Upcycling van e-afval in heterogene CuₓO nano-skeletten voor hoogwaardige glucosedetectie

Naarmate het gebruik van elektronische apparaten blijft toenemen, is het beheer van elektronisch afval (e-waste) een kritiek punt geworden. Recyclingmethoden voor printplaten (PCB’s) worden over het algemeen ingedeeld in fysieke en chemische benaderingen.

Fysieke recycling omvat mechanische demontage en scheiding, terwijl chemische recycling afhankelijk is van hydrometallurgie of pyrometallurgie. Deze methoden zijn echter duur en veroorzaken vaak vervuiling. Lasertechnologie biedt een nieuwe, milieuvriendelijke en efficiënte aanpak voor het terugwinnen van metalen uit PCB’s.

Niet-invasieve glucosebewaking is cruciaal voor het beheersen van diabetes. Zweet bevat glucose en andere biomarkers, en het detecteren van glucoseconcentratie in zweet met behulp van elektrochemische sensoren is een onderzoeksfocus geworden. Onder deze sensoren krijgen niet-enzymatische glucosesensoren aandacht vanwege hun lage kosten en stabiliteit.

Koperoxide (Cu_XO) is een ideaal materiaal voor het fabriceren van niet-enzymatische glucosesensoren vanwege de biocompatibiliteit en hoge gevoeligheid voor glucose. Traditionele methoden voor het bereiden van koperoxide-elektroden zijn vaak complex, tijdrovend en vereisen gevaarlijke chemicaliën. Daarentegen bieden lasergeïnduceerde processen een milieuvriendelijkere, snellere en schaalbare aanpak voor het fabriceren van kopergebaseerde elektroden.

Om de dubbele uitdaging van e-waste en diabetes aan te pakken, stelden Guijun Li en collega’s van de Hong Kong University of Science and Technology een laser-geïnduceerde overdrachtsmethode voor die koper uit e-waste hergebruikt om draagbare glucosesensorelektroden te fabriceren. Ze gebruikten een snelle, goedkope, milieuvriendelijke en schaalbare laser-geïnduceerde overdrachtstechniek om h-Cu te bereiden_XO-elektroden van afgedankte printplaten.

Het onderzoek is gepubliceerd in het dagboek Nano-micro-letters.

Vóór de lasertransferstap werd de beschermende coating op het PCB-oppervlak verwijderd met behulp van laserablatie. Laser-induced backward transfer (LIBT) werd vervolgens gebruikt om koper van de PCB over te brengen op een glazen substraat, gevolgd door laser-induced forward transfer (LIFT) om het koper af te zetten op een koolstofdoeksubstraat. Met behulp van deze lasertransfermethode ontwikkelde het team een ​​geautomatiseerd systeem voor continue elektrodeproductie nadat de laserverwerkingsparameters waren ingesteld.

De prestaties van h-Cu_XO-elektroden werden vergeleken met commerciële Cu₂O en CuO nanodeeltjes als glucose-sensor elektroden. Na elektrochemische activering, de h-Cu_XDe O-EA-elektrode vertoonde de hoogste gevoeligheid van alle geteste elektroden en bereikte 9,893 mA mM^-1 cm^-2 (R²=0,996) met een detectielimiet van 0,34 μM.

De h-Cu_XO-EA-elektrode vertoonde ook uitstekende anti-interferentie-eigenschappen. Bij tests voor glucosedetectie in kunstmatig zweet behield de h-CuₓO-EA-elektrode na acht weken bijna 100% van zijn huidige respons, wat wijst op uitstekende stabiliteit op de lange termijn.

Daarnaast ontwikkelden Li en collega’s een miniatuur elektrochemisch werkstation dat draadloos realtime data via Bluetooth naar een smartphone kan verzenden. De elektrochemische curven die werden verkregen uit het miniatuursysteem kwamen overeen met die gemeten door een PARSTAT elektrochemisch werkstation, wat de betrouwbaarheid van het systeem bevestigde.

De stroomrespons van de h-CuₓO-EA-elektrode op verschillende glucoseconcentraties, gemeten met het miniatuurwerkstation, toonde aan dat hogere glucoseconcentraties hogere stroomresponsen produceerden. De fittingcurve toonde een proportionele relatie tussen stroomrespons en glucoseconcentratie, met een gevoeligheid van 61,67 μA mol^-1.

Tests met kunstmatig zweet met vijf verschillende glucoseconcentraties lieten zien dat de berekende waarden nauw aansloten bij de werkelijke concentraties. Het glucosedetectieapparaat werd geminiaturiseerd om de draagbaarheid en schaalbaarheid te verbeteren, waardoor het geschikter werd voor integratie in het dagelijks leven.