يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

الكشف عن بيروكسيد الهيدروجين المنخفض جدا عبر تأثير جهد نيرنست التآزري في الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية

245 مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/70467

⸱

مارس 31, 2026

 ,  ,  ,  ,  , 
1College of Integrated Circuits, Taiyuan University of Technology

في هذه المقالة

ملخص

هنا، نقدم بروتوكولا للكشف فائق الانخفاض لبيروكسيد الهيدروجين بناء على تأثير نيرنست التآزري. يغطي هذا البروتوكول تصنيع طبقة بولي (3,4-إيثيلين أوكسي ثيوفين): بروموثيمول بلو (PEDOT: BTB)/كبريتات البوليسترين (PEDOT: PSS)، وميكروإلكترود البلاتين (Pt)، بالإضافة إلى تحديد نقطة التشغيل المثلى لمستشعر H2O2 كما هو مصنع.

الملخص

يتم الاستفادة من جهد نيرنست التآزري القائم على الترانزستور الكهروكيميائي العضوي (OECT) — الناتج عن طريق قطب بوابة Pt الذي يحفز بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) والتفاعل بين جزيئات بروموثيمول الزرقاء (BTB) وأيونات الهيدروجين (الناتج الثانوي لتحفيز H2O2 )—للكشف المنخفض جدا عنH2O2 حتى 1.8 × 10-12 M, مع نطاق كشف خطي واسع يتراوح بين 10-11 متر إلى 10-3 أمتار. يتم تحديد تكوين هذا الجهد باختيار جهد مصدر-استنزاف (VDS) وجهد بوابة (VG) −0.6 فولت كنقاط تشغيل مثالية، وباستخدام بولي (3,4-إيثيلين أوكسي ثيوفين): بروموثيمول بلو/بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين):p سلفونات أوليسترين (PEDOT:BTB/PEDOT:PSS) كمادة قناة شبه موصلة. بالإضافة إلى ذلك، يتم التحقق من ذلك من خلال توصيف قدرة الحامل (إزالة التطعيم) للطبقات المكدسة باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-البصرية، وتحديد نقطة التشغيل المثلى عبر القياسات الكهروكيميائية، وتقييم أداء الاستشعار لمستشعر H2O2 القائم على OECT باستخدام مسح ثابت الجهد أحادي المرحلة. وأخيرا، يتم تصنيع حساس H2O2 المعتمد على OECT من خلال عملية تصنيع ميكرو-نانو، بما في ذلك تحضير طبقات شبه موصلة مكدسة عن طريق الطلاء الدوراني وتصنيع الأقطاب الدقيقة عبر عملية الإقلاع ورش المغنيترون. يمكن لهذه المنهجية أن تفتح مجالا واسعا للكشف عن المحللات في المستويات المنخفضة جدا من خلال التفاعلات المحفزة بالإنزيمات.

المقدمة

بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) هو منتج ثانوي منتشر للعديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية المحفزة بالإنزيم، بما في ذلك تلك التي تتوسطها أوكسيداز اللاكتات وأوكسيداز الجلوتامات وأوكسيداز الجلوكوز1. وجوده الواسع في مجموعة واسعة من العمليات الفسيولوجية والمرضية 2,3,4 يجعله جزيئا حيويا حيويا لفهم صحة الإنسان وحالات الأمراض. لذلك، فإن الكشف الدقيق عنH2O2 عند تركيزات منخفضة جدا أمر ضروري للحصول على رؤى دقيقة حول الظروف الجسدية، مما يثير اهتماما كبيرا بين الباحثين لتطوير منهجيات كشف حساسة ذات حد كشف منخفض (LOD).

طرق الكشف التقليدية ل H2O2 5,6، مثل التحليل الطيفي، والكروماتوغرافيا، والإضاءة الكيميائية، وضعت الأساس للتحليل الكمي لكنها تعاني من قيود متأصلة تعيق تطبيقها الواسع. تعتمد هذه التقنيات عادة على أجهزة ضخمة ومكلفة وتتطلب خبرة مهنية متخصصة، مما يجعلها غير عملية في حالات الكشف عن الموقع أو المحمولة أو في نقاط الرعاية. لذا، هناك حاجة ملحة لتقنيات كشف بديلة تجمع بين الحساسية العالية والتصغير، والتكلفة المنخفضة، وسهولة الاستخدام.

