Magazyn 01/2023

Projekt UpTurn jest odpowiedzią na współczesne trendy dążące do miniaturyzacji i wielozadaniowości w elektrochemii. Celem projektu jest opracowanie platform mikroprzepływowych, które będą mogły być wykorzystywane w badaniach elektrochemicznych.

Mikrofluidyka, określana też mianem mikroprzepływów, to dział nauki zajmujący się procesami w przepływie cieczy o małych objętościach. Dzięki niewielkim objętościom cieczy, możliwa jest precyzyjna kontrola i manipulacja płynów w skali, gdzie siły powierzchniowe dominują nad objętościowymi. Ze względu na szerokie spektrum badawcze i potencjalne zastosowanie jest to dział nauki znajdujący się w obszarze związanych z miniaturyzacją, upraszczaniem i automatyzacją systemów. Mikroprzepływy są badane i stosowane w wielu laboratoriach, w tym zajmujących się elektrochemią. Umożliwione jest stosowanie próbek o bardzo małej objętości, uzyskanie wysokiej powtarzalności wyników czy integrację wielu elementów do tworzenie inteligentnych wielozadaniowych platform.

Mikrofluidyka i elektrochemia są dziedzinami nauki, które związane ze sobą dają pozytywne efekty dla każdej z nich. Mikroprzepływy pozwalają na zmniejszenie rozmiaru urządzeń i zintegrowanie wiele etapów prac badawczych. Układy elektrochemiczne wykorzystywane w chemii analitycznej, pomimo swojej niższej czułości niż inne techniki, (np. fluorescencja albo spektrometria masowa), mogą być równie skuteczne. Istnieje duży potencjał ich miniaturyzacji, bez utraty wydajności analitycznej. Co ważne, w przypadku miniaturyzacji może nawet poprawić się ten parametr ze względu na fakt, że w przypadku stosowania mniejszych elektrod czy ilości elektrolitów nie ma ograniczeń związanych z transportem masy. Elektrody o mniejszej powierzchni aktywnej pozwalają na wydajniejsze wykrycie danych substancji.

Stosowane elektrody cienkowarstwowe wytwarzane w procesach fotolitograficznych cechują się grubością nanometryczną, wysoką precyzją, jednorodną morfologią. Typowe struktury mikroelektrodowe w postaci pojedynczych elektrod czy macierzy mogą być rozwijane poprzez modyfikację geometrii lub ich powierzchni nanomateriałami tak, aby uzyskać wysoką wydajność analityczną. W wyniku tych zabiegów możliwe jest opracowanie szerokiej gamy wysokoczułych sensorów czy ogniw paliwowych.

Głównym elementem układu pomiarowego opracowywanego w projekcie UpTurn jest mikrochip przepływowy, gdzie wewnątrz kanałów umiejscowione są mikroelektrody. Jest on skorelowany z urządzeniami do analizy takimi jak spektrofotometr UV-Vis czy spektrometr Ramana. Stosowanie takich układów zdecydowanie przyspieszy pracę badawczą, ponieważ pozwoli na realizację eksperymentów elektrochemicznych i równocześnie przeprowadzać analizy. Ponadto, ze względu na charakter układów mikroelektrochemicznych, znacznie zostanie ograniczone zużycie odczynników chemicznych. Platforma opracowywana w projekcie będzie miała szerokie zastosowanie, m.in. we wspomnianych sensorach czy ogniwach paliwowych.

Obecnie trwają testy mikrochipów, mierzona jest ich „wytrzymałość elektrochemiczna”, powtarzalność. Celem tego etapu prac badawczych jest opracowanie mikrochipów przepływowych o jak najlepszej jakości.

Current Opinion in Electrochemistry 2019, 15:175–185