。

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