Summary
연구 패터닝 종이 유체 플랫폼 이리듐 산화물 환원 그래 핀 산화물의 성장 (IRO이 -RGO) 나노 하이브리드 녹색 전기 화학적 합성을 통해 불규칙하고 거친 스크린 인쇄 탄소 기판 상에 박막 및 pH 센서 등의 구현을 보여 .
Abstract
IRO 2 -graphene 나노 하이브리드 박막의 A, 손쉬운 제어, 저렴하고 녹색 전기 화학적 합성은 자원 제한 설정을위한 사용하기 쉬운 통합 종이 미세 유체 전기 pH 센서를 제작하기 위해 개발된다. 모두의 pH 측정기 및 스트립에서 이점을 고려하여 pH를 감지 플랫폼은 소수성 장벽 무늬 종이 micropad (μPAD) 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)을 사용하여 구성되어, 스크린 인쇄 전극 (SPE)는 IRO 2 -graphene 영화와 수정 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌 성형 (ABS) 플라스틱 홀더. 반복 음극 잠재적 인 자전거가 완전히 우수한 안정성 및 전자 특성을 가진 2 차원 결함이없는 균일 한 그래 핀 박막을 전기 화학적으로 불안정한 산소 그룹을 제거하고 생성 할 수있는 그래 핀 산화물 (GO) 감소를 위해 사용 하였다. 나노 입자의 크기가 균일하고 부드러운 IRO이 영화는 양극 어떤없이, 그래 핀 필름 상에 전착된다관찰 균열. 얻어진 IRO이 -RGO 전극 브리튼 - 로빈슨 (BR) 다른 - 간섭으로 좋은 선형성 작은 히스테리시스, 낮은 응답 시간과 재현성 다른 버퍼에서뿐만 아니라, 낮은 민감도와 버퍼의 pH를 2-12 약간 슈퍼 Nernstian 반응을 보였다 이온 종 및 용존 산소. 간단한 휴대용 디지털 pH 미터는 고 입력 임피던스의 연산 증폭기 및 소비자 배터리를 이용하여 그 신호를 멀티 미터로 측정하고, 제작된다. 휴대용 전기 종이 미세 pH 센서 측정 된 pH 값은 유리 전극 상업적 실험실 pH 미터를 사용하여 측정 된 것과 일치 하였다.
Introduction
산도의 결정은 음식, 생리 학적, 의약 및 환경 연구 유비쿼터스입니다. 산도 검출을위한 가장 일반적인 두 가지 도구는 산도 스트립과 산도 미터입니다. 종이 스트립은 색상 변화 pH를 표시 분자 함침되지만 읽기는 때때로의 pH 범위, 주관적이고 반 정량적 약간의 편차에 제한된다. 한편, 종래의 유리 전극을 구비 한 pH 미터 디지털 사용자 인터페이스에 의해 정확하게 0.01 레벨 표시하여 pH를 측정 할 수있다. 실험실 기반의 pH 미터는 유지 보수 및 교정에 특별한주의를 필요로 할뿐만 아니라 작은 샘플 볼륨으로 잘 작동하지 않고 종종 측정을 수행 할 수있는 비커로 깨끗한 용기를 필요로하지 만. 감도, 선택성 및 안정성에도 불구하고, 유리 전극은 산 / 알칼리 에러, 하이 임피던스 온도 불안정성 및 기계적 취약성 1 겪는다. 그러므로 embod의 pH 측정 시스템을 사용하는 것이 유리하다pH 측정기 pH를 스트립의 단순성 및 비용 측면의 정확성 이거 야.
고가의 실험실 기반의 장비 또는 상업적 실험실이 감당할 수 많은 개발 도상국에서 제한된 자원 조건에서 이러한 도구에 대한 충족되지 못한 필요는 항상있다. 또한, 새로운 사용하기 쉬운 현장 감지 플랫폼의 증가하는 역할은 현장 진료 검출을위한 이러한 수요에 의해 추진된다. 시장에서 상용화 저가 SPE를 다양한 포도당 모니터링 시스템에 의해 입증 된 바와 같이 전기 화학적 검출, 간단한 소형화하기 쉽고 만족스럽게 민감하다. A, 광가요 일회용 다공질 재료로서는, 용지는 상이한 기공 크기, 관능기 및 위킹 속도와 같은 다양한 제어 특징을 가질 수있다.
