مقالة منهجية

ومنصة مقرها معاوقة عالية الأداء للكشف التبخر تقييم

DOI:

10.3791/54575

⸱

أكتوبر 17, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Department of Safety, Health and Environmental Engineering, Hungkuang University, 2Institute of Materials Engineering, National Taiwan Ocean University, 3Instrument Technology Research Center, National Applied Research Laboratories, 4Department of Chemical Engineering, National United University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الورقة جهاز المستندة إلى مقاومة للكشف عن معدل التبخر من الحلول. ويقدم مزايا واضحة على نهج فقدان الوزن التقليدي: الاستجابة السريعة، وكشف ذات حساسية عالية، وهو شرط عينة صغيرة، والقياسات عينة متعددة، وسهلة التفكيك لأغراض التنظيف وإعادة استخدامها.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وتصف هذه الورقة طريقة منصة القائم على مقاومة جديدة للكشف عن معدل التبخر. كان يعمل حمض الهيالورونيك نموذج مركب هنا لأغراض العرض التوضيحي. وأجريت الاختبارات تبخر متعددة على مجمع النموذج بوصفه مرطب مع تركيزات مختلفة في حلول لأغراض المقارنة. ومن المعروف نهج فقدان الوزن التقليدي والأكثر وضوحا، ولكن تستغرق وقتا طويلا، وتقنية قياس للكشف عن معدل التبخر. مع ذلك، فإن العيب الواضح هو أن كمية كبيرة من عينة مطلوب ولا يمكن إجراء اختبارات العينة متعددة في نفس الوقت. لأول مرة في الأدب، يتم تطبيق الكهربائية رقاقة مقاومة الاستشعار بنجاح لتحقيق تبخر في الوقت الحقيقي في اقتسام الوقت، بصورة مستمرة وتلقائية. وعلاوة على ذلك، ما لا يزيد عن 0.5 مل من عينات الاختبار هو مطلوب في هذا الجهاز القائم على مقاومة، وأظهرت مقاومة تفاوت كبير بين مختلف soluti المخففالإضافات. تم العثور على نظام ذات حساسية عالية واستجابة سريعة مقاومة الاستشعار المقترحة ليتفوق على فقدان الوزن النهج التقليدي من حيث الكشف عن معدل التبخر.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التبخر هو نوع من تبخير السائل ويحدث على طول واجهة الغاز السائل من هيئة جماعية من الماء. جزيئات الماء بالقرب من السطح تصبح قادرة على الهروب من السائل بسبب اصطدام جزيئات الماء. معدل التبخر هو عامل هام للأثناء عملية التبخر. عموما، توازن أو الحجمي أنبوب 1-3 وعلى نطاق واسع تستخدم للكشف عن تبخر الحلول. ومع ذلك، فإنه يأخذ وقتا طويلا لقياس معدل التبخر بسبب قيود دقة التوازن أو أنبوب الحجمي. لهذا السبب، يجب تطوير أداة استجابة وعالية الحساسية للتحقيق في تفاصيل عملية التبخر.

الكهروكيميائية مقاومة الطيفي (EIS) هو الاستجابة السريعة ووسائل الحساسة والفعالة التجريبية من حيث الكشف مقاومة في الموقع لتوصيف نظام الكهروكيميائية 4. لذلك، يمكن تطبيق نظام المعلومات البيئية في مختلف التعبير عن عدم الرضالدس، مثل الدراسات التي أجريت مؤخرا على سلوك الخلوية 5، والاستشعار عن bioanalytical 6-7، والتحليل الكهربائي 8، وإجراء البوليمرات 9، واستخراج الكهروكيميائية 10. على الرغم من أن أنظمة EIS قد تم بنجاح تطبيق في طائفة واسعة من التخصصات، توجد هناك عدد قليل للغاية من المنشورات على تطبيقه لبحث التبخر.

