Summary
Undersøgelsen viser væksten af iridium oxid-reduceret graphene oxid (IRO 2 -RGO) nanohybrid tynde film på uregelmæssig og ru skærm-trykt kulstof substrat gennem en grøn elektrokemisk syntese, og deres gennemførelse som en pH-sensor med en mønstret papir-fluidik platform .
Abstract
En letkøbt, kontrollerbar, billig og grøn elektrokemisk syntese af IRO 2 -graphene nanohybrid tynde film er udviklet til at fabrikere en nem-at-bruge integreret papir mikrofluid elektrokemisk pH-sensor til ressource-begrænset indstillinger. Tager fordele fra både pH-metre og strips pH sensing platform bestående af hydrofobe papir micropad barriere-mønstrede (μPAD) ved hjælp af polydimethylsiloxan (PDMS), silketryk elektrode (SPE) modificeret med IRO 2 -graphene film og støbte akrylonitrilbutadienstyren (ABS) plastholder. Gentagne katodisk potentiale cykling var ansat for graphene oxid (GO) reduktion, som helt kan fjerne elektrokemisk ustabile iltede grupper og generere en 2D fejlfri homogen graphene tynd film med fremragende stabilitet og elektroniske egenskaber. En ensartet og glat IRO 2 film i nanoskala kornstørrelse er anodisk elektroafsættes på graphene film, uden nogenobserverbare revner. Den resulterende IRO 2 -RGO elektrode viste lidt super-Nernstian svar fra pH 2-12 i Britton-Robinson (BR) buffere med god linearitet, lille hysterese, lav responstid og reproducerbarhed i forskellige buffere, samt lave følsomheder til forskellige forstyrrende ioniske stoffer og opløst ilt. En simpel bærbar digital pH-meter er fremstillet, hvis signal måles med et multimeter, ved hjælp af høj input-impedans operationsforstærker og forbrugernes batterier. De pH-værdier, der måles med de bærbare elektrokemiske papir-mikrofluid pH-sensorer var i overensstemmelse med dem, der måles ved hjælp af et kommercielt laboratorium pH-meter med et glas elektrode.
Introduction
Bestemmelsen af pH er allestedsnærværende i fødevarer, fysiologiske, medicinske og miljømæssige undersøgelser. To mest almindelige værktøjer til pH detektering er pH-strips og pH-metre. Papirstrimler er imprægneret med farve skiftende pH-indikator molekyler men aflæsningen er undertiden begrænset i pH-områder, subjektive og semikvantitativ med nogle afvigelser. På den anden side kan et pH-meter konventionelt udstyret med en glaselektrode måle pH nøjagtigt til 0,01 niveau, og visning af en digital-brugergrænseflade. Lab-baserede pH-meter ikke kun brug for særlig pleje i vedligeholdelse og kalibrering, men også fungerer ikke godt mod små prøvevolumener og kræver ofte en ren beholder, såsom et bæger til at udføre målinger. På trods af sin følsomhed, selektivitet og stabilitet, lider glaselektroder fra syre / base fejl, høj impedans, ustabil temperatur og mekanisk skrøbelighed 1. Derfor er det fordelagtigt at have en pH-måling, der embodIES nøjagtigheden af pH-meter og enkelheden og omkostningsmæssige aspekter af pH-strips.
Der er altid et uopfyldt behov for sådanne værktøjer under betingelser begrænsede ressourcer i mange udviklingslande regioner, hvor dyrt lab-baseret udstyr eller kommercielle laboratorier er uoverkommelige. Også den voksende rolle af nye nemme at bruge på stedet sensing platforme skubbet af en sådan efterspørgsel efter point-of-care afsløring. Elektrokemisk detektion er enkelt, let at miniaturisere og tilfredsstillende følsom, hvilket fremgår af de kommercialiserede lavpris SPE'er og forskellige glucose overvågningssystemer på markedet. Som et lyst, fleksibel og disponibel porøst materiale, kan papiret også have forskellige styrbare karakteristika, såsom forskellige porestørrelser, funktionelle grupper og fugtspredende satser.
