Summary
Исследование демонстрирует рост иридия оксида с пониженным содержанием оксида графена (МОБ 2 -RGO) наногибридный тонких пленок на нерегулярной и шероховатой сериграфированного углерода подложки через зеленый электрохимического синтеза, а также их реализацию в качестве датчика рН с узорной бумаги-жидкостный платформы ,
Abstract
Снисходительный, управляемый, недорогой и зеленый электрохимический синтез IrO 2 -graphene наногибридный тонких пленок разработана для изготовления простой в использовании интегрированный бумаги микрожидкостных электрохимический датчик рН для условиях ограниченных ресурсов. Принимая преимущества от обоих рН - метры и полос, платформа датчиков рН состоит из гидрофобного барьерного узором бумаги micropad (μPAD) с использованием полидиметилсилоксана (PDMS), трафаретной печати электрод (SPE) , модифицированный Иро 2 -graphene пленок и формованных Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) пластиковый держатель. Серийное катодный потенциал задействуя был использован для оксида графена (GO) сокращения, которое может полностью удалить электрохимически нестабильные кислородсодержащих групп и генерировать 2D бездефектной однородное графена тонкую пленку с превосходной стабильностью и электронными свойствами. Однородная и гладкая IrO 2 пленка в наноразмерных размером зерна анодно электроосаждается на пленке графена, без каких - либонаблюдаемые трещины. Полученный IrO 2 -RGO электрод показал слегка супер-Нернста реакции от рН 2-12 в буферах с хорошей линейностью, малый гистерезис, низкое время отклика и воспроизводимостью в различных буферных растворах , а также низкой чувствительностью к различным мешая Britton-Robinson (BR) ионных частиц и растворенного кислорода. Простой портативный цифровой измеритель pH изготовлен, сигнал которого измеряется с помощью мультиметра, с помощью высокого входного импеданса операционного усилителя и потребительских батарей. Значения рН, измеренные с помощью переносных датчиков рН электрохимических бумажных Микрожидкостных согласуются с измеренными с использованием коммерческого метр лабораторный рН со стеклянным электродом.
Introduction
Определение рН является повсеместным в пищевых продуктах, физиологических, медицинских и экологических исследований. Два наиболее распространенных инструментов для обнаружения рН являются полоски рН и рН-метры. Бумажные ленты пропитаны изменяющих цвет молекул индикатора рН, но показания иногда ограничены в диапазоне рН, субъективны и полуколичественный с некоторыми отклонениями. С другой стороны, рН-метр, обычно оборудован стеклянным электродом может измерять рН точно до 0,01 уровне, и дисплей с помощью цифрового интерфейса пользователя. рН-метры Lab на основе не только нуждаются в особом уходе в обслуживании и калибровке, но и не работают хорошо на малые объемы проб и часто требуют чистый контейнер, такой как стакан для выполнения измерений. Несмотря на свою чувствительность, селективность и стабильность, стеклянные электроды страдают от кислоты / щелочных ошибок, высокий импеданс, нестабильность температуры и механической хрупкости 1. Поэтому желательно иметь систему измерения рН, что embodе годы точность рН-метра и простотой и стоимостных аспектов полос рН.
Существует всегда неудовлетворенная потребность в таких инструментов в условиях ограниченных ресурсов во многих развивающихся регионах, где дорогая лаборатория на базе оборудования или коммерческих лабораторий по карману. Кроме того, повышение роли новых простых в использовании на месте зондирования платформ толкается таким требованием для обнаружения точки оказания медицинской помощи. Электрохимический обнаружение простой, легкий в миниатюризации и удовлетворительно чувствительны, как показали коммерциализированных КСН недорогих и различных систем мониторинга глюкозы на рынке. В качестве легкого, гибкого и одноразового использования пористого материала, бумаги может также иметь различные контролируемые характеристики, такие как различные размеры пор, функциональные группы, и впитыванию ставок.