حمض الهيالورونيك، وارتفاع الوزن الجزيئي السكاريد مع إمكانات قوية ملزم المياه، هو مرطب معروفة للتطبيقات التجميلية. واحد جزيء حمض الهيالورونيك يمكن ربط ما يصل إلى 500 جزيئات الماء 11 وتصل إلى 1000 مرات حجمه الأصلي 12. مبلغ صغير للغاية من حمض الهيالورونيك أن تمتلك وظيفة الترطيب 13-14. ويرجع ذلك إلى الاحتفاظ بالرطوبة العالية، أصبح حمض الهيالورونيك عنصرا هاما من المنتجات مرطب ومستحضرات التجميل مع قيمة تجارية عالية في جميع أنحاء العالم (15).

تتقدم دراسته طريقة جهاز يستند مقاومة، رواية يضم كشف عالية السرعة، صغير شرط عينة حجم وقياسات عينة متعددة 16-19. ويرد ذلك مع التركيز على مقارنة معدل التبخر النسبية بين الحلول باعتبارها وسيلة للتحقق من صحة تفوق آلية الكشف مبتكرة على الطريقة زنها التقليدية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. التجريبية وحدة رقاقة

  1. افتعال أكسيد الإنديوم القصدير (ايتو) رقاقة الكهربائي بواسطة ضوئيه وعمليات الحفر الرطب الكيميائية
    1. الحصول على الركيزة ايتو (370 مم × 480 مم × 0.5 مم (ث ل س س ح)) مع طبقة Å ايتو 2600 تجاريا (انظر قائمة المواد). شريحة الركيزة ايتو لأبعاد 90 ملم × 90 ملم × 0.5 ملم مع قطع الزجاج لعملية الكهربائي الزخرفة ايتو في اليجنر 4 بوصة.
    2. استخدام نظافة بالموجات فوق الصوتية لتنظيف الزجاج ايتو مع الأسيتون ثم مع الماء منزوع الأيونات، لمدة 15 دقيقة لكل منهما. تجفيف الزجاج ايتو مع الهواء الجاف نظيفة.
    3. الاستغناء عن 5 مل من محلول مقاومة للضوء إيجابي على سطح الزجاج ايتو.
    4. استخدام تدور المغطي في 500 x ج لمدة 30 ثانية لإنتاج طبقة مقاومة للضوء موحدة. ثم تخبز على موقد في 90 درجة مئوية لمدة 5 دقائق لابعاد المذيبات الزائدة في مقاومة للضوء.
    5. فضح الزجاج ايتو الى 14 ميغاواط من الأشعة فوق البنفسجية في 436 نانومتر مقابل 3.1 ثانية رhrough الضوئية الرئيسية الفيلم مع نمط تصميم (راجع قائمة المواد).
    6. تزج العينة في حل تطوير 60 مل في 23 درجة مئوية لمدة 30 ثانية لتطوير الطرق نمط. ثم تخبز على موقد في 120 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة لتتصلب مقاومة للضوء وتحسين مقاومة للضوء التصاق.
    7. تزج العينة لمدة 3 دقائق في 60 مل الحفر حل في 80 درجة مئوية إلى حفر طبقة ايتو غير المحمية.
    8. تزج العينة لمدة 1 دقيقة في 60 مل الأسيتون لإزالة مقاومة للضوء على سطح الزجاج ايتو.
    9. شريحة الزجاج ايتو في أبعاد 62 ملم × 35 ملم لالتجريبية رقاقة ايتو القطب (الشكل 1) مع قطع الزجاج.

figure-protocol-1
الشكل 1: ايتو القطب رقاقة وملفقة ايتو رقاقة مع 8 أزواج من الطرق نقوش القطب هو مبين. هناك 15 الأقطاب قياس 2 ملم × 8 ملم على الحافة الجانبية، والمركزية طريقين يشتركان فى نفس القطب. المسافة بين كل زوج من الأصابع الكهربائي في بئر الاختبار 7 ملم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. بناء وحدة رقاقة التجريبية
    1. تنظيف 8 جيدا التجارية مجموعة سيليكون مع نظافة بالموجات فوق الصوتية كما هو مبين في الشكل رقم 2 مع المنظفات والماء ثم منزوع الأيونات، ثم 95٪ من الإيثانول، والمياه ثم منزوع الأيونات، لمدة 15 دقيقة لكل منهما.
    2. تجفيف مجموعة سيليكون 8 جيدا من قبل تهب الهواء جافة ونظيفة.
    3. اضغط على مجموعة سيليكون 8 جيدا في رقاقة ايتو من أجل تشكيل وحدة رقاقة التجريبية (الشكل 3). ربط بإحكام مجموعة سيليكون ورقاقة ايتو.

