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咖啡渣和電極，這兩個(gè)看似毫不相干的事物，被科學(xué)家們放到一起，竟產(chǎn)生了難以置信的奇妙應(yīng)用。

一項(xiàng)將在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）春季會(huì)議上展示的研究成果顯示，將用過(guò)的咖啡渣能夠作為環(huán)境友好的電極涂層，用于敏感的神經(jīng)化學(xué)測(cè)量。這種材料最終可以幫助科學(xué)家更好地檢測(cè)大腦活動(dòng)，并檢測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)的微小水平變化。

廢咖啡渣此前曾被用于制造多孔碳超級(jí)電容器，用于儲(chǔ)能。但現(xiàn)在，由首席研究員阿什利·羅斯博士（Ashley Ross）領(lǐng)導(dǎo)的新研究已經(jīng)將回收的咖啡廢棄物帶入了另一個(gè)更具生物性的方向。她和她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，涂有這種廢物中碳的電極可以在體外檢測(cè)到微量的生物分子。據(jù)羅斯說(shuō)，這是第一個(gè)將殘留咖啡渣重新用于生物傳感應(yīng)用的例子。

羅斯說(shuō)：“我看到了一些關(guān)于利用咖啡渣生產(chǎn)多孔碳儲(chǔ)能的論文，我想也許我們可以在神經(jīng)化學(xué)檢測(cè)工作中使用這種導(dǎo)電材料。還認(rèn)為這是為實(shí)驗(yàn)室買很多咖啡的好借口！”來(lái)自辛辛那提大學(xué)的羅斯和她的團(tuán)隊(duì)中的幾個(gè)成員都自稱是咖啡愛(ài)好者。

長(zhǎng)期以來(lái)，神經(jīng)科學(xué)家使用的傳統(tǒng)微電極通常由碳纖維、細(xì)的固體碳鏈捆綁在一起制成。制造它們通常是一個(gè)艱巨而昂貴的過(guò)程，涉及多個(gè)步驟和苛刻的化學(xué)品。最終，羅斯希望用咖啡渣中的碳來(lái)制造整個(gè)電極，因?yàn)檫@種方法既便宜又環(huán)保。作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的第一步，研究人員將這種材料用作常規(guī)電極的涂層。

卡米亞·拉普斯利（Kamya Lapsley）是羅斯實(shí)驗(yàn)室的成員之一，目前是肯特州立大學(xué)的本科生，她接受了這個(gè)最初的挑戰(zhàn)。她和其他實(shí)驗(yàn)室成員將用過(guò)的咖啡渣烘干，并在700攝氏度的管式爐中加熱。接下來(lái)，他們將這種材料加入氫氧化鉀溶液中，以活化碳，并在結(jié)構(gòu)上開(kāi)孔。

然后，研究人員在氮?dú)庀略俅渭訜峄旌衔铮匀コ魏尾恍枰母碑a(chǎn)品。剩下的是一種充滿多孔碳斑點(diǎn)的墨色漿體。作為最后一步，研究人員用水稀釋漿體，將碳纖維電極浸入其中，在其上覆蓋一層比頭發(fā)直徑小近百倍的多孔碳。

研究人員用快速掃描循環(huán)伏安法比較了涂覆和未涂覆電極感應(yīng)少量多巴胺（一種神經(jīng)遞質(zhì)）的性能。通過(guò)這種技術(shù)，他們向電極施加快速變化的電壓，以交替氧化和減少多巴胺。這項(xiàng)技術(shù)的速度足以檢測(cè)到亞秒級(jí)的神經(jīng)遞質(zhì)釋放，就像在大腦中發(fā)生的那樣。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在多巴胺存在的情況下，涂有多孔碳的電極達(dá)到的氧化電流水平是裸露碳纖維的三倍以上，這表明涂有多孔碳的電極為多巴胺檢測(cè)提供了更靈敏的表面。羅斯說(shuō)，這種多孔結(jié)構(gòu)不僅因?yàn)橥繉拥拇蟊砻娣e而允許更多的多巴胺分子參與反應(yīng)，而且還會(huì)瞬間將多巴胺分子困在電極的縫隙中。

這些特性提高了靈敏度，使研究人員能夠進(jìn)行更快的測(cè)量。該小組目前正在探索這些多孔涂層如何影響該技術(shù)的時(shí)間分辨率。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將用廢棄咖啡渣中的多孔碳從頭開(kāi)始制作碳纖維電極，這將使電極不僅在表面上，而且在整個(gè)表面上具有均勻的孔隙率。羅斯預(yù)測(cè)，這將繼續(xù)提高他們的神經(jīng)化學(xué)檢測(cè)能力，因?yàn)殡姌O的更大總表面積將暴露在多巴胺分子的吸附之下。與此同時(shí)，羅斯計(jì)劃在活體大鼠的大腦中測(cè)試當(dāng)前的咖啡涂層電極。

與此同時(shí)，項(xiàng)目的下一階段將不乏起始材料，因?yàn)檎麄€(gè)實(shí)驗(yàn)室似乎都喜歡喝咖啡。羅斯說(shuō)：“研究團(tuán)隊(duì)中的各位提供的咖啡渣比我們需要的多得多。我的整個(gè)實(shí)驗(yàn)室都非常喜歡這個(gè)項(xiàng)目?！?/p>

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