Mário Da Cruz
email: mariodacruz@hotmail.com

Bernard Gratuze
email: gratuze@cnrs-orleans.fr

novos dados

Keywords: Conímbriga, Roman glass, Local production, Archaeometry

à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d'enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

 Conimbriga, 62 (2023)A PRODUÇÃO SECUNDÁRIA DE VIDRO ROMANO EM CONÍMBRIGA. NOVOS DADOS.

Introdução

A questão da produção local de vidro romano em Conímbriga foi levantada pela primeira vez em 1964 por Jorge de [START_REF] Alarcão | Formes peu communes de la verrerie romaine au Portugal[END_REF] 3) e novamente em 1965 por Jorge e Adília Alarcão na primeira monografia dedicada aos vidros de Conímbriga, nos seguintes termos:

Algumas escórias de vidro aparecidas numa zona incompletamente escavada do nordeste da área intramuros sugerem que em Conímbriga se fabricavam vidros de cor verde-gelo ou azulada, talvez de formas comuns como unguentários ou garrafas prismáticas (...) (Alarcão e Alarcão, 1965: 16) Em 1994 Adília Alarcão retoma o tema no catálogo do Museu Monográfico de Conímbriga, ao dedicar uma vitrina do museu aos supostos indícios de produção local:

A presença de alguns pedaços de vidro em bruto, de cor verde e azul--gelo e fragmentos de argila refractária cobertos numa das faces por sólidos escorrimentos vítreos, de diversas cores, obriga a admitir que em Conimbriga se fabricam peças de vidro, pelo menos a partir de finais do século I [START_REF] Alarcão | Colecções do Museu Monográfico de Conimbriga, Lisboa[END_REF]: 15 e 83).

Em 2009, ao tratarmos da produção de vidro no noroeste peninsular (Cruz, 2009, vol. I: 259), dedicámos-lhe uma pequena nota de recensão onde se defendia que a produção local de vidro em Conímbriga, sendo plausível, não havia sido ainda comprovada de forma irrefutável.

Já em 2013, a propósito da elaboração de um levantamento dos sítios de produção de vidro da Hispânia (Cruz e Sanchez de Prado, 2014 e 2015; Sanchez de Prado e Cruz, 2014), tivemos a possibilida-Conimbriga, 62 (2023) 101-121 de de analisar pessoalmente os indícios de produção mencionados, bem como todo o acervo de vidros guardados nas reservas do museu. Foi no seguimento dessa primeira visita que surgiu a oportunidade de dedicar um estudo mais exaustivo à produção de vidro romano em Conímbriga, assim como à sua notável coleção de contas de vidro. Ambos os estudos foram feitos com recurso a modernos métodos arqueométricos. Os resultados destes estudos foram além das expectativas, revelando uma importante produção local de contas de vidro pré-romanas (Cruz e Gratuze, 2016) e confirmando a produção local de vidro romano, cujo estudo agora apresentamos.

A produção e comercialização de vidro em época romana O conhecimento acerca do sistema de produção e comercialização de vidro na Antiguidade evoluiu extraordinariamente nos últimos anos, devido nomeadamente ao contributo da arqueometria e da arqueologia subaquática. Até muito recentemente vigorava ainda a visão do modelo de produção dispersa por múltiplos centros regionais, tendo por base um circuito integrado de produção vidreira (das matérias-primas ao produto final), decalcado da realidade conhecida para a Idade Média e Idade Moderna. No entanto, sabe-se hoje que o modelo romano de produção vidreira é significativamente mais complexo e assenta em duas etapas perfeitamente distintas: a produção primária e a produção secundária, sendo que a primeira se encontra geograficamente concentrada e a segunda dispersa (Cruz, 2009, vol. I: 169; Cruz e Sanchez de Prado, 2014; Sanchez de Prado e Cruz 2014). Na primeira etapa as matérias-primas são processadas na origem dando lugar a lingotes de vidro bruto, enquanto que na segunda etapa esse vidro bruto é fundido e trabalhado nas oficinas de vidreiro, dando lugar ao produto final, os objetos e recipientes de vidro. Este sistema produtivo binário teve profundas implicações ao nível do comercio e consumo do vidro na Antiguidade.

Quanto à produção primária, e apesar do testemunho deixado por Plínio-o-Antigo (Naturalis Historia, XXXVI: 66, 194;Cruz, 2009, vol. I: 175), não existe até ao momento nenhuma prova conclusiva da existência de uma produção primária na Hispânia, nem mesmo na Gália ou na Itália, igualmente citadas por este naturalista. Pelo contrário, todos os estudos arqueométricos mais recentes apontam para uma origem Conimbriga, 62 (2023) 101-121 oriental do vidro romano (De Juan e Schibille, 2017; Cruz, 2009, vol. I: 37), nomeadamente no Egito e na Costa siro-palestina (o Levante na tradição anglo-saxónia), correspondendo aproximadamente aos atuais Líbano e Israel [START_REF] Freestone | The Provenance of Anciant Glass through Compositional Analysis, Materials Issues in Art and Archaeology VII[END_REF][START_REF] Picon | D'Orient en Occident: l'origine du verre à l'époque romaine et durant le haut Moyen Âge, Échanges et commerce du verre dans le monde antique[END_REF][START_REF] Stern | -I vetrai dell'antica Roma, in Vitrum. Il vetro fra arte e scienza nel mondo romano[END_REF]. Origem essa que tem vindo a ser confirmada pela descoberta de carregamentos de vidro bruto em diversos naufrágios no Mediterrâneo, bem como pela escavação de alguns sítios de produção primária, quer em Israel quer no Egito (Foy, 2003: 28-33 e 138-165;Foy e Nenna, 2001: 35-39). Trata-se essencialmente de vidro calco-sódico, dito de "tipo clássico", feito a partir das areias locais e de natrão (soda mineral) extraído do lago salgado de Wadi Natron, no Egito. O vidro seria produzido nessas duas regiões em grandes quantidades, em instalações de características industriais, e posteriormente exportado para todo o Império Romano sob a forma de pequenos lingotes circulares de vidro colorido ou de blocos irregulares resultantes da fragmentação de grandes lingotes retangulares de cor natural ou incolor.

Em contraste, a produção secundária parece não ter conhecido limitações geográficas, fundamentalmente por ser menos exigente, quer em termos de tecnologia quer em instalações e, sobretudo, por ser menos dependente da proximidade às matérias-primas. Liberta que estava dos constrangimentos da produção primária e impulsionada pela descoberta da técnica do vidro soprado na primeira metade do séc. I a.C., a produção secundária rapidamente se espalhou pelos quatro cantos do Império, dando lugar a uma miríade de pequenas oficinas de vidreiro, de carácter artesanal e mesmo familiar, que começaram por se instalar nas principais cidades, ao ritmo da expansão do Império Romano no decurso dos séculos I a.C. e I d.C.. Não é por isso de estranhar que a maioria das cidades romanas, senão mesmo todas, possuíssem uma ou mais oficinas de vidreiro, tal como possuíam olarias, ferrarias e outras atividades artesanais necessárias ao seu abastecimento. Conímbriga não seria certamente uma exceção.

Esta nova visão obriga-nos a repensar os pressupostos com que tradicionalmente a arqueologia tratava o estudo do vidro romano. Longe de serem um bem escasso e luxuoso, os objetos de vidro eram de facto um bem corrente, de fabrico local e acessível a todas as bolsas. Isto sem que, paralelamente, se tenha eliminado por completo o comercio e importação de outros objetos de vidro, esses sim considerados luxuosos. Digamos que, à imagem das cerâmicas, ao lado do "vidro fino", normalmente de importação, vamos passar a encontrar também Conimbriga, 62 (2023) o "vidro comum" de produção local. Esta realidade complexa dificulta extraordinariamente a catalogação e o estudo tipológico dos vidros romanos, sobretudo se tivermos em consideração que a existência de um sistema produtivo binário impossibilita, na prática, os estudos de proveniência baseados unicamente nas análises químicas. É fácil chegar à origem primária do vidro, mas é praticamente impossível chegar à oficina onde o recipiente foi executado. A esta dificuldade vem juntar-se a reciclagem do vidro, ao misturar, numa mesma fornada, o vidro partido proveniente de distintas oficinas.

A prática da reciclagem, bem documentada em época romana [START_REF] Freestone | The Recycling and Reuse of Roman Glass: Analytical Approaches[END_REF], explica também o porquê da raridade dos achados de vidro em contextos arqueológicos de habitat e a pouca atenção que lhe tem sido dedicada pela arqueologia. Neste aspeto, o vidro partilha a sorte com os metais, também eles alvo de intensa reciclagem. A ausência destes materiais dos contextos arqueológicos não significa necessariamente a sua ausência do quotidiano das populações, como alguns estudos o têm demonstrado. Por exemplo, em Pompeia constatou-se que o vidro, quando posto em confronto com outros materiais (bronze, cerâmica fina, cerâmica comum e prata) só perde importância para os metais nas casas mais ricas. Em todos os restantes casos ele suplanta os demais materiais. Mais surpreendente ainda, verificou-se que o vidro era tão mais importante quanto mais modesta era a casa, embora estivesse presente em todas elas. No confronto direto com a cerâmica fina e o bronze, o vidro suplanta-os largamente [START_REF] Carolis | Il vetro nella vita quotidiana[END_REF]. Curiosamente, o bronze é precisamente outro dos grandes esquecidos dos estudos arqueológicos.

Os indícios de produção

Existem basicamente duas maneiras de comprovar a existência de uma produção local de vidros: através de fontes documentais ou através dos indícios arqueológicos deixados pela atividade vidreira. No caso de Conímbriga, e de um modo geral de toda a Hispânia, não existem fontes documentais para além da referida menção de Plínio-o--Antigo relativa à produção primária. Restam-nos os indícios arqueológicos, que podem ser de vária ordem, embora nem todos eles sejam fáceis de identificar e nem todos possuam o mesmo grau de fiabilidade. Num estudo iniciado em 2012 dedicado à produção secundária de Conimbriga, 62 (2023) 101-121 vidro na Hispânia (Cruz e Sanchez, 2014e 2015), tivemos a oportunidade de enumerar alguns desses indícios. A saber: vidro fundido/ peças deformadas, ferramentas de vidreiro, cadinhos, moldes, fornos, vidro bruto, escórias de vidro e restos de fabrico (bocas de cana, pingos, etc.). Alguns destes indícios, quando tidos isoladamente, não são, no entanto, prova suficiente. Por exemplo, o vidro fundido e as peças deformadas podem ser o resultado de uma fusão acidental em cremações ou em lareiras, enquanto que o vidro bruto, sobretudo o colorido, pode estar relacionado com a criação de mosaicos ou até mesmo com a esmaltagem. Já as escórias metálicas com superfícies vítreas podem ser facilmente confundidas com verdadeiras escórias de vidro. No caso das ferramentas, apenas a cana de vidreiro parece ser específica da atividade. Já os restantes indícios, quando bem identificados, podem constituir provas conclusivas e suficientes de uma atividade vidreira na medida em que apenas essa atividade pode justificar a sua presença num determinado local. É o caso dos cadinhos com restos de vidro agarrado, dos moldes, dos fornos e, sobretudo, dos restos de fabrico. No entanto, tal como uma andorinha não faz a Primavera, um só indício não faz uma oficina de vidreiro, sobretudo se este for duvidoso. É o cruzamento do maior número possível de indícios que dá segurança à identificação de um local de produção.

