《Sustainable Materials and Technologies》：A sustainable strategy to produce biodegradable electrodes for the electrochemical detection of rutin and quercetin in grape samples
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可持续传感器开发利用凝胶和阿拉伯胶基材料，通过丝网印刷法整合多壁碳纳米管导电墨水，成功构建检测葡萄中槲皮素（QCT）和芦丁（RU）的高灵敏度电化学传感器，线性范围1-100 μM，检测限25.6 nM（QCT）和9.1 nM（RU），抗干扰性强且10天内生物降解，推动绿色电子与循环经济实践。
Geanderson Emilio de Almeida | Emanuel Airton de Oliveira Farias | Cláudio Guilherme de Sousa Macedo | Ismagno Alves de Carvalho | Manuela Nunes da Silva | Káliton Pereira Mororó | Márcia Eduarda Marinho Nunes | Thays Beatryce Pereira Vilante | Fábio de Oliveira Silva Ribeiro | Amando Oliveira Matias | Carla Eiras
新材料与传感器系统研发实验室（MATSENS），皮奥伊联邦大学，特雷西纳，皮奥伊州 64049-550，巴西
摘要
开发环保型电化学平台对于减少一次性传感器的环境影响同时保持高分析性能至关重要。本研究报道了一种由Amburana cearensis（GAmb）分泌物制成的明胶和树胶基矩阵制成的可生物降解传感器，用可再生、可生物降解的材料替代了传统聚合物。该传感器采用模板印刷技术制造，使用了含有多壁碳纳米管（MWCNTs）的水基GAmb溶液作为导电墨水。作为概念验证，该传感器用于检测葡萄中天然抗氧化剂槲皮素（QCT）和芦丁（RU）。传感器表现出优异的分析性能，对槲皮素的线性响应范围为1–100 μM，检测限为25.6 nM；对芦丁的检测限为9.1 nM。干扰研究表明，在葡萄基质的标准成分存在下，信号变化小于10％；而在农药存在下，信号变化可达30％。葡萄提取物的分析所需样品制备步骤极少，从而能够准确量化实际样品中的QCT和RU浓度。芦丁的回收率接近102.3％，槲皮素的回收率为100.2％，证明了该方法的有效性。此外，土壤生物降解测试显示该传感器具有环保性：与土壤接触后10天内结构完整性丧失；但在适当储存条件下可保持功能长达180天。这种方法为绿色传感器技术和生物电子学提供了可持续的策略，为监测符合循环经济原则的生物活性化合物开辟了新的前景。
引言
对环境可持续性的关注以及对便携式、低成本分析设备的需求推动了可生物降解电化学传感器的发展。这类传感器有潜力用来自天然和可再生资源的替代品取代通常由石油衍生聚合物制成的传统电极，从而为循环经济做出贡献并减少环境影响[1,2]。与传统电极不同，可生物降解电极使用后寿命较短，从而避免了废物堆积[3]。此外，它们与生物系统的兼容性以及无毒副产物的存在，扩展了其在环境分析中的应用[2,4]。
在这种情况下，明胶已被探索作为制造湿度[5]、压力[6]、温度[7]和电分析传感器[8]的成分。明胶是一种天然生物聚合物，主要由甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸组成[9,10]。其丰富的资源、生物相容性、水溶性和形成均匀薄膜的能力使其成为丝网印刷等过程中导电墨水的理想支撑基质。
全球明胶产量稳步增长，每年超过62万吨，其中欧洲、北美和南美的产量尤为突出[11]。在巴西，该行业也在扩展，主要得益于牛肉和猪肉产业副产品的价值化利用，这有助于原材料的充分利用并加强生物产品链[12]。
此外，基于水的导电墨水作为一种环保替代品，相对于基于有机溶剂的系统具有优势[13]。这类墨水通常由生物聚合物、碳导电材料和甘油等天然增塑剂制成，毒性较低。