Som papir substrat påvirker knapt analyt diffusion og elektrokemisk detektion 2-4, kombination af papir-strømningstekniske enheder og elektroanalytiske teknikker har recently modtog omfattende interesser. En tilsyneladende fordel ved sådanne kombinationer er den lille mængde prøve volumen anvendes i målingen, som potentielt kan forhindre interferens fra vibrationer og konvektion under målingerne. For eksempel blev mønstrede mikrofluidenheder pads anvendes til at væge og levere væskeprøver til detekteringsområde SPE'er til påvisning af tunge metalioner og glucose 2,5. Lignende enheder ved hjælp af papir mikrofluid elektrokemiluminescensen blev oprettet for at udrette NADH afsløring 4. For nylig, kan simple elektrokemiske papir mikrofluidenheder bygges på en glasplade med blyant elektroder 6 eller bruge enzym papir og SPE'er 3.
En nanohybrid tynd film materiale bestående af Iro 2 og RGO blev fremstillet under anvendelse af en let og effektiv elektrokemisk fremgangsmåde. Vi fandt, at den uregelmæssige og ru SPE grafitcarbon overflade, kan anodisk galvanisk IRO 2 tyndfilm ikkevære glat og stabil uden hjælp af RGO. Den resulterende IRO 2 -RGO SPE blev integreret i et papir mikrofluidanordning der har mønstrede hydrofobe barrierer for pH sensing. Den samlede enhed viste fremragende analytiske forestillinger i pH-sensing med en lidt super-Nernstian adfærd. Resultaterne kan sammenlignes med en konventionel lab-baserede pH-meter med glaselektroder. Endelig blev omkostningseffektive miniaturiserede pH-metre bygget på en breadboard at måle åbent kredsløb potentielle udgangssignal med en digital multimeter. Målingerne af den bærbare pH-meteret korrelerer godt med dem af et kommercielt laboratorium pH-meter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. μPAD og apparat Fremstilling
- Indgraver en 500 um rille på plastik holder i bunden til at huse SPE med en ABS eller kompatibel plastfolie med tredimensional (3D) fræsning maskine og fræsning bit, som har 1,6 mm diameter. Hold SPE og μPAD på plads under testen med holderen (figur 1A).
- Lav et stempel og et vakuum dæksel hjælp syntetisk harpiks tablet eller kompatibel plastfolie med konvekse og konkave mønstre henholdsvis ved 3D fræsemaskine, for at mønster hydrofobe PDMS barrierer på papir puder.
- Der fremstilles en blanding af PDMS pre-polymer og tværbinder i forholdet 10: 1 eller som foreslået af producenten, blandes med spatel og anvende passende mængde på den konvekse overflade af PDMS stempel.
- Placere stemplet oven på et filtrerpapir pad forskåret til den ønskede størrelse og derefter vakuum dækslet på den modsatte side af stemplet hen over papiret. Anvend Vacuum i op til 30 sekunder ved en håndbetjent vakuumpumpe. Fjern papiret puden fra stempel og vakuum dække, og bages i en konvektionsovn i 10 minutter ved 80 ° C for at hærde de mønstrede PDMS (figur 1b). Det resulterende papir pad har en ca 0,2 cm2 sensing region og 1 cm x 0,4 cm hydrofile prøve vægevirkning område.
Bemærk: Tag særlige forholdsregler på mængden af anvendte PDMS og vakuum tid til at undgå enhver mulig PDMS forurening i den indre hydrofile region af filtrerpapiret hvor de flydende prøver overføres.
2. Ændring af SPE'er med IRO 2 -RGO Nanohybrid Thin Films
- Drop støbt 3 pi as-forberedt 1 mg ∙ ml -1 GO løsning på grafitcarbon arbejder elektrode af SPE med en mikropipette og lad det tørre ved stuetemperatur i en petriskål. Rens en pH 5,0 PBS-buffer med N2 i 20 min, dyppe SPE-selskabet i de 10 ml afluftet PBS-buffer og samtidig holde N <sub> 2 flyder, og gennemføre 100 cykler af gentagne katodisk potentiale cykle fra 0,0 til -1,5 V til elektrokemisk reduktion GO ind RGO. Skyl SPE med DI-vand i en sprayflaske og tør ved stuetemperatur.
