Methodenartikel

Elektrochemische Herstellung von Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-Schichten auf Gold-Mikroelektroden für Harnsäure-Sensoranwendungen

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DOI:

10.3791/62707

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28. Juli 2021

 ,  , 
1School of Chemical Sciences, The University of Auckland, 2School of Biological Sciences, The University of Auckland, 3Surgical and Translational Research Center, The University of Auckland

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wir beschreiben wässrige und organische Lösungsmittelsysteme zur Elektropolymerisation von Poly(3,4-ethylendioxythiophen), um dünne Schichten auf der Oberfläche von Goldmikroelektroden zu erzeugen, die zur Erfassung von Niedermolekulargewichtsanalyten verwendet werden.

Zusammenfassung

Es werden zwei verschiedene Verfahren zur Synthese von Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) auf Goldelektroden beschrieben, wobei die Elektropolymerisation von 3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT)-monomer in einer wässrigen und einer organischen Lösung verwendet wird. Die zyklische Voltammetrie (CV) wurde bei der Synthese von PEDOT-Dünnschichten eingesetzt. Lithiumperchlorat (LiClO4) wurde als Dotierstoff sowohl in wässrigen (wässrig/acetonitril (ACN)) als auch in organischen (Propylencarbonat (PC)) Lösungsmittelsystemen eingesetzt. Nachdem die PEDOT-Schicht im organischen System erzeugt wurde, wurde die Elektrodenoberfläche durch sukzessives Durchlaufen in einer wässrigen Lösung für die Verwendung als Sensor für wässrige Proben akklimatisiert.

Die Verwendung einer wässrigen Elektropolymerisationsmethode hat den potenziellen Vorteil, dass der Akklimatisierungsschritt entfernt wird, um eine kürzere Vorbereitungszeit des Sensors zu erreichen. Obwohl die wässrige Methode wirtschaftlicher und umweltfreundlicher ist als die organische Lösungsmittelmethode, wird in der organischen Lösung eine überlegene PEDOT-Bildung erhalten. Die resultierenden PEDOT-Elektrodenoberflächen wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert, die das konstante Wachstum von PEDOT während der Elektropolymerisation aus der organischen PC-Lösung mit schnellem fraktalartigem Wachstum auf Goldmikroelektroden (Au) zeigte.

Einleitung

Elektrisch leitende Polymere sind organische Materialien, die in bioelektronischen Geräten zur Verbesserung von Grenzflächen weit verbreitet sind. Ähnlich wie herkömmliche Polymere sind leitende Polymere leicht zu synthetisieren und währendder Verarbeitung flexibel 1. Leitfähige Polymere können mit chemischen und elektrochemischen Methoden synthetisiert werden; Besonders günstig sind jedoch elektrochemische Syntheseansätze. Dies ist hauptsächlich auf ihre Fähigkeit zurückzuführen, dünne Filme zu bilden, gleichzeitige Dotierung zu ermöglichen, Moleküle im leitenden Polymer einzufangen und vor allem auf die Einfachheit des Syntheseprozesses1. Darüber hinaus bilden leitende Polymere einheitliche, faserige und holprige Nanostrukturen, die fest an der Elektrodenoberfläche haften, wodurch die aktive Oberfläche der Elektrode 2 vergrößertwird.

In den 1980er Jahren wurden bestimmte Polyheterocyclen wie Polypyrrol, Polyanilin, Polythiophen und PEDOT entwickelt, die eine gute Leitfähigkeit, einfache Synthese und Stabilitätaufwiesen 3,4. Obwohl Polypyrrol besser verstanden wird als andere Polymere (z. B. Polythiophenderivate), ist es anfällig für irreversible Oxidation5. Somit hat PEDOT bestimmte Vorteile gegenüber dem Rest, da es einen viel stabileren oxidativen Zustand aufweist und 89% seiner Leitfähigkeit im Vergleich zu Polypyrrol unter ähnlichen Bedingungen beibehält6. Darüber hinaus ist PEDOT für eine hohe elektrische Leitfähigkeit (~ 500 S / cm) und eine moderate Bandlücke bekannt (dh Bandlücken oder Energielücken sind Regionen ohne Ladung und beziehen sich auf die Energiedifferenz zwischen der Oberseite eines Valenzbandes und der Unterseite eines Leitungsbandes)7.

