علماء يستخدمون القهوة كطلاء للأقطاب الكهربائية التي تكشف موجات الدماغ!
مرسل: الثلاثاء مارس 29, 2022 4:03 am
توصلت دراسة جديدة إلى أن القهوة يمكن أن تستخدم في صنع طلاء صديق للبيئة للأقطاب الكهربائية، الأمر الذي قد يساعد العلماء يوماً ما على فهم موجات الدماغ البشرية بشكل أفضل.
استخدم باحثون أمريكيون من جامعة سينسيناتي في أوهايو القهوة المطحونة في تجاربهم، ووجدوا أنها طلاء فعال للإلكترود للقياسات الحساسة. وكشفت الاختبارات أن الأقطاب الكهربائية المطلية بالقهوة كانت أكثر كفاءة بثلاث مرات في اكتشاف إطلاق الدوبامين، في أنبوب الاختبار، مقارنةً بأقطاب ألياف الكربون المنتجة تقليديًا.
تم استخدام القهوة المستهلكة في السابق لصنع مكثفات كربونية فائقة المسامية لتخزين الطاقة. ويعتبر هذا التوجه بمثابة حركة لتوسيع طرق إعادة استخدام المواد، بهدف إنشاء المزيد من أجهزة الاستشعار والأدوات الأخرى والحلول الصديقة للبيئة في الكيمياء العضوية.
ويقول الباحث الرئيسي الدكتور آشلي روس: “رأينا في السابق كيف تم استخدام القهوة لإنتاج الكربون المسامي لتخزين الطاقة، وأعتقد أنه يمكننا استخدام هذه المادة في عملنا في الكيمياء العصبية”
عادةً ما تُصنع الأقطاب الكهربائية الدقيقة التقليدية التي يستخدمها علماء الأعصاب من خيوط ألياف الكربون الدقيقة والصلبة التي يتم تجميعها معاً. وعادة ما يكون صنعها عملية شاقة ومكلفة، وتتضمن خطوات متعددة ومواد كيميائية قاسية، لذلك يسعى العلماء لإيجاد بدائل لها.
ويهدف روس وزملاؤه إلى تصنيع أقطاب كهربائية من حبيبات القهوة، لأن هذا النهج سيكون أقل تكلفة من الطرق التقليدية، إضافة إلى كونه صديقاً للبيئة.
كخطوة أولى نحو تحقيق هذا الهدف، قام الباحثون بتكييف القهوة كطلاء للأقطاب الكهربائية التقليدية، وبدؤوا بأخذ تفل القهوة المستهلكة وتسخينها في فرن بدرجة حرارة عالية جداً. بعد أن تم حرقها جيداً، أضاف العلماء المادة الناتجة إلى محلول هيدروكسيد البوتاسيوم الذي ينشط الكربون.
ثم قاموا بتسخين الخليط مرة أخرى تحت غاز النيتروجين لإزالة أي منتجات ثانوية غير مرغوب بها، ليبقى مادة ملاطية مليئة بالكربون المسامي. في النهاية، قاموا بتخفيف حرارة المادة بالماء، وغمسوا أقطاب ألياف الكربون بطبقة من القهوة أرق بمقدار 100 مرة من شعرة الإنسان.
ومن ثم استخدم العلماء تقنية المسح السريع لمقارنة أداء الأقطاب الكهربائية المطلية وغير المطلية لاستشعار كميات صغيرة من الدوبامين، وهو ناقل عصبي. باستخدام هذه التقنية، قاموا بتطبيق جهد متغير سريع على القطب الكهربائي لأكسدة الدوبامين وتقليله بالتناوب، لمحاكاة إطلاقه في الدماغ.
ووجدوا أن الأقطاب الكهربائية المطلية بالكربون المشتق من القهوة وصلت إلى مستويات التيار المؤكسد أعلى بثلاث مرات من ألياف الكربون بدون طلاء. يشير هذا الأمر إلى أن القطب المطلي قدم سطحًا أكثر حساسية للكشف عن الدوبامين.
وأوضح روس أن البنية المسامية لا تسمح فقط لمزيد من جزيئات الدوبامين بالمشاركة في التفاعل بسبب مساحة السطح الكبيرة للطلاء، بل إنها تحبس جزيئات الدوبامين مؤقتًا في شقوق القطب. تزيد هذه الخصائص من الحساسية وتسمح للباحثين بإجراء قياسات أسرع، مما يجعل اكتشاف موجات الدماغ أكثر كفاءة ودقة، وفق ما أوردت صحيفة ديلي ميل البريطانية.
