La impresión láser en hojas de árboles caídas produce sensores para uso médico y de laboratorio

Mediante pirólisis, la celulosa se transforma en grafito en el formato adecuado para que esas superficies funcionen como dispositivos de detección que se pusieron a prueba exitosamente en la determinación de concentraciones de dopamina y paracetamol

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La fabricación de sensores mediante impresión 3D aúna tres virtudes: rapidez, libertad de diseño y la posibilidad de utilización de residuos como sustrato. Y se han obtenido diversos resultados, en una perspectiva de economía circular, que transforma lo que se consideraría como basura en un recurso de bajo costo.

Un equipo de investigadores de Brasil, encabezado por los profesores Bruno Janegitz, coordinador del Laboratorio de Sensores, Nanomedicina y Materiales Nanoestructurados (LSNano) de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), y Thiago Paixão, coordinador del Laboratorio de Lenguas Electrónicas y Sensores Químicos de la Universidad de São Paulo (USP), ha presentado ahora una nueva solución, bastante creativa. Se trata de la impresión de sensores electroquímicos en hojas de árboles caídas.

Y un artículo al respecto de esta iniciativa –que contó con el apoyo de la FAPESP– salió publicado en el periódico científico ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

“Utilizamos un láser de CO₂ [dióxido de carbono] para imprimir mediante pirólisis y carbonización el dibujo de interés en la hoja. De este modo obtuvimos un sensor electroquímico para la determinación de concentraciones de dopamina y paracetamol. El funcionamiento es sumamente sencillo: basta con instilar una gota de la solución de uno de estos compuestos sobre el sensor y éste −acoplado a un potenciostato− informa la concentración”, dice Janegitz.

En resumen, lo que ocurre es un proceso pirolítico: el haz del láser quema la hoja, transformando la celulosa presente en grafito. Y el cuerpo de grafito se imprime en la hoja en el formato adecuado para funcionar como sensor. Durante el proceso de fabricación, los parámetros del láser, incluidos la potencia, la tasa de barrido y el intervalo de barrido, se ajustan sistemáticamente para lograr el resultado propuesto.

“Los sensores fabricados se caracterizaron posteriormente mediante métodos morfológicos y fisicoquímicos, lo que permite lograr una exploración exhaustiva de la nueva superficie carbonizada que se genera en las hojas”, afirma Janegitz.

Y prosigue: “Para poner a prueba la aplicabilidad de los sensores, los empleamos en la detección de dopamina y paracetamol en muestras biológicas y farmacéuticas. Para la dopamina, el sistema mostró eficiencia en una franja lineal de 10 a 1.200 micromoles por litro, con un límite de detección de 1,1 micromoles por litro. Con relación al paracetamol, el sistema funcionó en una franja lineal de 5 a 100 micromoles por litro, con un límite de detección de 0,76 micromol por litro”.

Las pruebas con dopamina y paracetamol, adoptadas como prueba de concepto, mostraron que sensores derivados de hojas de árboles caídas exhiben un rendimiento analítico satisfactorio y notable reproducibilidad, lo que resalta su potencial como alternativa a los sustratos convencionales.

En el reemplazo de los materiales convencionales por las hojas, existe una importante mejora no solamente en lo concerniente a la disminución de costos, sino también y principalmente en la sostenibilidad ambiental. “Las hojas que se quemarían o, en la mejor de las hipótesis, se destinarían al compostaje, pasan a erigirse en soporte para la producción de dispositivos con un alto valor agregado. Se trata de un importante avance en la fabricación de sensores electroquímicos de última generación”, comenta Janegitz.

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Green Fabrication and Analytical Application of Disposable Carbon Electrodes Made from Fallen Tree Leaves Using a CO₂ Laser en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.3c06526.