종이 기판은 거의 분석 확산 및 전기 화학적 검출 2-4, 종이 유체 장치 및 electroanalytical 기술의 조합 recentl이 영향을 미친다로Y는 폭 넓은 관심을 받았다. 이러한 조합의 명백한 이점은 잠재적으로 측정시의 진동 및 대류의 간섭을 방지 할 수는 측정에 사용 된 샘플 볼륨의 작은 양이다. 예를 들어, 패턴 화 된 미세 심지 패드 중금속 이온 검출 용의 SPE 감지 영역에 액체 시료를 전달 2,5- 글루코스 적용 하였다. 미세 전기 화학 종이를 사용하여 유사한 장치는 NADH 검출부 (4)를 달성하기 위해 설립되었다. 최근 간단한 전기 종이 마이크로 유체 소자는 연필 전극 (6) 또는 효소 용지 및 세 개의 SPE를 사용하여 유리 슬라이드에 구축 될 수있다.
IRO 2 RGO로 구성된 나노 하이브리드 박막 재료는 용이 한 그리고 효율적인 전기 화학적 방법을 사용하여 제조 하였다. 우리는 불규칙하고 거친 SPE의 흑연 탄소 표면에 그 발견, 양극 전착 IRO 2 박막은 할 수 없습니다RGO의 도움없이 부드럽고 안정. 그 결과 IRO 2 -RGO SPE는 pH를 감지하기위한 소수성 장벽을 패턴 화 한 종이 미세 유체 소자에 통합되었다. 조립 장치는 약간 슈퍼 Nernstian 동작으로 pH 센싱 우수한 성능을 분석 하였다. 결과는 유리 전극 종래 랩 기반 pH 미터에 필적한다. 마지막으로, 비용 효과적인 소형화의 pH 미터는 디지털 멀티 미터로 개방 회로 전위의 출력 신호를 측정하는 회로판에 내장했다. 휴대용 pH 측정기의 측정은 물론 상업 실험실 pH 미터의 결과와 상관 관계.
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Protocol
1. μPAD 및 장치 제조
- 3 차원 (3D) 밀링 머신과 직경 1.6 mm가 밀링 비트에 의해 ABS 또는 호환 플라스틱 시트 SPE 집에 바닥 플라스틱 홀더에 500 μm의 홈을 새기다. 홀더 (그림 1A)를 테스트하는 동안 제자리에 단단히 SPE 및 μPAD를 잡습니다.
- 종이 패드 패턴 PDMS 소수성 장벽 위해 3D 밀링 머신에 의해 스탬프와 합성수지 태블릿 각각 요철 패턴과 호환 플라스틱 시트를 이용한 진공 커버, 만든다.
- (10)의 비율로 PDMS 예비 중합체와 가교제의 혼합물을 준비한다 : 1 또는 제조자에 의해 제안 된 것처럼, 주걱으로 혼합 및 PDMS 스탬프의 볼록면에 적당량을 적용한다.
- 여과지 패드 원하는 크기 다음 용지 걸쳐 스탬프 반대측 진공 커버에 미리 절단 위에 도장을 놓는다. VACU 적용음 수동식 진공 펌프에 의해 최대 30 초 동안. 스탬프 및 진공 덮개에서 종이 패드를 제거하고, 패터닝 된 PDMS (도 1b)을 강화하기 위해 80 ° C에서 10 분 동안 대류 오븐에서 굽는다. 그 결과 종이 패드는 약 0.2 cm 2 감지 영역 및 X 0.4 cm 친수성 샘플 심지 지역 1cm있다.
주 : 액체 샘플이 전사 종이 필터의 내부 친수성 영역 PDMS 가능한 오염을 방지하기 위해 적용 PDMS 진공 시간에 특별한주의하세요.