No caso de Conímbriga, alguns destes supostos indícios de produção local encontram-se atualmente expostos numa vitrine do Museu Monográfico de Conímbriga (Alarcão, 1994: 15;Correia, 2021: 41). Com o nº 4.44 (antes nº 172) vamos encontrar um conjunto de quatro "escórias de vidro" constituídas por dois blocos arredondados de cor azul-escuro e dois blocos informes de vidro fundido incolor esverdeado. Com o nº 4.45 (antes nº 173) vamos encontrar três grandes blocos de argamassa de argila com escorrências de vidro verde-amarelado e vermelho-escuro. Acontece que nenhum destes indícios parece constituir uma prova conclusiva, sendo que dois deles não são sequer atribuíveis à atividade vidreira.

Os dois blocos arredondados de cor azul-cobalto são na realidade duas bolas de pigmento azul conhecido pelo nome de azul egípcio ou azul de Alexandria e usualmente destinado ao fabrico de tintas para pinturas murais. Nada têm a ver, portanto, com a atividade vidreira, embora haja algumas afinidades tecnológicas entre ambos os materiais, o que pode explicar a confusão. O azul egípcio é obtido através da mistura de areia, cal, uma liga metálica à base de cobre e possivelmente também Conimbriga, 62 (2023) 101-121 de um fundente alcalino. Trata-se, basicamente, da mesma composição do vidro, mas cuja cozedura é feita em ambiente redutor e com controle da temperatura de modo a não se atingir o ponto de fusão da sílica [START_REF] Blet | Caractérisation de boules de bleu égyptien: analyses par absorption visible et par activation avec des neutrons rapides de cyclotron[END_REF]. A diferença entre os dois materiais é facilmente detetável a olho nu, já que o azul egípcio possui um aspeto opaco e granuloso e apresenta-se sob a forma de pequenos nódulos esféricos, de diferentes tamanhos e diferentes tonalidades de azul. Apesar do nome, o azul egípcio foi igualmente produzido em Pouzzoles, na Itália, assim como na Gália a partir do séc. II, onde aparece ligado ao trabalho do bronze (Delamare e Guineau, 1999: 32).

Quanto aos blocos com escorrências vítreas, tudo aponta para que não estejam relacionados com a atividade vidreira, ou pelo menos não com a atividade vidreira romana. Foi isso mesmo que revelou a análise química feita ao fragmento encontrado na esplanada das termas (Con15). Para além dos três grandes blocos expostos, cuja proveniência e cronologia se desconhece, fomos encontrar um pequeno fragmento proveniente da casa do tridente e da espada, outro da ínsula do vaso fálico e outro ainda da esplanada das termas, já referido, todos relativamente próximos entre si e todos em estratos revolvidos, o que vem reforçar a ideia de que este tipo de indício não estaria associado à atividade vidreira romana.

Relativamente aos dois blocos informes de vidro incolor esverdeado, as dúvidas permanecem, na medida em que estes podem ter sido o resultado de deformações acidentais. No entanto, um dos blocos apresenta um tipo de deformação com uma espécie de crista de repuxados paralelos que pode de facto corresponder a deformações provocadas por uma ferramenta de vidreiro.

Apesar deste cenário inicial desencorajador, foi ao percorrermos as reservas do museu que constatámos que os vidros aí guardados não tinham ainda revelado todos os seus segredos. Aqui e ali, foram surgindo novos indícios, poucos mas seguros, que vieram reverter o panorama até aqui negativo. Em primeiro lugar, verificámos que as ditas "escórias de vidro" referidas na publicação de 1964 não haviam sido todas expostas ao público, além de não terem sido corretamente identificadas. A seleção para exposição foi feita segundo critérios que, à altura, pareciam ser os mais corretos: foi dado destaque aos fragmentos de maiores dimensões e, aparentemente, mais expressivos. No entanto, foram precisamente os fragmentos mais pequenos, guardados na reserva, que revelaram possuir maior informação. Nomeadamente, Conimbriga, 62 (2023) 101-121 existem cinco pequenos fragmentos de vidro "derretido" e diversos blocos e lascas de vidro bruto (Fig. 1B). Os cinco pequenos fragmentos de vidro derretido são idênticos aos dois grandes fragmentos de vidro incolor esverdeado, expostos no museu, mas é exatamente a sua pequenez e a sua forma que nos permite identificá-los como pingos resultantes da manipulação de vidro fundido. O fragmento em forma de pingo alongado possui inclusive a marca do repuxado feito por uma pinça. Quanto aos pequenos blocos de vidro, trata-se, indiscutivelmente, de vidro bruto e não de escórias de vidro como inicialmente haviam sido identificados. Mais especificamente, trata-se de vidro bruto "secundário", vidro que foi alvo de pelo menos uma fusão local, como o provam os restos de argamassa agarrados a alguns dos fragmentos. Possivelmente trata-se de vidro que ficou agarrado ao forno de vidreiro desmantelado. Dois destes pequenos blocos foram selecionados para análise química tendo fornecido dados conclusivos quanto à pertença a uma produção local de vidro romano (Fig. 1A, Con01 e 02).

Para além destes indícios foi ainda possível identificar mais dois blocos de vidro bruto e três restos de fabrico com proveniências diversas (Fig. 2). Os nºs 1 e 2 dizem respeito a vidro bruto com restos de cerâmica agarrada, um testemunho indireto das paredes do cadinho ou da cuba onde o vidro terá arrefecido. O nº 1 é constituído por vidro bruto verde-azulado com restos de cerâmica vermelha e o nº 2 por vidro incolor esverdeado com cerâmica/argamassa beije acastanhada. Curiosamente, estas são as mesmas cores representadas nos fragmentos de vidro bruto analisados. Os nºs 3, 4 e 5 são mais difíceis de interpretar, mas tudo aponta para que se trate de restos de fabrico e não de verdadeiros objetos acabados. São provavelmente restos de cordões plásticos usados na decoração ou na execução de asas. Além do formato em gota alongada irregular, pouco apropriada para o uso como cânula, os nºs 4 e 5 evidenciam marcas de ferramentas, como sejam os estrangulamentos nas extremidades mais finas (marca de pinças?) e a superfície espalmada do nº 4 (marca de espátula ou de marma?). O nº 3 já havia sido publicado como sendo um hipotético "Kohl-stick" mas com a advertência "...parece todavia demasiadamente grosso e pesado para poder ter sido usado para o mesmo fim." (Alarcão e Alarcão, 1965: nº 313). Os nºs 4 e 5 foram publicados dentro do grupo das cânulas mas igualmente sem grande convicção: "Les números 292 et 293 ont pu servir au même usage" (Alarcão et al., 1976: 209).

Conimbriga, 62 (2023) 101-121

A oficina de vidreiro

Com os frágeis dados recolhidos até ao momento apenas é possível avançar com algumas hipóteses de trabalho no que diz respeito à provável localização e datação da/s oficina/s de vidreiro de Conímbriga.

Tal como aconteceu com a produção de contas pré-romanas, de que daremos notícia futuramente, a maior parte dos indícios de produção secundária de vidro romano de Conímbriga provêm de antigas escavações, anteriores a 1962, pelo que não existe informação precisa quanto ao contexto arqueológico em que foram encontrados. Estão neste caso os fragmentos de vidro bruto e os restos de fabrico da figura 1B, genericamente atribuídos à "zona E", bem como o provável resto de fabrico nº 3 da figura 2 (Alarcão e Alarcão, 1965: nº 313). Quanto aos restantes indícios da figura 2: os nºs 4 e 5 provêm de estratos revolvidos da insula do vaso fálico e da esplanada das termas do sul, respetivamente1 ; o nº 1 é um achado superficial proveniente da Atadoa, uma zona a nordeste de Conímbriga, junto ao aqueduto, e o nº 2, sem indicação estratigráfica, provém das escavações de 1977 frente ao fórum 2 .

O facto dos indícios mais significativos aparecerem na zona E, ainda que descontextualizados, é deveras sugestivo. A zona E fica localizada no sector nordeste da área intramuros e corresponde a uma área onde mais tarde viriam a ser localizadas a casa do tridente e da espada e a casa das portas do sol (Correia, 2013: 67-73). Sendo esta uma zona contígua à muralha tardia é bastante provável que os indícios de produção pertençam ao momento da construção da muralha, em finais do séc. III, e necessariamente também ao momento da desafetação da própria oficina de vidreiro, na origem destes indícios, que poderia estar localizada nas proximidades. Tendo em consideração a intensa reciclagem de que o vidro foi alvo em época romana, só a desafetação e destruição de uma oficina de vidreiro poderia explicar o abandono de vidro bruto e de restos de produção. Uma oficina em plena laboração não gera desperdícios de vidro.

A existência de uma oficina de vidreiro numa zona relativamente central da cidade é bastante plausível, à imagem de outras atividades artesanais, e possui paralelos em várias cidades romanas, nomeadamen-Conimbriga, 62 (2023) 101-121 te em Bracara Augusta (Cruz, 2009, vol. 1: 235;Cruz, 2011: 85): quer se trate do caso da oficina de Maximinos, situada a dois passos do teatro romano, quer se trate, sobretudo, do caso da oficina do Fujacal, cujos restos de produção foram encontrados precisamente nos estratos arqueológicos associados à construção da muralha tardia.

A hipótese de uma cronologia de finais do séc. III, como data provável para a desafetação da oficina de vidreiro da zona E, veio a ser confirmada pelos dados da arqueometria na medida em que a produção de vidro incolor do grupo 4, correspondente à amostra de vidro bruto Con02, não ultrapassa os finais do séc. III.

