Une méthode simple développée à KAUST utilise des faisceaux laser pour créer des électrodes de graphène qui ont de meilleures performances que celles produites par des méthodes plus anciennes.

Électrodes constituées de graphène, une forme atypique de carbone, peut transformer la façon dont les substances électroactives sont détectées et mesurées dans de nombreux domaines allant de la sécurité alimentaire et du diagnostic clinique à la surveillance environnementale.

Le graphène comprend de multiples feuilles ultraminces et hautement ordonnées d'anneaux d'atomes de carbone en forme de nid d'abeilles interconnectés. Cette architecture multicouche confère au matériau des propriétés électroniques exceptionnelles, notamment la conductivité électrique et l'activité électrocatalytique, ainsi que des caractéristiques physiques utiles pour la fabrication de capteurs électrochimiques.

Typiquement, Les électrodes de graphène sont produites en décollant des feuilles individuelles de graphite ou en déposant un mélange gazeux réactif de précurseurs sur un substrat. Cependant, ces approches demandent du temps, processus de synthèse et d'isolement en plusieurs étapes; plus, ils peinent à contrôler l'empilement et l'oxydation des tôles.

Pour améliorer les approches techniquement difficiles et coûteuses, chercheurs du laboratoire de Khaled Salama, en collaboration avec d'autres, a développé une méthode simple et évolutive qui convertit les films précurseurs de polymère ou de carbone en électrodes de graphène à l'aide d'un faisceau laser. Cette méthode sans masque produit uniforme, électrodes multicouches tridimensionnelles qui combinent une porosité et une surface élevées, nécessaires aux plateformes de capteurs électrochimiques et de biocapteurs de nouvelle génération.

L'équipe de Salama et ses collaborateurs de l'Université Hassan II de Casablanca, Maroc, ont incorporé des électrodes de graphène dérivé du laser (LDG) dans des plates-formes de détection pour les principales sources d'antioxydants appelés composés phénoliques et biomolécules électroactives associées.

Tous les composés testés ont montré une activité électrocatalytique plus élevée sur les plates-formes à base de graphène que sur les systèmes conventionnels utilisant des électrodes en carbone.

"Les plateformes à base de graphène ont montré d'excellentes performances pour la détection du paracétamol, une drogue courante, " dit Abdellatif Ait Lahcen, un post-doctorant du Salama's Lab. Ils ont également distingué le paracétamol dans un comprimé disponible dans le commerce qui combine le médicament avec l'acide ascorbique antioxydant, qui produit souvent des interférences dans les analyses électrochimiques typiques.

Une évaluation du comportement électrochimique d'un ensemble d'hormones et de neurotransmetteurs appelés catécholamines a également permis de mieux comprendre les mécanismes des réactions d'oxydoréduction de ces composés.

Il existe de nombreuses approches de modification des électrodes qui peuvent améliorer les performances du capteur. Récepteurs biologiques, comme les enzymes, acides nucléiques et anticorps, fournir des capteurs spécifiques à la cible, mais ils nécessitent des techniques complexes d'immobilisation de surface.

Des alternatives potentielles émergent pour ces récepteurs naturels. Les polymères synthétiques connus sous le nom de polymères à empreinte moléculaire (MIP) sont durables et faciles à préparer. Les chercheurs du KAUST prévoient d'optimiser la fabrication des capteurs et d'étendre leurs applications à d'autres biomolécules et biomarqueurs de maladies. « Nous développons des capteurs biomimétiques modifiés par MIP pour la détection précoce des biomarqueurs du cancer du sein, " dit Ait Lahcen.

Les chercheurs ont modifié les électrodes LDG avec des MIP pour fabriquer un capteur bon marché pour la détection du bisphénol A (BPA) dans les échantillons d'eau et de plastique. La modification impliquait la synthèse de polypyrrole sous tension appliquée en présence de molécules de BPA, qui servaient de modèles et laissaient des empreintes dans le polymère une fois retirés. Le capteur a affiché une sensibilité et une sélectivité envers le BPA plus élevées que des substances similaires, comme l'estradiol, l'épinéphrine et le bisphénol F.

« La combinaison d'électrodes LDG et de MIP conduira à de nouveaux capteurs électrochimiques hautement sensibles et sélectifs, " dit Tutku Beduk, un doctorat étudiant du laboratoire de Salama.

Salama pense que ces capteurs basés sur MIP aideront à garantir que l'eau reste propre, pur et sans toxines.