Waste Coffee Ground-Derived Porous Carbon for Neurochemical Detection

材料科学 循环伏安法 纳米技术 碳纤维 生物传感器 多孔性 比表面积 电极 化学工程 电化学 化学 复合材料 有机化学 复合数 物理化学 工程类 催化作用
作者
Blaise J. Ostertag,Ayah J. Syeed,Alexandra L. Keller,Kamya D. Lapsley,Evan J. Porshinsky,Ashley E. Ross
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:9 (3): 1372-1381 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acssensors.3c02383
摘要

We present an optimized synthetic method for repurposing coffee waste to create controllable, uniform porous carbon frameworks for biosensor applications to enhance neurotransmitter detection with fast-scan cyclic voltammetry. Harnessing porous carbon structures from biowastes is a common practice for low-cost energy storage applications; however, repurposing biowastes for biosensing applications has not been explored. Waste coffee ground-derived porous carbon was synthesized by chemical activation to form multivoid, hierarchical porous carbon, and this synthesis was specifically optimized for porous uniformity and electrochemical detection. These materials, when modified on carbon-fiber microelectrodes, exhibited high surface roughness and pore distribution, which contributed to significant improvements in electrochemical reversibility and oxidative current for dopamine (3.5 ± 0.4-fold) and other neurochemicals. Capacitive current increases were small, showing evidence of small increases in electroactive surface area. Local trapping of dopamine within the pores led to improved electrochemical reversibility and frequency-independent behavior. Overall, we demonstrate an optimized biowaste-derived porous carbon synthesis for neurotransmitter detection for the first time and show material utility for viable neurotransmitter detection within a tissue matrix. This work supports the notion that controlled surface nanogeometries play a key role in electrochemical detection.
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