Μπορούν τα απόβλητα του καφέ να βοηθήσουν τη νευροεπιστήμη;
Ο κόκκος καφέ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φιλική προς το περιβάλλον επικάλυψη ηλεκτροδίων για διάφορες μετρήσεις της νευροχημείας
Ένα φλιτζάνι καφέ είναι μια συνήθεια στην οποία καταφεύγουν οι άνθρωποι προκειμένου να γεμίσουν με ενέργεια το πρωί. Ωστόσο ο καφές δεν είναι μόνο αυτό, καθώς όπως φαίνεται μπορεί να γίνει σύμμαχος της επιστήμης και συγκεκριμένα της νευροχημείας…
Επιστήμονες από την American Chemical Society (ACS) ανέφεραν πρόσφατα την πρώτη εφαρμογή χρησιμοποιημένου καφέ στην ηλεκτροχημεία και τη νευροεπιστήμη. Ο κόκκος καφέ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φιλική προς το περιβάλλον επικάλυψη ηλεκτροδίων για ευαίσθητες μετρήσεις νευροχημείας. Έτσι, ο καφές δύναται να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την εγκεφαλική δραστηριότητα και να ανιχνεύσουν τα ελάχιστα επίπεδα νευροδιαβιβαστών, σύμφωνα με τους ερευνητές από την ACS. Τα ευρήματα των επιστημόνων θα παρουσιαστούν επίσημα στην εαρινή συνεδρίαση της ACS.
Πώς χρησιμοποίησαν οι ερευνητές τα υπολείμματα καφέ;
Τα υπολείμματα του καφέ έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πορωδών υπερπυκνωτών άνθρακα για την αποθήκευση ενέργειας. Ένας υπερπυκνωτής, όπως μια μπαταρία, είναι ένα μέσο αποθήκευσης και απελευθέρωσης ενέργειας. Ως μέρος της νέας έρευνας, οι επιστήμονες οδήγησαν τα ανακυκλωμένα απόβλητα καφέ προς μια πιο βιολογική προσέγγιση. Οι ειδικοί κατέδειξαν ότι τα ηλεκτρόδια που είναι επικαλυμμένα με άνθρακα από τα απόβλητα καφέ μπορούν να ανιχνεύσουν ίχνη βιομορίων in vitro (έξω από το ζωντανό σώμα). Αυτό είναι το πρώτο παράδειγμα επαναχρησιμοποίησης υπολειμμάτων καφέ για εφαρμογές biosensing, σύμφωνα με την Ashley Ross, επικεφαλής ερευνήτρια της μελέτης. Το biosensing αφορά στην ανίχνευση μορίων-στόχων και βασίζεται στις αρχές που χρησιμοποιούνται από ένα ζωντανό σύστημα, όπως το ανοσοποιητικό σύστημα.
Η επιστημονική ομάδα βασίστηκε στη μελέτη που αφορούσε την αξιοποίηση χρησιμοποιημένων κόκκων καφέ για την παραγωγή πορώδους άνθρακα και κατ΄επέκταση την αποθήκευση ενέργειας. Έχοντας στα χέρια τους την εν λόγω έρευνα, διερωτήθη εάν υπάρχει η δυνατότητα χρήσης του αγώγιμου υλικού σε εργασίες ανίχνευσης της νευροχημείας. Οι νευροεπιστήμονες χρησιμοποιούν παραδοσιακά μικροηλεκτρόδια που είναι κατασκευασμένα από ίνες άνθρακα. Πρόκειται για λεπτούς, συμπαγείς κλώνους άνθρακα, ομαδοποιημένους, που σχηματίζουν ανθρακονήματα. Η διαδικασία κατασκευής ινών άνθρακα είναι κουραστική και δαπανηρή, ενώ περιλαμβάνει πολλά στάδια και σκληρές χημικές ουσίες.