Bemærk: Well-afstødes GO ark, stabiliseret af elektrostatisk frastødning, er fra grafit pulver ved hjælp modificeret Hummer metode som rapporteret andetsteds 7. Homogenitet som syntetiseret RGO film er vigtig, fordi den fungerer som støtte kulstof for yderligere vækst af IRO 2 tynde film. - Gør 100 ml Iro 2 aflejring opløsning sammensat af 0,15 g iridium tetrachlorid (IrCl 4), 0,6 ml 50% (vægt / vægt) hydrogenperoxid (H 2 O 2) og 0,5 g oxalsyre dehydrere ved at tilføje dem i DI vand. Gradvist tilføje lille mængde vandfrit kaliumcarbonat under omrøring indtil pH nåede 10,5, kontrolleres af en lab-baseret pH-meter. Derefter opløsning vendte gullig. Aging opløsningen i 48 timer ved stue tempere, så dens farve til sidst vender lyseblå.
- Sætte RGO-SPE i ovenstående belægningsopløsning og anvende en konstant potentiale +0,6 V i 5 minutter. Tykkelsen af IRO 2 tynde film kan styres præcist ved aflejring potentiale og tid.
- Bekræfter strukturen af detekteringsområdet ved SEM. Anskaf SEM billeder efter anvisningerne på Materials Science Center i University of Wisconsin-Madison, som vi gjorde før 7.
3. Konstruktion af Billig og Bærbare digitale pH metre
- Byg en billig og miniaturiserede pH-meter med digitalt display ved at tilslutte enten en serie af to enkelt LF356N operationsforstærkere (opamps) eller en INA111 højhastigheds felt-effekt transistor (FET) -inputtet instrumentering forstærker (høj indgangsimpedans> 10 12 Ω) på breadboard at opnå tilstrækkelig høj intern impedans for stabile målinger.
Bemærk: Alle dele er let acgængelig fra elektroniske butikker og let kan samles. - Brug IRO 2 -RGO-SPE som pH-sonde og OpAmps som enhed gevinst buffer. Forbind to jordede 9 V alkaline forbrugerbatterier i serie til magten pH-meter og tilslut ledningerne ind i breadboard baseret på stiften layout OpAmps.
- Tilslut katoden og anoden til ben 7 og 4. Tilslut også de positive og negative sonder af en digital multimeter til ben 6 og 5 i OpAmps henholdsvis at måle output spænding og displayvisninger. Reference- og arbejdselektroderne af SPE er forbundet til ben 2 og 3 tilsvarende. Detaljerede forbindelser er vist i figur 1D.
4. pH-målinger
- Fremstilling af 100 ml BR buffere med 0,04 M ækvimolær phosphorsyre, eddikesyre og borsyre og blandes med forskellige volumener (5, 25, 42, 60, 78 og 98) af 0,2 M natriumhydroxid (NaOH) for at opnå forskellige pH-værdier fra 2- 12 til kalibrering.
- Locspiste mønstret μPAD oven detekteringsområdet. Mount 60 pi væskeprøver direkte ved en mikropipette i den hydrofile område af μPAD for vægevirkning. Den μPAD kan holdes på plads med eller uden ABS dækning, når det er vådt.
- Mål spændingen signalet mellem IRO 2 -RGO arbejder elektrode og Ag / AgCl referenceelektrode over tid med enten en lab-baserede CHI 660D elektrokemisk analysator eller bærbar digital pH-meter, når de åbne kredsløb potentialer (OCP) bliver konstant (potentielle variationer <5%).
- Hold sensing region våd ved at nedsænke papiret pad i flydende prøver, der skal testes, hvis det er nødvendigt, for at opnå en bedre elektrisk kontakt samt stabile og reproducerbare målinger i langtidsdrift. Indspillede steady-state OCP værdier midles ved hver pH-værdi til at bestemme en kalibreringskurve.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Opsætningen af den elektrokemiske IRO 2 -RGO-SPE pH-sensor inkorporerer papir mikrofluidik er vist i figur 1A. Den mønstrede papir pad med PDMS hydrofobe barrierer blev anbragt på toppen af detekteringsområdet af Iro 2 -RGO-SPE, som er placeret på holderen ABS plast. Følezonen papir puden blev omhyggeligt justeret med elektrodeoverfladen. En vandig methylenblåt farvestof opløsning blev anvendt til at teste den mønstrede papir pad og som observeret, prøver væge ind i de hydrofile regioner (Figur 1B) med fluidik rute reguleret af hydrofobe barrierer. SEM billeder viser en dannelse af 2D fejlfri homogen graphene tynd film ved elektrokemisk reduktion teknik, og også en syntese af ensartet og glat iro 2 film uden nogen observerbare revner ved elektroafsætning (figur 2A og C). Den resulterende IRO 2 -RGO elektrode viste lidt super-Nernstian svar fra pH 2-12 i Britton-Robinson (BR) puffere med god linearitet i begge bulkopløsning og papir (figur 3A), små hysterese bredder (figur 4B) og lave følsomhed for opløst oxygen (figur 3B). De pH-værdier, der måles med de bærbare elektrokemiske papir-mikrofluid pH-sensorer var i overensstemmelse med kommercielt laboratorium pH-meter ved hjælp af et glas elektrode (figur 5A).