مع تقدم تقنيات الميكرو-نانو، برزت الترانزستورات الكيميائية الكهروكيميائية العضوية (OECTs) كمنصة واعدة لتطبيقات الاستشعار الحيوي، بفضل مزاياها الجوهرية، بما في ذلك التصغير، والجهد التشغيلي المنخفض، والقدرة الممتازة على تضخيم الإشارة، والتوافق الحيوي 7,8,9. تم استكشاف أجهزة الاستشعار المعتمدة على OECT بشكل متزايد لاكتشافH2O2، مع التركيز الأساسي على تعديل المواد الحساسة ل H2O2 على أقطاب كهربائية دقيقة لتعزيز حساسية الكشف. على سبيل المثال، قام Cicoira وآخرون ببناء مستشعر H2O 2 قائم على OECT بنطاق كشف خطي يتراوح بين 5 ميكرومولار إلى 103 ميكرومولار ومستوى منخفض عند استخدام Pt كمواد المصدر والمصرف والبوابة. قام Guo وآخرون بتصنيع OECT على ركيزة مرنة من البولي (إيثيلين تيريفتالات) (PET) ودعم عبر البئر. استخدم الجهاز قطب معجون كربون مطبوع على الشاشة معدل باستخدام أنابيب الكربون النانوية وجسيمات Pt النانوية كقطب البوابة، وPEDOT: PSS كمادة القناة، حيث أظهر مدى كشف خطي يتراوح بين 0.5-100 ميكرومولار وLOD 0.2 ميكرومولار لH2O2. أبلغ Qi وآخرون عن وجود OECT من نوع المتبرع-المستقبل (D-A) ثنائي القطب من نوع OMIEC العضوي المختلط الأيوني الإلكتروني (OMIEC)، والذي أظهر نطاق كشف خطي يتراوح بين 0.001-100 ميكرومولار وLOD يبلغ 1 نانوميل لH2O2. حققحساس H 2O 2 المذكور سابقا LOD منخفض الشكل اعتمادا بشكل رئيسي على جهد نيرنست الناتج عن قطب البوابة المعتمد على Pt الذي يحفز H2O2، والذي يمكنه تنظيم حالة التطعيم الكهروكيميائية (de) لطبقة القناة للاستفادة من قدرة تضخيم الإشارة الممتازة. لذا، فقد أسست الدراسات السابقة في هذا المجال أساسا نظريا وتجريبيا قويا لمزيد من التحسين.

الهدف الأساسي من هذه الدراسة هوتطوير حساس H 2O 2 يعتمد على OECT وقابل للتحكم وحساس للغاية من خلال الاستفادة الإضافية من جهد نيرنست، وهو آلية رئيسية تقوم على أداء أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية. لتحقيق ذلك، نقترح آلية جهد نيرنست تآزرية13، تعتمد على تفاعل تسلسلي يتضمن مكونين رئيسيين: أقطاب بوابة تعتمد على Pt التي تحفز H2O2 كهرومغناطيسيا، وطبقة قناة أشباه موصلات مكدسة (PEDOT: BTB/PEDOT: PSS) التي تتفاعل مع أيونات الهيدروجين الناتجة عن ناتج ثانوي لH2O2 التحفيز. يستند هذا التصميم إلى أبحاث راسخة: البروموثيمول الأزرق (BTB)، وهو مؤشر كيميائي معروف للأحماض والقواعد14 الضعيفة، تم دمجته بنجاح مع PEDOT (باسم PEDOT: BTB) على بوابة OECT أو طبقة القناة لاستشعار الرقم الهيدروجيني في دراسات سابقة، مما يؤكد جدوى تفاعل التسلسلي المركزي في نهجنا.

مقارنة بطرق الكشف البديلة القائمة على OECT لكشف H₂O₂، تقدم استراتيجيتنا التآزرية Nernst Potential مزايا واضحة. على عكس التصاميم التقليدية التي تعتمد فقط على النشاط التحفيزي لأقطاب البوابة المعتمدة على Pt لتوليد جهد نيرنست، يعزز نهجنا قابلية التحكم من خلال ربط هذه العملية التحفيزية بالسلوك المستجيب للرقم الهيدروجيني لطبقة القناة المكدسة. هذا التآزر لا يحسن حساسية المستشعر فحسب، بل يعزز أيضا استقراره وقابليته للضبط، مما يعالج القيود الرئيسية لأجهزة الاستشعار القائمة على OECT. علاوة على ذلك، تتماشى هذه التقنية مع الاتجاه الأوسع في الاستشعار الحيوي القائم على OECT، والذي يركز على دمج المواد الوظيفية وآليات التفاعل المبتكرة لدفع حدود أداء الكشف.