Outras hipóteses menos prováveis para a localização de uma oficina de vidreiro em Conímbriga são: a área entre o fórum e as termas do sul, onde foram encontrados alguns indícios, embora dispersos e em estratos revolvidos (Fig. 2, nºs 2, 4 e 5); ou mesmo a Atadoa, onde foi encontrado o fragmento de vidro bruto verde-azulado com restos de argila (Fig. 2, nº 1). Sendo um caso isolado é possível que a sua presença numa zona tão afastada da cidade se deva a fenómenos pós-deposicionais, no entanto, a existência de uma oficina de vidreiro num casal ou numa villa peri-urbana não é completamente de descartar.

O estudo arqueométrico

Tendo em consideração o objetivo específico do presente estudo, as análises de composição química incidiram exclusivamente sobre os indícios de produção detetados (Fig. 1A). Foram assim selecionadas duas amostras de vidro bruto representativas das duas cores encontradas em Conímbriga, o verde-azulado (Con01) e o incolor-esverdeado (Con02), bem como uma amostra de "escória" de vidro verde-amarelado, mais especificamente um pequeno fragmento de argamassa com escorrências de vidro (Con15), semelhante aos fragmentos expostos no museu. A estas três análises vieram juntar-se outras oito, já publicadas, no intuito de potenciar o alcance do estudo comparativo. São elas: quatro análises de Conímbriga referentes a um copo incolor pintado -Con1035, um vaso diatreta incolor -Con1038 e a sua decoração em vidro azul -Con1039 e um segundo vaso diatreta incolor -Con1040 [START_REF] Brill | Chemical Analyses of Early Glasses[END_REF](Brill, : nºs 1035(Brill, , 1038(Brill, , 1039(Brill, e 1040;;Alarcão e Alarcão, 1965: nºs 98, 163 e 162); quatro análises de Braga referentes a uma amostra de vidro bruto verde-azulado -Bra29, outra de vidro bruto Conimbriga, 62 (2023) 101-121 incolor -Bra32, uma vidraça incolor -Bra32 e um diatreta incolor -Bra35 (Tab. 1; Cruz, 2009, vol. 1: nºs 60, 73, 57, 69).

As amostras Con01, 02 e 15, bem como Bra29, 32, 35 e 40, foram analisadas por LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) no laboratório do Centro Ernest-Babelon, integrado no Instituto de Investigação sobre os Arqueomateriáis (IRA-MAT, UMR C5060 CNRS/Université d'Orléans), Orleães, França. Os dados foram calibrados com recurso à referência padrão Corning A do Museu do Vidro de Corning. As amostras Con1035, 1038, 1039 e 1040 foram analisadas por ICP-OES (Inductively Coupled Plasma and Optical Emission Spectroscopy) no Museu do vidro de Corning (Corning, estado de Nova Iorque, EUA) e publicadas em 1999 por Robert H. Brill. Nunca é demais sublinhar que este é um estudo preliminar e que todos os resultados agora apresentados necessitam de ser validados por novos estudos, preferencialmente com recurso a análises mais sistemáticas sobre um universo de amostras mais abrangente, com vista a uma melhor compreensão dos diferentes grupos de composição e a sua comparação com os dados da literatura.

A composição da amostra Con15 (Tab. 1, Fig. 3) foi a que mais surpreendeu por não se enquadrar em nenhuma das composições de referência para os vidros e vidrados antigos. Ela possui uma composição próxima dos valores referência para o vidro potássico mas ainda assim com teores anormalmente elevados de alumina e baixos de soda. Mais do que de um vidro propriamente dito, é provável que se trate de simples escorrências vítreas resultantes da reação entre cinzas florestais e a argamassa argilosa das paredes de um qualquer forno, não necessariamente ligado à atividade vidreira. Atendendo à composição e à ausência de corrosão, é muito provável que a amostra Con15 seja moderna ou, quando muito, medieval. Relativamente aos dois grandes blocos com escorrências vítreas avermelhadas, expostos no museu, poderemos estar perante os restos de um forno metalúrgico ligado ao trabalho do cobre, o metal responsável pela cor vermelha de certos vidros [START_REF] Greiff | On the relationship between enamelled glass and other opaque glass thechnologies: the colour red[END_REF].

Quanto às duas amostras de vidro bruto, Con01 e 02, elas pertencem, indiscutivelmente, à grande família dos vidros calco-sódicos de soda mineral, ou vidros de natrão (Tab. 1 e Fig. 3), com cronologia aproximada entre 800 a.C. e 800 d.C. (Gratuze e Billaud, 2003: 13;Henderson, 2013: 92). Uma análise mais fina aos dados mostrou que elas correspondem aos dois grandes grupos de vidro romano represen-Conimbriga, 62 (2023) 101-121 tados no Ocidente, os grupos 3 e 4 identificados por Maurice Picon e Michèle [START_REF] Picon | D'Orient en Occident: l'origine du verre à l'époque romaine et durant le haut Moyen Âge, Échanges et commerce du verre dans le monde antique[END_REF]. O vidro do grupo 3 é constituído maioritariamente por vidro de cor natural verde-azulado (uma cor resultante da presença de impurezas nas areias, como o óxido de ferro) e, em menores quantidades, por vidro colorido artificialmente, bem como vidro incolor em que o agente descolorante é o dióxido de manganês (MnO 2 ) em concentrações a partir de 1% e com valores de antimónio inferiores a 0,01% ou inexistentes (correspondência com o grupo High-Mn em Jackson e Paynter, 2015). O grupo 4 é quase exclusivamente constituído por vidro incolor descolorado a pentóxido de antimónio (Sb 2 O 5 ) em concentrações a partir de 0,5% e com valores de manganês inferiores a 0.03% (correspondência com grupo Sb em [START_REF] Jackson | A Great Big Melting Pot: Exploring Patterns of Glass Supply, Consumption and Recycling in Roman Coppergate, York[END_REF]. O antimónio é um potente agente descolorante que possui igualmente a vantagem de eliminar as pequenas bolhas, o que dá ao vidro um aspeto brilhante e cristalino. Em menor quantidade existe também vidro azul do grupo 4, colorido a óxido de cobalto, e usado sobretudo em pequenos apontamentos decorativos.

Os vidros dos grupos 3 e 4 parecem corresponder na perfeição aos dois tipos de vidro referidos na lista de preços máximos do Édito de Diocleciano do ano de 301 (Freestone, 2015: 33;Barag, 1985: 113;Stern, 2004: 50). O vidro do grupo 3 corresponde indubitavelmente ao vidro judaico esverdeado, enquanto que o vidro do grupo 4 corresponde ao vidro alexandrino [START_REF] Barfod | Alexandrian' Glass Confirmed by Hafnium Isotopes[END_REF]. Tanto a cronologia como a cor e a indicação de origem são coincidentes. Segundo os dados da arqueometria, à data em que o édito foi lançado, apenas estes dois grupos de vidro primário chegavam a Roma e de um modo geral a todo o Ocidente. O vidro do grupo 4, nomeadamente, teve um período de vida relativamente curto, entre finais do século I e finais do III. Quanto à cor, o vidro judaico é mencionado como sendo "esverdeado", enquanto que o vidro alexandrino não possui menção da cor o que nos leva a pensar que se trata de vidro incolor. Quanto à origem, todos os estudos comprovam que o vidro do grupo 3 tem origem siro-palestina, o que corresponde grosso modo à antiga Judeia, enquanto o vidro alexandrino tem origem no Egito e, muito provavelmente, nas proximidades de Alexandria.

Outras diferenças significativas entre estes dois tipos de vidro são: a maior disponibilidade e o menor preço do vidro do grupo 3, o que o tornava especialmente indicado para a produção em massa de vasilhame de vidro, como garrafas, frascos e unguentários, bem como de vidraça, na sua variante incolor. Pelo o vidro do grupo 4, por Conimbriga, 62 (2023) 101-121 ser mais precioso e mais cristalino de aspeto, foi quase que exclusivamente usado no fabrico de louça fina de mesa ou em vasos de prestígio, como era o caso dos diatreta. Além disso, ao possuir teores sensivelmente mais baixos de cal (o elemento estabilizador), o vidro do grupo 4 tem tendência a fissurar e estalar com a passagem do tempo, sendo esta uma característica que muitas vezes o denuncia em escavação.

Relativamente aos vidros de Conímbriga, os dois grupos de vidro são facilmente distinguíveis no gráfico que opõe os dois agentes descolorantes usados em cada caso, antimónio e manganês (Fig. 4). Em posição intermédia vamos encontrar um subgrupo de mistura onde sobressaem as duas amostras de vidro bruto de Conímbriga, o que é bastante revelador (correspondência com grupo Mn-Sb em [START_REF] Jackson | A Great Big Melting Pot: Exploring Patterns of Glass Supply, Consumption and Recycling in Roman Coppergate, York[END_REF].

O grupo 3 está representado pela amostra de vidro bruto verde--azulado de Braga (Bra29) e pela amostra de vidro de janela incolor (Bra35). Naturalmente, é o vidro incolor que possui o teor mais elevado de manganês. Note-se igualmente que estes dois vidros possuem antimónio em teores irrelevantes. No caso do vidro bruto Bra29 podemos mesmo afirmar que estamos perante vidro bruto primário, vidro de origem que não sofreu ainda qualquer mistura ou reciclagem.

O grupo 4 está representado pelo copo pintado de Conímbriga (Con1035) e pelos três diatreta, dois de Conímbriga (Con1038, Con1040 + Con1039) e um de Braga (Bra46). O copo incolor pintado aparece isolado, sendo aquele que possui teores mais elevados de antimónio, perto de 1,5%. É também o que possui uma cronologia mais recuada da primeira metade do séc. III, o mais tardar. Os três diatreta são os que apresentam composições mais próximas entre si. Curiosamente, chega a haver um cruzamento entre as quatro amostras, sendo que a composição do diatreta de Conímbriga (Con1040), está mais próxima da composição do de Braga (Bra46), do que do seu próprio elemento decorativo em vidro azul (Con1039). Por sua vez, este último aproxima-se mais da composição do segundo diatreta de Conímbriga (Con1038). A proximidade de composições aliada ao imbricamento entre diatreta de Braga e de Conímbriga, indicam claramente que os três diatreta possuem uma origem comum ou pelo menos que foram feitos a partir de vidro primário do grupo 4 com a mesma origem.