В качестве подложки бумаги едва влияет аналита диффузию и электрохимическим детектированием 2-4, сочетание бумажных жидкостный устройств и электроаналитических методов имеет recentlу получил обширные интересы. Несомненным преимуществом таких комбинаций является небольшое количество объема образца, используемый в измерении, которое потенциально может предотвратить помехи от вибрации и конвекции в процессе измерений. Например, узорчатые микрофлюидальные колодки были применены к фитилю и доставить жидких проб для чувствительной области КСН для обнаружения ионов тяжелых металлов и глюкоза 2,5. Подобные устройства , использующие бумаги микрожидкостных электрохемилюминесценции были созданы для выполнения обнаружения NADH 4. Совсем недавно, простые электрохимическая бумажные микрофлюидальные устройства могут быть построены на предметном стекле с карандашных электродами 6 или с использованием фермента бумаги и КСН 3.
Наногибридный тонкопленочный материал , состоящий из IrO 2 и РГО был подготовлен с использованием легким и эффективным электрохимический подход. Мы обнаружили , что на неровной и шероховатой SPE графитовой поверхности углерода, анодно электроосаждается IrO 2 тонкая пленка не можетбыть гладкой и стабильной без помощи РГО. Полученный IrO 2 SPE -RGO был интегрирован в бумажный микрожидком устройство , которое узорной гидрофобные барьеры для зондирования рН. Собранное устройство показало отличные аналитические представления в зондировании рН с немного супер-Нернста поведения. Результаты сравнимы с обычным лабораторным на основе рН-метра со стеклянными электродами. И наконец, рентабельные м уменьшенных рН были построены на макете для измерения потенциала выходного сигнала холостого хода с помощью цифрового мультиметра. Измерения портативного рН-метра, хорошо коррелирует с результатами коммерческого метр лабораторный рН.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. μPAD и устройство подготовки
- Гравировка паз на нижней пластиковым держателем 500 мкм для размещения SPE с ABS или совместимого пластикового листа с помощью трехмерной (3D) фрезерного станка и фрезерного бит, который имеет 1,6 мм в диаметре. Удерживая SPE и μPAD твердо на месте во время тестирования с держателем (рис 1А).
- Сделайте штамп и вакуумный кожух с использованием синтетической смолы таблетки или совместимый пластиковый лист с выпуклыми и вогнутыми узорами, соответственно, на фрезерном станке 3D, для того, чтобы шаблон гидрофобные PDMS барьеров на блокнотов.
- Приготовить смесь из PDMS форполимера и сшивани в соотношении 10: 1, или как это было предложено производителем, смешать с лопаточкой и применить соответствующее количество на выпуклую поверхность штампа PDMS.
- Поместите штамп поверх фильтровальной бумаги площадку предварительно обрезать до нужного размера, а затем вакуумной крышкой на противоположной стороне штампа по бумаге. Применить Vācuгм до 30 с ручным приводом вакуумного насоса. Удалите бумажную прокладку из штампа и вакуумной крышкой и выпекать в конвекционной печи в течение 10 мин при 80 ° С , чтобы затвердеть узорчатую PDMS (рис 1б). Полученная бумага накладка имеет приблизительно 0,2 см область 2 кромкоправа и 1 см х 0,4 см гидрофильного образца затекания область.
Примечание: Следует принимать особые меры предосторожности на количество нанесенной PDMS и времени вакуума, чтобы избежать любого возможного загрязнения PDMS во внутреннем гидрофильной области фильтровальной бумаги, где жидкие образцы передаются.
2. Модификация КСН с IrO 2 -RGO наногибридный тонких пленок
- Капля отливать 3 мкл в подготовленных 1 мг ∙ мл -1 GO раствора на графитовом углерода рабочего электрода ДПО с микропипетки и дайте ему высохнуть при комнатной температуре в чашке Петри. Чистки рН 5,0 PBS буфера с N 2 в течение 20 мин, окунуть SPE в 10 мл деаэрированной PBS буфера, сохраняя при этом N <к югу> 2 течет, и проводят 100 циклов повторяющихся катодном циклирования потенциала от 0,0 до 1,5 В , чтобы уменьшить электрохимически GO в РГО. Ополосните SPE деионизированной водой в бутылке шприц и высушивают при комнатной температуре.
