ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА В ПАСТАХ ДЛЯ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ
Аннотация
В данной работе описана электропроводящая графитовая паста, в качестве основного проводящего компонента которой был выбран терморасширенный графит. Полученная паста представляет собой гомогенную смесь поливинилхлорида и разноразмерных углеродных материалов (в том числе, газовую сажу и мелкокристаллический графит). Проведены исследования образца электрода, изготовленного на ее основе методом трафаретной печати. Рассмотрение свойств электрода представлено с целью выявления возможностей его применения в качестве основного компонента электрохимического биосенсора для измерения концентрации глюкозы в крови. Представлены результаты сравнительного анализа напечатанных электродов на основе разработанной пасты с электродами из коммерческой графитовой пасты от одного из ведущих мировых производителей (Gwent Electronic Materials). Полученные электроды характеризовались сопоставимыми физическими и электрохимическими параметрами. По результатам растровой электронной микроскопии электродов графитовая паста с терморасширенным графитом является пригодной для трафаретной печати. Удельное электрическое сопротивление электродов с терморасширенным графитом составляло 440 (Ом·мм2)/м, а у электродов, полученных на базе коммерческой пасты – 270 (Ом·мм2)/м. Биосенсор, изготовленный на основе оригинальной графитовой пасты, характеризуется широким диапазоном линейности отклика на глюкозу в пределах от 1 до 40 мМ, и схожими величинами токов и чувствительности по сравнению с коммерческим аналогом. Результаты исследований полученных электродов показали, что терморасширенный графит является перспективным материалом для применения в электрохимических системах, а снижение концентрации углеродных проводящих компонентов позволяет существенно снизить себестоимость готовой графитовой пасты и повысить ее коммерческий потенциал.
Для цитирования:
Грязнова М.И., Лугвищук Д.С., Грязнов К.О., Филимоненков И.С., Митберг Э.Б., Караева А.Р., Мордкович В.З. Применение терморасширенного графита в пастах для трафаретной печати электрохимических сенсоров. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 11. С. 59-64. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.3y.
Литература
Švancara I., Vytˇras K., Kalcher K., Walcarius A., Wang J. Carbon paste electrodes in facts, numbers, and notes: A review on the occasion of the 50-years jubilee of carbon paste in electrochemistry and electroanalysis. Electroanalysis. 2009. V. 21. P. 7–28. DOI: 10.1002/elan.200804340.
Švancara I., Walcarius A., Kalcher K., Vytˇras K. Carbon paste electrodes in the new millennium. Cent. Eur. J. Chem. 2009. V. 7. P. 598–656. DOI: 10.2478/s11532-009-0097-9.
Renedo O., Alonso-Lomillo M., Martínez M. Recent developments in the field of screen-printed electrodes and their re-lated applications. Talanta. 2007. V. 73. P. 202–319. DOI: 10.1016/j.talanta.2007.03.050.
Chu Z., Peng J., Jin, W. Advanced nanomaterial inks for screen-printed chemical sensors. Sens. Actuators. B. 2017. V. 243. P. 919–926. DOI: 10.1016/j.snb.2016.12.022.
Potts S., Phillips C., Claypole T. The effect of carbon ink rheology on ink separation mechanisms in screen-printing. Coatings. 2020. V. 10. N 10. P. 1-17. DOI: 10.3390/coatings10101008.
Rao V.K., Sharma M.K., Pandey P., Sekhar K. Comparison of different carbon ink based screen-printed electrodes towards amperometric immunosensing. World J. Microbiol. Biotechnol. 2006. V. 22. Р. 1135–1143. DOI: 10.1007/s11274-006-9154-0.
Sys M., Khaled E., Metelka R., Vytras K. Electrochemical characterisation of novel screen-printed carbon paste electrodes for voltammetric measurements. J. Serb. Chem. Soc. 2017. V. 82. N 7-8. P. 865-877. DOI: 10.2298/JSC170207048S.