في سياق الأدبيات الأوسع للكشف الكهروكيميائي 15,16,17,18,19,20,21، أصبحت أجهزة OECTs حجر الأساس في الاستشعار الحيوي المحمول بسبب قدرتها على تضخيم الإشارات الكهروكيميائية الضعيفة، مما يجعلها مثالية للكشف عن التحليل الكيميائي منخفض التركيز. يبني عملنا على هذا الأساس من خلال تحسين آلية نيرنست المدفوعة بالإمكانات، مقدما منظورا جديدا لتحسين أداء OECT لاكتشافH2O2. للقراء الذين يفكرون في تطبيق هذه الطريقة، فإن تصميمنا مناسب بشكل خاص للسيناريوهات التي تتطلب حساسية عالية وقابلية للنقل والتحكم، مثل التشخيص في نقطة الرعاية، والمراقبة المختبرية، وتحليل العينات البيئية أو البيولوجية في الموقع، حيث تكون الطرق التقليدية غير عملية. من خلال توضيح الإطار المفاهيمي ومزايا نهجنا، توفر هذه المقدمة للقراء السياق اللازم لتقييم ما إذا كانت هذه الطريقة تتوافق مع احتياجاتهم التطبيقية الخاصة.

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

البروتوكول

1. تصنيع وتوصيف فيلم أشباه الموصلات المكدس: BTB/PEDOT: PSS

  1. تحضير العينة
    ملاحظة: عند تحضير PEDOT: PSS أحادي الطبقة، قم بالخطوة 1.1.1. عند تحضير الطبقة المكدسة PEDOT: BTB/PEDOT: PSS، قم بتنفيذ الخطوة 1.1.2.
    1. جهز PEDOT: PSS أحادي الطبقة عبر الطلاء الدوراني.
      1. قم بترشيح محلول PEDOT: PSS التجاري باستخدام مرشح 0.45 ميكرومتر (PES البولي إيثير سلفون).
      2. خذ 884 ميكرولتر من PEDOT المصفاة: PSS، و1 ميكرولتر من حمض السلفونيك الدوديسيلبنزين 0.1 وزن (DBSA)، و50 ميكرولتر من 5 وزن إيثيلين جليكول (EG)، و5 ميكرولتر من 3-جليسيدوكسي بروبيلتريماثوكسيسيلان (GOPS) بنسبة 0.5 وزن وزنا، وامزجها جيدا لتشكيل محلول مختلط (أي PEDOT: مقدمة PSS).
      3. حرك مادة PEDOT: PSS السائدة طوال الليل باستخدام محرك مغناطيسي، ثم قم بعمل سونيك لمدة 5 دقائق
      4. طلاء PEDOT: فيلم أشباه الموصلات PSS لجسر أقطاب المصدر والتصريف باستخدام معطف سبين بسرعة دوران 4200 دورة في الدقيقة، وسرعة متسارعة تبلغ 200 دورة في الدقيقة في الثانية و1، وزمن صيانة 60 ثانية.
      5. اخبز الفيلم على حرارة 130 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة في الفرن، ثم قم بعمل ماصة بكمية 10 ميكرولتر من حمض الكبريتيك المركز (H2SO₄) على الفيلم لإزالة فائض PSS.
      6. اشطف الفيلم بعد ذلك بماء منزوع الأيون، ثم اخبز على حرارة 130 درجة مئوية لمدة 10 دقائق.
    2. جهز الطبقة المكدسة PEDOT: BTB/PEDOT: PSS عبر الترسيب الكهربائي.
      1. حضر محلولا يحتوي على 42 ميكرولتر من 10 ملليمولن 3,4-إيثيلين أوكسي ثيوفين (EDOT)، و0.02496 جرام من BTB، و40 مل من محلول عازل فوسفات 1 ملليمول (PBS)، و0.4044 جرام من نترات البوتاسيوم (KNO3). اخلط ورز لمدة 10 دقائق حتى تحصل على محلول أحمر.
      2. الترسب الكهربائي PEDOT: BTB على طبقة PEDOT: PSS المطلية بالدوران باستخدام طريقة الفولتمترية الدورية (CV) لمحطة عمل كهروكيميائية جهدية مزدوجة. قم بقطع دائرة قصيرة لأقطاب المصدر (S) واستنزاف (D) لاستخدامها كأقطاب عاملة، واستخدم قطب كالوميل مشبع كقطب مرجعي، وسلك Pt كقطب مضاد، والمحلول المائي المختلط كإلكتروليت.
      3. تطبيق جهد كهربائي يتراوح من 0 إلى 1 فولت على القطب العامل بمعدل مسح 0.1 فولت-1 لمدة 15 دورة.
      4. نظف القناة الكهربائية بالماء منزوع الأيونات، ثم جفف في درجة حرارة الغرفة.
  2. المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، المجهر بالقوة الذرية (AFM)، التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية (UV-vis)، والتوصيف الكهروكيميائي.
    1. قم بتوصيف مورفولوجي للأفلام باستخدام SEM وAFM.
      1. وضع الأفلام ذات الطبقة الواحدة وطبقة المكدسة على صفيحة Au على التوالي، باستخدام طبقة التدوير بسرعة دوران 4200 دورة في الدقيقة، وسرعة متسارعة تبلغ 200 دورة في الدقيقة في الثانية الثانية، ووقت صيانة 60 ثانية.