Darüber hinaus hat PEDOT elektrochemische Eigenschaften, benötigt geringere Potentiale, um oxidiert zu werden, und ist im Laufe der Zeit stabiler als Polypyrrol nach der Synthese7. Es hat auch eine gute optische Transparenz, was bedeutet, dass sein optischer Absorptionskoeffizient, insbesondere in Form von PEDOT-Polystyrolsulfonat (PEDOT-PSS), im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums bei 400-700 nm7 liegt. Bei der elektrochemischen Bildung von PEDOT oxidieren EDOT-Monomere an der Arbeitselektrode zu radikalischen Kationen, die mit anderen radikalen Kationen oder Monomeren zu PEDOT-Ketten reagieren, die sich auf der Elektrodenoberflächeablagern 1.

Verschiedene Kontrollfaktoren sind an der elektrochemischen Bildung von PEDOT-Filmen beteiligt, wie Elektrolyt, Elektrolyttyp, Elektrodenaufbau, Abscheidezeit, Dotierstofftyp und Lösungsmitteltemperatur1 PEDOT kann elektrochemisch erzeugt werden, indem Strom durch eine geeignete Elektrolytlösung geleitet wird. Verschiedene Elektrolyte wie wässrige (z. B. PEDOT-PSS), organische (z. B. PC, Acetonitril) und ionische Flüssigkeiten (z. B. 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat (BMIMBF4)) können verwendet werden8.

Einer der Vorteile von PEDOT-Beschichtungen besteht darin, dass sie die Impedanz einer Au-Elektrode im Frequenzbereich von 1 kHz um zwei oder drei Größenordnungen deutlich verringern können, was es hilfreich macht, die Empfindlichkeit der direkten elektrochemischen Detektion der neuronalen Aktivitätzu erhöhen 9. Darüber hinaus erhöht sich die Ladungsspeicherkapazität der PEDOT-modifizierten Elektroden und führt zu schnelleren und geringeren Potentialreaktionen, wenn die Stimulationsladung durchPEDOT 10 übertragen wird. Wenn Polystyrolsulfonat (PSS) als Dotierstoff für die PEDOT-Bildung auf Au-Mikroelektrodenarrays verwendet wird, entsteht außerdem eine raue, poröse Oberfläche mit einer hohen aktiven Oberfläche, einer niedrigeren Grenzflächenimpedanz und einer höheren Ladungsinjektionskapazität11. Für den Elektropolymerisationsschritt macht EDOT-PSS normalerweise eine Dispersion in einem wässrigen Elektrolyten.

EDOT ist jedoch löslich in Chloroform, Aceton, ACN und anderen organischen Lösungsmitteln wie PC. Daher wurde in dieser Studie eine Mischung aus Wasser mit einem kleinen Volumen von ACN im Verhältnis 10: 1 verwendet, um eine lösliche EDOT-Lösung herzustellen, bevor die Elektropolymerisation beginnt. Der Zweck der Verwendung dieses wässrigen Elektrolyten besteht darin, den Akklimatisierungsschritt bei der Herstellung einer PEDOT-modifizierten Mikroelektrode wegzulassen und die Schritte zu verkürzen. Der andere organische Elektrolyt, der zum Vergleich mit dem wässrigen / ACN-Elektrolyten verwendet wird, ist PC. Beide Elektrolyte enthaltenLiClO4 als Dotierstoff, um bei der Oxidation des ETOT-Monomers und der Bildung des PEDOT-Polymers zu helfen.

Mikroelektroden sind voltammetrische Arbeitselektroden mit kleineren Durchmessern als Makroelektroden, etwa zehn Mikrometer oder weniger in der Dimension. Zu ihren Vorteilen gegenüber Makroelektroden gehören ein verbesserter Massentransport von der Lösung zur Elektrodenoberfläche, die Erzeugung eines stationären Signals, ein geringerer ohmscher Potentialabfall, eine geringere Doppelschichtkapazität und ein erhöhtes Signal-Rausch-Verhältnis12. Wie bei allen Festkörperelektroden müssen Mikroelektroden vor der Analyse konditioniert werden. Die geeignete Vorbehandlungs- oder Aktivierungstechnik ist das mechanische Polieren, um eine glatte Oberfläche zu erhalten, gefolgt von einem elektrochemischen oder chemischen Konditionierungsschritt, z. B. einem Potentialzyklus über einen bestimmten Bereich in einem geeignetenElektrolyten 13.