Melios N., Tsouti V., Chatzandroulis S., Tsekenis G. Development of an all-carbon electrochemical biosensor on a flexible substrate for the sensitive detection of glucose. Eng. Proc. 2022. V. 16. N 1. Р. 4–9. DOI: 10.3390/IECB2022-12273.
Tang Y., Petropoulos K., Kurth F., Gao H., Migliorelli D., Guenat O., Generelli S. Screen-Printed Glucose Sensors Modified with Culture Monitoring. Biosensors. 2020. V. 10. 125. 17 p. DOI: 10.3390/bios10090125.
Mazzaracchio V., Tomei M., Cacciotti I. Inside the different types of carbon black as nanomodifiers for screen-printed electrodes. Electrochim. Acta. 2019. V. 317. P. 673-683. DOI: 10.1016/j.electacta.2019.05.117.
Kava A., Henry C. Exploring carbon particle type and plasma treatment to improve electrochemical properties of stencilprinted carbon electrodes. Talanta. 2021. V. 221. P. 121553. DOI: 10.1016/j.talanta.2020.121553.
Wang K., Frewin C., Esrafilzadeh D., Yu C., Wang C., Pancrazio J., Wallace G. High‐Performance Graphene‐Fiber‐Based Neural Recording Microelectrodes. Adv. Mater. 2019. V. 31. N 5. P. 1805867. DOI: 10.1002/adma.201805867.
Potts S. J., Korochkina T., Holder A. The influence of carbon morphologies and concentrations on the rheology and electrical performance of screen-printed carbon pastes. J. Ma-ter. Sci. 2022. V. 57. P. 2650–2666. DOI: 10.1007/s10853-021-06724-1.
Phillips C., Al-Ahmadi A., Potts S.J., Claypole T., Deganello D. The effect of graphite and carbon blackratios on conductive ink performance. J. Mater. Sci. 2017. V. 52. P. 9520–9530. DOI: 10.1007/s10853-017-1114-6.
Kitova A., Tarasov S., Plekhanova Y., Bykov A., Reshetilov A. Direct Bioelectrocatalytic Oxidation of Glucose by Gluconobacter oxydans Membrane Fractions in PE-DOT:PSS/TEG-Modified Biosensors. Biosensors. 2021. V. 11. N 5. Р. 144–154. DOI: 10.3390/bios11050144.
Scognamiglio V. Nanotechnology in glucose monitoring: Advances and challenges in the last 10 years. Biosens. Bioelectron. 2013. V. 47. N 15. P. 12-25. DOI: 10.1016/j.bios.2013.02.043.
Hwang H.S., Jeong J.W., Kim Y.A., Chang M. Carbon Nanomaterials as Versatile Platforms for Biosensing Applications. Micromachines. 2020. V. 11. N 9. 27 p. DOI: 10.3390/mi11090814.
Karaeva A., Urvanov S., Kazennov N., Mitberg E., Mordkovich V. Features of carbon nanotubes obtained in presence of metallocenes of group VIII elements. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 4-9. DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.6y.
Suresh R., Lakshmanakumar M., Arockia Jayalatha J. Fabrication of screen-printed electrodes: opportunities and challenges. J. Mater. Sci. 2021. V. 56. N 15. P. 8951–9006. DOI: 10.1007/s10853-020-05499-1.
Plekhanova Yu., Tarasov S., Kitova A. Modification of thermally expanded graphite and its effect on the properties of the amperometric biosensor. 3 Biotech. 2022. V. 12. DOI: 10.1007/s13205-021-03107-w.
Debelak B., Lafdi K. Use of exfoliated graphite filler to enhance polymer physical properties. Carbon. 2007. V. 45(9). P. 1727–1734. DOI: 10.1016/j.carbon.2007.05.010.
Hatala M., Gemeiner P., Hvojnik M., Mikula M. The effect of the ink composition on the performance of carbon-based. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2019. V. 30. Р. 1034–1044. DOI: 10.1007/s10854-018-0372-7.