Numa posição intermédia vamos encontrar os vidros que resultaram da mistura entre o vidro dos grupos 3 e 4, tendo por base a percen-Conimbriga, 62 (2023) 101-121 tagem dos dois descolorantes usados para cada tipo de vidro, manganês e antimónio respetivamente (Mn-Sb). Neste grupo de mistura vamos encontrar as duas amostras de vidro bruto incolor, uma de Conímbriga (Con02) e outra de Braga (Bra32), bem como o vidro bruto verde-azulado de Conímbriga (Con01).

Este grupo de mistura é também conhecido como grupo de reciclagem [START_REF] Vichy | Note sur le recyclage du verre dans l'Antiquité et sur les groupes de recyclage[END_REF]; grupo Mn-Sb em Jackson e Paynter, 2015) já que é a prática da reciclagem, feita de forma intensiva nas oficinas secundárias, que está na origem destas misturas. No entanto, estas composições mistas não podem ser usadas para estudos de proveniência já que não correspondem necessariamente a uma oficina em particular. Por outro lado, sabemos que essa mistura seria feita de forma involuntária já que o casco de vidro era separado e comercializado por cores, como o demonstra a carga do navio naufragado Iulia Felix datado da primeira metade do século III e constituída maioritariamente por vidro para reciclagem [START_REF] Silvestri | The coloured glass of Iulia Felix[END_REF]. Os estudos arqueométricos feitos à carga deste navio permitiram à autora propor um "índice de reciclagem" (IR) -[(Sb 2 O 3 )x/(Sb 2 O 3 )Ref]*100 -, numa tentativa de quantificar a extensão da reciclagem de vidro incolor descolorado a antimónio em cada fornada, usando como referencia o teor em antimónio do grupo CL1/1 do Iulia Felix (Sb 2 O 3 = 0.82 ± 0.11 wt%). Aplicando esta fórmula às três amostras deste estudo que evidenciam um grau de mistura verificamos que os dois vidros incolores possuem um índice de reciclagem superior a 50% (Con02 -IR 52%, Bra32 -IR 54%), enquanto que o vidro verde-azulado possui um índice inferior a 25% (Con01 -IR 22%). Esta diferença pode ser explicada pela dificuldade que naturalmente havia em distinguir, a olho nu, o vidro incolor descolorado a manganês do vidro descolorado a antimónio, pelo que ambos acabariam na mesma pilha de vidro incolor, possivelmente em partes iguais. Pelo contrário, a pilha do vidro colorido, entre o qual predominava o verde-azulado, apenas ocasionalmente receberia vidro incolor ou azul do grupo 4.

Conclusões

Ainda que escassas e por vezes descontextualizadas, as evidências de produção de vidro, aqui analisadas, não deixam dúvidas quanto à existência de, pelo menos, uma oficina produção secundária de vidro Conimbriga, 62 (2023) 101-121 em Conímbriga, desmantelada em finais do séc. III e localizada algures a nordeste do fórum romano.

De entre todas as evidências, a prática da reciclagem detetada nas análises ao vidro bruto é, por si só, um argumento decisivo e suficiente para comprovar a existência de uma produção local.

Quanto às formas de fabrico local, os dados até agora reunidos não permitem ainda aceder à produção da oficina, embora seja expectável que nela se tivessem fabricado formas simples e básicas em vidro incolor e verde-azulado, como vidro de janela, louça de mesa e vasilhame de vidro, tal como já havia sugerido Adília Alarcão (1994: 15).

De igual modo, não nos é possível estabelecer qualquer ligação entre a produção vidreira do séc. III e a produção de contas de colar que terá existido nos inícios da romanização de Conímbriga, não só porque existem, pelo menos, dois séculos de separação entre as duas produções, mas, sobretudo, porque se trata de tecnologias relativamente distintas. Joalheiros fabricantes de contas de colar em vidro e vidreiros sopradores de vidro poderiam até coexistir no tempo e no espaço, mas uns não dão, forçosamente, lugar a outros.

Por fim, ainda que a localização da/das oficina/s de vidreiro de Conímbriga continue a ser uma incógnita, é de esperar que futuras escavações que venham a ser realizadas em Conímbriga tragam boas surpresas.

Tab. 1 -Análises químicas. Resultados maioritários em percentagem (%) e minoritários em parte por milhão (ppm).

Fig. 2 -Restos de fabrico: 1 -vidro verde-azulado com negativo de cadinho; 2 -vidro bruto incolor esverdeado com negativo de cadinho ou de forno; 3 -resto de cordão plástico (?); 4 e 5 -restos de cordões plásticos com marcas de ferramentas.

Fig. 1 -

 1 Fig. 1 -A -Amostras analisadas; B -Vidro bruto incolor e verde azulado, em cima.Pingos e escória de vidro, em baixo.

Fig. 4 -

 4 Fig. 4 -Grupos de composição 3, 4 e mistura. Binómio Manganês (MnO) antimónio (Sb2O3).

Fig. 3 -

 3 Fig. 3 -Vidros calco-sódicos a tracejado e ponteado.

2.4 -marcação 70 H VIII 38 (1);

2.5 -marcação 68 H VI 26 (2). 2 Marcação: gav. 683 -77 PSF s/c.


Myriam Ghodhbane

Gauthier Menassol

Davide Beneventi

Didier Chaussy

Lionel Dubois

Abdelkader Zebda

Mohamed Naceur Belgacem

N Belgacem

Flexible doctor blade coated abiotic cathodes for implantable glucose/oxygen biofuel cells

Keywords: Glucose/Oxygen Biofuel cell, abiotic, doped graphene, implantable, gas diffusion layer, flexible electrodes, doctor blade. Graphical

I. Introduction

In recent few decades, medicine has known a huge development in the area of implantable medical devices (IMDs) treating several health defects affecting patients ranging from birth defects to organ failure. Recent studies indicate that 6% of the industrialized countries' populations have used an (IMD) [START_REF] Zhou | Implantable Neural Prostheses 2: Techniques and Engineering Approaches[END_REF]. Some IMDs, called active IMDs, such as pacemakers and neurostimulators must rely on permanent and sufficient electrical power. The first electrical power source developed to supply IMDs was Lithium-ions based-batteries. These last have been used for sixty years [START_REF] Magjarević | Implantable Cardiac Pacemakers -50 Years from the First Implantation[END_REF] , since the first successful pacemaker implantation in 1960 [START_REF] Chardack | Five years' clinical experience with an implantable pacemaker: An appraisal[END_REF]. UpToDate, they are remaining the first choice for power supplying IMDs.

Each day, new IMDs are appearing, either to replace older devices or to enable new treatments. Actually, technical progress has made it possible to fabricate artificial organs [START_REF] Arabía | Cardiac replacement: total artificial heart[END_REF]. Still, one key obstacle for realizing such devices is powering them after implantation. Unfortunately, the lithium-ion-based battery's size and lifetime fail to reach these new IMD generation conditions. Thus, instead of periodically removing them and replacing their batteries, researchers would prefer that those machines somehow harvest energy directly from their hosts. For this reason, implantable glucose biofuel cells (BFC's) are increasingly seen as a potential future technology for replacing Lithium batteries [START_REF] Bullen | Biofuel cells and their development[END_REF]. These fuel cells can generate electricity from the anodic oxidation of glucose and the cathodic reduction of dissolved oxygen which are already present in the human body [START_REF] Alcaraz | La biopile enzymatique à glucose/oxygène -Quelques nuances de Grays…[END_REF]. Unlike Lithium-ions batteries, this type of battery has a theoretically unlimited lifetime thanks to the continuous glucose and oxygen recovery from the human body. Scientists have already shown that GBFCs implanted in rats can successfully generate electricity from the glucose and oxygen present in the rodent's bodies [START_REF] Zebda | Single Glucose Biofuel Cells Implanted in Rats Power Electronic Devices[END_REF].

As a function of the catalyst type used at the bioelectrodes, GBFCs can be classified into two types: i) enzymatic biofuel cells, where an enzymatic catalysts is used and ii) abiotic biofuel cells where the catalyst is abiotic.

Actually, abiotic biofuel cells are gradually attracting great interest. For applications requiring continuous and prolonged operation time [START_REF] Kerzenmacher | Abiotically catalyzed glucose fuel cells for powering energy-autonomous medical implants[END_REF], the use of abiotic catalysts in implantable glucose biofuel cells is preferable over enzymes [START_REF] Kerzenmacher | Abiotically catalyzed glucose fuel cells for powering energy-autonomous medical implants[END_REF]. This is mainly because of their potential superior stability since they do not suffer from progressive denaturation over time.

Even though the first implanted biofuel cell in the 1960s was abiotic, only few studies have been devoted to this topic. The most used abiotic catalysts for both the anode and the cathode are noble metals-based catalysts. However, platinum high cost and rarity limit its use [START_REF] Kerzenmacher | Abiotically catalyzed glucose fuel cells for powering energy-autonomous medical implants[END_REF]. Besides, the Platinum-based catalyst gets empoisoned by the chloride ions present in the physiological fluids. In recent works, several efforts were devoted to replacing this kind of catalyst with free noble metals catalysts. In this context, catalysts based on carbides and metal nitrides are promising materials to replace Nobel metals ORR catalysts such as iron and/or cobalt precursors supported on carbon support doped with nitrogen. The overall catalyst performance of the product is attributed to the simultaneous and interactive presence of these components. It has been demonstrated by Dodelet et al. [START_REF] Lefèvre | Iron-Based Catalysts with Improved Oxygen Reduction Activity in Polymer Electrolyte Fuel Cells[END_REF] and largely confirmed by experiments, that nitrogen is a necessary component of the catalyst active site. Therefore, a nitrogen-containing precursor must often be added to the synthesis reaction during catalyst preparation. The most common used nitrogen precursors are NH3 [START_REF] Wang | N-Doping of Graphene Through Electrothermal Reactions with Ammonia[END_REF], acetonitrile [START_REF] Cui | Effect of feed rate on the production of nitrogen-doped graphene from liquid acetonitrile[END_REF], pyrrole [START_REF] Bose | In-situ synthesis and characterization of electrically conductive polypyrrole/graphene nanocomposites[END_REF] and nitrogen-containing polymers [START_REF] Yuan | Nitrogen-doped porous carbon/graphene nanosheets derived from two-dimensional conjugated microporous polymer sandwiches with promising capacitive performance[END_REF]. Faubert et al. [START_REF] Wang | Effect of the Pre-Treatment of Carbon Black Supports on the Activity of Fe-Based Electrocatalysts for the Reduction of Oxygen[END_REF] have demonstrated that the use of NH3 for the pyrolysis step not only induced the incorporation of nitrogen atoms in the carbon support but also modified the carbon microstructure by creating micropores. However, a clear understanding of the change in coordination or the evolution of the structure during heat treatment is absent. The nature of the obtained active sites is still under discussion [START_REF] Jaouen | Oxygen Reduction Catalysts for Polymer Electrolyte Fuel Cells from the Pyrolysis of Iron Acetate Adsorbed on Various Carbon Supports[END_REF]. The main advantage of these abiotic catalysts is their capacity to operate under physiological condition and their long-term stability.

