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Eletrodo eletroquímico de agulha de aço inoxidável
Acupunctura e agulhas de moxibustão têm sido usadas há milhares de anos na China para estimular pontos específicos do corpo humano para tratar doenças. Mas nos últimos anos, esta pequena agulha de a ço inoxidável assumiu uma nova identidade - o "eletrodo funcionante" dos sensores eletroquímicos.
Componentes convencionais de sensores de microagulhas de aço inoxidável muitas vezes requerem processos de fabricação laboratoriais que consumem tempo. Entretanto, pesquisadores descobriram que a acupuntura comercialmente disponível de aço inoxidável e a própria agulha de moxibustão é um substrato de eletrodos quase ideal - exquisito em tamanho (diâmetro da agulha pode alcançar 0,15~0,5 mm), elevado em força mecânica, baixo custo e bom em condutividade. através da modificação funcional da superfície, uma agulha de acupuntura e moxibustion comum pode se tornar um sensor microeletroquímico que pode detectar glicose, ións de metal pesado, neurotransmissores e outros alvos.
Primeiro avanço:O eletrodo eletroquímico do tipo agulha de a ço inoxidável combina as vantagens geométricas das agulhas de acupuntura e moxibustão ou microagulhas com a função de superfície da sensação eletroquímica - o corpo da agulha atua como substrato condutivo e suporte mecânico, e a ponta da agulha se torna uma superfície de sensação após modificação funcional, de modo que uma agulha metálica comum possui duas capacidades de "entrada em punção" e "detecção química" ao mesmo tempo.
A vantagem central dos eletrodos de agulha de aço inoxidável está radicada no desempenho abrangente dos próprios materiais de aço inoxidável.
O diâmetro da agulha pode atingir 0,15-0,5 mm, o que não é fácil de quebrar e pode penetrar o estrato de córneu, superfície de sedimento ou tecido vegetal da pele. A equipe de pesquisa uma vez processou agulhas de acupuntura e moxibustão com diâmetro de 160 μm em microagulhas de 1 mm, as arranjou em 5 × 8 arrays, e construiu dispositivos de detecção de microagulhas portables.
Chrómio (Cr) em a ço inoxidável forma um filme de óxido denso no ar, dotando o eletrodo de comportamento de passivação estável na mídia ácida. Mostra resposta eletroquímica estável em 0,25 mol/L H[UNK]SO ₄
A boa condutividade satisfaz os requisitos de testes eletroquímicos, reduz a queda olímica e melhora a relação sinal-ruído. O eletrodo da agulha SS304 mostra corrente de fundo extremamente superficial não Faraday na detecção de H[UNK]O[UNK], atenuando efetivamente o ruído de fundo.
Compila com o padrão ISO 10993 de biocompatibilidade e pode ser usado para testes in vivo; Modelos como 304, 430, 316L têm baixos preços e são adequados para uso único. 304 aço inoxidável tem excelente desempenho abrangente e se tornou o material preferido para eletrodos biomédicos.
A sensibilidade de um eletrodo de agulha de a ço inoxidável nua é limitada - é apenas uma agulha condutiva e não tem a habilidade de reconhecer seletivamente moléculas específicas alvo. A modificação da funcionalização da superfície é um passo chave na transformação em um verdadeiro sensor eletroquímico. As atuais estratégias principais de modificação incluem três tipos:
Substrato CS-PVP eletroposito, seguido de automontagem de nanopartículas de prata. O limite de detecção para NO ∝[UNK] é de 1,2 μM, e o limite de detecção para Cu ² [UNK] é de 15 nM. Fornece atividade catalítica e área de superfície específica.
Etching forma uma estrutura porosa e eletrodepósitos nanopartículas de ouro. O intervalo linear de detecção de Cu ² é de 0,1 a 1000 nM, o limite de detecção é de 0,1nM e a resolução espacial é de 4 mm.
A camada de nanopartículas PDA tem reduzibilidade e pode reduzir íons de ácido cloroaúrico para gerar Au NPs, fornecendo locais de ligação. Usado para detecção altamente seletiva de formaldeído em peixes.
Pesquisas mais avançadas também envolvem camada por camada composta de vários materiais. Por exemplo, uma estrutura multicamada de Pd, Ni, Au e Ni foi depositada sequencialmente em uma agulha de a ço inoxidável (agulha Ni Au Ni Pd/SS), atingindo detecção de glicose não enzimática com uma sensibilidade de 31,51 μM/mM e um limite de detecção tão baixo como 9 μM. A camada por camada auto-montagem de nanopartículas de ouro com nanotubos de carbono múltiplos paredes e polidopamina também foi usada para detecção simultânea de dopamina, acetaminofeno e clorpromazina. Um biosensor eletroquímico para detecção de glicose não enzimática foi realizado electrodepositando nanopartículas de ouro e nanopartículas de platina na superfície de acupuntura de aço inoxidável e agulhas de moxibustão por sua vez.