CV wird sehr häufig bei der elektrochemischen Polymerisation von PEDOT verwendet, indem Elektroden in eine Monomerlösung eingeführt werden, die ein geeignetes Lösungsmittel und Dotierelektrolyt beinhaltet. Diese elektrochemische Technik ist vorteilhaft bei der Bereitstellung von Richtungsinformationen wie der Reversibilität von leitenden Polymerdotierungsprozessen und der Anzahl der übertragenen Elektronen, Diffusionskoeffizienten von Analyten und der Bildung von Reaktionsprodukten. Dieses Papier beschreibt, wie zwei verschiedene Elektrolyte, die für die Elektropolymerisation von PEDOT verwendet werden, dünne Nanostrukturfilme mit einer potenziellen Sensoranwendung erzeugen können, die von der Morphologie und anderen intrinsischen Eigenschaften abhängt.

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Protokoll

1. Aufbereitung analytischer Lösungen

  1. Herstellung von 0,1 Mio. EDOT in einer organischen Lösung
    1. 0,213 gLiClO 4 abwägen und in einen 20 ml Meßkolben geben.
    2. Verwenden Sie einen Messzylinder, um 20 ml PC aus der Flasche zu nehmen.
    3. Fügen Sie dem 20-ml-Messkolben mitLiClO 4 einen PC hinzu. Mischen Sie die Lösung, indem Sie den Kolben 30 min lang in ein Ultraschallbad legen. Übertragen Sie die Lösung auf ein 20-ml-Glasfläschchen.
    4. Decken Sie die Durchstechflasche mit Aluminiumfolie ab und führen Sie eine lange Nadel ein, die an einem Stickstoffrohr befestigt ist, in die Lösung, um sie 10 min lang zu entgasen. Entfernen Sie dann die Aluminiumfolie und verschließen Sie die Durchstechflasche fest.
      HINWEIS:Bereiten Sie LiClO 4 am Tag des Experiments frisch vor.
    5. Vor der elektrochemischen Prüfung werden 1 ml der hergestelltenLiClO4-Lösung (0,1 M) in eine elektrochemische Zelle übertragen (siehe Materialtabelle).
    6. Verwenden Sie eine Mikropipette (10-100 μL), um 10,68 μL EDOT-Monomer (Dichte: 1,331 g/ml) in die elektrochemische Zelle zu geben, die die vorbereiteteLiClO4-Lösung enthält.
    7. Führen Sie die CV-Methode aus (CV-Parameter siehe Abschnitt 3.4), um die Elektropolymerisation von EDOT auf der nackten Au-Mikroelektrodenoberfläche zu starten, nachdem alle Elektrodeneinstellungen in die Lösung eingefügt wurden. Verwenden Sie diese modifizierte Elektrode, um die Oberfläche durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) zu charakterisieren.
    8. Um diese modifizierte Elektrode für Sensorzwecke zu verwenden, akklimatisieren Sie zunächst ihre Oberfläche an eine wässrige Lösung, indem Sie CV-Scans in der Natriumperchloratlösung (NaClO4) durchführen (CV-Parameter siehe Abschnitt 3.4).
    9. Verwenden Sie diese organisch PEDOT-modifizierte und akklimatisierte Mikroelektrode (ab 1.1.8), um CV (siehe Abschnitt 3.4 für seine CV-Parameter) einer Phosphatpufferlösung auszuführen, die als Hintergrundscan verwendet werden soll.
      HINWEIS: Spülen Sie die Elektrode nach jedem Schritt ab.
    10. Nehmen Sie schließlich die Elektrode aus der Pufferlösung heraus, ohne sie zu spülen, und legen Sie sie sofort in Harnsäurelösungen oder Milchproben ein, um CV-Scans durchzuführen (CV-Parameter siehe Abschnitt 3.4).
  2. Aufbereitung von 0,01 Mio. EDOT in wässriger Lösung
    1. Verwenden Sie eine Mikropipette, um 10,68 μL EDOT zu entnehmen und zu 1 ml ACN in einer Glasdurchstechflasche hinzuzufügen.
    2. 9 ml entionisiertes Wasser (18,2 MΩ/cm bei 25 °C) in die Durchstechflasche geben, um 10 ml 0,01 m EDOT-Lösung herzustellen.
    3. 0,11 g LiClO4-Pulver in die vorbereitete EPOT-Lösung geben, um 0,1 MLiClO4-Lösung zu erhalten, und vorsichtig mischen.
      HINWEIS: Bereiten Sie die Elektrolytlösungen am Tag des Experiments frisch vor.
    4. Die vorbereitete Lösung wird in die elektrochemische Zelle überführt und mit der Elektropolymerisation von 0,01 M EDOT auf der Elektrodenoberfläche nach dem CV-Verfahren (CV-Parameter siehe Abschnitt 3.4) begonnen, nachdem die Elektrode in die wässrige/ACN-Lösung eingeführt wurde.