      2. تشغيل SEM بجهود تسريع 1 كيلوفولت و3 كيلو فولت في وضع الإلكترون الثانوي لمراقبة الشكل السطحي والمقطع العرضي للفيلم المكدس كما هو معد على التوالي.
      3. قس الفيلم ذو الطبقة الواحدة (سمك أقل من 115 نانومتر) باستخدام تكبير عالي يبلغ 40,000 ×. قم بقياس فيلم الطبقة المكدسة (السمك الكلي 361 نانومتر) باستخدام تكبير عالي 10,000 × و40,000 × لتوضيح الترسيب الكهربائي للفيلم المكدس على ورقة Au.
      4. اعتمد وضع النقر في جهاز AFM لملاحظة تغيرات خشونة السطح في أفلام الطبقة الواحدة والطبقة المكدسة.
      5. اضبط مدى المسح الشعاعي الخارجي إلى 5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر. سجل الشكل ثلاثي الأبعاد واحسب متوسط الخشونة التربيعي للجذر.
    2. توصيف الخصائص الكهروكيميائية الضوئية للطبقات المكدسة باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية. حدد نطاق الأطوال الموجية من 200 نانومتر إلى 800 نانومتر، والدقة البصرية إلى 0.73 نانومتر، وحجم الشق إلى 10 ميكرومتر، ووقت التكامل إلى 11 مللي ثانية، والتحكم في درجة الحرارة إلى 20–30 درجة مئوية.
      1. قم بتدوير طبقة الطبقة المكدسة على أكسيد القصدير الإنديوم (ITO) بسرعة دوران 4200 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية مع سرعة متسارعة تبلغ 200 دورة في الدقيقة في الثانية والثانية.
      2. اختر محاليل عازل pH تتراوح من pH 3 إلى pH 9 على فواصل تتراوح بين رتبتين من الحجم كإلكتروليت لخلية مقياس الطيف الضوئي، ووضع القطب المعدل ITO في خلية مقياس الطيف الفوتوغرافي المحاذي مع مسار الضوء.
      3. استخدم مضخة حقن دقيقة لإضافة وإزالة 2 مل من المحاليل الإلكتروليتية ذات قيم pH مختلفة تدريجيا إلى خلية مقياس الطيف الضوئي.
      4. قس واحصل على أطياف الامتصاص للطبقة المكدسة PEDOT: BTB/PEDOT: PSS في كل محلول pH.
      5. ضع سلك Pt في خلية مقياس الطيف الضوئي، ووصل القطب العامل (WE) لمحطة العمل الكهروكيميائية الجهدية المزدوجة بسلك Pt. تطبيق جهود +0.6 فولت و-0.6 فولت. توصيل قطب التحكم (CE) لمحطة العمل الكهروكيميائية الجهدية المزدوجة بقطب ITO المعدل.
      6. جهز محاليلH2O2 (10-11–10-3 M) في PBS 0.1× بتوصيلية 34.39 ± 0.73 mS·cm-1. ضع القطب المعدل لجهاز ITO في خلية مقياس الطيف الضوئي.
      7. استخدم مضخة حقن دقيقة لإضافة وإزالة 2 مل من المحاليل الإلكتروليتية بتركيزات مختلفة من H2O2 إلى خلية مقياس الطيف الضوئي.
      8. قياس واكتساب أطياف الامتصاص للطبقة المكدسة PEDOT: BTB/PEDOT: PSS في محاليل H2O2 مختلفة.
    3. تحديد نقاط تشغيل البوابة باستخدام القياس الكهروكيميائي.
      1. إجراء قياسات CV في 20 مل من محاليلH2O2 بتركيزات مختلفة (مكونا في 0.1× PBS، تتراوح من 10-3 M إلى 10-11M على فواصل من مرتبين مقدار) بنفس التوصيلية 34.39 ± 0.73 mS cm-1.
      2. استخدم سلك Pt كقطب عامل، وفيلم الطبقة الواحدة المعدل على ورقة Au كقطب مضاد، وقطب Ag/AgCl كقطب مرجعي، ومحاليل H2O2 بتركيزات مختلفة كإلكتروليتات، على التوالي.
      3. يطبق جهدا كهربائيا يتراوح من -1 إلى 1 فولت على القطب العامل بمعدل مسح 0.1 فولت-ثانية-1.
      4. قس جهد الإلكتروليت (VE) بمقدار 0.1 × PBS (ما يعادل 1 مللي مولار PBS) دون خلط H2O2.
      5. إدخال قطب Ag/AgCl آخر في نظام OECT الأصلي (بما في ذلك المصدر، المصرف، قطب بوابة Ag/AgCl، وطبقة المكدسة PEDOT: BTB/PEDOT: PSS PS)، ويؤدي كهربائيا إلى قصر كهربائي لقطب Ag/AgCl الإضافي وقطب المصدر في نظام OECT الأصلي.
      6. قم بتوصيل المذبذبات بقطب Ag/AgCl الإضافي، وتطبيق مدة قياس 2 ثانية وتردد 10 كيلوهرتز، وقس الجهد الكهربائي.
      7. قس أطياف المسح للجهةالكهربائية بحجم 0.1 × PBS مع تركيزات مختلفة من H2O2 (تتراوح من 10-11 M إلى 10-3 M بفواصل من مرتبين من الحجم) بنفس التوصيل 34.39 ± 0.73 mS cm-1 تحت VG بقيمة ±0.6 V و-0.6 V. على التوالي.
      8. احصل على القيمة الوسطى لأطياف المسح واستخدمها كقيمة شبه مكافئة ل VE.