استخدم باحثون أمريكيون من جامعة سينسيناتي في أوهايو القهوة المطحونة في تجاربهم، ووجدوا أنها طلاء فعال للإلكترود للقياسات الحساسة. وكشفت الاختبارات أن الأقطاب الكهربائية المطلية بالقهوة كانت أكثر كفاءة بثلاث مرات في اكتشاف إطلاق الدوبامين، في أنبوب الاختبار، مقارنةً بأقطاب ألياف الكربون المنتجة تقليديًا.
تم استخدام القهوة المستهلكة في السابق لصنع مكثفات كربونية فائقة المسامية لتخزين الطاقة. ويعتبر هذا التوجه بمثابة حركة لتوسيع طرق إعادة استخدام المواد، بهدف إنشاء المزيد من أجهزة الاستشعار والأدوات الأخرى والحلول الصديقة للبيئة في الكيمياء العضوية.
ويقول الباحث الرئيسي الدكتور آشلي روس: “رأينا في السابق كيف تم استخدام القهوة لإنتاج الكربون المسامي لتخزين الطاقة، وأعتقد أنه يمكننا استخدام هذه المادة في عملنا في الكيمياء العصبية”
عادةً ما تُصنع الأقطاب الكهربائية الدقيقة التقليدية التي يستخدمها علماء الأعصاب من خيوط ألياف الكربون الدقيقة والصلبة التي يتم تجميعها معاً. وعادة ما يكون صنعها عملية شاقة ومكلفة، وتتضمن خطوات متعددة ومواد كيميائية قاسية، لذلك يسعى العلماء لإيجاد بدائل لها.
ويهدف روس وزملاؤه إلى تصنيع أقطاب كهربائية من حبيبات القهوة، لأن هذا النهج سيكون أقل تكلفة من الطرق التقليدية، إضافة إلى كونه صديقاً للبيئة.
كخطوة أولى نحو تحقيق هذا الهدف، قام الباحثون بتكييف القهوة كطلاء للأقطاب الكهربائية التقليدية، وبدؤوا بأخذ تفل القهوة المستهلكة وتسخينها في فرن بدرجة حرارة عالية جداً. بعد أن تم حرقها جيداً، أضاف العلماء المادة الناتجة إلى محلول هيدروكسيد البوتاسيوم الذي ينشط الكربون.
ثم قاموا بتسخين الخليط مرة أخرى تحت غاز النيتروجين لإزالة أي منتجات ثانوية غير مرغوب بها، ليبقى مادة ملاطية مليئة بالكربون المسامي. في النهاية، قاموا بتخفيف حرارة المادة بالماء، وغمسوا أقطاب ألياف الكربون بطبقة من القهوة أرق بمقدار 100 مرة من شعرة الإنسان.
ومن ثم استخدم العلماء تقنية المسح السريع لمقارنة أداء الأقطاب الكهربائية المطلية وغير المطلية لاستشعار كميات صغيرة من الدوبامين، وهو ناقل عصبي. باستخدام هذه التقنية، قاموا بتطبيق جهد متغير سريع على القطب الكهربائي لأكسدة الدوبامين وتقليله بالتناوب، لمحاكاة إطلاقه في الدماغ.
ووجدوا أن الأقطاب الكهربائية المطلية بالكربون المشتق من القهوة وصلت إلى مستويات التيار المؤكسد أعلى بثلاث مرات من ألياف الكربون بدون طلاء. يشير هذا الأمر إلى أن القطب المطلي قدم سطحًا أكثر حساسية للكشف عن الدوبامين.
وأوضح روس أن البنية المسامية لا تسمح فقط لمزيد من جزيئات الدوبامين بالمشاركة في التفاعل بسبب مساحة السطح الكبيرة للطلاء، بل إنها تحبس جزيئات الدوبامين مؤقتًا في شقوق القطب. تزيد هذه الخصائص من الحساسية وتسمح للباحثين بإجراء قياسات أسرع، مما يجعل اكتشاف موجات الدماغ أكثر كفاءة ودقة، وفق ما أوردت صحيفة ديلي ميل البريطانية.