    5. Charakterisieren Sie die Oberfläche dieser modifizierten Elektrode durch REM.
  3. Herstellung von 0,1 M Natriumperchloratlösung
    1. 0,245 gNaClO4 werden abgewogen und in eine Durchstechflasche aus Glas mit 20 ml entionisiertem Wasser (18,2 MΩ/cm bei 25 °C) überführt.
    2. Verwenden Sie diese Lösung, um die Oberfläche der organisch hergestellten PEDOT-modifizierten Au-Mikroelektrode an eine wässrige Lösung zu akklimatisieren und überschüssiges EDOT zu entfernen. Spülen Sie dazu die Elektrode aus und legen Sie sie in dieNaClO4-Lösung ein; Führen Sie dann CV für 10 Zyklen aus (siehe Abschnitt 3.4 für CV-Parameter).
  4. Vorbereiten der Pufferlösung
    1. 13,8 g Natriumdihydrogenphosphat (NaH2PO4. 1H2O) werden in einem Wiegeboot abgewogen. In einen 500-ml-Messkolben (d. h. das erforderliche Endvolumen) geben und mit deionisiertem Wasser (18,2 MΩ/cm bei 25 °C) bis zur Leitung füllen.
    2. Stellen Sie den Kolben in ein Ultraschallbad, bis sich das Pulver vollständig im Wasser auflöst, was zu einer 0,2 M Lösung führt.
    3. Wiegen Sie in einem neuen Wiegeboot 17,8 g Dinatriumhydrogenphosphat (Na 2 HPO4. 2H2O) ab und geben Sie es in einen anderen 500 ml Messkolben. Füllen Sie es mit deionisiertem Wasser auf, um eine 0,2 M Lösung zu erhalten. Legen Sie den Kolben in ein Ultraschallbad, um sich richtig aufzulösen.
    4. Mischen Sie 62,5 ml Natriumdihydrogenphosphatlösung mit 37,5 ml Dinatriumhydrogenphosphatlösung in einem Messzylinder und geben Sie das Gemisch in eine 250 ml Glasflasche (siehe Materialtabelle). Füllen Sie es mit weiteren 100 ml entionisiertem Wasser auf, um 200 ml 0,1 m Phosphatpufferlösung, pH 6,6, zu erhalten. Kühlen Sie den Phosphatpuffer für den Langzeitgebrauch.
      HINWEIS: Bringen Sie den Puffer vor jedem Experiment auf Raumtemperatur.
  5. Vorbereiten von Zielanalytlösungen
    1. 0,0084 g Harnsäure (UA) werden in einem Wiegeboot abgewogen und in 50 ml Phosphatpuffer (pH 6,6) in einem Messkolben gelöst, um eine 1 mM UA-Lösung zu erhalten.
    2. Entgasen Sie die Lösung durch Stickstoffspülung für 10 min.
      HINWEIS: Es ist ratsam, die UA-Lösung am Tag des Experiments frisch vorzubereiten.
  6. Vorbereitung von Milchproben für die Analyse
    1. Erhalten Sie eine Vollmilchprobe und einige Milchproben mit verschiedenen Geschmacksrichtungen (z. B. Espressomilch, Karamell / weiße Schokoladenmilch und belgische Schokoladenmilch) von einem örtlichen Supermarkt für die Elektroanalyse. Die Milchproben nicht vorbehandeln oder verdünnen.
    2. Verwenden Sie eine 5-ml-Mikropipette, um 5 ml jeder Milchprobe aus den frisch geöffneten Flaschen zu entnehmen.
    3. Führen Sie zunächst CV des Phosphatpuffers, pH 6,6, als Hintergrundsignal aus. Dann fügen Sie die 5-ml-Milchprobe in die elektrochemische Zelle hinzu und führen Sie frisch und organisch hergestellte, PEDOT-modifizierte Au-Mikroelektroden und andere Elektroden in die Milchproben ein und führen Sie CV aus. Informationen zur Analyse der gesammelten Daten finden Sie in Abschnitt 4 des Protokolls.
  7. Vorbereitung von Elektrodenvorbehandlungslösungen
    1. Wiegen Sie 0,2 g Natriumhydroxid (NaOH) -Pulver ab und geben Sie es in einen 50-ml-Messkolben, um eine 0,1-m-Lösung herzustellen.
    2. Verwenden Sie die 0,1 M NaOH-Lösung, um den Rückstand von PEDOT zu entfernen, der sich nach jedem Durchlauf auf der Mikroelektrodenoberfläche gebildet hat.
    3. Verwenden Sie eine Glaspipette, um 27,2 ml aus einer Flasche mit 98% Schwefelsäure (H2SO4) zu entnehmen. Geben Sie es sehr langsam in einen 1-Liter-Messkolben, der halb mit deionisiertem Wasser gefüllt ist.
    4. Füllen Sie den Kolben mit deionisiertem Wasser in die Leitung auf, um 1 L einer 0,5 M H2SO4-Lösung vorzubereiten.
      HINWEIS: Bereiten Sie H2SO4 Lösung unter einem Abzug zur Sicherheit vor. Verwenden Sie dieH2SO4-Lösung im abschließenden elektrochemischen Reinigungsschritt der Mikroelektrode.