Στόχος της Ross είναι να κατασκευάσει ηλεκτρόδια με άνθρακα από κατακάθι καφέ, σύμφωνα με τις ανακοινώσεις, καθώς κάτι τέτοιο θα αποτελούσε μια φθηνή και φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση. Η ομάδα, σε ένα πρώτο βήμα προς την υλοποίηση του στόχου αυτού, χρησιμοποίησε αλεσμένο καφέ ως επίστρωση για τα συμβατικά ηλεκτρόδια.
Επικάλυψη ηλεκτροδίων με καφέ
Ειδικότερα, ένας ερευνητής στέγνωσε χρησιμοποιημένο κατακάθι καφέ και το θέρμανε σε φούρνο με σωλήνες περίπου στους 1.300 βαθμούς Φαρενάιτ. Εν συνεχεία η ομάδα πρόσθεσε τον καφέ σε ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου για να ενεργοποιήσει τον άνθρακα. Προκειμένου να αφαιρεθούν τα ανεπιθύμητα υποπροϊόντα, η ομάδα θέρμανε το μείγμα υπό αέριο άζωτο. Στο τέλος απέμεινε ένας πολτός, γεμάτος κηλίδες πορώδους άνθρακα. Στη συνέχεια, οι ερευνητές αραίωσαν τον πολτό με νερό και βύθισαν τα ηλεκτρόδια από ίνες άνθρακα σε αυτό το μίγμα, προκειμένου να επικαλυφθούν με ένα στρώμα πορώδους άνθρακα σχεδόν εκατό φορές πιο λεπτό από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας.
Η επικάλυψη ηλεκτροδίων με καφέ επιτρέπει ταχύτερη ανίχνευση νευροδιαβιβαστών
Οι επιστήμονες συνέκριναν την απόδοση των επικαλυμμένων και μη επικαλυμμένων ηλεκτροδίων για την ανίχνευση μικρών ποσοτήτων ντοπαμίνης με μια τεχνική ηλεκτροχημικής μέτρησης που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση μεταβαλλόμενων συγκεντρώσεων ντοπαμίνης. Χρησιμοποιώντας την τεχνική αυτή, οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι τα ηλεκτρόδια επικαλυμμένα με πορώδη άνθρακα έφτασαν σε επίπεδα οξειδωτικού ρεύματος τρεις φορές υψηλότερα από τις γυμνές ίνες άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι το επικαλυμμένο ηλεκτρόδιο προσέφερε μια πολύ πιο “ευαίσθητη” επιφάνεια για την ανίχνευση ντοπαμίνης, σύμφωνα με την ACS.
Λόγω της μεγάλης επιφάνειας της επικάλυψης, η πορώδης δομή επιτρέπει σε περισσότερα μόρια ντοπαμίνης να συμμετέχουν στην αντίδραση. Σύμφωνα με τη Ross, η δομή αυτή παγιδεύει στιγμιαία μόρια ντοπαμίνης στις σχισμές του ηλεκτροδίου. Ως εκ τούτου, η ευαισθησία της ηλεκτροχημικής διεργασίας αυξάνεται. Επίσης, με αυτή τη μέθοδο, οι ερευνητές μπορούν όπως φαίνεται να πραγματοποιήσουν ταχύτερες μετρήσεις.
Τι έπεται;
Η ομάδα στοχεύει τώρα να φτιάξει ηλεκτρόδια από ανθρακονήματα από την αρχή, με τη χρήση πορώδους άνθρακα από υπολείμματα καφέ. Κάτι τέτοιο θα έδινε στα ηλεκτρόδια ένα ομοιόμορφο πορώδες “στρώμα” άνθρακα, όχι μόνο στην επιφάνεια, αλλά και στο εσωτερικό τους. Σύμφωνα με τη Ross, αυτό θα μπορούσε να ενισχύσει περαιτέρω τις νευροχημικές ικανότητες ανίχνευσης, διότι μια ακόμη μεγαλύτερη συνολική επιφάνεια του ηλεκτροδίου θα μπορεί να απορροφήσει τα μόρια ντοπαμίνης. Η Ross σύντομα σκοπεύει επίσης να δοκιμάσει τα ηλεκτρόδια με επικάλυψη καφέ στον εγκέφαλο ζωντανών αρουραίων.