IRO 2 -RGO 나노 하이브리드 박막와 SPE를 2. 변경
- 드롭으로 제조 된 1 mg의 ∙ ml의 3 μL -1 마이크로 피펫으로 SPE의 흑연 탄소 작동 전극에 솔루션을 이동 페트리 접시에 실온에서가 건조하게 캐스팅. N을 <유지하면서 10 ㎖의 SPE를 담그고, 20 분 동안 N 2는 pH 5.0의 PBS 완충액을 제거 PBS 완충액 탈기서브> 2 것은 흐르는 및 전기 RGO로 GO 줄이기 위해 0.0 V -1.5 내지 반복적 인 음극 잠재적 인 순환의 100주기를 실시하고 있습니다. 물총 병 DI 물과 SPE를 씻어 실온에서 건조.
주 : 정전 기적 반발력에 의해 안정화 잘 박리 GO 시트는, 다른 7보고 수정 허머의 방법을 이용하여 흑연 분말이다. 이 IRO이 박막의 더 성장 탄소 지지체로서 기능하기 때문에 합성 된 RGO 필름의 균일 성이 중요하다. - 100 ㎖ (IrCl 4) 0.15 g 이리듐 사염화 이루어지는 IRO이 증착 용액 (w / w) 0.6 ㎖의 50 % 과산화수소 (H 2 O 2) 및 0.5 g의 옥살산 DI 물에 추가하여 탈수를 만든다. pH가 랩 기반 pH 미터에 의해 확인 10.5가 될 때까지 서서히 교반하면서, 무수 탄산 칼륨을 소량의 추가. 그런 다음, 솔루션은 황색을 돌았 다. 객실 temperatu에서 48 시간 동안 솔루션을 노화다음 색상은 결국 옅은 파란색을 돌고, 다시.
- 상기 증착 용액에 RGO-SPE를 넣고 5 분 동안 0.6 V의 일정한 전위를 적용합니다. IRO이 박막의 두께를 정밀하게 성막 전위 및 시간에 의해 제어 될 수있다.
- SEM에 의한 감지 영역의 구조를 확인한다. 우리가 7 전에했던 것처럼, 위스콘신 - 매디슨 대학에서 재료 과학 센터의 지침에 따라 SEM 이미지를 획득.
저렴하고 휴대용 디지털 산도 미터 3. 건설
- 두 번의 LF356N 연산 증폭기 (오피 앰프 개개) 또는 1 INA111 고속 전계 효과 트랜지스터 (FET) -input 계측 증폭기의 시리즈 중 하나에 연결하여 디지털 디스플레이 저렴하고 소형화를 pH 미터를 구축 (높은 입력 임피던스> 10 12 Ω) 브레드 보드에 안정적인 측정을 위해 충분히 높은 내부 임피던스를 달성했다.
참고 : 모든 부품은 쉽게 교류입니다전자 상점에서이 접근하고 쉽게 조립할 수있다. - 유니티 게인 버퍼로의 pH 프로브와 오피 앰프 개개로 IRO 2 -RGO-SPE를 사용합니다. 산도 측정기에 전원을 공급하고 오피 앰프 개개의 핀 레이아웃을 기반으로 브레드 보드에 와이어를 연결하는 일련의 두 접지 9 V 알카라인 소비자 배터리를 연결합니다.
- 핀 (7)에 양극과 음극을 연결 4는 출력 전압 및 표시 수치를 측정하기 위해, 각각의 핀 (6)과 오피 앰프 개개의 (5)에 디지털 멀티 미터의 양 및 음의 프로브를 연결한다. 참조 및 SPE의 작업 전극은 대응 핀 2와 3에 연결되어 있습니다. 자세한 연결은 그림 1D에 표시됩니다.
4. pH를 측정
- 0.04 M 등몰 인산, 아세트산 및 붕산을 100㎖ BR 버퍼를 준비하고 2- 상이한 pH 값을 얻기 위해 0.2 M 수산화 나트륨 (NaOH) 상이한 볼륨 (5, 25, 42, 60, 78, 98)와 혼합 교정 12.