2. Vorbehandlung der Gold-Mikroelektrode

  1. Polieren Sie die Au-Mikroelektrode (10 μm Durchmesser, 3,5 mm Breite x 7 cm lang) auf einem Aluminiumoxid-Politurpad, das auf einer Glaspolierplatte (Abmessungen: 3" x 3" Quadrate) mit einer Aluminiumoxid-Aufschlämmung für 30 s mit kreisförmigen und achtförmigen Handbewegungen während des Polierens platziert wird.
  2. Spülen Sie die Au-Mikroelektrode mit entionisiertem Wasser ab, legen Sie sie in eine Glasdurchstechflasche mit 15 ml absolutem Ethanol (LR-Qualität) und Ultraschall für 2 min.
  3. Spülen Sie die Au-Mikroelektrode mit Ethanol und Wasser ab und ultraschallen Sie sie erneut für 4 min in entionisiertem Wasser, um überschüssiges Aluminiumoxid von der Elektrodenoberfläche zu entfernen.
  4. Entfernen Sie schließlich zusätzliche Verunreinigungen, indem Sie 0,5 M H2SO 4 für 20 Segmente zwischen0,4 und 1,6 V Potentialen (vs. Ag/AgCl) mit einer Abtastrate von 50 mV/s durchlaufen. Stellen Sie sicher, dass es aufgrund der Bildung und Reduktion von Goldoxid bei konsistenten anodischen und kathodischen Potentialen jedes Mal, wenn die Elektrode inH2 SO4 gereinigt wird, zwei klare Spitzen gibt.

