Отработанная кофейная гуща поможет обнаруживать мозговые процессы — химики

Метод получения чувствительного покрытия электродов для нейрохимических измерений из отработанной кофейной гущи представят на весеннем заседании Американского химического общества (ACS) исследователи из Университета Цинциннати, США, 20 марта сообщает сайт новостей науки EurekAlert.

Эшли Росс и ее команда из лаборатории Университета Цинциннати в своем исследовании продемонстрировали, что электроды, покрытые углеродом из отходов приготовления кофе, могут быстро выявлять следовые количества биомолекул в нейрохимическом взаимодействии.

Обычно микроэлектроды, которые используют нейробиологи, изготавливаются из углеродного волокна — тонких твердых углеродных нанонитей, соединенных вместе. Изготовление таких электродов представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс, который состоит их нескольких этапов и использует агрессивные химикаты.

Исследователи из Университета Цинциннати намерены предложить технологию изготовления электродов из углерода, полученного из кофейной гущи, которая была бы недорогой и безвредной для окружающей среды. Первым шагом воплощения этого замысла стало использование углерода из кофейной гущи в качестве покрытия для обычных электродов.

Для этого сотрудники лаборатории высушивали эту кофейную гущу, нагревали ее в трубчатой печи при температуре около 700 °C, далее в материал помещали в раствор гидроксида калия, для активирования углерода и создания в нем микропор. Полученную смесь снова нагрели в атмосфере азота для удаления побочных продуктов.

После всех проделанных процедур остаток, который представлял собой черную суспензию из частиц пористого углерода, разбавили водой и погрузили туда электроды из углеродного волокна, которые в результате покрылись слоем пористого углерода, толщина которого была почти в 100 раз тоньше человеческого волоса.

Исследования характеристик обычных и обработанных пористым углеродом электродов для обнаружения небольших количеств нейротрансмиттера дофамина, продуцируемого эндокринными клетками головного мозга проводилось с помощью циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием.

Ученые прикладывали к электроду быстро меняющееся напряжение, чтобы попеременно окислять и восстанавливать дофамин. При этом методе высвобождение нейротрансмиттера происходит за доли секунды, как в мозгу.

Эксперимент показал, что электроды с пористым углеродом в присутствии дофамина достигают уровня окислительного тока более чем в три раза высокого, чем углеродные волокна без покрытия, что указывает на то, что электрод с покрытием более чувствителен к дофамину. Происходит это из-за того, что пористая структура позволяет большему количеству молекул дофамина участвовать в реакции из-за большой площади поверхности покрытия. Кроме того, этот слой на мгновение захватывает молекулы дофамина в порах электрода, сообщила Росс.

Следующим этапом будет изготовление электродов из углеродного волокна полностью из пористого углерода, полученного из отходов кофейной гущи. В этом случае равномерная пористость будет получена не только на поверхности, но и во всей структуре электродов.

Исследователи считают, что при этом повысится их способность к нейрохимическому обнаружению, так как большая общая площадь поверхности электрода будет подвергаться адсорбции молекул дофамина.

В дальнейших планах испытание инновационных электродов с покрытием из кофейной гущи на мозге живых крыс, рассказала Эшли Росс.