- LOC감지 영역의 상단에 μPAD 무늬 먹었다. 직접 심지의 μPAD의 친수성 영역에 마이크로 피펫에 의해 산 60 μL 액체 샘플을. 이 습윤 때 μPAD는, 또는 ABS 커버없이 장소에서 개최 할 수있다.
- 전위 IRO이 -RGO 작동 전극과 개방 회로 전위 (OCP)을 안정하게 랩 기반 CHI 660D 전기 화학 분석기 또는 휴대용 디지털 pH 미터, 어느 하나와 시간에 따른 Ag / AgCl 기준 전극 사이의 전압 신호 (측정 변형) 5 % <.
- 장기 운전 나은 전기 접촉뿐만 아니라 안정적이고 재현성있는 측정을 달성하기 위해, 필요한 경우, 시험 될 액체 샘플에서 종이 패드 침지하여 습식 감지 영역을 유지한다. 녹화 정상 OCP 값 검량선을 결정하기 위해 각각의 pH 값에서 평균화된다.
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Representative Results
전기 IRO이 -RGO-SPE의 pH 센서 통합 종이 미세 유체의 설치는 그림 1A에 표시됩니다. PDMS 소수성 장벽을 패터닝 종이 패드는 ABS 플라스틱 홀더에 위치 IRO이 -RGO-SPE의 감지 영역의 상부에 배치 하였다. 종이 패드의 감지 지역 신중 전극면과 일치 하였다. 수용성 메틸렌 블루 염료 용액을 패터닝 된 종이 패드를 테스트하는 데 사용하고, 관찰 샘플은 소수성 장벽에 의해 규정 된 유체 경로를 가진 친수성 영역들 (도 1B)으로 심지. SEM 이미지는 전기 화학적 환원 기술에 의해 2 차원 결함이없는 균질 한 그라 박막의 형성, 또한 전착 아니오 관찰 크랙이없는 균일하고 평활 IRO이 필름의 합성 (도 2a 및 C)를 나타낸다. 얻어진 IRO -RGO 2 전극이 약간 보였다 SUP브리튼 - 로빈슨 (BR) 대량 솔루션 및 종이 (그림 3A) 모두에서 좋은 선형성 버퍼의 pH를 2-12에서 ER-Nernstian 응답, 작은 히스테리시스 폭 (그림 4B) 및 용존 산소 (그림 3B)에 대한 낮은 민감도. 휴대용 전기 종이 미세 pH 센서 측정 된 pH 값은 유리 전극 (도 5a)를 사용하여 상용 실험 pH 미터와 일치 하였다.
그림 1 : 전기 종이 미세 유체의 pH를 감지에 대한 설정의 (A) 개략도 (1) IRO 2 -RGO-SPE, 샘플링 및 검출 (2) 미세 유체 종이 패드, (3) ABS 플라스틱 홀더 하우징 SPE. (B) 염색 용액 악인 미세 종이 패드의 사진 (2) PAP 심지 (1) 친수성 샘플링 영역어 SPE에 샘플 제공 (3) 감지 지역의 미세 유체 채널 (4) (5) 지역 PDMS에 의해 패턴 소수성 장벽이 장치를 개최합니다. (C) 회로판에 내장 된 다른 회로와 함께 두 개의 휴대용 pH를 측정 장치 (상세한 회로가 부가 정보에 도시 됨) : 멀티 미터 (1)의 작업 전극 (2) 기준 전극 (3) 양의 프로브 (4) 음극 프로브 (5) 전지 양극 (6), 양극 (7)의 배터리 접지 (8) 10 MΩ 이득 저항 (9) 10 MΩ 부하 저항 (10)은 접지. (D) INA111 및 IRO이 -RGO-SPE에 내장 된 휴대용 전기 용지 유체의 pH 센서의 연결 다이어그램. (E) 다른 pH 값에서 LF365N 집적 회로와 휴대용 전기 종이 미세 유체 산도 장치를 사용하여 개방 회로 전위의 일반적인 디지털 판독. 이의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오그림.