2. تحضير حساس H2O2 بناء على عملية التصنيع الدقيق التقليدية للرفع والإقلاع

  1. ازرع طبقة عازلةSiO 2 بسماكة 500 نانومتر على ركيزة ثلاثية الأبعاد (3D) من أكسيد السيليكون، ثم قم بإجراء معالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام الأسيتون والكحول والماء منزوع الأيونات لمدة 5 دقائق لكل منها على التوالي. جفف تحت النيتروجين لمدة دقيقة واحدة.
  2. طبقة من المقاومة الضوئية السالبة ROL-7133 على طبقة أكسيد السيليكون باستخدام طبقة الطلاء الدوراني (الخطوة 1: سرعة الدوران 500 دورة في الدقيقة، الوقت 25 ثانية، التسارع 100 دورة في الدقيقة/ثانية؛ الخطوة 2: سرعة الدوران 3,000 دورة في الدقيقة، الوقت 54 ثانية، التسارع 200 دورة في الدقيقة/ثانية؛ الخطوة 3: سرعة الدوران 4,000 دورة في الدقيقة، الوقت 6 ثوان، التسارع 1,000 دورة في الدقيقة/ثانية).
  3. ثبت ركيزة أكسيد السيليكون المطلية بالفوتوريست على القناع باستخدام شريط PET، ثم ضعها على منصة تسخين عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 110 °م لمدة 90 ثانية.
  4. ضع القناع الضوئي مسطحا على منطقة الطباعة الحجرية في آلة الطباعة الحجرية، وقم بتنفيذ الطباعة الضوئية تحت ظروف الطباعة الحجرية التالية: جهد الضوء 0.65 فولت، الوقت 6.5 ثانية.
  5. ضع ركيزة أكسيد السيليكون مع نمط الطباعة الضوئية المكتمل في محلول مطوري AZ-400K (محلول مخزوني: ماء = 1:4) لمدة 60 ثانية من التطوير. بعد الإزالة، نظف جيدا بالماء منزوع الأيونات، ثم جفف باستخدام غاز النيتروجين.
  6. قم برش طبقة Ti بطول 20 نانومتر وطبقة Au بطول 100 نانومتر بشكل متتابع على سطح ركيزة أكسيد السيليكون باستخدام أداة رش ماجنترون (القدرة 50 واط، الوقت 600 ثانية).
  7. انقع الركيزة في الأسيتون لمدة 10 دقائق، ثم اغسل المقاومة الضوئية الزائدة.
  8. اشطف رقائق الأقطاب الدقيقة المحضرة بماء منزوع الأيونات لمدة دقيقة واحدة، ثم جففها بالنيتروجين لمدة دقيقة واحدة.
  9. صمم نسبة العرض إلى الطول في هندسة القناة 15:1 وقناة قصيرة بطول 4 ميكرومتر في القناع الضوئي
  10. شريط PET نمط (طول 1.2 مم، عرض 0.6 مم) يستخدم آلة قطع ليزر فوق بنفسجي كنافذة لمحاذاة موضع قطب البوابة.
  11. قم بعمل طبقة 100 نانومتر بوت بشكل متسلسل على سطح قطب البوابة باستخدام جهاز رذاذ ماجنترون (القدرة 50 واط، الوقت 500 ثانية).
  12. شريط PET بنمط (طول 60 ميكرومتر، عرض 15 ميكرومتر) يستخدم آلة قص ليزر فوق بنفسجي كنافذة لمحاذاة موقع القناة.
  13. قم بتدوير القناة بعد الخطوات 1.1.1 و1.1.2.