3. Zyklische Voltammetrie-Technik

  1. Verwenden Sie ein geeignetes Potentiost, um CV als die elektrochemische Technik von Interesse auszuführen.
  2. Schalten Sie den potentiostat und den daran angeschlossenen Computer ein. Stellen Sie sicher, dass das System angeschlossen ist.
  3. Um die Kommunikation zwischen dem Computer und dem Gerät zu testen, starten Sie die Software und schalten Sie das Gerät ein. Verwenden Sie den Befehl Hardwaretest im Menü Setup . Wenn der Fehler "Link fehlgeschlagen " angezeigt wird, überprüfen Sie die Verbindungs- und Porteinstellungen.
  4. Öffnen Sie die Software potentiostat auf dem Computer und wählen Sie im Menü Setup die Option Technik. Wählen Sie im sich öffnenden Fenster die zyklische Voltammetrie (CV) aus. Gehen Sie wieder zurück zum Setup-Menü und klicken Sie auf Parameter, um die experimentellen Parameter für den CV-Lauf einzugeben.
    1. Verwenden Sie die folgenden CV-Parameter, um die PEDOT-Elektropolymerisation in einem organischen Elektrolyten auf der blanken Au-Mikroelektrode durchzuführen: Anfangspotential: -0,3 V, Endpotential: -0,3 V, hohes Potential: 1,2 V, Anzahl der Segmente: 8, Abtastraten: 100 mV/s, Richtung: positiv.
    2. Verwenden Sie die folgenden CV-Parameter, um die PEDOT-Elektropolymerisation in einem wässrigen / ACN-Elektrolyten auf der blanken Au-Mikroelektrode durchzuführen: Anfangspotential: -0,3 V, Endpotential: -0,3 V, hohes Potential: 1,2 V, Anzahl der Segmente: 20, Abtastraten: 100 mV/s, Richtung: positiv.
    3. Verwenden Sie die folgenden CV-Parameter, um den Akklimatisierungsschritt der organisch hergestellten PEDOT-modifizierten Au-Mikroelektrode durchzuführen: Anfangspotential: -0,2 V, Endpotential: -0,2 V, hohes Potential: 0,8 V, Anzahl der Segmente: 20, Abtastraten: 100 mV/s, Richtung: positiv.
    4. Verwenden Sie die folgenden CV-Parameter für UA-Standardlösungen und Phosphatpuffer (pH 6,6) mit der blanken Au-Mikroelektrode: Anfangspotential: 0 V, Endpotential: 0 V, hohes Potential: 1 V, Anzahl der Segmente: 2, Abtastraten: 100 mV/s und Richtung: positiv.
    5. Verwenden Sie die folgenden CV-Parameter für UA-Standardlösungen und Phosphatpuffer (pH 6,6) auf der organisch hergestellten, PEDOT-modifizierten Au-Mikroelektrode: Anfangspotential: 0 V, Endpotential: 0 V, hohes Potential: 0,6 V, Anzahl der Segmente: 2, Abtastraten: 100 mV/s und Richtung: positiv.
    6. Verwenden Sie die folgenden CV-Parameter für die Milchproben und den Phosphatpuffer (pH 6,6) auf der organisch hergestellten, PEDOT-modifizierten Au-Mikroelektrode: Anfangspotential: 0 V, Endpotential: 0 V, hohes Potential: 0,8 V, Anzahl der Segmente: 2, Abtastraten: 100 mV/s, Richtung: positiv.
  5. Bereiten Sie drei Elektrodenaufbauten in einer elektrochemischen Glaszelle vor, einschließlich einer Arbeitselektrode (Au-Mikroelektrode (10 μm Durchmesser)), einer Referenzelektrode (z. B. Silber / Silberchlorid (Ag / AgCl) in 3 M Natriumchlorid (NaCl) und einer Platindrahtzählerelektrode.
  6. Führen Sie diese sauberen und getrockneten Elektroden durch die Löcher eines Elektrodenhalters, der an einem Ständer befestigt ist. Legen Sie dann den Halter über die elektrochemische Zelle, um die Elektroden in die Ziellösung oder -probe einzulegen.
  7. Stellen Sie sicher, dass sich keine Blasen auf den Elektrodenoberflächen befinden.
    1. Wenn Blasen vorhanden sind, entfernen Sie die Elektroden, spülen Sie sie erneut mit deionisiertem Wasser ab und tupfen Sie sie mit einem Tuch trocken. Setzen Sie die Elektroden wieder in den Stativhalter und in die Lösung ein.
    2. Wenn sich Blasen um die Referenzelektrode befinden, tippen Sie vorsichtig auf die Spitze.
    3. Wenn sich Blasen um die Gegenelektrode befinden, nachdem sie zu laufen beginnt, reinigen Sie die Gegenelektrode. Wenn der CV-Scan verrauscht wird, reinigen Sie die Elektrodenoberfläche und überprüfen Sie die Systemanschlüsse, Drähte und Clips.
  8. Stellen Sie sicher, dass alle drei Drahtverbindungen für Referenz-, Arbeits- und Gegenelektroden korrekt angeschlossen sind, und starten Sie dann das Experiment, indem Sie unten auf Ausführen klicken.
  9. Führen Sie alle Experimente bei Raumtemperatur aus. Lassen Sie bei Milchproben die Temperatur der Milchproben die Umgebungstemperatur erreichen, bevor Sie CV ausführen.