54575fig2.jpg "/>
الشكل 2: سيليكون كذلك مجموعة يمكن 8 جيدا التجارية مجموعة سيليكون عقد 8 عينات اختبار في وقت واحد. حجم كل بئر هو 11 ملم × 8 مم × 8.5 مم (ث ل س س ح). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-2
الشكل (3): التجريبية وحدة رقاقة موصولة القطب رقاقة ايتو مع 8 جيدا مجموعة سيليكون لتشكيل وحدة رقاقة التجريبية. التصاق بين مجموعة سيليكون ورقاقة ايتو قوي. ولذلك، فإن مجموعة سيليكون ورقاقة ايتو يمكن أن السندات معا من اجل استخدامها دون أي مادة لاصقة. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

قياس 2. معاوقة

  1. ربط أجهزة الكمبيوتر الشخصية، وقفل في مكبر للصوت، والتبديل التتابع لتشكيل وحدة مقاومة قراءات كما هو مبين في الشكل (4).

figure-protocol-3
الشكل 4: رسم تخطيطي للجهاز القائم على مقاومة القفل في مكبر للصوت، والتتابع التبديل، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية تتكون وحدة مقاومة قراءات. يتم استخدام مكبر للصوت قفل في مرحلة حساسة التجاري لإرسال واستخراج الإشارات الكهربائية. يتم استخدام محلية الصنع الدوائر التبديل التتابع ربط مختلف شرائح ايتو لتحديد أي بشكل جيد والتي رقاقة ايتو لفحصها. ما مجموعه 6 رقائق يمكن توصيل تتابع التبديل تحديد 48 عينات بطريقة اقتسام الوقت. في الوقت الحقيقي في مرحلة تسجل المقاومة ومرحلة التحول إشارة من الحل اختبارها بشكل مستمر على جهاز كمبيوتر شخصي لevaporat كلهعملية أيون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. وضع وحدة رقاقة التجريبية في المقبس من تتابع التبديل.
  2. معلمات الإدخال في برنامج كمبيوتر. إدخال تردد إشارة (1 كيلو هرتز)، وعدد جيد المحدد (0-7)، ودورة تنفيذ (100)، واسم (HA).

3. التجارب التبخر

  1. إعداد أربعة 2،5 حلول حمض الهيالورونيك مل في 0، 0.05، 0.5 و 1 ث / ت٪ في الماء. ضع كل حل 2.5 مل عينة في قارورة قياس 14.75 مم × 45 مم × 8 مم (OD خ ح خ ID).
  2. لكل حل، إضافة محلول 0.5 مل عينة لبئر واحدة من وحدة رقاقة ايتو.
  3. وزن وتسجيل الوزن الأولي من كل قارورة من قبل الجهاز التوازن الإلكترونية.
  4. تنفيذ برنامج كمبيوتر لقياس تلقائيا وتسجيل الوقت الحقيقي المقاومة في مرحلة وإشارة صالتحول HASE الآبار المحددة على رقاقة ايتو.
  5. بدء تجارب تبخر في وقت واحد في نفس المكان من قبل كل من طريقة وزنها وطريقة مقاومة.
  6. وزن وتسجيل وزن كل قارورة من قبل الجهاز التوازن الإلكترونية في نقاط زمنية مجدولة.
  7. تحليل البيانات التي تم جمعها في الأسلوب ومقاومة وزنها الأسلوب. 19