In this context, graphene materials seem to be very promising compared to the commonly used carbon materials (i.e. graphite and amorphous carbon), graphene has greater electrical and thermal conductivity, better mechanical resistance, and a large surface area [START_REF] Stankovich | Graphene-based composite materials[END_REF]. Thereafter, the use of graphene in the glucose biofuel cell field is attracting ever-increasing attention. Graphene is used for both the anodic and cathodic materials, showing excellent performances on either glucose oxidation or oxygen reduction [START_REF] Karimi | Graphene based enzymatic bioelectrodes and biofuel cells[END_REF]. Most of the graphene-based abiotic catalysts were tested in basic media, and only a few investigations in neutral media were done [START_REF] Wang | A Lactate/Oxygen Biofuel Cell: The Coupled Lactate Oxidase Anode and PGM-Free Fe-N-C Cathode[END_REF], [START_REF] Ketpang | Highly Active and Durable Transition Metal-Coordinated Nitrogen Doped Carbon Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Neutral Media[END_REF]. Newly, Su et al. [START_REF] Su | High performance non-enzymatic graphene-based glucose fuel cell operated under moderate temperatures and a neutral solution[END_REF] fabricated a non-enzymatic glucose fuel cell using graphene sheets grafted with platinum and palladium for glucose oxidation and nitrogen-doped graphene oxide for oxygen reduction. They showed these catalysts' functionality in neutral media obtaining a power density of 15 µW/cm 2 in a 4 mM glucose solution under oxygen flow and at 25 °C.

Recently, 3D electrodes for Glucose/Oxygen biofuel cells have been developed by Zebda et al. [START_REF] Zhou | Implantable Neural Prostheses 2: Techniques and Engineering Approaches[END_REF] through a compression method. Thanks to these electrodes, it is currently possible to use a larger active material in a smaller surface area. However, the fact of using a compression manufacturing method, compact electrodes suffering from low electrolyte diffusion within the electrode are obtained. In fact, the electrode thickness and density hinder glucose and oxygen diffusion thus affecting the biofuel cell electrochemical performances. Besides, this electrode's type is relatively bulky and fragile. This rigidity could cause problems especially for implantable BFC's that may be damaged during the movement.

On another note, flexible BFCs have been manufactured for a long time. Different substrates were employed such as carbon fibers [START_REF] Ichi-Ribault | Remote wireless control of an enzymatic biofuel cell implanted in a rabbit for 2 months[END_REF], [START_REF] Reuillard | High power enzymatic biofuel cell based on naphthoquinone-mediated oxidation of glucose by glucose oxidase in a carbon nanotube 3D matrix[END_REF] carbon nanotube films [START_REF] Miyake | Self-Regulating Enzyme-Nanotube Ensemble Films and Their Applica on as Flexible Electrodes for Biofuel Cells[END_REF], gas diffusion layers [START_REF] Wan | Some studies related to electricity generation from biological fuel cells and galvanic cells[END_REF] as well as cellulose substrates coated with conductive ink [START_REF] Zhang | Small-size biofuel cell on paper[END_REF]. Different coating technics were also used to fabricate this type of BFCs, ranging from traditional coating methods like brushing [START_REF] Wan | Some studies related to electricity generation from biological fuel cells and galvanic cells[END_REF], casting to more sophisticated automated processes like screen printing [START_REF] Zhang | Small-size biofuel cell on paper[END_REF], [START_REF] Shitanda | A screen-printed circular-type paper-based glucose/O2 biofuel cell[END_REF]- [START_REF] Shitanda | Flexible and high-performance paper-based biofuel cells using printed porous carbon electrodes[END_REF], and ultrasonic spraying [START_REF] Tahar | Carbon nanotube-based flexible biocathode for enzymatic biofuel cells by spray coating[END_REF]. Even though these flexible electrodes are more adapted for implantable applications, it is limited by the quantity of active material deposited per surface, hence by a low electrochemical performance per surface unit. Using the doctor blade coating method will allow us to obtain a larger quantity of material compared to the other used methods such as ultrasonic spraying [START_REF] Tahar | Carbon nanotube-based flexible biocathode for enzymatic biofuel cells by spray coating[END_REF] , screen printing [START_REF] Zhang | Small-size biofuel cell on paper[END_REF], [START_REF] Shitanda | A screen-printed circular-type paper-based glucose/O2 biofuel cell[END_REF]- [START_REF] Shitanda | Flexible and high-performance paper-based biofuel cells using printed porous carbon electrodes[END_REF] and spin coating [START_REF] Liu | Membraneless enzymatic biofuel cells based on graphene nanosheets[END_REF], etc. while maintaining the electrolyte diffusion at the electroactive majority surface level.

The doctor blade is a well established coating method that allows the formation of uniform flat films on large surfaces with a well-defined thickness. This method presents two major advantages when it comes to the fabrication of abiotic electrodes: the first one is the fact that the losses in terms of ink are minimal around 5% of the initial quantity, which makes it possible to obtain functional films with a small ink amount, this is a very important advantage especially when it comes to a small-scale catalyst manufacturing. Moreover, this method ensures a thicker film formation compared to the other used methods which are necessary to achieve a good catalytic activity, especially when using no noble metal abiotic catalysts. Furthermore, this method is also inexpensive and easy to operate. The method's operational principle consists of placing a cutting blade at a fixed distance from the substrate surface (generally between 10-500 μm). The coating solution is then placed in front of the slide which will then be moved linearly over the substrate leaving a thin wet film as illustrated in Fig. 1. The doctor blading method may be carried out manually or automatically where the shear field is relatively small and the linear velocities are generally between 1-100 mm s -1 . Generally, the final wet film thickness is ideally half the width of the gap but may vary due to the substrate surface energy, the coating solution surface tension, and the ink viscosity [START_REF] Lanceros-Méndez | Printed Batteries: Materials, Technologies and Applications[END_REF]. In general, the wet film thicknesses obtained by this method are ranging from 20 to several hundred microns [START_REF] Berni | Doctor Blade[END_REF].

The doctor blade coating technique was seldomly used in the field of glucose/oxygen biofuel cell manufacturing. Concerning the enzymatic glucose biofuel cell, few works were realized dealing with enzymatic glucose biofuel cells fabricated using doctor blade [START_REF] Anusha | Simple fabrication of ZnO/Pt/chitosan electrode for enzymatic glucose biosensor[END_REF], [START_REF] Mullen | Enzyme electrodes and improvements in the manufacture thereof[END_REF]. Regarding the abiotic glucose/oxygen biofuel cell, this coating method has been more used in comparison with the enzymatic ones. S. Kerzenmacher et al. [START_REF] Kerzenmacher | Abiotically catalyzed glucose fuel cells for powering energy-autonomous medical implants[END_REF] have well explored this field. They started by making an abiotic glucose/oxygen biofuel cell prototype made of an activated carbon-based catalyst for the oxygen reduction and two types of binders, i.e. Polyvinyl Alcohol (PVA) and Polyacid Acrylate (PAA). The anode consists of a mixture of activated carbon and a Pt-Bi platinum alloy. Both cathodes were made using the doctor blade method. A power up to 20 μW.cm -2 was obtained during 7 days [START_REF] Shitanda | Flexible and high-performance paper-based biofuel cells using printed porous carbon electrodes[END_REF], [START_REF] Bose | In-situ synthesis and characterization of electrically conductive polypyrrole/graphene nanocomposites[END_REF]. More detailed studies on the manufacturing process of biofuel cells and a detailed analysis of their long-term performance in a neutral buffer containing physiological quantities of glucose and oxygen were performed by the same group resulting in a power density in the range of (3.3 ± 0.2) μW.cm -2 during 10 days reaching a value of (1.0 ± 0.05) μW.cm -2 after 224 days [START_REF] Kerzenmacher | A Surface Mountable Glucose Fuel Cell for Medical Implants[END_REF].

Since Biofuel cells are dedicated to medical applications, good electrochemical performance is not enough. Biocompatibility is also an important criterion controlling whether the implant is accepted or not by the organism. In this context, cytocompatibility tests are considered us screening tests performed for the purpose to evaluate the reaction of living cells towards the implant and compare it with their normal behaviors. From these tests, it is possible to determine cell viability and the cell's ability to grow in the presence of the implant in question. It is often recommended by ethics committees to carry out these tests before implanting the object in order to ensure its noncytotoxicity. A material is said to be cytotoxic if its presence causes a cell necrosis phenomenon characterized by a rapid cell death followed by cell lysis. During this phenomenon, the cells will generally undergo a swelling followed by a loss of the integrity of their membrane and metabolic arrest. The final step of this phenomenon is characterized by the release of the cell's content in the environment causing then an inflammatory reaction. Cell culture testing in the presence of the material in question gives us a quick idea about the material toxicity. However, this test is specific to a certain cell type. Indeed, it is necessary to choose the cell's type in such a way that it is possible according to the obtained results to get pieces of information about the potential interactions between the body and the material once implanted. Several studies carried out have proven the cytotoxicity of chitosan [START_REF] Dinescu | In vitro cytocompatibility evaluation of chitosan/graphene oxide 3D scaffold composites designed for bone tissue engineering[END_REF], [START_REF] Fernandes | Cytocompatibility of chitosan and collagen-chitosan scaffolds for tissue engineering[END_REF] and reduced graphene oxide [START_REF] Wojtoniszak | Synthesis, dispersion, and cytocompatibility of graphene oxide and reduced graphene oxide[END_REF], [START_REF] Wu | Reduction of graphene oxide alters its cyto-compatibility towards primary and immortalized macrophages[END_REF]. The cells chosen within the framework of this work in order to carry out our preliminary cytocompatibility tests are embryonic fibroblast-like cells derived from the mice, the 3T3-L1. This type of cell is frequently used in the literature and it is among the cells authorized in the standard ISO [START_REF] Avti | Cytotoxicity, cytocompatibility, cell-labeling efficiency, and in vitro cellular magnetic resonance imaging of gadolinium-catalyzed single-walled carbon nanotubes[END_REF]- [START_REF] Ming | Corrosion behavior and cytocompatibility of a Co-Cr and two Ni-Cr dental alloys before and after the pretreatment with a biological saline solution[END_REF].