4. Datenerhebung und -analyse

  1. Nachdem Sie CV ausgeführt haben, speichern Sie die Daten im gewünschten Format (CSV oder Bin) in einem Ordner und verwenden Sie dann einen USB-Speicherstick, um sie zu sammeln. Analysieren Sie die Daten mit entsprechender Software. Konvertieren Sie CSV-Dateien zur einfacheren Analyse in Tabellenkalkulationen.
    HINWEIS: Wenn Daten im Format einer Binärdatei gespeichert werden, konvertieren Sie sie vor der Datenerfassung auf einem USB-Speicherstick in das Format Textkomma .
  2. Um den Lebenslauf von Milchproben zu analysieren, subtrahieren Sie den Lebenslauf der Milch von der Hintergrund-CV (d. h. CV des Phosphatpuffers (pH 6,6), der vor dem Ausführen jeder Milchprobe entnommen wird), um Kurven aufgrund der Oxidation des Milchprofils zu erzeugen.

5. Techniken zur Charakterisierung von PEDOT

  1. Verwenden Sie eine bestimmte Art von Hochleistungs-REM, um die PEDOT-Schichten aus verschiedenen Elektrolyten zu charakterisieren.
    HINWEIS: Hier wurde FEI Quanta 200 ESEM FEG verwendet; Es ist mit einer Schottky Field Emission Gun (FEG) für eine bessere räumliche Auflösung ausgestattet. Dieses Gerät bietet verschiedene Arbeitsmodi wie Hochvakuum, Niedervakuum und Umgebungs-REM-Modi und ist mit einem SiLi (Lithium drifted) Super Ultra-Thin Window EDS-Detektor ausgestattet.
  2. Überprüfen Sie die Oberflächenmorphologie von blanken und PEDOT-modifizierten Au-Mikroelektroden (PEDOT-Au) durch REM nach PEDOT-Elektropolymerisation in organischen und wässrigen Lösungen. Führen Sie die PEDOT-Elektropolymerisation auf blanken Au-Mikroelektroden in wässrigen/ACN- und organischen Lösungen unmittelbar vor der Überprüfung durch REM durch.
  3. Legen Sie die frisch zubereiteten Elektroden (eine blanke Au-Mikroelektrode und zwei der PEDOT-Au-Mikroelektroden) horizontal auf den REM-Tisch, wobei ihr Kopf in einem bestimmten Winkel über dem Tisch liegt.

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Ergebnisse

Die zyklische Voltammetrie ist eine einfache Technik, um eine dünne PEDOT-Schicht auf einer Au-Mikroelektrodenoberfläche zu bilden, um die Elektrodenleitfähigkeit und -empfindlichkeit während der elektrochemischen Erfassung von Zielanalyten zu erhöhen. Dieses Protokoll demonstriert die Methode der Elektropolymerisation von 0,1 M EDOT aus einer organischen Lösung im Vergleich zu 0,01 M EDOT aus einer wässrigen Elektrolytlösung. Die Ausführung von 10 Zyklen in wässriger / ACN-Lösung führt zu einem moderaten Wachstum von PE...

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Diskussion

Die CV-Methode ermöglicht eine schnelle und einfache Messung verschiedener Analyten in Lebensmitteln, Wein und Getränken, Pflanzenextrakten und sogar biologischen Proben. Diese Technik erzeugt eine Vielzahl von Daten, einschließlich Oxidations- / Reduktionsspitzenpotentiale, Spitzenstromwerte des Zielanalyten (proportional zur Konzentration) und alle anderen aktuellen und potenziellen Werte nach jedem CV-Lauf. Obwohl die Verwendung von CV relativ einfach ist, müssen die gesammelten Daten manchmal aus Binärdateien in das ...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Dank der Finanzierung durch das neuseeländische Ministerium für Wirtschaft, Innovation und Beschäftigung (MBIE) im Rahmen des Programms "High Performance Sensors".