Примечание: Ну-расслоенные GO листов, стабилизированные электростатического отталкивания, взяты из графитового порошка с использованием модифицированного метода Хаммера, как сообщалось в другом месте 7. Однородность синтезированного РГО пленки имеет важное значение, так как он служит в качестве углеродного носителя для дальнейшего роста IrO 2 тонких пленок. - Сделать 100 мл раствора 2 УМС осаждения , состоящего из 0,15 г тетрахлорида иридия (IrCl 4), 0,6 мл 50% (вес / вес) пероксид водорода (H 2 O 2) и 0,5 г щавелевой кислоты обезвоживать, добавляя их в деионизированной воде. Постепенно добавить небольшое количество безводного карбоната калия при перемешивании до тех пор, пока рН не достигло 10,5, уточнена лабораторном на основе рН-метра. Затем раствор приобретал желтоватый. Старение раствора в течение 48 ч при комнатной temperatuповторно, то ее цвет, в конечном счете превращая бледно-голубым.
- Поместите RGO-SPE в указанном выше растворе осаждения и применяют постоянный потенциал +0,6 в течение 5 мин. Толщина УМС 2 тонких пленок можно точно контролировать потенциалом и времени осаждения.
- Подтверждение структуры чувствительной области с помощью СЭМ. Приобретать SEM изображения в соответствии с инструкциями в Научном центре материаловедения в Университете Висконсин-Мэдисон, как мы делали раньше 7.
3. Строительство недороги и портативный цифровой рН-метры
- Построить недорогой и миниатюрный рН - метр с цифровым дисплеем, подключив либо серии из двух операционных усилителей одного LF356N (Opamps) или одного INA111 высокоскоростного полевого транзистора (FET) -input измерительный усилитель (высокий входной импеданс> 10 12 Ω) на макете, чтобы достичь достаточно высокого внутреннего сопротивления для стабильных измерений.
Примечание: Все части легко переменного токаcessible из электронных магазинов и может быть легко собрана. - Используйте Иро 2 -RGO-SPE в качестве зонда рН и Opamps в качестве буфера усиления единства. Соединение двух заземленных 9 потребителей батареи V щелочные в серии для питания рН-метр и подключить провода в макете на основе стержневой компоновки Opamps.
- Подключите катод и анод к контактам 7 и 4. Подключите также положительные и отрицательные зонды цифрового мультиметра к контактам 6 и 5 соответственно Opamps для измерения показаний выходного напряжения и индикации. Справочные и рабочие электроды SPE подключены к контактам 2 и 3 соответственно. Подробные соединения показаны на рис 1D.
4. Измерения рН
- Приготовьте 100 мл BR буфера с 0,04 М эквимолярная фосфорной кислоты, уксусной кислоты и борной кислоты и смешивают с разными объемами (5, 25, 42, 60, 78 и 98) 0,2 М гидроксида натрия (NaOH) для достижения различных PHS из 2- 12 для калибровки.
- Locели с рисунком μPAD на верхней части чувствительной области. Крепление 60 мкл жидких образцов непосредственно микропипетки в гидрофильной области μPAD для впитывания. ΜPAD может удерживаться на месте с или без крышки ABS, когда он мочится.
- Измерьте сигнал напряжения между УМС 2 -RGO рабочего электрода и электрода сравнения Ag / AgCl в течение долгого времени с любой лаборатории на основе ХИ 660D электрохимического анализатора или портативного цифрового рН - метра, когда потенциалы разомкнутой цепи (OCP) , становятся устойчивым (потенциальный вариации <5%).
- Держите область зондирования мокрый путем погружения бумаги площадку в жидких образцов, подлежащих испытанию, если это необходимо, для достижения лучшего электрического контакта, а также стабильные и воспроизводимые результаты измерений в длительной эксплуатации. Регистрируемые значения установившихся OCP усредняются при каждом значении рН, чтобы определить, с калибровочной кривой.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Установка электрохимического IrO 2 -RGO-SPE датчик рН , включающего бумаги микрофлюидики показан на рисунке 1А. Узорчатую бумагу подушечка с PDMS гидрофобными барьерами был помещен на верхней части чувствительной области от IrO 2 -RGO-SPE , которая расположена на держателе АБС пластика. Чувствительный зона бумажной площадки была тщательно выровнена с поверхностью электрода. Раствор синего красителя водный метиленовый использовали для тестирования узорчатой бумаги площадку и , как отмечено, образцы фитиль в гидрофильные участки (Фигура 1В) с струйного маршрута регулируемой гидрофобными барьерами. СЭМ изображения показывает формирование 2D бездефектной однородная графена тонкой пленки с помощью электрохимического метода редукции, а также синтез равномерной и гладкой IrO 2 пленки без каких - либо заметных трещин методом электролитического (рис 2А и С). Полученный IrO 2 -RGO электрод показал слегка вирэр-Нернста реакции от рН 2-12 в Britton-Robinson (BR) буферы с хорошей линейностью в обоих объеме раствора и бумаги (рис 3А), малые гистерезиса ширины (рис 4В) и низкая чувствительность к растворенного кислорода (рис 3B). Значения рН , измеренные с помощью переносных датчиков рН электрохимических бумажных Микрожидкостных были совместимы с коммерческой метр лабораторный рН с помощью стеклянного электрода (рис 5А).
