Herstellung von Nafion-beschichtet, reduziert Graphene Oxid/Polyaniline Chemiresistive Sensor Monitor pH in Echtzeit während der mikrobiellen Fermentation

Zusammenfassung

Hier berichten wir über das Protokoll für die Herstellung von einer Nafion-beschichtet, Polyaniline funktionalisiert, elektrochemisch reduzierte Graphene Oxid Chemiresistive Mikro pH-Sensor. Diese Chemiresistor-basierte, Solid-State-Mikro-pH-Sensor erkennt pH-Wert-Änderungen in Echtzeit während Lactococcus Lactis Fermentationsprozess.

Zusammenfassung

Hier berichten wir über das Engineering von einem Solid-State-Mikro pH-Sensor basiert auf Polyaniline funktionalisiert, elektrochemisch reduzierte Graphene Oxid (ERGO-PA). Elektrochemisch reduzierte Graphene Oxid fungiert als leitende Schicht und Polyaniline als pH-Sensitive Schicht. Die pH-abhängige Leitfähigkeit des Polyaniline erfolgt durch doping Löcher während Protonierung und durch die dedoping Löcher während Deprotonierung. Wir fanden, dass eine Solid-State-ERGO-PA-Elektrode nicht als solche in Fermentationsprozessen funktionsfähig war. Elektrochemisch aktiven Spezies, die die Bakterien während der Gärung produzieren stören die Elektrode Antwort. Wir erfolgreich Nafion als protonenleitende Schicht über ERGO-PA. Die Nafion-beschichteten Elektroden (ERGO-PA-NA) zeigen eine gute Empfindlichkeit von 1,71 Ω/pH (pH 4 bis 9) für Chemiresistive Sensormessungen. Wir testeten die ERGO-PA-NA-Elektrode in Echtzeit in der Vergärung von Lactococcus Lactis. Während des Wachstums der L. Lactis, verändert der pH-Wert des Mediums von pH 7,2 pH 4,8 und den Widerstand der ERGO-PA-NA-Solid-State-Elektrode von 294.5 Ω in 288.6 Ω (5,9 Ω pro 2.4 pH-Einheit) geändert. Die pH-Reaktion der ERGO-PA-NA-Elektrode im Vergleich mit der Antwort von einem herkömmlichen Glas-basierten pH-Elektrode zeigt, dass Referenz-weniger Solid-State-Mikrosensor Arrays in eine mikrobiologische Fermentation erfolgreich operieren.

Einleitung

pH spielt eine wichtige Rolle in vielen chemischen und biologischen Prozessen. Selbst kleine Veränderungen in den pH-Wert ändern, den Prozess und das Ergebnis des Prozesses beeinträchtigen. Daher ist es notwendig, die Überwachung und Steuerung des pH-Wertes in jeder Phase der Experimente. Die Glas-basierten pH-Elektrode wird erfolgreich eingesetzt, pH in vielen chemischen und biologischen Prozessen zu überwachen obwohl der Einsatz von einer Glaselektrode mehrere Einschränkungen zur pH-Messung darstellt. Die Glas-basierten pH-Elektrode ist relativ groß, zerbrechlich, und kleine Leckagen des Elektrolyten in der Probe sind möglich. Darüber hinaus die Elektrode und die El....

Protokoll

1. Vorbereitung von Graphit-Oxid

Hinweis: Graphit-Oxid ist im Sinne des Hummers Methode^10,11bereit.

1. Fügen Sie 3 g Graphit in 69 mL konzentrierter H₂SO₄ und rühren Sie die Lösung bis die Graphit hat vollständig dispergiert. 1,5 g Natriumnitrit und lassen Sie es für 1 h unter Rühren. Dann stellen Sie den Behälter in ein Eisbad.
2. 9 g Kaliumpermanganat in der Dispersion und entfernen Sie den Behälter aus dem Eisbad. Lassen Sie die Lösung auf Raumtemperatur aufwärmen.
3. Fügen Sie zunächst 138 mL destilliertem Wasser tropfenweise. Dann weit....

Ergebnisse

Das Aussehen eines starken Rückgangs Peaks rund -1,0 V (Abbildung 3) illustriert die Reduzierung von GO-ERGO^12,13,14,22. Die Intensität des Peaks hängt von der Anzahl der GO-Schichten auf die Elektrode. Ein dicker schwarze Folie vollständig abgedeckt Golddrähten an der Elektrode. Zu diesem Zeitpunkt waren die zwei isolierte gold-Ele.......

Diskussion

Es ist wichtig, dass die GO "" vollständig Layers bedecken die gold Elektrodenleitungen nach der Absetzung von GO. Wenn der gold-Elektroden mit GO nicht abgedeckt sind, wird Polyaniline nicht nur auf ERGO, sondern auch auf die sichtbare gold Elektrodenleitungen direkt einzahlen. Ablagerung von Polyaniline auf gold Elektrodenleitungen möglicherweise Auswirkungen auf die Leistung der Elektrode. Nach der Reduktion des GO, ERGO wird die Elektrode bei 100 ° C zur Stärkung der Bindung zwischen der ERGO-Schicht und die gold Ele.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Graphitflocken	Sigma Aldrich
Schwefelsäure (H2SO4)	Merck
Natriumnitrit (NaNO2)	Sigma Aldrich
Kaliumpermanganat (KMnO4)	Sigma Aldrich
30 % H2O2	Sigma Aldrich
HCL Merck
Anilin	Sigma Aldrich 5wt
% Nafion	Sigma Aldrich
M17 Pulver	BD Difco
Phosphorsäure (H3PO4)	Sigma Aldrich
Borsäure (HBO3)	Merck
Essigsäure	Merck
Natriumhydroxid	Sigma Aldrich
Kaliumdihydrogenphosphat	Sigma Aldrich
Dipostassiumhydrogenphosphat	Sigma Aldrich
Au Interdigitated Elektroden	BVT-Technologie - CC1 W1
Potentiostat	CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)