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Acetonitril-Bäckeranalysierte HPLC Ultra Gradient Solvent75-05-8HPLC-Qualität
Aluminiumoxid-PolierpadBASi, USAMF-1040Bräune/Samtfarbe
Belgische SchokoladenmilchPuhoi Valley Molkerei, Auckland, NZ_Kaufen Sie im lokalen Supermarkt
Karamell/weiße SchokoladenmilchPuhoi Valley Molkerei, Auckland, NZ_Kaufen von lokaler Supermarkt
CH InstrumentCH instruments, Inc. USA_Modell CHI660E
GegenelektrodeBASi, USAMW-10327,5 cm langer Platindraht (0,5 mm Durchmesser) Hilfs-/Gegenelektrode, 99,95% Reinheit
Dinatriumhydrogenphosphat (Na2HPO4, 2H2O)Scharlau Chemie SA, Barcelona, Spanien10028-24-7Gewicht 17,8 g
DURAN FlascheUniversity of Auckland_Die Glaswaren wurden vor Ort an der University of Auckland hergestellt
Elektrochemische ZelleBASi, USAMF-1208  5-15 mL Volumen, Glas
Elektroden Polieren Aluminiumoxid SuspensionBASi, USACF-1050 7mL von 0,05 & Mikro; m Partikelgröße Aluminiumoxid polnisch
EspressomilchPuhoi Valley Molkerei, Auckland, Neuseeland_Kaufen Sie im örtlichen Supermarkt
3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT), 97%Sigma-Aldrich126213-50-1Nehmen Sie 10.68 μ L aus der Flasche
FEI ESEM Quanta 200 FEGUSA_SEM ausgestattet mit einer Schottky-Feldemissionskanone (FEG) für optimale räumliche Auflösung. Das Gerät kann im Hochvakuummodus (HV), im Niedervakuummodus (LV) und im sogenannten ESEM-Modus (Environmental SEM) eingesetzt werden.
Gold-MikroelektrodeBASi, USAMF-2006Arbeitselektrode (10 μ m Durchmesser)
Lithiumperchlorat, ACS-Reagenz ≥ 95%Sigma-Aldrich7791-03-9Herstellung 0,1 M Lösung
MikropipettenEppendorf_10-100 μ L und 100-1000 Volumen
MilliQ WasserThermo Scientific, USA_18.2 MΩ/cm bei 25°; C, Barnstead Nanopure Diamond Wasseraufbereitungssystem
Propylencarbonat, wasserfrei, 99,7%Sigma-Aldrich108-32-720 mL aus der Flasche entnehmen
ReferenzelektrodeBASi, USAMF-2052Silber/Silberchlorid (Ag/AgCl)-Elektrode zur Aufbewahrung in 3 M Natriumchlorid
Ersatz-GlaspolierplatteBASi, USAMF-2128Glasplatte als Ständer zum Anbringen des Polierpads
Natriumdihydrogenphosphat  (NaH2PO4, 1H2O)Sigma-Aldrich10049-21-5Gewicht 13,8 g
Natriumhydroxidperlen, ARECP-Analysereagenz1310-73-2Herstellung einer 0,1 M Lösung
Natriumperchlorat, ACS-Reagenz ≥ 98%Sigma-Aldrich7601-89-00,1 M Lösung herstellen
Schwefelsäure (98%)Merck7664-93-90,5 M Lösung
herstellen HarnsäureSigma-Aldrich69-93-21 mM Lösung herstellen
VollmilchAnchor dairy company, Auckland, NZBlue cap Milch, im örtlichen Supermarkt kaufen

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PEDOT ElektropolymerisationCyclovoltammetrieModifikation der Elektrodenoberfl cheLithiumperchloratRasterelektronenmikroskopieAntioxidantien Nachweisorganischer Elektrolytw ssrige Elektropolymerisation

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