废咖啡渣有朝一日可以帮助检测脑电波美国化学 会学分：CC0 公共领域没有什么比一杯热气腾腾的乔更能让你的早晨快速提神了。现在，还有另一个喜欢这种饮料的理由。今天，研究人员报告了使用过的咖啡渣作为环保电极涂层的首次应用，用于敏感的神经化学测量。该材料最终可以帮助科学家更好地处理大脑活动并检测微量神经递质。研究人员将在美国化学学会 (ACS) 的春季会议上展示他们的研究结果。

用过的咖啡渣以前曾被用于制造用于储能的多孔碳超级电容器。但现在，由首席研究员 Ashley Ross 博士领导的新研究将回收的咖啡废料带入了另一个更生物学的方向。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。根据罗斯的说法，这是将残留咖啡渣重新用于生物传感应用的第一个例子。

“我看到了有关使用废弃地面生产用于能量存储的多孔碳的论文，我想也许我们可以在我们的神经化学检测工作中使用这种导电材料，”罗斯说。“而且我还认为这是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的几名成员自称是咖啡爱好者。

神经科学家使用的传统微电极通常由碳纤维制成——将细密的实心碳股捆在一起。制造它们通常是一个艰巨且昂贵的过程，涉及多个步骤和刺激性化学品。最终，罗斯想用咖啡渣中的碳制造整个电极，因为这种方法既便宜又环保。作为实现这一目标的第一步，研究人员将地面上的材料用作传统电极的涂层。

卡米亚·拉普斯利 (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，他接受了最初的挑战。她和实验室的其他成员将用过的咖啡渣烘干并在约 1,300 F 的管式炉中加热。接下来，他们将材料添加到氢氧化钾溶液中以激活碳并在结构中打开孔。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。剩下的是一种充满多孔碳斑点的漆黑浆液。作为最后一步，研究人员用水稀释了污泥，他们将碳纤维电极浸入其中，在其上涂上一层比人类头发直径薄近一百倍的多孔碳。研究人员比较了涂层和未涂层电极在检测少量多巴胺（一种神经递质）时的性能，以及快速扫描循环伏安法。通过这种技术，他们向电极施加快速变化的电压，以交替氧化和还原多巴胺。该技术足够快，可以检测到亚秒级神经递质的释放，就像在大脑中发生的那样。研究人员发现，在存在多巴胺的情况下，涂有多孔碳的电极达到的氧化电流水平是裸碳纤维的三倍以上，这表明涂层电极为多巴胺检测提供了更灵敏的表面。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，罗斯说，它还会暂时将多巴胺分子困在电极的缝隙中。这些特性提高了灵敏度，使研究人员能够进行更快的测量。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。

接下来，该团队将使用废咖啡渣中的多孔碳从头开始制造碳纤维电极，这将使电极不仅在表面上而且在整个过程中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，因为电极的更大总表面积将被暴露以吸附多巴胺分子。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，开展下一阶段项目的起始材料也不乏，因为整个实验室似乎都喜欢他们的酿造。“研究生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。”