3. استشعار أداء حساس H2O 2 المعتمد على OECT باستخدام طبقة أشباه الموصلات المكدسة PEDOT: BTB/PEDOT: PSS

ملاحظة: عند قياس حساس H2O2 المعتمد على OECT تحت جهد بوابة ثابتة +0.6 فولت، قم بالخطوة 3.1. عند القياس تحت جهد بوابة ثابت -0.6 فولت، اتبع الخطوة 3.2.

  1. قس تغيرات تيار الخرج (IDS) مع تركيزات مختلفة من H2O2 تحت جهد بوابة ثابت +0.6 فولت.
    1. اغمس 20 ميكرولتر H2O2 محاليل بتركيزات مختلفة (مكونا في 0.1× PBS، تتراوح من 10-3 M إلى 10-11 M على فواصل بمقدار مرتبين من الحجم) بنفس الموصلية 34.39 ± 0.73 mS cm-1 بالتتابع على سطح القناة.
    2. قم بتوصيل أقطاب المصدر والمصرف والبوابة لحساس H2O2 بجهاز قياس مصدر مزدوج المنفذ على التوالي.
    3. طبق VDS بقيمة -0.6 V، وVG بقيمة +0.6 فولت، وزمن قياس 40-150 ثانية للحصول على خرج التوازن شبه النسبي IDS، ومدة قياس 10 ثوان في وضع الجهد الثابت أحادي المرحلة.
    4. شطف سطح القناة بماء منزوع الأيونات قبلقياس محلول H 2O 2 القادم.
    5. احصل على قيمة IDS المستقرة.
  2. قس تغيرات IDS بتركيزات H2O2 مختلفة تحت جهد بوابة ثابت -0.6 فولت.
    1. اغمس 20 ميكرولتر من محاليل H2O2 بتركيزات مختلفة (مكونا في PBS 0.1×، تتراوح من 10-3 M إلى 10-11 M على فواصل من رتبتين من الحجم) بنفس التوصيل 34.39 ± 0.73 mS cm-1 بشكل متسلسل على سطح القناة.
    2. توصيل أقطاب المصدر والمصرف والبوابة لحساس H2O2 بجهاز قياس المصدر ثنائي المنفذ على التوالي.
    3. طبق VDS بقيمة -0.6 فولت، وVG بقيمة -0.6 فولت، وزمن قياس بين 40-150 ثانية للحصول على خرج التوازن شبه النسبي IDS، ومدة قياس 10 ثوان في وضع الجهد الثابت أحادي المرحلة.
    4. شطف سطح القناة بماء منزوع الأيونات قبلقياس محلول H 2O 2 القادم.
    5. احصل على قيمة IDS المستقرة.

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

النتائج

تصف هذه الورقة في البداية مادة قناة الطبقة المكدسة PEDOT: BTB/PEDOT: PSS باستخدام SEM (SEM)، AFM، التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية، والقياس الكهروكيميائي. تكشف صور SEM وAFM (الشكل 1 والشكل 2) أن طبقة مكدسة بسماكة 241 نانومتر PEDOT: BTB/PEDOT: PSS تظهر هياكل حبيبية وفيرة، على عكس السطح الأملس نسبيا لفيلم PEDOT: PSS أحادي الطبقة بسماكة 120 نانومتر. قيم خشونة الجذر-متوسط-التربيع (Rq) هي 3.02 نانومتر للفيلم أحادي...

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

المناقشة

يعتمد نجاح البروتوكول على ثلاث خطوات حرجة مترابطة، يتم التحقق من صحة كل منها من خلال التوصيف التجريبي. أولا، يتطلب تصنيع مادة القناة ذات الطبقة المكدسة (البروتوكول 1.1) تحكما دقيقا في PEDOT: طلاء الدوران PSS (4200 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية، يليه الخبز عند 130 درجة مئوية) وPEDOT: الترسيب الكهربائي BTB (حيث تعمل قناة PEDOT: PSS القصيرة كقطب عامل، مع جهد كهربائي يتراوح من 0 إلى 1 فولت عند معدل مسح 0.1 فولت ثانية ⁻1 لمدة 15 دورة). ومن الجدير بالذكر أن الانحراف...

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

الإفصاحات

لا يوجد لدى المؤلفين تضارب مصالح للكشف عنها.