Figur 1: (A) Skematisk diagram af opsætningen for elektrokemisk papir mikrofluid pH registrering: (1) IRO 2 -RGO-SPE, (2) mikrofluid papir pad til prøveudtagning og påvisning, (3) ABS plast indehaveren boliger SPE. (B) Fotografi af mikrofluid papir pad wicked af en farveopløsning: (1) hydrofil prøveudtagningsregion for vægevirkning (2) papis mikrofluid kanal for prøve levering (3) føling region i SPE'er (4) hydrofobe barrierer mønstrede af PDMS (5) region at holde enheden. (C) To bærbare pH måleinstrumenter med forskellige kredsløb bygget på breadboard (detaljerede kredsløb er vist i supplerende oplysninger): (1) arbejder elektrode (2) referenceelektrode (3) positivt sonde (4) negativ sonde af et multimeter (5) batteri katode (6) anode (7) jordforbundet (8) 10 MOhm gain modstand (9) 10 MOhm belastningsmodstand (10) jordet. (D) Tilslutningsdiagrammer af den bærbare elektrokemiske papir, fluide pH-sensor bygget med INA111 og Iro 2 -RGO-SPE. (E) Typiske digitale aflæsninger af åbne kredsløb potentialer ved hjælp af bærbare elektrokemiske papir mikrofluid pH-enhed med LF365N integrerede kredsløb ved forskellige pH-værdier. Klik her for at se en større version af dennefigur.
Figur 2: SEM billeder af (A) RGO (B) IRO 2 og (C) RGO-IRO 2 -modificeret SPE'er. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3:.. PH-svarene fra RGO-IRO 2 SPE'er ved forskellige pH-værdier (A) i bulk løsning af BR buffer eller bruger mikrofluid papir (B) i BR buffere mættet med luft eller N2 (C) i forskellige buffersystemer Klik her for etstørre version af denne figur.
Figur 4: (A) Potentiale tid kurver RGO-Iro 2 SPE'er ved pH 4, 8 og 10 i BR buffer. (B) Hysterese bredder af RGO-IRO 2 SPE'er i BR buffere ved forskellig pH med loop cyklusser af 2-12-2 og 12-2-12. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: pH svarene fra RGO-IRO 2 SPE'er i BR buffer ved forskellige pH-værdier (A) korrelation med en standard kommerciel pH-meter med glaselektrode (B) sammenligning af målingerne af forskellige dev.ICES. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Opsætning af enhed
PH-sensoren fungerer ved at måle OCP mellem elektroderne arbejds- og referenceelektroderne, idet den skifter proportionalt med negative logaritme af H + -koncentration. Målingerne kan opnås både ved en lab-baseret potentiostat såsom CHI 660D og enkel pH-meter bygget på breadboard med læsning af multimeter. To forskellige bærbare pH-metre blev bygget på samme måde på breadboards med to 9 V alkaline batterier, et digitalt multimeter, som syntetiseret IRO 2 -RGO-SPE og forskellige OpAmps, hvilket er to serielt LF356N eller et INA111. De samlede omkostninger af sådanne pH målere er typisk under $ 25 herunder omkring $ 1 stykket af den disponible pH IRO 2 -RGO-SPE'er koster (omkostninger og tid til at udføre kemiske forberedelse og elektrokemiske aflejringer er ikke inkluderet). Figur 1C viser ledningsdiagrammer og forbindelser med to LF356N eller én INA111. Skematisk af heleindretning ifølge stikbenene af INA111 er vist i figur 1D. To 9 V batterier blev brugt til at skabe en dobbelt forsyning på +/- 9 V til magten op-amps ved at forbinde til de input pins 2 og 3. A 1/4-W 4-band gevinst modstand (R G) af 10 MQ (5% tolerance) er forbundet mellem ben 1 og 8, hvilket resulterer i en ønsket forstærkning (G) tæt på 1, som beregnet ud fra ligning (1). På grund af den forholdsvis lave indre modstand af multimeter, er en tilstrækkelig stor belastningsmodstand jordet og forbundet mellem kortsluttede ben 5 og 6, hvilket yderligere forbinder de negative og positive sonder af multimetre for stabile OCP aflæsninger. Som følge heraf udgangsspændingen som kan beregnes ud fra ligning (2) er nøjagtig lig med den potentielle forskel mellem iro 2 -RGO arbejdselektrode og Ag / AgCl-referenceelektrode, der svarer til opløsningens pH.
