Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Mikrobiologisch beeinflusste Korrosionstechnik entschlüsseln, um Schäden in Vorteile umzuwandeln: Ein Textilsensor zur H2O2-Erkennung in der Klinik

Mohammed Asif

Angesichts des zunehmenden Forschungsinteresses an wirtschaftlichen Elektrokatalysatoren ist die Umwandlung von Schäden in Vorteile zur Herstellung nützlicher Elektrodenmaterialien eine ideale Strategie zur Erreichung der Ziele. Die Korrosionstechnik wandelt schädliche Korrosionsprozesse in leistungsstarke Katalysator-Nanostrukturen um. In dieser Arbeit entwickeln wir eine kostengünstige, skalierte Korrosionstechnikstrategie für die wertschöpfende Umwandlung kostengünstiger Eisensubstrate in hocheffizientes Cu-Fe(OH)2-FeS, das durch ein Verfahren der stromlosen Beschichtung in Kombination mit einem mikrobenunterstützten Korrosionsprodukt auf flexiblen Elektroden aus Polyestergewebe (PCF) abgelagert wird. Die anaeroben sulfatreduzierenden Bakterien (SRB), die Sulfat in Sulfid umwandeln, spielen eine entscheidende Rolle bei der Konstruktion der Cu-Fe(OH)2-FeS/PCF-Elektrode, die eine hohe elektrochemische Sensorleistung für H2O2 mit einem breiten linearen Bereich und einer niedrigen Nachweisgrenze von 0,2 nM (S/N=3) aufweist. Die erhöhte Aktivität ist auf dicht abgelagerte Nanoschichten aus Übergangsmetalloxiden/-hydroxiden, eine Vielzahl aktiver Stellen an der Oberfläche und einen synergistischen Effekt zwischen Cu-Fe(OH)2- und FeS-Spezies zurückzuführen. Noch wichtiger ist, dass die als Co-Katalysator dienenden S2−-Ionen während der Reduktion von Fe(III) und Cu(II) kontinuierlich Elektronen liefern, die die Redoxzyklen von Fe(III)/Fe(II) und Cu(II)/Cu(I) beschleunigen und so die elektrokatalytische H2O2-Reduktion weiter verbessern. Dank der erreichten hohen Empfindlichkeit wurde die Cu-Fe(OH)2-FeS/PCF-Elektrode auch praktisch eingesetzt, um in Echtzeit in vitro H2O2 zu verfolgen, das von verschiedenen normalen und menschlichen Hirnkrebszelllinien ausgeschieden wird, sowie um in situ H2O2-freigesetzt zu werden, das empfindlicher ist. Diese Arbeit stellt einen guten Weg dar, um die Lücke zwischen der lästigen traditionellen Korrosionstechnik und neuen elektrochemischen Technologien zu schließen.