그림 2 :의 SEM 이미지 (A) RGO (B) IRO (2)와 (C) RGO-IRO 2 개질 SPE를. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 :.. RGO-IRO 2 SPE를 다른 pH 값에서의 pH를 응답 (A) BR 버퍼의 벌크 용액 또는 공기 또는 N이 다른 버퍼 시스템 (C)로 포화 BR 버퍼의 미세 유체 용지 (B)를 사용하여 클릭하세요 여기를 볼 수 있습니다이 그림의 더 큰 버전.
도 4 (A) BR 완충액 pH를 4, 8 및 10에서 RGO-IRO 2 개의 SPE의 잠재적 시간 곡선. (B) RGO-IRO의 히스테리시스 폭 2-12-2 및 12-2-12의 루프 사이클 서로 다른 pH에서 BR 버퍼 2 개의 SPE. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5 : RGO-IRO 상이한 pH 값에서 BR 완충액이 pH가 SPE에 응답 유리 전극 (B)을 가진 표준 상용 pH 측정기로 (A)의 상관 다른 디바이스에 의한 측정의 비교.ICES. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
장치 설정
이 H + 농도의 음의 대수에 비례하여 변화하기 때문에 pH 센서는 작동 전극과 기준 전극 사이 OCP를 측정함으로써 작동한다. 측정은 CHI 660D 멀티 미터에 의해 판독하여 브레드 보드 구성된 단순한 pH 측정기로서 랩 기반 텐쇼 모두에 의해 달성 될 수있다. 두 개의 서로 다른 휴대용 산도 미터는 두 개의 직렬 LF356N 또는 1 INA111입니다 IRO이 -RGO-SPE 다른 오피 앰프 개개을 합성 그대로,이 9 V 알카라인 배터리, 디지털 멀티 미터를 사용하여 밀가루 반죽에 유사하게 건설되었다. 등의 pH 미터의 전체 비용은 개당 일회용 산도 IRO의 $ (1) 주위에 2 -RGO-SPE를가 (포함되지 않은 비용과 화학 준비 및 전기 화학 증착을 수행하는 시간) 비용을 포함하여 $ 25 세 미만 일반적이다. 그림 1C는 회로도와 연결을 보여줍니다 이 LF356N 또는 1 INA111. 전체의 회로도INA111의 접속 핀에있어서, 장치는도 1d에 도시되어있다. 두 9 V 배터리는 10 MΩ의 입력 핀 (2, 3) 1 / 4-W 사 대역 이득 저항 (R G)에 연결하여 연산 증폭기를 전원이 +/- 9 V의 이중 공급을 생성하는데 사용 된 (5 % 공차) 식으로부터 계산 한 가까운 게인 (G)의 결과로, 핀 (1)과 (8) 사이에 접속되어있다 (1). 인해 멀티 미터의 비교적 낮은 내부 저항에 충분히 큰 부하 저항이 접지되어 더욱 안정된 OCP 판독을위한 멀티 미터의 음극과 양극을 연결 프로브 단락 핀 (5, 6) 사이에 연결된다. 결과적으로, 수학 식으로부터 계산 될 수있는 출력 전압 (2) 용액의 pH에 대응 IRO -RGO이 작동 전극과 Ag / AgCl 기준 전극 사이의 전위차와 정확히 동일하다.
여기서 G는 g이며INA111의 아인 아웃 V 센서 출력 (V)과의 V + 및 V이다 - 각각의 비 반전 전압과 오피 앰프 개개의 반전 입력되어있다.