Hvor G er gain af INA111, V out er sensor output (V), og V + i og V - i er spændingen på den ikke-inverterende og inverterende indgange på OpAmps hhv.
Surface Morfologi
Figur 2A scanningselektronmikroskopi (SEM) billede viser overfladen morfologi intermitterende RGO film dannet med en typisk rynket tekstur sammensat af fleksible og ultratynde graphene ark udbredes ved ru silketrykt carbon elektrodeoverfladen. Reduktionen GO forekommer ved potentialer mere negative end -0,65 V og er hurtig, irreversibel og kontrollerbar uden at reducere reagenser 7. Efter IRO 2 aflejring, den sorte RGO filmen visuelt og især vendte mørk lilla, der viser den karakteristiske elektrokrome træk ved anodisk galvanisk IRO 2. IRO 2 -RGO nanohybrid tynd film (Figur 2C) i um-range thickness observeres med homogent dispergerede nanoskala krystallitter på hele overfladen. Filmen synes at være ensartet og glat, uden nogen mærkbar revner eller mudder strukturer. Desuden er en interessant konklusion i den aktuelle undersøgelse er, at IRO 2 film ikke kan dannes på skærm-trykt grafitcarbon substrater uden bistand fra RGO under de samme betingelser (figur 2B). Også den gode filmdannende evne graphene er tænkt nøglekomponent i den tynde film deposition proces. De oxalater i belægningsopløsning kan udløse kompleksdannelse og forhindre iridium udfældning i alkalisk medium. Aflejringen opnås ved anodisk oxidation af oxalated IR (IV) forbindelser med CO 2 frigivelse og samtidig Ir (IV) oxid dannelse ved anoden overfladen, som beskrevet af Yamanaka 8,9
[Ir (COO) 2 (OH) 4] 2- ⇔ IRO 2 + 2CO 2 + 2H 2 O + 2e ̵1;
pH Måling Ydelse
En generel mekanisme af metaloxider i pH sensing er blevet angivet med Fog og Buck til at være forbundet med ion-exchange processer i OH-gruppen flade 10. Forskellige IRO 2 -baseret findes elektroder i naturen på grund af forskellene i deres syntese mekanismer. Et antal mulige mekanismer, foreslås der involverer pH-afhængig redox interkalation ligevægt mellem to oxidationstrin af Ir oxider 11. Som i tilfældet med elektrokemisk syntetiserede Ir oxider, den fremherskende tilstand er den hydratiseret form 8, som leverer super-Nernstian responser med en følsomhed overlegen end vandfrie former ved 59 mV / pH. Mekanismen kan forklares ved hjælp af følgende ligning 8,9:
2 [IRO 2 (OH) 2 · 2H 2 O)] 2 + 3H + + 2e - ⇔ 2 [IRO2 (OH) 2 · 2H 2 O)] 2- + 3H 2 O
Som vist i figur 3A (sort), viste iro 2 -RGO elektrode en veldefineret lineær karakteristik over et bredt pH-område fra 2 til 12, med en lidt super-Nernstian hældning på -61,71 mV / pH, som er tættere på anodisk galvanisk IRO 2 film med nær-Nerstian reaktioner 11,12 snarere end dem med super Nernstian 13,14. Muligvis dette sker på grund af de forskellige elektroafsætning betingelser og substrater i hvert tilfælde. Det er muligt, at en blanding af vandfri og hydratiseret iro 2 film dannes på graphene under anodisk elektroafsætning. Den ubetydelige forskel på målt pH mellem mønstret papir mikrofluidanordning (figur 3A, rød) og bulk løsning angiver fibercellulose papir matrix ikke hindrer diffusion af hydrogenioner til nogen mærkbar grad. Opløsed atmosfærisk oxygen eksisterer ubikvitært i prøver kan undertiden stor indflydelse potentielle aflæsninger på grund af dens redoxprocesser, især i biologiske systemer 12. Når elektroden er bragt i N2 - eller luft-mættet pufferopløsning, er der kun små forskelle (figur 3B). I mellemtiden, idet ionstyrker og sammensætninger er forskellige afhængigt af buffere, blev en række pH-buffere testet herunder kommerciel pH-kalibrering puffer, BR-buffer, phosphatbufret saltvand (PBS) og NaOH / HCI justeret DI vand (figur 3C). De følsomheder (mV pr pH) er næsten identiske i alle buffere. Imidlertid blev en mærkbar potentiale afdrift observeret i PBS-buffer, som har en relativt smallere pH-område. Dette kan tilskrives forskellige betingede standard potentialer (E 0 'sigt i ligevægten Nernstligningen) af Iro 2 -RGO pH-elektrode i PBS.
