blog

Nov 06, 2023

Alto

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14649 (2022) Citar este artigo

1341 acessos

1 Citações

2 Altmétrica

Detalhes das métricas

Neste estudo, o desempenho de uma célula de biocombustível serigrafada e baseada em papel com eletrodos de carbono mesoporoso com molde de MgO (MgOC) foi melhorado em duas etapas. Primeiro, uma pequena quantidade de carboximetilcelulose (CMC) foi adicionada à tinta MgOC. Em seguida, o cátodo foi modificado com bilirrubina antes de imobilizar a bilirrubina oxidase (BOD). O CMC aumentou a acessibilidade dos mesoporos do MgOC e, posteriormente, o desempenho do bioânodo e do biocátodo. O CMC provavelmente também aumentou a estabilidade dos eletrodos. A pré-modificação com bilirrubina melhorou a orientação do BOD, o que facilitou a transferência direta de elétrons. Com essas duas etapas, um potencial de circuito aberto de 0,65 V, uma densidade de corrente máxima de 1,94 mA cm-2 e uma densidade de potência máxima de 465 μW cm-2 foram alcançados com lactato oxidase como enzima bioanódica e lactato como combustível. Este é um dos desempenhos mais altos relatados para uma célula de biocombustível.

Materiais de carbono mesoporosos são um dos materiais mais atraentes para a fabricação de dispositivos bioeletroquímicos, como biossensores e células de biocombustível1,2,3. Esses materiais combinam alta condutividade, alta área superficial e excelente biocompatibilidade, são excelentes para eletrodos e matrizes para imobilização de enzimas. Yang et ai. relataram um aumento da estabilidade da temperatura e do pH quando a glicose oxidase foi imobilizada em carbono mesoporoso ordenado4. Entre os diferentes tipos de materiais de carbono mesoporosos estão os carbonos modelados por óxido. O tamanho dos poros de carbonos modelados por óxido pode ser controlado controlando o tamanho do molde de óxido5,6,7,8,9. Um desses carbonos modelados por óxido é o carbono modelado por MgO (MgOC), que está disponível comercialmente5,6. O efeito do tamanho do poro do MgOC na eletroquímica direta tem sido investigado para D-frutose desidrogenase10 e bilirrubina oxidase (BOD)11,12. Além disso, as células de biocombustível (BFCs) fabricadas com tecido de carbono modificado com tinta MgOC tiveram uma saída de alta potência de 2 mW cm-213 e 4,3 mW cm-214 com glicose desidrogenase (GDH) e lactato oxidase (LOx) como enzimas, respectivamente.

Uma tinta MgOC também é o primeiro passo na fabricação de um eletrodo de MgOC impresso em tela. O material de carbono condutor em tintas de serigrafia precisa ser disperso uniformemente sob tensão de cisalhamento aplicada durante a impressão. Uma dispersão desigual pode levar a um eletrodo parcialmente quebradiço (onde muito pouco ligante está presente) e/ou uma resistência parcialmente aumentada (onde muito ligante está presente). Uma dispersão mais alta também pode levar a um maior grau de porosidade, pois a aglomeração se torna menos provável. Pequenas quantidades de aditivos podem melhorar a dispersão da tinta sem interferir na condutividade e, portanto, na qualidade e reprodutibilidade do eletrodo impresso. No entanto, embora materiais biocompatíveis e sustentáveis, como a carboximetilcelulose (CMC), tenham sido usados ​​como dispersantes para materiais de carbono15, os dispersantes não foram considerados para tintas MgOC para serigrafia.

Eletrodos impressos em tela são promissores para a fabricação de biossensores vestíveis, especialmente para aplicações de saúde16,17,18. Os biossensores vestíveis estão recebendo atenção significativa nos últimos anos devido à tendência de um gerenciamento de saúde mais personalizado e em tempo real dos pacientes, bem como um monitoramento mais próximo e orientado por dados da condição física de profissionais de alto desempenho, como atletas e bombeiros. Da mesma forma, os BFCs vestíveis também estão recebendo atenção considerável, tanto como coletores de energia quanto como sensores autoalimentados19,20,21,22. Como coletores de energia, os BFCs vestíveis coletam energia da glicose ou lactato contidos em fluidos corporais para alimentar pequenos dispositivos. BFCs vestíveis como sensores autoalimentados utilizam o fato de que a energia coletada da glicose ou lactato a qualquer momento depende da concentração do respectivo combustível. Os sensores autoalimentados não requerem uma fonte de energia para o dispositivo sensor. Alguns exemplos de biossensores vestíveis e BFCs são integrados à almofada nasal de óculos23, microfluídicos fabricados a partir de um material macio24,25, fabricados em filme flexível fino25,26, tipo tatuagem27, à base de tecido28,29 e à base de papel30,31 ,32.