표면 형태
도 2a 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지는 거친 스크린 인쇄 탄소 전극 표면을 통해 확산 유연한 얇은 그라 펜 시트로 이루어지는 일반적인 주름 텍스처 형성된 간헐 RGO 막의 표면 모폴로지를 나타낸다. 이동 감소 -0.65 V보다 더 음의 전위 발생 및 시약 (7)을 감소하지 않고, 빠른 돌이킬 수 및 제어 할 수 있습니다. IRO 2 증착 한 후, 검은 RGO 필름은 시각적 특히 양극 전착 IRO 2의 특징 전기 기능을 보여주는 어두운 보라색졌다. IRO 2 -RGO 나노 하이브리드 박막 (그림 2C) μm의 범위 일ickness은 전체면에 균일하게 분산 된 나노 결정으로 관찰된다. 이 영화는 눈에 띄는 균열이나 진흙 구조없이 균일하고 매끄러운 것으로 보인다. 더욱이, 본 연구에서 흥미로운 발견은 IRO이 필름은 동일한 조건 (도 2b) 아래 RGO의 도움없이 스크린 인쇄 흑연 탄소 기판 상에 형성 할 수 있다는 것이다. 또한, 그래 핀의 형성능 좋은 필름은 박막 증착 과정에서의 핵심 요소를 생각한다. 증착 용액에 옥살산은 복합체 형성을 트리거 알칼리 매질 이리듐 석출을 방지 할 수있다. 야마나카 8,9 의해 설명 된대로 증착이 양극 표면에 CO 2 분리 및 수반 IR (IV) 산화물 형성 oxalated IR (IV) 화합물의 양극 산화에 의해 달성된다
[IR (COO) 2 (OH) 4 2- ⇔ IRO 2 + 2CO 2 + 2H 2 O + 2E ̵1;
pH 측정 성능
pH를 감지 금속 산화물의 일반 메커니즘 안개 벅은 OH 기 베어링면 (10) 내의 이온 교환 과정과 연관하여 표시하고있다. 다른 IRO 2 전극 인해 합성 메커니즘의 차이로 자연에 존재 기반. 가능한 메커니즘 다수의 Ir 산화물 (11)의 두 산화 상태 사이의 pH 의존성 환원 층간 평형 관련된 제안되어있다. 전기 화학적 합성의 Ir 산화물의 경우에서와 같이, 주된 상태는 59 MV / pH에서 무수 형태에 비해 우수한 감도와 슈퍼 Nernstian 응답을 제공하는 수화 형태 8이다. 메커니즘은 다음의 수학 식 8, 9를 이용하여 설명 할 수있다 :
2 IRO 2 (OH) 2 · 2H 2 O) 2- + 3H + + 2E - ⇔ 2 IRO2 (OH) 2 · 2H 2 O) 2- + 3H 2 O
도 3a (블랙)에 도시 된 바와 같이, IRO이 -RGO 전극에 가까운 양극 인 -61.71 MV / pH가 약간 슈퍼 Nernstian 경사는 2 내지 12의 넓은 pH 범위에 걸쳐 잘 정의 된 선형 특성을 보였다 가까운 Nerstian 응답 오히려 슈퍼 Nernstian (13, 14)에 비해 11, 12로 IRO 2 필름을 전착. 아마도 이것은 각 경우에 다른 전착 조건으로 기판으로 인해 발생한다. 이 무수 및 수화 IRO이 필름의 혼합물 양극 전착 그라시에 형성되는 것이 가능하다. 패터닝 종이 마이크로 유체 소자 (적색도 3a) 및 벌크 용액의 pH 측정 사이의 차이는 무시할 섬유상 셀룰로오스 종이 매트릭스 띄는 정도의 수소 이온의 확산을 방해하지 않는다 나타낸다. 디졸브D 대기 중 산소는 특히 생물학적 시스템 12, 인해 산화 환원 과정에 보편적으로 때로는 크게 잠재적 인 수치에 영향을 미칠 수있는 샘플에 존재한다. 전극은 N이 배치되는 경우 - 또는 공기 포화 완충액, 약간의 차이 (도 3b) 만 존재한다. 이온 강도 및 조성물은 버퍼에 따라 다르기 때문에 한편, pH 완충제의 수 상업적 pH 보정 버퍼 BR 완충액, 인산염 완충 식염수 (PBS)과의 NaOH / HCl을 조정 DI 물 (도 3C)을 포함하여 시험 하였다. 민감도 (단위 pH를 당 MV)는 모든 버퍼 거의 동일하다. 그러나, 상당한 전위 드리프트가 비교적 좁은 pH 범위를 갖는 PBS 완충액에서 관찰되었다. 이는 PBS에서 IRO 2 -RGO pH 전극의 다른 조건 기준 전위 (식 네른스트 평형의 E 0 '용어)에 기인 할 수있다.