Responstid, en nøgle faktør i enhver sensing ansøgning, er normalt defineret som den tid, nå bestemte procentdele af ligevægt OCP. En typisk reaktionstid er mindre end 250 sek under alle pH, men kunne være stærkt pH-afhængig 11. Hysterese, eller den såkaldte memory-effekt, er et velkendt fænomen med glas og metal oxide pH elektroder under gentagne anvendelser af samme elektrode. Dette fænomen af hydrogen ionselektive elektroder betragtes som resultatet af forsinkede reaktioner på pH-ændring. IRO 2 -RGO pH-elektrode blev testet i pH-buffere fra lav til høj, og til gengæld fra høj til lav. Denne løkke cykler af pH 2-12-2 og 12-2-12 blev vurderet ved successivt at måle OCP forskellige pH-buffere i cyklusserne (figur 4B). Hysterese bredder er beregnet til at være omkring 13 mV i begge cykler, som er acceptable og præcise i rutinemæssige pH-målinger, navnlig med hensyn til bredt pH-område studeret her.
For yderligere at validate IRO 2 -RGO nanohybrid tynd film pH-sensor, blev forestillingen testet parallelt med en standard glas elektrode med en pH / mV / Ion / ledningsevne Meter (figur 5A). Resultaterne korrelerer godt hinanden, hvilket tyder på høj nøjagtighed og pålidelige resultater af den udviklede pH-sensor. For virkelig at opnå on-site pH-målinger byder den bærbare elektrokemiske papir mikrovæskeanordning blev to simple digital pH-meter bygget med lidt forskellige konfigurationer. Målt pH ved hjælp af begge målere var meget i overensstemmelse med den lab-baserede elektrokemisk analysator. Reproducerbarhed blev testet flere gange med den samme elektrode i forskellige pH BR puffere, og også med forskellige elektroder. De relative standardafvigelse (RSD) værdier var typisk alle <15%.
Afslutningsvis er en hurtig, kontrollerbar og grøn elektrokemisk metode udviklet til syntese af ensartet og glat IRO 2 -RGO nanohybrid tynde film on ru SPE overflade, bistået af de gode film-formgivning og understøttende evner RGO. Det resulterende solid state elektrode udviste en lidt super-Nernstian reaktion med en høj følsomhed på -62 mV / pH og med god linearitet i et bredt pH fra 2 til 12. Elektroderne har også lille hysterese, hurtig svartid, reproducerbarhed og gode aftaler med kommercielle glas elektrode udstyret lab-baserede pH-meter. En miniaturiseret papir mikrofluid puden blev fremstillet ved PDMS hydrofob barriere mønsterdannelse. En simpel pH-meter blev fremstillet ved hjælp af to 9 V alkaline batterier, et digitalt multimeter, og OpAmps. Målte pH resultater fra sensoren korrelerede godt med dem, der opnås ved hjælp af Lab-baserede teknikker. sensoren, som kombinerer fordelene ved både pH-metre og pH strips er således en lovende platform for fremtidig on-site eller point-of-care pH-målinger, især under status begrænsede-ressourcer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af en bevilling fra vandet Udstyr og politik (WEP) NSF Industri / University Cooperative Research Center (I / UCRC). Forfatterne er også taknemmelige for Hjalmar D. og Janet W. Bruhn Fellowship og Louis og Elsa Thomsen Wisconsin Distinguished Graduate Fellowship leveres til JY på UW-Madison
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Screen-printed electrodes | Zensor | TE100 | 3-electrode integrated |
| Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) | |||
| Polydimethylsiloxane (PDMS) prepolymer and cross linker mixture | Dow-Corning Co. | Sylgard 184 | 10:1 mixture w/w |