| Estratégia de modificação | Material crítico | alvo de detecção | limite de detecção | Avantagens essenciais |
|---|---|---|---|---|
| Automontagem de Ag NPs revestida por polimero | CS-PVP, Ag NPs | NO[UNK], Cu ²[UNK] | 1,2μM (NO[UNK]) 15nM (Cu ²[UNK]) |
Grande área específica de superfície e excelente atividade catalítica |
| Gravação eletroquímica de Au NPs incorporando | Estrutura porosa, Au NPs | Cu ²[UNK] | 0.1nM | Estrutura porosa protege Au NPs com resolução espacial de 4 mm |
| Nanomateriais de ouro porosos | PDA, Au NPs | Cu ² [UNK] na água do mar | 0.24nM | Adesão forte, não precisa de camada protetora |
| Depósito multicamadas de metais preciosos | Ni-Au-Ni-Pd | Glucose | 9μM | Não enzimático, sensibilidade 31,51 μM/mM |
| Depósito Bimetálico Pt/Au | Pt NPs Au NPs | Glucose | 0.0763mM | Catálise sinergista da interface de contato bimetalico |
A aplicação de eletrodos eletroquímicos de agulhas de aço inoxidável está se movendo do laboratório para a frente da indústria, cobrindo múltiplos campos como biomédico, monitoramento ambiental e regulação neural.
Mais de 500 milhões de pessoas sofrem de diabetes em todo o mundo. Um sensor de glicose baseado em eletrodo de agulha SS304 mostrou correlação linear (R ²=1.000) dentro da faixa de 1-20 mM, com RSD de reprodutibilidade de 4,4% -6,8%. Arranjos portadores de microagulhas têm sido usados para monitoramento contínuo do fluido intersticial, alcançando detecção em tempo real sem dor. Microagulhas de aço inoxidável modificadas com complexo GOx chitosano e revestidas com revestimento de hidrogel podem detectar seletivamente glicose em fluido intersticial simulado na pele.
Au NPs funcionalizado eletrodo de agulha tem um limite de detecção de 0,1nM para Cu ²+; nano material de ouro poroso funcionalizado acupuntura e agulha de moxibustão é utilizado para a detecção de cobre na água do mar (limite de detecção de 0,24nM). A análise in situ da distribuição vertical de concentração de Cu ²+em água de poro de sedimentos foi realizada com uma resolução espacial de 4 mm. O sensor baseado em agulhas de acupuntura e moxibustion também é usado para detectar íons de cádmio em produtos aquáticos.
Usado para gravar e regular sinais neurais. Com uma modificação razoável da superfície, a impedância de 1kHz pode ser controlada a 50-150 Ω, e a razão de ruído do sinal é > 85dB. O sensor de agulha minimalmente invasivo baseado na acupuntura de aço inoxidável e agulhas de moxibustão foi usado para monitorar o nível de oxigênio no tecido cerebral em tempo real.
A ponta da microagulha de a ço inoxidável é usada para construir uma camada de transfer ência de grapheno PEDOT em estado sólido e uma membrana sensível seletiva de íons, atingindo rápida detecção in situ de Mg ² [UNK] em troncos de cultura.
O diâmetro das agulhas convencionais de acupuntura e moxibustão é de 0,15 a 0,5 mm; o array de microagulhas portables pode ser tão fino quanto 160 μm. As agulhas finais significam menos trauma, mas requerem maior força mecânica.
304 tem excelente desempenho abrangente e é a escolha preferida para aplicações biomédicas; 316L tem melhor resistência à corrosão e é adequado para ambientes corrosivos como água do mar.
A detecção de glucose requer camadas catalíticas enzimáticas (GOx) ou não enzimáticas (Ni Au Ni Pd, etc.); A detecção de metal pesado requer camadas funcionais como Au NPs; A gravação neuronal requer uma interface de baixa impedância, alta relação sinal-ruído.
É necessária isolação para o bastão da agulha, expondo apenas a superfície sensorial da ponta da agulha. Métodos comuns: embalagem de tubos PVC, revestimento de polímeros e selagem com borracha de silicone na articulação.
A essência de eletrodos eletroquímicos de agulha de aço inoxidável é dotar uma agulha metal comum com a habilidade de "percepção" - ela mantém as vantagens mecânicas da agulha (minimalmente invasiva, precisa e ponturable), e obtém o "senso químico do cheiro" da sensação eletroquímica através da funcionalização da superfície.
Não é um único produto, mas uma plataforma tecnológica altamente personalizada com diâmetros seletáveis de agulhas, materiais, esquemas de modificação e alvos de detecção ajustáveis. Desde monitoramento contínuo da glicose no sangue até detecção de metais pesados na água do mar, da regulação neural até análise in vivo de plantas, eletrodos de agulha de aço inoxidável estão trazendo detecção eletroquímica do laboratório para o campo, de in vitro a in vivo, e de macroscópico a microscópico.
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