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أثناء عملية التبخر، أصبحت أيونات الموصلة في حل اختبار مركزة مع حجم حل التناقص، ومقاومة هذا الحل انخفض. تم قياس معدلات فقدان الوزن وانخفاض مقاومة في التقدم التبخر لكل حل اختبار. لأغراض المقارنة، كانت البيانات في معدلات فقدان الوزن وانخفاض مقاومة تطبيع إلى الماء ثم تآمرت معا في الشكل (5). وكما هو موضح في الشكل (5)، وفقدان الوزن يدل على نفس الاتجاه كما مقاومة، وتبين أن معدل التبخر النسبي إلى تبخر المياه يتناقص مع تركيز حمض الهيالورونيك. ومع ذلك، تم ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في خطوة حاسمة لقياس التبخر في هذا الاكتشاف القائم على مقاومة هي إعداد الحلول التي تم اختبارها. منزوع الأيونات الماء لا يمكن استخدامها بسبب مقاومة الهائلة. بدلا من ذلك، تم استخدام مياه الحنفية تحتوي على أيونات موصل لإعداد الحلول حمض الهيالورونيك لإجراء التجارب. ومع ذلك، فإن الخواص الكهربائية للمياه الصنبور يست ثابتة للاستخدام. وبالتالي، تطبيع، مثل معدل التبخر النسبي على المياه في هذه الدراسة، تم اعتماد وذلك في مؤشر...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد رعت هذا العمل من قبل وزارة العلوم والتكنولوجيا، تايوان، تحت أرقام منحة الأكثر 104-2221-E-241-001-MY3 والأكثر 105-2627-B-005-002.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
95٪ إيثانولصدى الكيميائية المحدودة ، مياولی ، تايوان484000001103C-00EC
أسيتونأفانتور أدفورمانس ماتيريز إنك ، سنتر فالي ، بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكيةJTB-9005-68
حل التطويرKemitek Industrial Crop. ، Hsinchu ، تايوان12F01031KTD-1
حل النقشeSolv Technology Co. ، تايبيه ، تايوانEG-462
حمض الهيالورونيكشاندونغ فريدا بيوفارم المحدودة ، جينان ، الصين1010212الوزن الجزيئي 980 كيلو ،
حل مستحضرات التجميل المقاوم للضوءAZ المواد الإلكترونية Taiwan Co.، Ltd. ، Hsinchu ، تايوان65101M19AZ6112
8 آبار مصفوفة سيليكونGreiner bio-one Inc. ، Frickenhausen ، Baden-W & uuml ؛ rttemberg ، ألمانياFlexiPERM
ITO glassGemTech Optoelectronics Co. ، Taoywan ، تايوان
قارورةSigma-Aldrich Co. LLC. ، سانت لويس ، ميزوري ، الولايات المتحدة الأمريكية854190
قناع ضوئي للفيلمTaiwan Mesh Co.، Ltd ، Taoyuan ، تايوان
مكبر للصوت StanfordResearch Systems، Inc. ، بالو ألتو ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكيةSR830
مركز أبحاث تكنولوجيا أدوات ترحيل التبديل ، مختبرات البحوث التطبيقية الوطنية ، Hsinchu ، تايوان
آلة التوازن الإلكترونيRadwag Inc. ، Radom ، بولنداAS 60/220 / C / 2

