美国化学学会
信用:CC0公共领域
没有什么比一杯热气腾腾的咖啡更能迅速提升你的早晨
现在，又有了一个喜欢这种饮料的理由
今天，研究人员报道了用过的咖啡渣作为环境友好的电极涂层首次应用于敏感的神经化学测量
这种材料最终可以帮助科学家更好地处理大脑活动，并检测微小水平的神经递质
研究人员将在美国化学学会的春季会议上展示他们的成果
用过的咖啡渣以前被用来制造用于能量储存的多孔碳超级电容器
但是现在，由首席研究员阿什利·罗斯博士领导的新研究
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已经将回收的咖啡废料引向了另一个更具生物学意义的方向
她和她的团队已经证明，涂有来自这种废物的碳的电极可以在体外检测微量的生物分子
根据Ross的说法，这是第一个将剩余咖啡渣重新用于生物传感应用的例子
罗斯说:“我看到了关于使用废弃的粉末生产多孔碳用于能量储存的论文，我想也许我们可以在神经化学检测工作中使用这种导电材料。”
“我还认为这是一个为实验室购买大量咖啡的好借口！”辛辛那提大学的罗斯和她团队中的几位成员都自称是咖啡爱好者
神经科学家使用的传统微电极通常由碳纤维制成——纤细、坚固的碳束捆扎在一起
制造它们通常是一个艰苦而昂贵的过程，包括多个步骤和苛刻的化学物质
最终，罗斯希望用咖啡渣中的碳来制造整个电极，因为这种方法既便宜又环保
作为实现这一目标的第一步，研究人员将这种来自地面的材料用作传统电极的涂层
Kamya Lapsley是罗斯实验室的暑期学生，目前是肯特州立大学的本科生，她接受了这个最初的挑战
她和实验室的其他成员将用过的咖啡渣烘干，然后在管式炉中加热到华氏1300度
接下来，他们将这种材料添加到氢氧化钾溶液中，以活化碳并在结构中打开孔洞
然后，研究人员在氮气下再次加热混合物，以去除任何不需要的副产品
剩下的是充满多孔碳颗粒的黑色泥浆
作为最后一步，研究人员用水稀释污泥，将碳纤维电极浸入其中，在电极上覆盖一层多孔碳，其厚度比人头发的直径小近100倍
研究人员用快速扫描循环伏安法比较了涂层和未涂层电极对少量多巴胺(一种神经递质)的感应性能
利用这项技术，他们向电极施加快速变化的电压，交替氧化和还原多巴胺
这项技术足够快，可以检测到亚秒级的神经递质释放，就像在大脑中发生的一样
研究人员发现，在多巴胺存在的情况下，涂有多孔碳的电极的氧化电流水平比裸碳纤维高三倍以上，这表明涂层电极为多巴胺检测提供了更敏感的表面
Ross说，由于涂层的表面积大，多孔结构不仅允许更多的多巴胺分子参与反应，而且还能暂时将多巴胺分子截留在电极的缝隙中
这些特性提高了灵敏度，并允许研究人员进行更快的测量
该小组现在正在探索这些多孔涂层如何影响该技术的时间分辨率
下一步，该团队将从零开始用废弃咖啡渣中的多孔碳制造碳纤维电极，这将使电极不仅在表面，而且在内部和外部都具有均匀的孔隙率
罗斯预测，这将提高他们的神经化学检测能力，因为更大的电极总表面积将被暴露出来，以吸附多巴胺分子
与此同时，罗斯计划在活老鼠的大脑中测试目前的咖啡涂层电极
与此同时，进行项目下一阶段的起始材料将不会缺乏，因为整个实验室似乎都喜欢他们的酿造品
“研究生们提供了相当多的咖啡渣——比我们需要的还要多，”罗斯说
“我的整个实验室都非常喜欢这个项目
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