شكر وتقدير

وقد دعم هذا البحث المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (52175542 و 52203316)، ومشروع التعاون والتبادل العلمي والتكنولوجيا الخاص بمقاطعة شانشي (رقم 202304041101032)، وبرنامج صندوق الأنشطة العلمية للمهنيين العائدين المختارين من الخارج في مقاطعة شانشي (20240007)، ومشروع بحثي مدعوم من مجلس منح شانشي الصيني (رقم 2024062)، وبرنامج تحويل البراءات الخاص لمقاطعة شانشي (رقم 202304012)، مؤسسة الصين للعلوم ما بعد الدكتوراه (رقم 2024M762331)، ومؤسسة العلوم الطبيعية في مقاطعة شانشي (رقم 20210302123136 و 202103021223068)، ومحطة الابتكار للدكتوراه في مقاطعة شانشي (شينتشو) لدعمها لهذا البحث.

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

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
10×؛ محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS)شركة لانبولايد للتجارة المحدودةP7209النقاء: ≥ 99%
3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين (EDOT)شركة شنغهاي علاء الدين للتكنولوجيا الكيميائية الحيوية، الصينE105649-25 جرامالنقاء: ≥ 99%
3-جليسيدوكسي بروبيلتريميثوكسيسيلان (GOPS)شركة شنغهاي علاء الدين للتكنولوجيا الكيميائية الحيوية، الصينG107576النقاء: ≥ 97%
المطورشركة سوتشو يانكاي وينا للتكنولوجيا المحدودة.AZ 400K
بروموثيمول بلو (BTB)شركة سينوفارم جروب للمواد الكيميائية للكاشف المحدودةB801811-25 جرامالنقاء: ≥ 95%
الماء منزوع الأيوناتشركة شنغهاي علاء الدين للتكنولوجيا الكيميائية الحيوية، الصينW11942418.2 Mfigure-materials-1 cm 
المجهر الرقميشركة أوليمبوس اليابانيةDSX1000ملاحظة سريعة لقناة OECT المعد كما هو معد
حمض سولفونيك الدوديسيل بنزين (DBSA)شركة شنغهاي علاء الدين للتكنولوجيا الكيميائية الحيوية، الصينD106550النقاء: ≥ 90%
محطة عمل كهروكيميائية جهدية مزدوجةمترو هام إيه جي، سويسرافيونيك
جهاز SourceMeter مزدوج المنفذشركة تيك للتكنولوجيا المحدودةكيثلي 2636B
تقطع الماجنترون ذو الهدف المزدوجشركة شنيانغ كيجينغ للأتمتة للمعدات المحدودةVTC-600-2HD
الإيثيلين غليكول (EG)شركة شنغهاي علاء الدين للتكنولوجيا الكيميائية الحيوية، الصينE119700النقاء: ≥ 99.8%
بيروكسيد الهيدروجين (H2O2)شركة هويز للكيميكال الحيويإلالنقاء: ≥ 35%
N-ميثيل 1-2-بيروليدون (NMP)شركة سيغما-ألدريتش (شنغهاي) للتجارة المحدودة.328634النقاء: ≥ 99.5%
بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين): بوليسترين سلفونات (PEDOT: PSS)شركة سيغما-ألدريتش (شنغهاي) للتجارة المحدودة.739332النقاء: ≥ 99.7%
البولي إيثيلين تيريفثالات (PET)شركة سيغما-ألدريتش (شنغهاي) للتجارة المحدودة.GF09063581
نترات البوتاسيوم (KNO3)شركة سينوفارم جروب للمواد الكيميائية للكاشف المحدودة10017218النقاء: ≥ 99.0%
فوتوريزستشركة سوتشو يانكاي مايكرو-نانو تكنولوجي المحدودةROL-7133
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)شركة كارل زايس الألمانيةجيميني سيغما 300
طبقة الطلاء الدوارةشركة جيانغسو ليبو للأدوات العلمية المحدودةEZ4
حمض الكبريتيك (H2SO4)شركة سينوفارم جروب للمواد الكيميائية للكاشف المحدودة1002160895.0-98.0%
المجهر الذري للقوة الذرية (AFM)شركة بروكر في الولايات المتحدةأيقونة بروكر البعد
آلة الوسم بالليزر فوق البنفسجيشركة شنغهاي سيفانغ للتكنولوجيا الكهربائية المحدودةRD-JW355
التحليل الطيفي البصري فوق البنفسجي المرئي (UV-vis)شركة أوشن إنسايت الأمريكيةأوشن-HDX-UV-VIS

