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Methodenartikel

Ultraniedrige Wasserstoffperoxiddetektion mittels synergistischem Nernst-Potentialeffekt in organischen elektrochemischen Transistoren

243 Ansichten

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DOI:

10.3791/70467

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31. März 2026

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

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier stellen wir ein Protokoll zur ultraniedrigen Detektion von Wasserstoffperoxid vor, basierend auf dem synergistischen Nernst-Effekt. Dieses Protokoll umfasst die Herstellung von gestapeltem Polypoly (3,4-Ethylendioxythiophen): Bromotthymolblau (PEDOT: BTB)/Polystyrolsulfonat (PEDOT: PSS) und Platin-Mikroelektrode (Pt) sowie die Bestimmung des optimalen Betriebspunkts für den in der Fassung gebauten H2O2 Sensor.

Zusammenfassung

Das organisch-elektrochemische Transistor-(OECT)-basiertes synergistisches Nernst-Potenzial – erzeugt über die Pt-Gate-Elektrode, die Wasserstoffperoxid katalysiert (H2O2), und die Wechselwirkung zwischen Bromotthymolblauen (BTB)-Molmolen und Wasserstoffionen (dem Nebenprodukt der H2O2 2 Katalyse) – wird für die ultraniedrige Detektion von H2O2 bis 1,8 × 10–12 M genutzt, mit einem breiten linearen Detektionsbereich von 10–11 M bis 10–3 M. Die Bildung dieses Potentials wird durch die Auswahl einer Quelldrainspannung (VDS) und einer Gate-Spannung (VG) von −0,6 V als optimale Betriebspunkte bestimmt und durch die Verwendung der gestapelten Schicht Poly(3,4-Ethylendioxythiophen):Bromthymolblau/Poly(3,4-Ethylendioxythiophen):p Olystyrensulfonat (PEDOT:BTB/PEDOT:PSS) als halbleitendes Kanalmaterial. Darüber hinaus wird eine relevante Verifikation durch die Charakterisierung der Träger- (De)Dopingfähigkeit der gestapelten Schichten mittels UV-Vis-Spektroskopie, die Identifizierung des optimalen Betriebspunkts mittels elektrochemischer Messungen und die Bewertung der Sensorleistung des auf OECT basierendenH 2O2-Sensors mittels einstufiger Konstantspannungsabtastung durchgeführt. Schließlich wird der OECT-basierte H2O2-Sensor mittels eines Mikronano-Fertigungsprozesses gefertigt, der die Herstellung gestapelter Halbleiterschichten durch Spin-Beschichtung sowie die Herstellung von Mikroelektroden durch den Lift-off-Prozess und das Sputtern des Magnetrons umfasst. Diese Methodik kann einen breiten Weg für die ultraniedrige Detektion von Analyten durch enzymkatalysierte Reaktionen eröffnen.

Einleitung

Wasserstoffperoxid (H2O2) ist ein allgegenwärtiges Nebenprodukt zahlreicher enzymkatalysierter biochemischer Reaktionen, darunter solche, die durch Laktatoxidase, Glutamatoxidase und Glukoseoxidase1 vermittelt werden. Seine allgegenwärtige Präsenz in einer Vielzahl physiologischer und pathologischer Prozesse 2,3,4 macht es zu einem entscheidenden Biomolekül für das Verständnis der menschlichen Gesundheit und Krankheitszustände. Daher ist eine genaue Detektionvon H2O2 bei extrem niedrigen Konzentrationen unerlässlich, um präzise Einblicke in körperliche Bedingungen zu gewinnen, was das große Interesse von Forschern an der Entwicklung sensibler Detektionsmethoden mit niedriger Nachweisgrenze (LOD) weckt.

Traditionelle H2O2 Detektionsmethoden 5,6, wie Spektroskopie, Chromatographie und Chemilumineszenz, haben die Grundlage für quantitative Analysen gelegt, leiden jedoch unter inhärenten Einschränkungen, die ihre breite Anwendbarkeit erschweren. Diese Techniken basieren typischerweise auf sperrigen, teuren Instrumenten und erfordern spezialisiertes Fachwissen, was sie für Vor-Ort-, tragbare oder Point-of-Care-Erkennungsszenarien unpraktisch macht. Daher besteht ein dringender Bedarf an alternativen Detektionstechnologien, die hohe Empfindlichkeit mit Miniaturisierung, niedrigen Kosten und einfacher Nutzung verbinden.

