ردیابی تئوبرومین در موادغذایی با نانوحسگری هوشمند

توسعه نانوحسگری مبتنی بر گرافن و اکسید استرانسیم، روشی دقیق و سازگار با محیط زیست را برای پایش کافئین و ترکیبات مشابه در چای و قهوه فراهم کرده که نیاز به مواد شیمیایی مضر را حذف می‌کند.

 به گزارش سیناپرس، محققان با بهره‌گیری از یک حسگر الکتروشیمیایی نوین مبتنی بر نانوکامپوزیت گرافن، کربن بلک و اکسید استرانسیم، روشی دقیق، حساس و سازگار با محیط زیست برای اندازه‌گیری تئوبرومین در نوشیدنی‌هایی مانند چای، قهوه و شیر شکلات ارائه کرده‌اند.

این فناوری با ایجاد ریزدامنه‌های قلیایی موضعی در سطح الکترود، امکان تشخیص این ترکیب مهم را در pH خنثی و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده و مواد شیمیایی مضر فراهم می‌آورد و گامی مهم در کنترل کیفیت و ایمنی مواد غذایی محسوب می‌شود.

محققان دانشگاه ایالتی اورگان (OSU)، دانشگاه ملی فناوری تایپه و دانشگاه فناوری مینگ چی، یک سنسور الکتروشیمیایی در مقیاس نانو توسعه داده‌اند که می‌تواند تئوبرومین را در نوشیدنی‌ها با حساسیت و دقت بالا اندازه‌گیری کند. ایده اصلی، مهندسی شیمی سطحی است: این ماده ریزدامنه‌های قلیایی موضعی مستقیماً در سطح الکترود ایجاد می‌کند و امکان اکسیداسیون الکتروشیمیایی کارآمد تئوبرومین را در حالی که محلول اصلی در pH خنثی باقی می‌ماند، فراهم می‌سازد.

لایه حسگر، یک نانوکامپوزیت سه‌گانه شامل اکسید استرانسیم (SrO)، کربن بلک عملکردی (f CB) و اکسید گرافن احیا شده (r GO) است. SrO دامنه‌های قلیایی در مقیاس نانو تشکیل می‌دهد که انتزاع پروتون سطحی از تئوبرومین را تسهیل کرده و به طور مؤثر این مولکول ضعیف الکترواکتیو را در pH خنثی فعال می‌کند. اکسید گرافن کاهش‌یافته یک شبکه بسیار رسانا با سطح بالا را فراهم کرده و از طریق برهم‌کنش‌های π-π با هسته گزانتین ناهمگن تئوبرومین درگیر شده و جذب آن را در الکترود افزایش می‌دهد. کربن بلک عملکردی انتقال الکترون نانو رابط متقابل را تقویت کرده و به عنوان یک مسیر غالب برای انتقال بار باقی می‌ماند و عملکرد کلی الکتروشیمیایی را بهبود می‌بخشد.

با این معماری، الکترود اصلاح شده با SrO@f CB@r GO، محدوده تشخیص خطی گسترده‌ای از ۰.۰۳ تا ۱۵۵۰.۵ میکرومولار ارائه می‌دهد که برای سطوح ردیابی و سطوح بالاتر تئوبرومین در ماتریس‌های پیچیده مناسب است. این سنسور به حد تشخیص پایین ۰.۰۰۲۸۵ میکرومولار (۳σ/S) و حساسیت ۰.۰۱۲ میکروآمپر بر میکرومولار بر سانتی‌متر مربع دست می‌یابد که نشان‌دهنده سینتیک سطحی کارآمد و انتقال سیگنال است. تکرارپذیری و بازتولیدپذیری قوی است، به طوری که انحرافات معیار نسبی کمتر از ۵٪ است و این پلتفرم انتخابی بالایی در برابر متیل‌گزانتین‌های با ساختار مشابه و تداخل‌کننده‌های رایج نوشیدنی‌ها نشان می‌دهد.

ماس سوبارامانیان از دانشگاه ایالتی اورگان، استاد برجسته دانشگاه و استاد علم مواد میل-تون-هریس در دپارتمان شیمی، می‌گوید: «اندازه‌گیری دقیق تئوبرومین برای کنترل کیفیت مواد غذایی، سازگاری برچسب‌گذاری و ایمنی مصرف‌کننده مهم است. این ترکیب به طعم و اثرات محرک ملایم کمک می‌کند و نظارت قابل اعتماد بر آن به ویژه در فرمولاسیون‌هایی که نیاز به ترکیب دقیق دارند، ارزشمند است. تشخیص تئوبرومین همچنین می‌تواند کاربردهای گسترده‌تری در مطالعات سم‌شناسی و تجزیه و تحلیل داشته باشد.» محققان این سنسور را در نمونه‌های واقعی چای، قهوه و شیر شکلات اعتبارسنجی کردند و بازیابی تئوبرومین بین ۹۶.۸٪ تا ۱۰۳.۲٪ را به دست آوردند که نشان‌دهنده کمیت‌سنجی دقیق در شرایط عملی است.

به نقل از نانو ایران، این دستگاه که در pH خنثی کار می‌کند، به حجم کمی از نمونه نیاز دارد و از الکترولیت‌های قلیایی قوی اجتناب می‌کند، گزینه‌ای سریع‌تر، کم‌هزینه‌تر و سازگارتر با محیط زیست نسبت به تکنیک‌های مرسوم که به ابزارهای حجیم، پرسنل آموزش‌دیده و مواد شیمیایی خشن متکی هستند، ارائه می‌دهد.

نویسندگان، مهندسی ریزدامنه‌های قلیایی سطحی را به عنوان یک راهبرد نانومواد با کاربرد گسترده برای حسگری الکتروشیمیایی ترکیبات آلی ضعیف الکترواکتیو در محیط‌های مرتبط فیزیولوژیکی و فناورانه برجسته می‌کنند.