Vďaka zvolenej technológii je výsledná elektróda výrazne lacnejšia. Navyše je citlivá k životnému prostrediu.
Tlačenie elektród na tlačiarni. Zdroj: CATRIN
Kúpiť si špeciálny atrament a doma či v kancelárii si vytlačiť senzor na zistenie prítomnosti baktérií v tele alebo napríklad ťažkých kovov vo vode? Vďaka vedcom z Českého inštitútu výskumu a pokročilých technológií – CATRIN Univerzity Palackého v Olomouci (UP) to môže byť v dohľadnom čase možné.
Ako prví na svete totiž v bežnej atramentovej tlačiarni vytlačili pomocou vlastnoručne vyrobeného grafénového atramentu univerzálnu elektródu pre najrôznejšie senzory. V porovnaní s komerčne využívanými produktmi má táto elektróda rovnaký výkon a citlivosť, vďaka zvolenej technológii je však výrazne lacnejšia a dostupnejšia. Úspech vedcov prezentoval časopis Biosensors and Bioelectronics.
Využitie biosenzorov v praxi
Elektrochemické biosenzory sú využiteľné nielen v medicíne, ale napríklad aj na sledovanie kvality potravín, pitnej vody alebo ovzdušia. Ich kľúčovou súčasťou sú elektródy. Na ich výrobu sa ako veľmi vhodné ukázali materiály práve na báze grafénu. Základom úspechu olomouckých vedcov bola príprava grafénového atramentu s potrebnými vlastnosťami.
„Nájsť atramenty vhodné na tlač nie je ľahké, pretože musia spĺňať množstvo vlastností, ktoré sú úplne kľúčové pre tento typ tlače, je to napríklad veľkosť častíc v atramente či jeho viskozita. My sme túto kombináciu našli a grafénový atrament vyrobili. Vďaka tomu sme vytlačili elektródu, ktorá je univerzálna a je v žiaducom tvare. V akomkoľvek elektrochemickom laboratóriu si ho dokážu zapojiť a merať s ním,“ povedal prvý autor článku Martin-Alex Nalepa, ktorý sa do výskumných projektov CATRIN zapojil ešte ako študent Prírodovedeckej fakulty UP.
Univerzálna elektróda pre senzory. Zdroj: CATRIN
Mysleli aj na životné prostredie
Technológia je lacná, pretože na rozdiel od existujúcich postupov je vďaka atramentovej tlači na tvorbu elektródy potrebné veľmi malé množstvo materiálu.
„Komerčné metódy používajú rádovo miligramy materiálu a elektródy stoja minimálne niekoľko desiatok korún. My potrebujeme materiálu zhruba tisíckrát menej, teda rádovo mikrogramy. Náklady na materiál pre jednu elektródu sme vypočítali asi na dve české koruny. Jej výkon je porovnateľný s komerčne využívanými senzormi, ktoré sú pripravované inými metódami, ale výroba je veľmi presná a jednoduchá. Navyše sme mysleli aj na životné prostredie, a preto sme ako rozpúšťadlo atramentu zvolili obyčajnú vodu,“ objasnil ďalší z autorov David Panáček z CATRIN.
Senzor vytlačený z pohodlia domova
Výskumníci chcú pokročiť ešte ďalej. Cieľom je pripravovať rôzne typy atramentov pre konkrétne aplikácie funkcionalizáciou grafénu, teda pripojením špecifickej molekuly, ktorá bude sledované látky vychytávať. Využitie je veľmi pestré – od detekcie mikróbov, antibiotík, pesticídov, markerov niektorých chorôb až po škodliviny v životnom prostredí.
„Vízia je taká, že zákazník si kúpi funkcionalizovaný atrament, dá si ho do vlastnej tlačiarne a senzor si vytlačí doma alebo v kancelárii. Vytlačenú elektródu dnes môže pripojiť aj k mobilnému telefónu a merať. Napríklad počas covidu bol nedostatok testov, pretože sme boli závislí od dodávateľov zo zahraničia. Tento systém by zaistil nezávislosť a významne by rozšíril spektrum testov. Tých sa zatiaľ v lekárňach až na niekoľko výnimiek nedostáva a ľudia musia podstupovať po odporúčaní lekárom na špecializovaných pracoviskách vyšetrenia, ktoré sú navyše pomerne drahé,“ doplnil Panáček.
Vedecký majstrovský kúsok sa autorom podaril v rekordne krátkom čase, hoci začínali s touto technológiou od nuly. „S prvými krokmi nám pomohla naša dlhodobá spolupráca s kolegami z tímu profesora Arbena Merkociho zo špičkového výskumného ústavu ICN2 v Barcelone. Našou pridanou hodnotou bola skvelá synergia v našom multidisciplinárnom tíme, ktorá urýchlila prekonanie radu prekážok počas výskumu,“ uviedol vedúci tímu Michal Otyepka. Podľa neho už vedci rokujú s možnými záujemcami o komercializáciu.
Pripraviť postup na výrobu grafénového atramentu na tlač stabilných, citlivých a selektívnych elektród biosenzorov a overiť ich v laboratórnych podmienkach je cieľom prestížneho grantu Európskej výskumnej rady (ERC) v kategórii Proof of Concept, ktorý Otyepka vlani dostal.
Zdroj: CATRIN Univerzity Palackého v Olomouci
(JM)