| Whatman No. 1 filter paper | GE Healthcare Co. | ||
| 3D milling system | Roland DGA Co. | iModela IM-01 | |
| PDMS stamp and vacuum cover | Roland DGA Co. | Sanmodur | Synthetic resin tablet |
| Hand-operated vacuum pump | Cole-Parmer Co. | ||
| Electrochemical workstation | CH Instruments | CHI 660D | |
| LF356N operational amplifiers | Texas Instruments Inc. | ||
| INA111 high speed field-effect transistor (FET)-input instrumentation amplifier | Burr-Brown Inc. | ||
| DMM914 digital multimeter | Tektronix Inc. | 70979101 | |
| From Fisher or Sigma: | |||
| Iridium tetrachloride (IrCl4) | |||
| 50% (w/w) hydrogen peroxide (H2O2) | |||
| Oxalic acid dihydrate | |||
| Potassium carbonate (K2CO3) | |||
| Phosphoric acid | |||
| Acetic acid | |||
| Boric acid | |||
| Sodium hydroxide (NaOH) | |||
| Na2HPO4 | |||
| NaH2HPO4 |
References
- Greenblatt, M., Shuk, P.
- Nie, Z., Nijhuis, C. A., Gong, J., Chen, X., Kumachev, A., Martinez, A. W., Narovlyansky, M., Whitesides, G. M. Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 10, 477-483 (2010).
- Yang, J., Nam, Y. G., Lee, S. -K., Kim, C. -S., Koo, Y. -M., Chang, W. -J., Gunasekaran, S. Paper-fluidic electrochemical biosensing platform with enzyme paper and enzymeless electrodes. Sens. Actuators, B. 203, 44-53 (2014).
- Delaney, J. L., Hogan, C. F., Tian, J., Shen, W. Electrogenerated chemiluminescence detection in paper-based microfluidic sensors. Anal. Chem. 83, 1300-1306 (2011).
- Lankelma, J., Nie, Z., Carrilho, E., Whitesides, G. M. Paper-based analytical device for electrochemical flow-injection analysis of glucose in urine. Anal. Chem. 84, 4147-4152 (2012).
- Dossi, N., Toniolo, R., Pizzariello, A., Impellizzieri, F., Piccin, E., Bontempelli, G. Pencil-drawn paper supported electrodes as simple electrochemical detectors for paper-based fluidic devices. Electrophoresis. 34, 2085-2091 (2013).
- Yang, J., Gunasekaran, S. Electrochemically reduced graphene oxide sheets for use in high performance supercapacitors. Carbon. 51, 36-44 (2013).
- Yamanaka, K. Anodically electrodeposited iridium oxide films (AEIROF) from Alkaline Solutions for Electrochromic Display Devices. Jpn. J. Appl. Phys. 28, 632-637 (1989).
- Yamanaka, K. The electrochemical behavior of anodically electrodeposited iridium oxide films and the reliability of transmittance variable cells. Jpn. J. Appl. Phys. 30, 1285-1289 (1991).
- Fog, A., Buck, R. P. Electronic semiconducting oxides as pH sensors. Sens. & Act. 5, 137-146 (1984).
- Bezbaruah, A. N., Zhang, T. C. Fabrication of anodically electrodeposited iridium oxide film pH microelectrodes for microenvironmental studies. Anal. Chem. 74, 5726-5733 (2002).
- Marzouk, S. A. M., Ufer, S., Buck, R. P., Johnson, T. A., Dunlap, L. A., Cascio, W. E. Electrodeposited iridium oxide pH electrode for measurement of extracellular myocardial acidosis during acute ischemia. Anal. Chem. 70, 5054-5061 (1998).
- Prats-Alfonso, E., Abad, L., Casañ-Pastor, N., Gonzalo-Ruiz, J., Baldrich, E. Iridium oxide pH sensor for biomedical applications. Case urea-urease in real urine samples. Biosens. Bioelectron. 39, 163-169 (2013).
- Bitziou, E., O'Hare, D., Patel, B. A. Simultaneous detection of pH changes and histamine release from oxyntic glands in isolated stomach. Anal. Chem. 80, 8733-8740 (2008).