In the present work, we investigate the use of iron/nitrogen-doped graphene as ORR catalyst for abiotic flexible biocathode dedicated for implantable GBFCs. Firstly, a chitosan-doped graphene-based ink formulation was optimized. This ink was then used for the cathode layer deposition on carbonated porous paper. Physical and morphological characterizations were achieved to characterize the morphological features of deposited biocathodes. Electrochemical performances show that these biocathodes are capable to catalyze the reduction of oxygen under physiological conditions with a lifetime stability of more than two years. The cathode's cytocompatibility was then validated using 3T3 mice cells opening then the possibility for in vivo tests.

II. Experimental part 1. Products

All chemicals and reagents used in this study were analytical grade and used as received without further purification. graphene nanoplates aggregates (sub-micron particles, surface area 750 m 2 /g) were purchased from Stream, researchgrade commercial carbon nanotubes CNTs (Thin MWCNT 95% C purity NC3100™) from Nanocyl Belgium, chitosan low molecular weight (Cs), acetic acid, Genipin, and Tween 80 from Sigma Aldrich. Gas diffusion layer Fi2C6 was purchased from PaxiTech France.

Fe / N-rGO modified glassy carbon electrode

Because of the weak adhesion of chitosan on glassy carbon surface, we used nafion solution to prepare F-N-rGo-NA based ink. This last was prepared by the addition of 2 mg of Fe/N-rGO to Nafion 117 5% and isopropanol (0.22/0.78V) solution. 100 µL of the prepared ink was deposited onto the surface of glassy carbon (0.07 cm 2 ) and left to dry under air for 1 hour.

Cathodes fabrication

3.1. Graphene/chitosan-based ink 150 µL of acetic acid were added to 20 ml of deionized water and heated to 60 °C. Once the temperature reached 60 °C, 0.2 g of chitosan was added to the heated solution. The chitosan was completely dissolved after 2 h of stirring.

Then, 150 µL of the Genipin solution (6 mg/ml) was added and let it react under stirring for 1 h. Finally, 2 g of commercial graphene nanoplates aggregates were added to the mixture. The mixture was put in a bath sonicator for 1 h. Finally, the graphene nanoplates aggregates/chitosan-based ink was stirred over the night at 700 rpm.

Cathode preparation

In order to increase the ink wettability with the GDL, a primer adhesion layer was firstly added to the gas diffusion layer. 25 layers of carbon nanotubes-based ink were sprayed over the gas diffusion layer according to the process used previously by Ben Taher et al. [START_REF] Tahar | Carbon nanotube-based flexible biocathode for enzymatic biofuel cells by spray coating[END_REF]. Briefly, an ink of 0.5% of carbon nanotube was prepared: in 20 ml of deionized water 250 mg of carbon nanotube and 300 mg of tween 80 were sonicated at 20 W for 1h30 min using a probe sonicator: a Branson "Digital Sonifier" 250 with a titanium-based alloy probe of 1 cm of diameter. The prepared ink was spray coated on the gas diffusion layer surface using a Prism 500 ultrasonic spray coater supplied by USI, Ultrasonic Systems, Inc. at a basis weight of 0.65 mg.m -2 (which corresponded to the deposition of 25 layers).

For the ink formulation optimization, a series of experiments were realized as follow: different quantities of the graphene/chitosan-based ink were mixed with 100 mg of the catalyst (2% iron-nitrogen doped graphene) in order to obtain different (doped graphene: graphene nanoplates: chitosan) ratios (D.Gr:Gr:Cs) of 27:10:1, 18:10:1, 14:10:1 and 11:10:1 (see table 1). The catalyst mass percentage in the dry ink ranged between 18.2 w% and 28 w%. The mass catalyst coated per the GDL surface varied from 0.014 g/cm 2 to 0.02g/cm 2 as shown in table 1. The cathodic ink was coated on a CNT sprayed commercial gas diffusion layer using a hand doctor blade coater with a 250 µm slot. Different passes were realized according to the ink composition as described in table 1. To realize the electrode's electric contact, an electric contact wire was glued to the not-printed face of the prepared electrodes using a carbon paste. X-ray powder diffraction data of a fine powder of the different ink compound fine powder were collected at room temperature using the Xpert Pro MPD (multipurpose diffractometer). The sample was contained in a thin-walled borosilicate glass capillary with a diameter of 1.0 mm. The wavelength used for data collection is a K alpha copper (1.54 Å) using a θ/θ system, and the data were collected in the 2θ range 10-60°.

Printed surfaces were characterized using several techniques to check the coated surface homogeneity, to measure the printed layer thickness, and also to verify the good adhesion between the CNT modified substrate and the coated layer. The flexible electrodes surface topography and the surface roughness were measured using a surface profilometer, i.e. optical microscope with focal length variation (Alicona Infinite Focus). A magnification of (10x) was used. The surface roughness was determined according to the ISO 4288, 5 images of 1 cm were recorded for each sample. 5 roughness measurements were made for each image. Surface and cross-sectional views of the printed GDL were recorded through Scanning electron microscopy (SEM) imaging. An environmental Scanning Electron Microscope (ESEM, Quanta 200 FEI, Hillsboro, Oregon, USA) was used at a high voltage equal to 12.2 kV and a working distance equal to 10.2 mm. The surface of the printed GDL was observed using a Zeiss ultra 55 FESEM microscope. A micrometer was used to estimate the coated layer thickness. 10 measurements were performed for each sample to calculate the mean thickness value. N2 physisorption tests were performed to measure the specific area of each sample where 70 mg of each sample were dried at 105°C for 12 hours then analyzed, with a Novae (Quatachrome) analyzer in a pressure range between 0.1 to 0.3 bar. The electrodes' electrical conductivity was measured by a four-tip cylindrical probe system combined with an impedance analyzer type RM3000 (Jandel Universal Probe System with RM3-AR unit test Unit) at 25°C. The voltage was measured by varying the current between 10 mA and 90 mA, then the f(U)=i curves were plotted. The slope of this curve indicates the square resistance. The Contact angle measurements were carried out by depositing different ink droplets at the substrate surface (the commercial GDL and the CNT-modified GDL) and recording the contact angles formed using an OCA dataphysics system equipped with a CCD camera. During the first 60 seconds, the contact angle and the drop volume acquisition were realized after deposition. Four images per second were taken. All measurements were performed 10 times for each sample.

Electrochemical characterizations

The electrochemical characterizations were performed using three electrodes electrochemical cell-associated to a Biologic Potentiostat SP150. The printed biocathode was used as a working electrode, a platinum electrode was used as a counter electrode, and a saturated calomel electrode (SCE) as a reference electrode. The abiotic biocathodes were tested in physiological media. (100 mL of a solution containing phosphate buffer (0.01 mol L -1 ), NaCl (0.14 mol L -1 ), KCl (0.0027 mol L -1 ), pH=7.4 at ambient temperature (20 ± 3 C). Cyclic voltammetry measurements were carried out using a rotating electrode disc (0.001 cm 2 ) between 1V and -1V at a scan rate of 10 mV s -1 and a rotating disc speed of 500 rpm. A 300 µg/cm 2 of the 10 times diluted ink was deposed on the rotating disc and the cathode's chronoamperometric response was recorded at 0.1 V vs. SCE for 24h. The abiotic cathode characterizations were performed using a conventional three-electrode cell (2.34 cm 3 ) with a saturated calomel electrode (SCE) as a reference electrode and a platinum auxiliary electrode. The flexible prepared abiotic cathodes play the role of the working electrodes. A frequency between 10 kHz and 50 kHz was applied at the OCV potential. The cathode stability was evaluated after different aging periods (1 month, 2 months, 1 year, and 2 years). Five cathodes were stored in a PBS solution at room temperature. After each period, their current density was evaluated by recording their chronoamperometric response at 0.1 V vs. SCE for 24h. Finally, an average of the delivered current density of five samples was obtained for each period.

III. Results and discussion

1. Optimization of the cathodic ink formulation 1.

Ink characterization

The X-ray diffraction studies were done for four samples: pure chitosan (LMW)(Cs), graphene nanoplates aggregates (Gr), nitrogen/iron 2% doped graphene nanoplates aggregates (D Gr), and the final prepared ink. Fig. 2 shows that pure chitosan exhibits 2 broad peaks at 2θ =10° and 2θ = 20°: the broad peak at 2θ = 10.5° was associated with the hydrated crystals corresponding to the remained α-chitin chains in raw chitosan [START_REF] Yan | Preparation and characterization of carbon nanotubes/chitosan composite foam with enhanced elastic property[END_REF], whereas the peak at 2θ = 20.08° with the partial crystalline chitosan structure [START_REF] Wang | Modification of chitosan with monomethyl fumaric acid in an ionic liquid solution[END_REF] indicating corresponding indices (020) and (110). The Commercial graphene nanoplates, the nitrogen-iron doped graphene, and the final ink samples exhibit three peaks one at 2θ = 26.5°, one at 2θ = 43.5° and the third one at 2θ = 54.7°. The measurement results of these three samples are comparable and show only the carbon contributions. The two peaks obtained at 2θ = 26.5° and 2θ = 43.5° indicate the typical graphitic C(002) and C(100) turbostratic carbon structure [START_REF] He | Nitrogen-self-doped graphene-based non-precious metal catalyst with superior performance to Pt/C catalyst toward oxygen reduction reaction[END_REF]. The 2 peaks obtained at 2θ = 43.5°and 2θ = 54.7° are large peaks characteristic of the amorphous phases. Sometimes, doping graphene may induce a little negative shift of the graphitic C(002) plane explained by an increase in the interlayer-distance due to the incorporation of N and/or Fe in the carbon framework as demonstrated for the Fe-N-C catalyst synthesized by Ketpang et al. [START_REF] Ketpang | Highly Active and Durable Transition Metal-Coordinated Nitrogen Doped Carbon Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Neutral Media[END_REF] and He et al. [START_REF] He | Nitrogen-self-doped graphene-based non-precious metal catalyst with superior performance to Pt/C catalyst toward oxygen reduction reaction[END_REF], However, this wasn't the case for us may be a cause of the low doping percentage. As mentioned before, the final prepared ink has the same peaks as the graphene nanoplates and doped graphene, however, the diffraction line C(002) plane peak is wider since it is a mixture between the doped graphene, the graphene nanoplates, and chitosan.