Рисунок 1: (A) Принципиальная схема установки для электрохимической бумаги микрожидком зондирования рН: (1) IrO 2 -RGO-SPE, (2) Микрожидкостных бумаги площадкой для отбора проб и обнаружения, (3) ABS пластиковый держатель корпус КСН. (Б) Фотография микрожидком бумаги колодки нечестивого раствором красителя: (1) гидрофильную область отбора проб для затекания (2) PAPэр Микрожидкостных канал для доставки образца (3) зондирования в области КСН (4) гидрофобные барьеры узорчатые ПДМС (5) область для хранения устройства. (C) , два переносных измерения рН устройства с разными контурами , построенных на макете (подробные схемы приведены в дополнительной информации): (1) рабочий электрод (2) опорный электрод (3) положительный зонд (4) отрицательный щуп мультиметра (5) катода батареи (6) анод (7) батареи заземлены (8) 10 МОм усиления резистор (9) 10 МОм резистор нагрузки (10) заземлены. (D) Схемы подключения портативного электрохимического бумаги жидкостный датчик рН , построенный с INA111 и IrO 2 -RGO-SPE. (E) Типичные цифровые показания потенциалов разомкнутой цепи с помощью портативного устройства Микрожидкостных бумаги рН электрохимический с LF365N интегральных схем при различных значениях рН. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этогоцифра.
Рисунок 2: СЭМ изображения (A) РГО (B) IrO 2 и (С) РГО-IrO 2 -modified ПСН. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3:.. Реакции рН РГО-IrO 2 ССН при различных значениях рН (А) в объемном растворе буфера BR или с использованием микрофлюидальный бумаги (В) в BR буферами насыщенных воздухом или N 2 (C) в различных буферных системах Пожалуйста , нажмите здесь для просмотраБольшая версия этой фигуры.
Рисунок 4: (A) Потенциальное времени кривые РГО-МОБ 2 КСН при рН 4, 8 и 10 в BR буфере. (B) Гистерезисные ширины РГО-IrO 2 ССН в BR буферах при различных значениях рН с петлевыми циклов 2-12-2 и 12-2-12. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 5: ответы рН РГО-IrO 2 СПЭС в BR буфере при различных значениях рН (А) корреляция со стандартным коммерческим рН - метра со стеклянным электродом (В) сравнение измерений по различным Dev.льды. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Настройка устройства
Датчик рН работает путем измерения OCP между электродами рабочей и обращение, поскольку оно изменяется пропорционально отрицательный логарифм концентрации H +. Измерения могут быть достигнуты как с помощью лабораторной основе потенциостата, таких как CHI 660D и простого рН-метра, построенного на макете с чтением с помощью мультиметра. Два разных метра портативный рН были построены аналогично на макетах с использованием двух 9 В щелочные батареи цифровой мультиметр, синтезированный Иро 2 -RGO-SPE и различные Opamps, который два последовательных LF356N или один INA111. Вся стоимость таких метров рН , как правило , менее $ 25 в том числе около $ 1 за штуку одноразового рН IrO 2 -RGO-КСН затрат (стоимость и время для проведения химической подготовки и электрохимические отложений не включены). На фиг.1С показаны схемы соединений и соединений с два LF356N или один INA111. Схема всейУстройство в соответствии с соединительными штырьками INA111 показана на рис 1D. Два 9 В батареи были использованы для создания двойной подачи +/- 9 В для питания ОУ путем подключения к входным контактам 2 и 3. Коэффициент усиления 1/4-W 4-полосный резистор (R G) 10 МОм (5% допуск) соединен между выводами 1 и 8, в результате чего желаемое усиление (G), близким к 1, вычисленные по формуле (1). Из-за сравнительно низкое внутреннее сопротивление мультиметра, достаточно большое сопротивление нагрузки заземлен и подключен между закороченных контактами 5 и 6, которые дополнительно соединяют положительные и отрицательные зонды мультиметра для стабильных показаний OCP. В результате, выходное напряжение , которое может быть вычислено по формуле (2), в точности равна разности потенциалов между УМС 2 -RGO рабочим электродом и Ag / AgCl электрод сравнения, что соответствует рН раствора.