응답 시간, 키 F어떤 감지 애플리케이션에서 배우가 보통 평형 OCP의 특정 비율에 도달하는 데 필요한 시간으로 정의된다. 일반적인 응답 시간은 모든 pH를 아래 미만 250 초하지만 강하게 pH에 따라 11 일 수있다. 히스테리시스 또는 소위 메모리 효과는 동일 전극의 반복적 인 사용 동안 유리 및 금속 산화물의 pH 전극 잘 알려진 현상이다. 수소 이온 선택 전극의 이러한 현상은 pH 변화에 대한 응답 지연의 결과로 생각된다. IRO 2 -RGO의 pH 전극은 로우에서 하이로 pH 완충제 시험, 차례로 높은에서 낮은 것이었다. 산도 2-12-2 및 12-2-12이 루프 사이클은 연속적 사이클 (그림 4B)에서 서로 다른 pH 완충제의 OCP를 측정하여 평가 하였다. 히스테리시스 폭 특히 여기 공부 넓은 pH 범위에 대한 일상적인 pH 측정에서 허용하고 정확한 둘주기에 약 13 MV로 계산된다.
또한 버지니아에IRO이 -RGO 나노 하이브리드 박막 pH 센서를 lidate 성능은 산도 / MV / 이온 / 전도도 측정기 (도 5a)와 표준 유리 전극과 평행하게 테스트 하였다. 결과는 pH 센서 개발의 높은 정확성과 신뢰성있는 성능을 시사 서로 잘 상관. 정말 현장에서 휴대용 전기 종이 미세 유체 장치를 갖춘 pH 측정을, 두 가지 간단한 디지털의 pH 미터는 약간 다른 구성으로 만들어진 달성했다. 두 미터를 사용하여 측정 pH는 실험실 기반의 전기 화학 분석기와 매우 일치했다. 재현성 다른 전극 또한 다른 산도 BR 버퍼에서 동일한 전극 여러 번 테스트 하였다. 상대 표준 편차 (RSD) 값은 일반적으로 모든 <15 %였다.
결론적으로, 빠른 제어 및 녹색 전기 화학적 방법은 균일의 합성과 부드러운 IRO 2 -RGO 나노 하이브리드 박막 O를 위해 개발RGO의 좋은 필름 형성 및 지원 기능의 도움 N 거친 SPE 표면. 얻어진 고체 전극은 또한 작은 히스테리시스가 2 내지 12 전극으로부터 광범위한 pH 양호한 선형성 -62 MV / 산도와 함께 고감도 약간 슈퍼 Nernstian 반응을 나타내, 빠른 응답 시간, 재현성 상업 유리 전극 갖춘 실험실 기반 pH 미터와, 좋은 계약. 소형화 된 미세 종이 패드는 PDMS 소수성 장벽 패터닝에 의해 제작 하였다. 간단한 pH 측정기 두 9 V 알칼리 건전지, 디지털 멀티 미터, 및 오피 앰프 개개을 이용하여 제조 하였다. 랩 기반 기술을 이용하여 수득 된 것과 상관 관계는 센서로부터 측정 산도의 결과. 따라서 산도 미터와 산도 스트립 양쪽의 장점을 결합한 센서는 현장 또는 현장 진료 pH 측정 미래를위한 유망한 플랫폼은 특히 제한된 자원 상태에서이다.
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Disclosures
저자는 더 경쟁 재정적 이해 관계가 없습니다.
Acknowledgments
이 작품은 물 장비 및 정책 (WEP) NSF 산업 / 대학 협동 연구 센터 (I / UCRC)에서 부여에 의해 지원되었다. 저자는 대학원 원정대는 UW 매디슨에서 JY 제공 수훈 Hjalmar D.과 자넷 W. Bruhn 원정대 루이와 엘사 톰센 위스콘신에 감사
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
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