The interplanar distance was calculated according to the Bragg theory: 𝑛𝜆 = 2𝑑 ⋅ 𝑠𝑖𝑛𝜃 (Equation 1)

Where n = is an integer determined by the given order. λ = is the wavelength of x-rays, and moving electrons, protons, and neutrons. d = is the spacing between the planes in the atomic lattice. θ = is the angle between the incident ray and the scattering planes.

The results are summarized in Table 2:

Primary adhesion layer

An adhesion layer was firstly deposed on the gas diffusion layer by spraying 25 layers of a CNT-based ink according to the process used previously by Ben Taher et al. [START_REF] Tahar | Carbon nanotube-based flexible biocathode for enzymatic biofuel cells by spray coating[END_REF]. Fig. 3 shows the surface and cross-section view of the CNT sprayed gas diffusion layer. As shown in Fig. 4, we demonstrated through the contact angle measurement, the improvement of ink wettability when it comes to the CNT modified gas diffusion layer. The contact angle changes from a value of θ =137 °±6 to θ=37°±8 by adding an adhesion layer based on carbon nanotubes and Tween 80. In fact, the use of the tween 80 as a dispersant induces the increase of the GDL surface hydrophilicity once the ink is sprayed on the surface. Which explains the wettability amelioration for the CNT-modified gas diffusion layer as demonstrated previously by Ben Taher et al. [START_REF] Laaroussi | Fabrication de biocathodes flexibles pour biopiles enzymatiques implantables par procédés d'impression[END_REF].

C)

Figure 4: A) The contact angle of the GDL and the graphene/chitosan/doped graphene-based Ink: 137°  6°. B) The contact angle of the NCT sprayed GDL and the graphene/chitosan/doped graphene-based ink: 37°± 0.8.

Coated layer Characterization

As described in table 3, four different samples with different (doped graphene: graphene nanoplates: chitosan) ratios (D.Gr:Gr:CS) (see table 3), were prepared In order to identify the best formulation in terms of adhesion between the coated and the CNT modified substrate and electrochemical activity. For the different formulations, the ratio between the graphene nanoplates and chitosan was kept constant, and the doped graphene ratio changed. The coated layer's thicknesses varied from 92 µm to 210 µm (see table 3) and samples square resistance between 1.8 and 0.77 (mm ohm/square). The 3D topography images and the SEM images were done to check the coated surface's homogeneity (See Fig. 5 and Fig. 6). A measure of the sample's surface area was done using the N2 physisorption method. The obtained results are summarized in Table 3.

o For sample 1, the Scanning electron microscopy and the 3D topography images demonstrate a coated layer heterogeneity. A bad adhesion with the CNT modified substrate was also noticed especially when doing the electrochemical tests. This is due principally to the low binder mass fraction compared to the total graphene quantity. o For sample 2, the coated layer is homogenous, and good adhesion between this one and the substrate was obtained. No micro crackles were observed on the coated surface as shown by 3D topography images (Fig. 5).

Besides, through the Scanning electron microscopic (MEB) images shown in Fig. 6, a high microporosity was observed which is also validated by the highest surface area value compared to the other samples as shown in table 3 (68.86 m 2 /g). For this sample, the quantity of the coated ink was enough to cover the substrate and to keep a high porosity owing to no layer stacking as in samples 3 and 4. o For sample 3, some microscopic crackles were observed on the coated surface (see Fig. 5 and Fig. 6). o However, for sample 4, the coated layer thickness was important (263± 8 µm) which led to numerous micro crackle formations. Thus, the coated layer flakes off. This fact induces a week adhesion with the CNT modified substrate, and a lower conductivity value compared to the other samples (705 Ohm. cm -1 ).

In samples 3 and 4, the surface porosity was lower than in sample 2, as shown in the SEM images (Fig. 6). In fact, this is due principally to the higher deposited material quantity. Indeed, the stacking of layers induces a lower microscopic porosity, as supported by surface area values in Table 3 (11.33 m 2 /g for sample 3, 28.50 m 2 /g for sample 4, and 68.86 m 2 /g for sample 2). 4, where the red line for the coated layer, the green line for the GDL nano-porous layer (NPL) and the blue line for the GDL micro-porous layer (MPL).

Electrochemical performances 1.2.1. Fe/N-Gr modified glassy carbon electrode

It is well known that Fe-N-C catalysts can catalyze oxygen reduction and Fe-N-C electrocatalysts have been considered as the most promising low-cost candidates to replace Pt in fuel cells. This type of catalyst has been studied deeply in acidic and alkaline environments but only one study in neutral media was reported [START_REF] Ketpang | Highly Active and Durable Transition Metal-Coordinated Nitrogen Doped Carbon Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Neutral Media[END_REF]. The electrocatalytic activity of our Gr-N-Iron (2%) toward oxygen was evaluated by cyclic voltammetry (CV) in a physiological buffer. Fig. 7 shows cyclic voltammograms (CVs) recorded under azote and oxygen-saturated solutions. Under oxygen conditions, the CVs exhibited a clear sigmoidal catalytic wave that corresponds to a typical behavior of an electro-catalytic reduction of oxygen starting at 0.18 V vs SCE, and reaches a maximum current density value of 2.7 mA.cm -2 . However, in the

Gr-N-Iron (2%) based flexible cathode

The electrochemical performances of the Gr-N-Iron (2%) based flexible cathodes were evaluated by chronoamperometry measurements at a potential equal to 0.1 V vs. SCE in physiological buffer. These measurements were realized for the cathodes with different ratios under air and saturated oxygen conditions (Fig. 8). We choose to work at 0.1 V vs. SCE because generally when the biocathode is associated with an anode to build fuel cells, the anode potential is often equal to or less than 0 V. For all the cathodes, we observe that the buffer solution's oxygen saturation induces an increase in the reduction current [START_REF] Ichi-Ribault | Remote wireless control of an enzymatic biofuel cell implanted in a rabbit for 2 months[END_REF]. This is in agreement with the results obtained and discussed above concerning the Gr-N-Iron (2%) based glassy carbon ability to electro catalyze the oxygen reduction under physiological pH. The highest current densities of 66 µA/cm 2 under air and 84 µA/cm 2 under oxygen were obtained with sample 2 (see Fig. S2 and Table 3). These results are in line with the coated layers characterization discussed in the previous part. For samples 1, 3, and 4 poor adhesion due either to the low binder proportion or the crackle's presence was noticed. This one causes the coated layer release in the electrolyte solution while doing the electrochemical tests. Thus, inducing poor stability over time and a low electrochemical activity compared to sample 2 (See Table .3). However, the differences between the values of the obtained current under air and under oxygen are not very significant. This low difference could be explained by the fact that the catalytic current is not only limited by the oxygen concentration and its diffusion but other parameters may intervene such as protons concentration and the biocathode permeability to oxygen. In the case of biocathodebased on no doped rGo, the current density is almost zero even under oxygen saturation conditions (Fig S1, supplementary materials). This indicates that iron-nitrogen doped rGo is the electrocatalytic activity origin toward oxygen reduction of the prepared flexible biocathodes. As shown in Fig. 8, these flexible electrodes exhibit a relatively high capacitive current. This result is highly expected since graphene has sparked a lot of interest in supercapacitor research due to its two-dimensional structure, which gives it unique qualities like greater electrical conductivity and mechanical properties, as well as a larger surface area compared to carbon nanotubes (CNTs) [ [START_REF] Ervin | Carbon Nanotube and Graphene-Based Supercapacitors: Rationale, Status, and Prospects[END_REF], [START_REF] Sammed | Reduced holey graphene oxide film and carbon nanotubes sandwich structure as a binder-free electrode material for supercapcitor[END_REF]]. To summarize, the results obtained by the CVs and the chronoamperometry tests demonstrate the Gr-N-Fe (2%) ability to electro-catalyze the ORR at a physiological pH, which is, from our point of view, an important result demonstrating the potential of the Gr-N-Fe (2%) as a catalyst in the development of implantable abiotic cathodes. For in vivo applications, the electrochemical performances are generally presented per volume either per surface since for implantable devices, and from a medical point of view, the volume expression is more suitable. Furthermore, and taking into account our cathode's volume, the delivered catalytic current density values are 3 mA/cm 3 under air and 4 mA/cm 3 under oxygen. These performances are close to our previous results on laccase-based MWCNTs cathodes for implantable BFCs [START_REF] Reuillard | High power enzymatic biofuel cell based on naphthoquinone-mediated oxidation of glucose by glucose oxidase in a carbon nanotube 3D matrix[END_REF].

The stability study

Generally, and as a function of the supplied implanted device, the implantable electrical generators (such as Lithiumion based batteries) lifetime varies from 4 years to 7 years which is medically accepted. Thus, implantable abiotic BFCs must exhibit long-term stability at least closest to implantable lithium-ion batteries. For this reason, the main implantable abiotic cathode's challenge is their capacity of preserving their electrocatalytic activity toward oxygen reduction during a long period. In the case of Fe-N-C catalysts, many parameters affect the long-term stability of the catalysts such as the resistance of carbon materials to corrosion and the presence or not of hydrogen peroxide, a possible product of oxygen reduction reaction, which can be a source of catalyst poising. In order to investigate the stability issue of our flexible biocathodes, long-term stability has been evaluated by periodic chronoamperometric measurement at 0.1V vs. SCE in PBS buffer (pH 7.4). Fig. 10 A) summarizes the evolution of current density values as a function of time. We can observe the presence of two zones: the first one corresponds to an important decrease of the current density value during the first 2 months almost 10% of its initial value. The second zone starts after the second month. For this one, a slower current density decrease over time is noticed. We have only a 15% loss during the 22 following months. Overall, after storage in PBS buffers for 2 years, our flexible biocathodes have a high capacity to preserve their electrocatalytic activity. The recorded loss is in the same order as what we can observe in the case of other electrochemical generators such as batteries and fuel cells. We can attribute this long-term stability to i) the high resistance of graphene to corrosion, ii) the low load of produced H2O2 under physiological pH iii) the presence of chitosan binder that enhances significantly the mechanical stability of the biocathode. These results are in agreement with Ketpang et al. [START_REF] Ketpang | Highly Active and Durable Transition Metal-Coordinated Nitrogen Doped Carbon Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Neutral Media[END_REF] who studied the nitrogen/iron-doped carbon catalyst (Fe-N-C) stability but only for 3 hours. They demonstrate that the current decrease of Pt/C catalyst was faster than the one of the Fe-N-C catalysts. Thus, they deduce that the Fe-N-C catalyst was durable to operate under neutral media showing a promising ORR electroactivity to replace the expensive Pt/C catalyst. To the best of our knowledge, these are the first results demonstrating the stability of an abiotic cathode under physiological pH during a long period. This long-term stability of our flexible biocathode made them a promising choice for implantable applications.