此外，它们有助于在可生物降解基底上形成高效的导电和粘附路径[14]。最近使用环保墨水在壳聚糖[15]、阿拉伯树胶[16]、虫胶[17]和蜂蜡[18]等生物聚合物基质上的研究显示，生成的导电路径具有良好的导电性和稳定性。
Amburana cearensis（GAmb）的树胶作为一种有前途的生物聚合物，因其出色的成膜能力、生物相容性和对导电纳米材料的强亲和力而受到关注。当与多壁碳纳米管（MWCNTs）等碳基结构结合时，GAmb能产生协同效应，提高电导率，促进电子转移，并显著改善传感器的电化学性能和灵敏度。GAmb已成功应用于大豆中异黄酮的检测以及导电聚合物的电化学聚合，显示出提升设备灵敏度和分析选择性的潜力[19,20]。
在推动可生物降解传感器发展的生物活性化合物中，黄酮类化合物芦丁和槲皮素尤为突出，它们是广泛分布于水果、蔬菜和叶子中的次级代谢物，属于多酚类[21,22]。芦丁是槲皮素的苷类衍生物，具有血管保护和抗氧化特性，并能调节氧化应激；而槲皮素以其抗氧化和抗炎特性而闻名，这些特性与预防慢性疾病（如高血压、癌症和糖尿病）相关[23,24]。这些化合物的精确量化对于功能性食品和植物疗法的表征至关重要，同时也用于葡萄栽培的质量控制，作为全果和果汁中 authenticity、酚类质量和抗氧化潜力的标志物[24,25]。
鉴于可持续发展的必要性，人们更加关注绿色设备的开发，这些设备采用可生物降解、可再生或低环境影响的材料（如天然聚合物和碳基材料），以及不含有毒金属的导电墨水[26]。这些技术减少了电子废弃物，降低了制造过程的碳足迹，符合循环经济的原则。此外，最近的倡议强调了在分析性能与环境安全之间取得平衡的平台的重要性，提倡无需有机溶剂的简化制造流程，并使用完全基于生物聚合物的基质，从而消除复杂的加工步骤[15,27]。在这种背景下，绿色传感器的应用扩展到了环境监测、健康和精准农业领域，同时推动了向真正可持续电子产品的过渡，提供了优于传统非可再生材料制设备的优秀技术选择。这些特点突显了负责任、环境安全创新方法的重要性[26]。
因此，本研究旨在开发一种基于A. cearensis多糖的导电墨水，并将其应用于可生物降解的明胶基质上，利用模板印刷电极（StPE）技术制造传感器，用于电化学检测生物活性黄酮类化合物芦丁和槲皮素，以期在葡萄栽培中得到应用。
材料、试剂和溶液
所使用的材料包括根据Almeida等人的方法[19]从A. cearensis分泌物中提取的多糖（由Silva等人[28]进行表征）、牛明胶（TerraVitta，巴西）、甘油（Dinamica，巴西）、多壁碳纳米管（Sigma-Aldrich，巴西）和纯化的虫胶（Acrilex?，巴西）。农药草甘膦（ZAPP QI 620）和吡唑醚菌酯（AMISTAR TOP）购自巴西的Syngenta公司；吡虫啉（EVIDENCE）购自拜耳公司。
结果与讨论
首先，我们使用AGREE指数（Analytical GREEnness Metric Approach and Software）[33]评估了所开发电极的可持续性。该指数考虑了12项绿色化学的相关原则，并赋予0（完全不可持续）到1（非常可持续）之间的评分。因此，所提出的电极总体得分为0.82（见图S2），表明这是一种高度环保的方法，优于大多数现有传感器平台（这些平台经常使用有机物质）。
结论
黄酮类化合物如槲皮素和芦丁因其抗氧化特性和健康益处而广受认可，并常见于许多食品中。鉴于需要高效、环保的分析方法来检测这些化合物，开发可生物降解传感器是一个可行的解决方案。在本研究中，证明了StPE（明胶/MWCNTs-GAmb）作为生态可持续传感器平台在葡萄样品中同时检测槲皮素和芦丁的可行性。
作者贡献声明
Geanderson Emilio de Almeida：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构建。
Emanuel Airton de Oliveira Farias：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验研究、数据分析。
Cláudio Guilherme de Sousa Macedo：验证、方法学设计、实验研究、数据分析。
Ismagno Alves de Carvalho：验证、方法学设计、实验研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：