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Francis, G. W., Bui, Y. T. H. Changes in the composition of aromatherapeutic Citrus oils during evaporation. Evid.-based Complement Altern. Med. 2015 (421695), 1-6 (2015).
  2. Ochiai, N., et al. Extension of a dynamic headspace multi-volatile method to milliliter injection volumes with full sample evaporation: application to green tea. J. Chromatogr. A. 1421, 103-113 (2015).
  3. Zribi, W., Aragues, R., Medina, E., Faci, J. M. Efficiency of inorganic and organic mulching materials for soil evaporation control. Soil Tillage Res. 148, 40-45 (2015).
  4. Chang, B. Y., Park, S. M. Electrochemical impedance spectroscopy. Annu. Rev. Anal. Chem. 3, 207-229 (2010).
  5. Brooks, E. K., Tobias, M. E., Yang, S., Bone, L. B., Ehrensberger, M. T. Influence of MC3T3-E1 preosteoblast culture on the corrosion of a T6-treated AZ91 alloy. J. Biomed. Mater. Res. Part B. 104 (2), 253-262 (2016).
  6. Tabrizi, M. A., Shamsipur, S., Farzin, L. A high sensitive electrochemical aptasensor for the determination of VEGF165 in serum of lung cancer patient. Biosens. Bioelectron. 74, 764-769 (2015).
  7. Tran, T. B., Nguyen, P. D., Baek, C., Min, J. Electrical dual-sensing method for real-time quantitative monitoring of cell-secreted MMP-9 and cellular morphology during migration process. Biosens. Bioelectron. 77, 631-637 (2016).
  8. Kruger, A. J., Krieg, H. M., van der Merwe, J., Bessarabov, D. Evaluation of MEA manufacturing parameters using EIS for SO2 electrolysis. Int. J. Hydrog. Energy. 39 (32), 18173-18181 (2014).
  9. Guler, Z., Sarac, A. S. Electrochemical impedance and spectroscopy study of the EDC/NHS activation of the carboxyl groups on poly(ε-caprolactone)/poly(m-anthranilic acid) nanofibers. Express Polym. Lett. 10 (2), 96-110 (2016).
  10. Xi, X., Si, G., Nie, Z., Ma, L. Electrochemical behavior of tungsten ions from WC scrap dissolution in a chloride melt. Electrochim. Acta. 184, 233-238 (2015).
  11. Olejnik, A., Goscianska, J., Zielinska, A., Nowak, I. Stability determination of the formulations containing hyaluronic acid. Int. J. Cosmetic Sci. 37, 401-407 (2015).
  12. Marcellin, E., Steen, J. A., Nielsen, L. K. Insight into hyaluronic acid molecular weight control. Appl. Microbiol. Biotechnol. 98, 6947-6956 (2014).
  13. Laurent, T. C., Laurent, U. B. G., Fraser, J. R. E. The structure and function of hyaluronan: An overview. Immunol. Cell Biol. 74 (2), A1-A7 (1996).
  14. Papakonstantinou, E., Roth, M., Karakiulakis, G. Hyaluronic acid: A key molecule in skin aging. Derm.-Endocrinol. 4 (3), 253-258 (2012).
  15. Sze, J. H., Brownlie, J. C., Love, C. A. Biotechnological production of hyaluronic acid: A mini review. 3 Biotech. 6, 67(2016).
  16. Lin, C. Y., et al. Real-time detection of β1 integrin expression on MG-63 cells using electrochemical impedance spectroscopy. Biosens. Bioelectron. 28 (1), 221-226 (2011).
  17. Hsiao, S. Y., et al. Chemical-free and reusable cellular analysis: Electrochemical impedance spectroscopy with a transparent ITO culture chip. Int. J. Technol. Hum. Interact. 8 (3), 1-9 (2012).
  18. Lin, Y. S., et al. A real-time impedance-sensing chip for the detection of emulsion phase separation. Electrophoresis. 34 (12), 1743-1748 (2013).
  19. Lin, Y. S., Chen, C. Y. A novel evaporation detection system using an impedance sensing chip. Analyst. 139 (22), 5781-5784 (2014).
  20. Tseng, S. F., et al. Graphene-based chips fabricated by ultraviolet laser patterning for anelectrochemical impedance spectroscopy. Sens. Actuator B-Chem. 226, 342-348 (2016).
  21. Pavicic, T., et al. Efficacy of cream-based novel formulations of hyaluronic acid of different molecular weights in anti-wrinkle treatment. J. Drugs Dermatol. 10 (9), 990-1000 (2011).
  22. Gotoh, S., et al. Effects of the molecular weight of hyaluronic acid and its action mechanisms on experimental joint pain in rats. Ann. Rheum. Dis. 52 (11), 817-822 (1993).
  23. Saettone, M. F., Nannipieri, E., Cervetto, L., Eschini, N., Carelli, V. Electrical impedance changes and water content in O/W emulsions during evaporation. Int. J. Cosmetic Sci. 2 (2), 63-75 (1980).
  24. Fernandez-Sanchez, C., McNeil, C. J., Rawson, K. Electrochemical impedance spectroscopy studies of polymer degradation: application to biosensor development. Trac-Trends Anal. Chem. 24 (1), 37-48 (2005).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Impedance based PlatformEvaporation Rate DetectionHyaluronic Acid SolutionsElectrical Impedance SensingWeight Loss ApproachITO Glass SubstrateLock in AmplifierSilicone Array ModulePrecision Balance MeasurementReal time Data Collection

مقالات ذات صلة