In vitro biocompatibility test

The implantation of any device can be considered only if its biocompatibility is demonstrated through in vitro and in vivo investigations. Biocompatibility of an implantable device is defined by its ability to work properly once implanted in the body without causing risks of injury (due for example to an unsuitable geometry, toxicity, or rejection by the immune system. The main goal of this section is to evaluate the ability to implant the printed biocathodes without causing rejection reactions or risk to the animal. Thus, We studied the different flexible biocathodes compound ( GDL, CNT-based coating, GDL with the CNT-based coating, and the iron nitrogen-doped graphene-based coating) cytotoxicity. .f show similar behavior results compared to the GDL material but lower ring cells. Fig. 10.f shows cells close to the confluence. Compared with the previous results, the presence of the sprayed CNT layer provides a better cell adhesion compared to the commercial teflonated gas diffusion layer material. In the case of the Flexible cathodes (GDL-NTC-FeNrGO), cells seem to adhere well to the surface of the material and no cells in ring configuration were observed (Fig. 10.g, Fig. 10.h and Fig. 10.i). Thus, the FeNrGO addition could improve cell adhesion in this situation. Fig. 1i shows cells at the confluence, revealing that FeNrGO addition should impact cell proliferation. However, Fig. 10.g, Fig. 10.h, and Fig. 10.i show that FeNrGO particles can cross the cell membrane, which could influence the cell culture for a longer period.

B)

A) The cell-material interaction was studied and compared for the different samples: GDL, GDL-NTC, and GDL-NTC-FeNrGO. Fig. 12 demonstrates the 3T3-NIH growth for these samples' groups. The number of initially adhered 3T3-NIH is similar in all three groups of samples and quite lower compared to control. Two days after seeding, the number of 3T3-NIH in presence of GDL-NTC-FeNrGO was higher than GDL-NTC, which was higher than GDL, and all samples show cell density lower than control. This difference showed an increasing tendency in the following days of cultivation. On the 3rd day, the cell numbers were significantly higher on GDL-NTC-FeNrGO and GDL-NTC samples, especially those graphene nanoparticles that demonstrate similar results to the control.

The lower proliferation activity of 3T3-NIH could be explained by the surface roughness and morphology of the substrate. The commercial GDL was treated with PTFE giving hydrophobic properties. Thus, hydrophobicity could decrease cell adhesion and their proliferation. In this regard, adding carbon nanotubes and then iron/nitrogen-doped graphene should decrease the impact of PTFE allowing better cell adhesion and proliferation. According to the obtained results shown in Fig. 10 and Fig. 12, it is clear that the addition of CNT and the FeNrGO affect the 3T3-NIH adhesion and proliferation. Fig. 10 shows that for the commercial GDL the cell adhesion was impacted, and Fig. 12 shows the lowest cell proliferation result for this sample, then, adding carbon nanotubes reduce the ring cell number and increase the cell adhesion, which affects the cell proliferation. The Highest cell number is observed with the GDL-NTC-FeNrGO. This one gives a cell proliferation close to the one observed with the control. From these preliminary investigations, we can assume that our flexible biocathodes don't exhibit any risk of cytotoxicity, but it is important to strengthen their mechanical solidity to prevent the release of some carbon particles that can affect negatively living cells.

Conclusion:

In the present work, we first optimized the fabrication of flexible abiotic cathodes for implantable glucose/oxygen biofuel cells using a doctor blade coating process. According to the coated layer characterization and the electrochemical tests, a maximum current density of 66 µA/cm 2 was obtained with doped graphene: graphene: chitosan ratio equal to 18:10:1. This ratio presented the best electrochemical performances thanks to its porosity, and good adhesion to the CNT modified carbon substrate. The cathode stability in vitro was evaluated for up to 2 years, showing a faradic current loss of only 25%. To the best of our knowledge, our results are the first demonstration of the abiotic catalyst capacity to operate under physiological pH for a long period. The cytotoxicity of the biocathode components was evaluated by cells culture experiments and results show high tolerance of living cells on the biocathode surface. This work demonstrates that this abiotic catalyst can be a promising alternative for the development of implantable glucose BFCs.

Figure 1 :

 1 Figure 1: Schematic illustration of the Doctor blade printing working principle.

Figure 2 :

 2 Figure 2: XRD patterns of the prepared ink (D Gr/Gr/Cs), chitosan, doped graphene (D.Gr) and Graphene (Gr).

Figure 3 :

 3 Figure 3: A) Surface views of the CNT-sprayed ink on the gas diffusion layer top (GDL) top. B) Cross-section images of the CNT-sprayed gas diffusion layer (GDL), where the red line for the sprayed layer, the green line for the GDL nano-porous layer (NPL), and the blue line for the GDL micro-porous layer (MPL). C) Zoom from the image B) showing the sprayed nanotubes layer (designed with a red line).

Figure 5 :

 5 Figure 5: 3D topography images using Alicona for the four prepared samples.

Figure 6 :

 6 Figure 6: A) Surface views of the CNT-modified GDL and samples 1, 2,3 and 4 B) Cross-section images of the coated CNT-modified GDL, and samples 1, 2,3, and

  view absence of oxygen (Nitrogen purged solution), no catalytic current was observed and the CV only reflects the catalyst featureless capacitive current. These results indicate the catalyst capacity to catalyze ORR under physiological media which is in agreement with the reported results by Ketpang et al.[START_REF] Ketpang | Highly Active and Durable Transition Metal-Coordinated Nitrogen Doped Carbon Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Neutral Media[END_REF] demonstrating the capacity of nitrogen/Iron doped carbon catalyst (Fe-N-C ) to catalyze the ORR in neutral PBS media at physiological pH.

Figure 7 :

 7 Figure 7: Cyclovoltammetry of the sample 2 ink diluted 10 times under air nitrogen and oxygen, in a PBS pH=7.4 at a scan rate of 10 mv.S -1 and RDE speed of 500 rpm.

Figure 8 :

 8 Figure 8: An example of chronoamperometry of sample 3 at 100 mV.Vs. SCE in 100 mL of a solution containing phosphate buffer (0.01 mol L -1 ), pH=7.4, and at ambient temperature (20 ± 3 C).

Figure 9 :

 9 Figure 9: A) current density in the function of the time. B) Current density decrease percentage in the function of the time.

Fig. 10 .

 10 a to 10.i show cell culture of fibroblasts (3t3-NIH) in presence of the commercial carbon paper, carbon-NTC, and carbon-NTC-FeNrGO after 24, 48, and 72 hours. 24 hours after adding 1.10 4 3t3-NIH cells, the cell's morphologies were analyzed by photonic microscopy. Fig.10.a, Fig.10.b and Fig.10.c show adhered and fusiform 3T3 cells in contact with the gas diffusion layer material. Besides, these figures also show the presence of cells in ring form. Fig.10., shows 2 cells in a specific proliferation step known as metaphase. Regarding those results, 3T3-NIH cells can adhere and proliferate in presence of the commercial teflonated gas diffusion layer, but the presence of cells in ring configuration highlights difficulties of the cell adhesion receptors to perform their task. In the case of GDL sprayed with CNT (GDL-Sprayed CNT), Fig.10.d, Fig.10.e and Fig.10

Figure 10 :

 10 Figure 10: Pictures of 3T3-NIH adhered (24 hours) and grown (24, 48, and 72 hours) in presence of the GDL, GDL-NTC, and GDL-NTC-FeNrGO.

Figure 12 :

 12 Figure 12: Cells density in presence of materials GDL, GDL-NTC and GDL-NTC-FeNrGO compared to the control, after 24h, 48h, and 72h.

Table 1 :

 1 Summary table of the different ink compositions (percentage of dry solids, coated ink weight per surface, and the number of passes using the hand coater).

	Sample	D.Gr:Gr:Cs Pourcentage on	Coated ink weight per	Pass number using
			dry solids	surface (g/cm 2 )	hand coater
	Sample 1	27:10:1	28%	0.014	1
	Sample 2	18:10:1	22.8%	0.016	2
	Sample 3	14:10:1	20%	0.018	3
	Sample 4	11:10:1	18.2%	0.02	4
	4. Cathode's characterizations
	4.1. Physical characterization

Table 2 :

 2 A summary of the calculated interplanar distances for each sample.

		Peak 1	Peak2	Peak 3
	Chitosan LMW(Cs)	2θ=10° d=8.83 Å	2θ=20.0° d=4.43 Å	----------
	Graphene nanoplates (Gr)	2θ=26.5° d=3.36 Å	2θ=43.5° d=1.12 Å	2θ=54.7° d=0.94 Å
	Doped Graphene (D Gr)	2θ=26.5 ° d=3.36 Å	2θ=43.5° d=1.12 Å	2θ=54.7° d=0.94 Å
	The prepared Ink	2θ=26.5° d=3.36 Å	2θ=43.5° d=1.12 Å	2θ=54.7° d=0.94 Å

Table 3 :

 3 The prepared electrodes composition and characteristics.

	Sample	D.Gr:Gr: Cs	Thickness	Conductivity	Surface area (m 2 /g)
	number		(µm)	(Ohm.cm) -1
	GDL	-------	224 ± 1	1539	10.37
	GDL+NCT	-------	226 ± 1	1526	10.72
	Sample 1	27:10:1	92 ± 5	1084	18.75
	Sample 2	18:10:1	100 ± 4	1058	68.86
	Sample 3	14:10:1	203 ± 8	1138	11.33
	Sample 4	11:10:1	263 ± 8	705	28.5

Table 3 :

 3 Summary table of the current densities delivered under air and saturated oxygen for the different samples.

		Current under air	Current under oxygen
		(µA/cm 2 )	(µA/cm 2 )
	Sample 1	14	31
	Sample 2	66	84
	Sample 3	39	75
	Sample 4	41	68