Sensori stampati in 3D per la sicurezza alimentare, rilevamento di micotossina Zearalenone
Ricercatori internazionali si sono uniti per esplorare come la stampa 3D può aiutare nella sicurezza alimentare, descrivendo in dettaglio le loro scoperte in ” elettrodi stampati in 3D per la rilevazione di micotossine negli alimenti “.
Mentre molti di noi raramente possono preoccuparsi se i prodotti alimentari comuni siano sicuri o meno, gli scienziati lavorano continuamente dietro le quinte per migliorare sia l’analisi che la sicurezza. In questo studio, gli autori si concentrano su modi migliori per rilevare la micotossina zearalenone (ZEA), un contaminato del cibo che a volte si trova nei cereali e in altri articoli come i mangimi. Conosciute come “metaboliti secondari velenosi”, le micotossine causano comunemente la crescita di muffe e possono essere responsabili di malattie, possibilità di cancro e decessi. ZEA proviene dalle specie di funghi Fusarium e può essere abbastanza pericoloso quando si diffonde nelle aree di conservazione degli alimenti.
Utilizzando una stampante 3D FDM, sono stati fabbricati elettrodi di grafene per rilevare ZEA; tuttavia, l’attivazione pre-trattamento è stata fondamentale per garantire le prestazioni degli elettrodi. Gli autori hanno utilizzato un metodo esistente per il pretrattamento, noto per migliorare sostanzialmente i segnali di uscita nel rilevare ZEA. Gli elettrodi, di dimensioni uniformi con una lunghezza di ~ 4,5 cm e con un disco circolare chiuso ad un’estremità, sono stati progettati utilizzando un software di modellazione 3D, stampati e quindi imbevuti di N, N-dimetilformammide (DMF).
Rappresentazione schematica della fabbricazione da filamenti di grafene / acido polilattico di elettrodi di grafene stampati in 3D e loro pretrattamento per la rilevazione di ZEA.
“Le prestazioni di rilevamento elettrochimico degli elettrodi stampati 3D attivati sono state confrontate con quelle degli elettrodi di carbonio vetroso nudo (GC) e della grafite pirolitica piano-piano (EPPG) per analizzare eventuali differenze apparenti nei segnali attuali ottenuti verso il rilevamento di ZEA”, ha dichiarato i ricercatori. “Inoltre, i segnali voltammetrici ottenuti dagli elettrodi GC ed EPPG forniscono un confronto di base con un elettrodo inerte e una superficie sensibile dell’elettrodo con siti del bordo reattivo rispettivamente”.
Voltammogrammi ciclici di carbonio vetroso (GC), grafite pirolitica piano-piano (EPPG) ed elettrodi stampati in 3D (questi ultimi fabbricati con filamenti di grafene / acido polilattico) nella rilevazione di 100 µM di ZEA (vs. Ag / AgCl). Condizioni: soluzione tampone fosfato 0,01 M (pH 7,2) come elettrolita, velocità di scansione 100 mV s − 1.
Notando che l’elettrodo di grafene stampato in 3D sembrava essere meno elettroattivo rispetto agli elettrodi GC o EPPG, gli autori hanno visto che rilevava ancora ZEA (evidenziato dal picco anodico). Facendo il prossimo passo per vedere se era possibile riutilizzare gli elettrodi stampati in 3D, il team di ricerca ha sperimentato diversi solventi, oltre a saltare del tutto la fase di lavaggio per alcuni dei campioni. Alla fine, gli elettrodi non sottoposti a lavaggio hanno mostrato un picco anodico più ampio. Ulteriori studi hanno indotto il team a raccomandare di lavare gli elettrodi tra le misurazioni per evitare prodotti collaterali indesiderati.
L’acetone utilizzato nel lavaggio di alcuni degli elettrodi del campione avrebbe potuto essere responsabile della corrosione delle parti e della reazione allo strato di grafene. La possibilità di un “segnale voltammetrico rumoroso” potrebbe impedire agli elettrodi di rilevare correttamente:
“Pertanto, potrebbe non essere appropriato lavare gli elettrodi a base di grafene con sostanze chimiche aggressive per preservare l’integrità strutturale dello strato superficiale. I risultati ottenuti mostrano che una fase di lavaggio tra le misurazioni è vantaggiosa e cruciale per ottenere risultati riproducibili. Inoltre, l’acqua deionizzata risulta essere un solvente ideale per il lavaggio di elettrodi di grafene attivato stampati in 3D usati ”, hanno affermato gli autori.
Il design potrebbe essere ulteriormente perfezionato con altri materiali conduttivi, promuovendo una maggiore sensibilità e una risposta elettrochimica. Gli autori hanno raccomandato il possibile uso di dichalcogenides dei metalli di transizione (TMD) per una migliore conduttività e hanno affermato che erano necessari ulteriori studi, insieme alla sperimentazione per testare gli elettrodi stampati in applicazioni di campioni reali per scoprire di più sulle interferenze nel rilevamento.
“Questo studio apre le porte a futuri miglioramenti degli elettrodi stampati in 3D per massimizzare le loro prestazioni attraverso una migliore progettazione degli elettrodi, una migliore scelta dei materiali e ulteriori processi di funzionalizzazione. Inoltre, questo lavoro di proof-of-concept apre la possibilità alla fabbricazione in loco di dispositivi di rilevamento personalizzati per la sicurezza e l’ispezione degli alimenti “, hanno concluso i ricercatori.
Grafici di calibrazione di (A) carbonio vetroso (GC) e (B) attivati elettrodi di grafene stampati in 3D. Condizioni: soluzione tampone fosfato 0,01 M (pH 7,2) come
elettrolita, velocità di scansione 100 mV s − 1.