Переработка электронных отходов в гетерогенные наноскелеты CuₓO для высокочувствительного определения глюкозы

Рост использования электронных устройств делает проблему управления электронными отходами (e-waste) критически важной. Методы переработки печатных плат (PCB) делятся на физические и химические.

Физическая переработка включает механический демонтаж и разделение, химическая — гидрометаллургию или пирометаллургию. Однако эти методы дороги и часто загрязняют окружающую среду. Лазерная технология предлагает новый, экологичный и эффективный подход для извлечения металлов из плат.

Неинвазивный мониторинг глюкозы важен для управления диабетом. Пот содержит глюкозу и другие биомаркеры, поэтому электрохимические сенсоры для её определения в поте стали объектом исследований. Особое внимание привлекают неферментативные сенсоры глюкозы из-за их низкой стоимости и стабильности.

Оксид меди (Cu_xO) — идеальный материал для таких сенсоров благодаря биосовместимости и высокой чувствительности к глюкозе. Традиционные методы приготовления электродов из оксида меди сложны, требуют много времени и опасных химикатов. Лазерно-индуцированные процессы, напротив, предлагают более экологичный, быстрый и масштабируемый подход.

Чтобы решить двойную проблему e-waste и диабета, Гуйцзюнь Ли и коллеги из Гонконгского университета науки и технологий предложили метод лазерно-индуцированного переноса для преобразования меди из e-waste в электроды портативных сенсоров глюкозы. Они использовали быструю, недорогую, экологичную и масштабируемую технику лазерно-индуцированного переноса для получения h-Cu_xO электродов из выброшенных печатных плат.

Исследование опубликовано в журнале Nano-Micro Letters.

Перед лазерным переносом защитное покрытие с поверхности платы удаляли лазерной абляцией. Затем методом лазерно-индуцированного обратного переноса (LIBT) медь переносили с платы на стеклянную подложку, а методом лазерно-индуцированного прямого переноса (LIFT) — на углеродную ткань. Используя этот метод, команда разработала автоматизированную систему для непрерывного производства электродов.

Производительность электродов h-Cu_xO сравнили с коммерческими наночастицами Cu₂O и CuO. После электрохимической активации электрод h-Cu_xO-EA показал самую высокую чувствительность: 9.893 мА мМ^-1 см^-2 (R²=0.996) с пределом обнаружения 0.34 мкМ.

Электрод h-Cu_xO-EA также продемонстрировал отличные антиинтерференционные свойства. При тестировании в искусственном поте электрод сохранил почти 100% отклика тока после восьми недель, что указывает на выдающуюся долгосрочную стабильность.

Кроме того, Ли и коллеги разработали миниатюрную электрохимическую станцию, способную передавать данные в реальном времени на смартфон по Bluetooth. Кривые, полученные на миниатюрной системе, совпали с данными станции PARSTAT, что подтвердило её надёжность.

Отклик тока электрода h-Cu_xO-EA на разные концентрации глюкозы, измеренный миниатюрной станцией, показал, что более высокие концентрации дают более высокий отклик. Кривая аппроксимации продемонстрировала пропорциональную зависимость с чувствительностью 61.67 мкА моль^-1.

Тесты с искусственным потом, содержащим пять разных концентраций глюкозы, показали, что рассчитанные значения близко соответствуют фактическим концентрациям. Устройство для определения глюкозы миниатюризировали для повышения портативности и масштабируемости, что делает его более пригодным для интеграции в повседневную жизнь.