Trước đây, bã cà phê đã được dùng làm siêu tụ điện cacbon xốp để lưu trữ năng lượng. Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Cincinnati ở Hoa Kỳ do TS. Ashley Ross dẫn đầu, đã sử dụng bã cà phê theo hướng sinh học. Cụ thể, các tác giả đã chứng minh được rằng các điện cực phủ cacbon làm từ chất thải này, có thể phát hiện dấu vết của các phân tử sinh học trong ống nghiệm. Đây là ví dụ đầu tiên về việc tái sử dụng bã cà phê cho các ứng dụng cảm biến sinh học.

Các vi điện cực truyền thống mà các nhà khoa học thần kinh sử dụng, thường được làm từ sợi cacbon - những sợi cacbon rắn và mịn được bó lại với nhau. Quá trình tạo ra chúng thường khó khăn và tốn kém, bao gồm nhiều bước và cần có hóa chất độc hại. Do đó, nhóm nghiên cứu muốn chế tạo toàn bộ điện cực cacbon từ bã cà phê vì phương pháp này sẽ không tốn kém và thân thiện với môi trường. Trong bước đầu tiên để hiện thực hóa mục tiêu đó, các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh vật liệu này thông qua sử dụng bã cà phê làm lớp phủ cho các điện cực thông thường.

Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã sấy khô bã cà phê đã qua sử dụng và đun nóng trong lò ống. Tiếp theo, vật liệu này được cho vào dung dịch kali hydroxit để kích hoạt cacbon và mở ra các lỗ trong cấu trúc. Sau đó, các nhà nghiên cứu đun nóng hỗn hợp một lần nữa trong điều kiện khí nitơ để loại bỏ các sản phẩm phụ ngoài mong đợi. Những gì còn sót lại là bùn sệt chứa đầy những mảng cacbon xốp. Bước cuối cùng, các nhà nghiên cứu pha loãng bùn với nước, sau đó nhúng các điện cực sợi cacbon để phủ lên chúng một lớp cacbon xốp mỏng hơn gần một trăm lần đường kính sợi tóc người.

Các nhà nghiên cứu đã so sánh hiệu suất của các điện cực có lớp phủ và không có lớp phủ trong việc cảm biến một lượng nhỏ dopamine, chất dẫn truyền thần kinh, nhờ phép đo vôn kế theo chu kỳ quét nhanh. Với kỹ thuật này, nhóm nghiên cứu đã dẫn điện áp thay đổi nhanh vào điện cực để luân phiên oxy hóa và khử dopamine. Kỹ thuật này đủ nhanh để phát hiện khả năng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh trong não chưa đến một giây. Kết quả cho thấy các điện cực được phủ cacbon xốp, đạt mức oxy hóa cao hơn ba lần so với sợi cacbon trần khi có sự xuất hiện của dopamine. Như vậy, điện cực được phủ có bề mặt nhạy hơn trong việc phát hiện dopamine. TS. Ross cho biết, cấu trúc xốp không chỉ cho phép nhiều phân tử dopamine tham gia vào phản ứng hơn do diện tích bề mặt lớn của lớp phủ, mà còn bẫy các phân tử dopamine trong các kẽ hở của điện cực trong giây lát. Những đặc tính này làm tăng độ nhạy và cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các phép đo nhanh.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ chế tạo các điện cực sợi cacbon bằng cacbon xốp từ bã cà phê thải, để tạo ra độ xốp đồng nhất cho các điện cực không chỉ trên bề mặt mà còn xuyên suốt cả bên trong. TS. Ross dự đoán điều này sẽ thúc đẩy khả năng phát hiện chất dẫn truyền thần kinh vì tổng diện tích bề mặt điện cực thậm chí lớn hơn sẽ được tiếp xúc để hấp phụ các phân tử dopamine. Ngoài ra, các tác giả dự định đưa các điện cực phủ bã cà phê vào thử nghiệm trong não chuột sống.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2022-03-coffee-grounds-brain.html, 20/3/2022