Где G является гАИН INA111, V OUT является выходной сигнал датчика (V) и V + в и V - в это напряжение на неинвертирующим и обращающие входы Opamps соответственно.
Морфология поверхности
Рисунок 2А методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показывает изображение морфологии поверхности прерывистого пленки РГО , образованной с типичной морщинистой текстурой , состоящей из гибких и ультратонких листов графена охватившейконтинентальнуюЕвропу шероховатой сериграфированного углерода поверхности электрода. Снижение GO происходит при потенциалах более отрицательных , чем -0.65 V и является быстрым, необратимым и контролируемым без восстанавливающих реагентов 7. После того, как Иро 2 осаждения, черный РГО фильм визуально и заметно потемнела фиолетовый, показывая характерную особенность электрохромное анодно электролитическим IrO 2. IrO 2 -RGO наногибридный тонкая пленка (рис 2С) в мкм-диапазоне гоickness наблюдается с гомогенно диспергированные наноразмерных кристаллитов на всей поверхности. Фильм, как представляется, быть однородным и гладким, без каких-либо заметных трещин или грязевых структур. Кроме того, интересная находка в данном исследовании является то , что IrO 2 фильма не может формироваться на трафаретной печати графитовый углеродных субстратов без помощи РГО при тех же условиях (рис 2В). Кроме того, хороший фильм способность графена формирования задумана ключевой компонент в процессе осаждения пленки тонкой. Оксалаты в растворе осаждения может вызвать образование комплекса и предотвратить иридий осадков в щелочной среде. Осаждение достигается путем анодного окисления oxalated (IV) соединений Ir с выделением СО 2 и Ir (IV) формирования сопутствующей оксида на поверхности анода, как описано Яманака 8,9
[Ir (COO) 2 (OH) 4] 2- ⇔ IrO 2 + 2CO 2 + 2H 2 O + 2e ̵1;
рН Измерение эффективности
Общий механизм оксидов металлов в зондировании рН было указано туманом и Бак, связаны с процессами ионного обмена в пределах ОН группу несущей поверхности 10. Различные IrO 2 -На существуют электроды в природе из - за различий в механизмах их синтеза. Ряд возможных механизмов предложены с участием рН-зависимого окислительно - восстановительной интеркаляции равновесия между двумя состояниями окисления оксидов Ir 11. Как и в случае с электрохимически синтезированных оксидов Ir, преобладающий состояние является гидратированные формы 8 , который обеспечивает супер-Нернста ответов с чувствительностью выше , чем у безводные формы при 59 мВ / рН. Механизм можно объяснить с помощью следующего уравнения 8,9:
2 [IrO 2 (OH) 2 · 2H 2 O)] 2- + 3H + + 2е - ⇔ 2 [IrO2 (OH) 2 · 2H 2 O)] 2- + 3H 2 O
Как показано на фигуре 3А (черный), ИРО 2 -RGO электрод показал хорошо определенную линейную характеристику в широком диапазоне рН от 2 до 12, с немного супер-Нернста наклона -61.71 мВ / рН , который ближе к анодно электроосаждается Иро 2 фильма с почти Nerstian ответов 11,12 , а не тех , с супер Нернста 13,14. Возможно, это происходит из-за различных условий электроосаждения и субстратов в каждом конкретном случае. Вполне возможно , что смесь безводного и гидратированного IrO 2 пленка образуется на графене во анодном электроосаждении. Незначительная разница между измеренным рН узорной бумаги микрожидком устройства (рис 3А, красный) и объеме раствора указывает на волокнистую матрицу целлюлозной бумаги не препятствует диффузии ионов водорода в какой - либо заметной степени. растворятьсяd атмосферный кислород существует Повсеместно в образцах иногда может сильно повлиять на потенциальные показания в связи с его окислительно - восстановительных процессов, особенно в биологических системах 12. Когда электрод помещается в N 2 - или воздушно-насыщенный раствор буфера, существуют лишь незначительные отличия (рис 3б). В то же время, так как ионной силы и композиции отличаются в зависимости от буферов, тестировали ряд буферов рН в том числе коммерческого рН калибровки буфера, буфер BR фосфатном буферном солевом растворе (PBS) и NaOH / HCl доводили деионизированной воде (рис 3C). Чувствительность (мВ на единицу рН) практически идентичны во всех буферов. Тем не менее, заметный потенциал дрейф наблюдался в PBS буфере, который имеет относительно узкий диапазон рН. Это может быть связано с различными условными стандартных потенциалов (член Е 0 'в равновесии Нернста отождествление) IrO 2 -RGO рН электрода в PBS.