المراجع

  1. Chen, W., Cai, S., Ren, Q. Q., Wen, W., Zhao, Y. D. Recent advances in electrochemical sensing for hydrogen peroxide: A review. Analyst. 137 (1), 49-58 (2012).
  2. Zeng, Z. Y., et al. A bioinspired flexible sensor for electrochemical probing of dynamic redox disequilibrium in cancer cells. Adv. Sci. 10 (36), (2023).
  3. Riaz, M. A., Chen, Y. Electrodes and electrocatalysts for electrochemical hydrogen peroxide sensors: A review of design strategies. Nanoscale Horiz. 7 (5), 463-479 (2022).
  4. Pratsinis, A., et al. Enzyme-mimetic antioxidant luminescent nanoparticles for highly sensitive hydrogen peroxide biosensing. ACS Nano. 11 (12), 12210-12218 (2017).
  5. Yan, Y., et al. Metal-organic framework-based biosensor for detecting hydrogen peroxide in plants through color-to-thermal signal conversion. ACS Nano. , (2022).
  6. Liu, R. X., et al. Colorimetric two-dimensional photonic crystal biosensors for label-free detection of hydrogen peroxide. Sens. Actuators B. 354, (2022).
  7. Rivnay, J., et al. Organic electrochemical transistors. Nat. Rev. Mater. 3 (2), (2018).
  8. Liu, J., et al. Organic electrochemical transistor-based immuno-sensor using platinum loaded CeO2 nanosphere-carbon nanotube and zeolitic imidazolate framework-enzyme-metal polyphenol network. Biosens. Bioelectron. 230, (2023).
  9. Fu, Y., et al. Highly sensitive detection of protein biomarkers with organic electrochemical transistors. Adv. Mater. 29 (41), (2017).
  10. Cicoira, F., et al. Influence of device geometry on sensor characteristics of planar organic electrochemical transistors. Adv. Mater. 22 (9), 1012(2010).
  11. Guo, X., et al. Organic electrochemical transistor for in situ detection of H2O2 released from adherent cells and its application in evaluating the in vitro cytotoxicity of nanomaterial. Anal. Chem. 92 (1), 908-915 (2020).
  12. Qi, G. Y., et al. High-performance, single-component ambipolar organic electrochemical transistors with balanced N/P-type properties for inverter and biosensor applications. Adv. Funct. Mater. 35 (2), (2025).
  13. Wang, Z. Q., et al. Ultra-low LOD H2O2 sensor based on synergistic Nernst potential effect. Adv. Sci. 12 (26), (2025).
  14. Shen, H., et al. A wearable electrowetting on dielectrics sensor for real-time human sweat monitor by triboelectric field regulation. Adv. Funct. Mater. 32 (34), (2022).
  15. Zhang, Y. Y., et al. Highly sensitive graphene-Pt nanocomposites amperometric biosensor and its application in living cell H2O2 detection. Anal. Chem. 86 (19), 9459-9465 (2014).
  16. Xie, F. Y., Cao, X. Q., Qu, F. L., Asiri, A. M., Sun, X. P. Cobalt nitride nanowire array as an efficient electrochemical sensor for glucose and H2O2 detection. Sens. Actuators B. 255, 1254-1261 (2018).
  17. Ke, X. L., et al. Fabrication of Pt-ZnO composite nanotube modified electrodes for the detection of H2O2. J. Electroanal. Chem. 817, 176-183 (2018).
  18. Sun, Y. J., et al. Graphene/intermetallic PtPb nanoplates composites for boosting electrochemical detection of H2O2 released from cells. Anal. Chem. 89 (6), 3761-3767 (2017).
  19. Yuan, J., et al. Cobalt-based layered double hydroxide nanosheet-supported AuNPs for high performance electrochemical H2O2 detection. Appl. Surf. Sci. 630, (2023).
  20. Wu, X. Y., et al. Fiber-shaped organic electrochemical transistors for biochemical detections with high sensitivity and stability. Sci. China Chem. 63 (9), 1281-1288 (2020).
  21. Liu, J. W., et al. Organic electrochemical transistor-based immuno-sensor using platinum loaded CeO2 nanosphere-carbon nanotube and zeolitic imidazolate framework-enzyme-metal polyphenol network. Biosens. Bioelectron. 230, (2023).
  22. Balu, S., Palanisamy, S., Velusamy, V., Yang, T. C. K. Sonochemical synthesis of gum guar biopolymer stabilized copper oxide on exfoliated graphite: Application for enhanced electrochemical detection of H2O2 in milk and pharmaceutical samples. Ultrason. Sonochem. 56, 254-263 (2019).
  23. Abbas, M. E., Luo, W., Zhu, L. H., Zou, J., Tang, H. Q. Fluorometric determination of hydrogen peroxide in milk by using a fenton reaction system. Food Chem. 120 (1), 327-331 (2010).

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

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

PEDOT PSS
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.