Время отклика, ключ Fактер в любом применении зондирования, как правило, определяется как время, необходимое достижение определенного процента от равновесной OCP. Типичное время отклика составляет менее 250 с при всех рН , но может быть сильно зависит от рН 11. Гистерезис, или так называемый эффект памяти, является хорошо известное явление со стеклом и оксидов металлов рН электродов в процессе повторного использования одного и того же электрода. Это явление водорода ион-селективных электродов рассматривается как результат отсроченных реакций на изменение рН. ИРО 2 -RGO рН - электрод испытывали в буферы рН от низкого до высокого, и в свою очередь , от высокой к низкой. Этот цикл циклов рН 2-12-2 и 12-2-12 оценивали путем последовательного измерения OCP различных буферов рН в циклах (рис 4б). Гистерезиса ширины рассчитываются составит около 13 мВ в обоих циклах, которые являются приемлемыми и точны в рутинных измерений рН, особенно в отношении широкого диапазона рН изучали здесь.
Для дальнейшего ваlidate в -RGO наногибридный датчик рН тонкой пленки IrO 2, производительность была проверена параллельно со стандартным стеклянным электродом с рН / мВ / Ion / кондуктометр (Рис 5А). Результаты хорошо коррелируют друг с другом, что свидетельствует о высокой точности и надежности работы разработанного датчика рН. Чтобы по-настоящему достичь на месте измерения рН с изображением портативного электрохимического устройства микрожидкостных бумаги, два простых метра цифровой рН были построены несколько различных конфигураций. Измеряется рН с использованием обоих метров была очень согласуется с лабораторным на основе электрохимического анализатора. Воспроизводимость был протестирован несколько раз с помощью того же электрода в различных буферных растворах рН БР, а также с различными электродами. Относительное стандартное отклонение (RSD) значения, как правило, были все <15%.
В заключение, быстрый, контролируемый и зеленый электрохимический метод разработан для синтеза равномерной и гладкой IrO 2 -RGO наногибридный тонких пленок Oп грубая поверхность SPE, при содействии хороших пленкообразующих и поддерживающих возможности РГО. Полученный твердотельный электрод выставлены немного супер-Нернста ответ с высокой чувствительностью -62 мВ / рН и с хорошей линейностью в широком диапазоне рН от 2 до 12. электродов также имеют малый гистерезис, быстрое время отклика, воспроизводимости и хорошие соглашения с коммерческими стеклянного электрода оборудованной лаборатории на основе рН-метра. Миниатюризированное бумага Микрожидкостных накладка был изготовлен PDMS гидрофобный барьерный кучность. Простой рН-метр был изготовлен с использованием двух 9 В щелочные батареи цифровой мультиметр и Opamps. Результаты измерения рН от датчика хорошо коррелируют с результатами, полученными с использованием лабораторных методов на основе. Таким образом, датчик, который сочетает в себе преимущества обоих рН-метры и полосы рН является перспективной платформой для будущего на месте или измерения рН точки оказания медицинской помощи, особенно в состоянии с ограниченным ресурсами.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют конкурирующих финансовых интересов.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана грантом от оборудования и политики (WEP) NSF Промышленность / университет Cooperative Research Center (I / UCRC) Вода. Авторы также благодарны Hjalmar Д. и Джанет В. Bruhn Объединении и Луи и Эльза Томсен Висконсин Отличаясь Graduate Fellowship предоставленного JY в 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).