Mit dem Fortschritt der Mikronanotechnologien haben sich organisch-elektrochemische Transistoren (OECTs) aufgrund ihrer inhärenten Vorteile wie Miniaturisierung, niedriger Betriebsspannung, exzellenter Signalverstärkungsfähigkeit und Biokompatibilität 7,8,9 als vielversprechende Plattform für Biosensing-Anwendungen etabliert. OECT-basierte Sensoren werden zunehmend für die H2-O2-Detektion erforscht, mit Schwerpunkt auf der Modifikation von H2-O2-empfindlichen Materialien auf Mikroelektroden, um die Detektionsempfindlichkeit zu erhöhen. Zum Beispiel bauten Cicoira et al.10 einen OECT-basierten H2O2 Sensor mit einem linearen Detektionsbereich von 5 μM bis 103 μM und einem niedrigen LOD von 5 μM, wenn Pt als Quelle, Drain und Gate-Material verwendet wurde. Guo et al.11 fertigten ein OECT auf einem flexiblen Poly (Ethylenterephthalat) (PET) Substrat und einem Transwell-Träger. Das Gerät verwendete eine siebgedruckte Kohlenstoff-Paste-Elektrode, modifiziert mit Kohlenstoffnanoröhren und Pt-Nanopartikeln als Gate-Elektrode sowie PEDOT: PSS als Kanalmaterial, was einen linearen Detektionsbereich von 0,5–100 μM und eine LOD von 0,2 μM für H2O2 aufweist. Qi et al.12 berichteten von einem Donor-Akzeptor-(D-A)-Typ ambipolarem Einzelorganisch-gemischtem ionisch-elektronischen Leiter (OMIEC) polymerbasiertem OECT, das einen linearen Detektionsbereich von 0,001–100 μM und einen LOD von 1 nM für H2O2 aufwies. Der erwähnte H2O2 Sensor erreichte eine niedrige LOD, die hauptsächlich vom Nernst-Potential abhing, das von der Pt-basierten Gate-Elektrode erzeugt wurde, die H2O2 katalysierte, welche den elektrochemischen (de) Dopingzustand der Kanalschicht regulieren konnte, um die hervorragende Signalverstärkungsfähigkeit zu nutzen. So haben frühere Studien auf diesem Gebiet eine solide theoretische und experimentelle Grundlage für weitere Optimierungen geschaffen.

Das Kernziel dieser Studie ist es, einen hoch kontrollierbaren und empfindlichen OECT-basierten H2O2-Sensor zu entwickeln, indem das Nernst-Potenzial weiter genutzt wird, ein Schlüsselmechanismus für die Leistung elektrochemischer Sensoren. Um dies zu erreichen, schlagen wir einen synergistischen Nernst-Potentialmechanismus13 vor, der auf einer Kaskadenreaktion mit zwei Schlüsselkomponenten beruht: Pt-basierte Gate-Elektroden, die H2O2 elektrokatalysieren, und eine gestapelte Halbleiterkanalschicht (PEDOT: BTB/PEDOT: PSS), die mit Wasserstoffionen interagiert, die als Nebenprodukt von H2O2 erzeugt werden Katalyse. Dieses Design basiert auf etablierter Forschung: Bromthymolblau (BTB), ein bekannter chemischer Indikator für schwache Säuren und Basen14, wurde in früheren Studien erfolgreich mit PEDOT (als PEDOT: BTB) am OECT-Gate oder Kanalschicht zur pH-Messung integriert und validiert so die Machbarkeit der Kaskadenreaktion, die für unseren Ansatz zentral ist.

Im Vergleich zu alternativen OECT-basierten H₂O₂-Detektionsmethoden bietet unsere synergetische Nernst Potential-Strategie deutliche Vorteile. Im Gegensatz zu herkömmlichen Designs, die ausschließlich auf die katalytische Aktivität pt-basierter Gate-Elektroden zur Erzeugung von Nernst-Potenzial setzen, verbessert unser Ansatz die Steuerbarkeit, indem dieser katalytische Prozess mit dem pH-empfindlichen Verhalten der gestapelten Kanalschicht gekoppelt wird. Diese Synergie verbessert nicht nur die Empfindlichkeit des Sensors, sondern erhöht auch seine Stabilität und Abstellbarkeit und adressiert so wichtige Einschränkungen bestehender OECT-basierter Sensoren. Darüber hinaus entspricht diese Technik dem breiteren Trend des OECT-basierten Biosensing, der die Integration funktionaler Materialien und innovativer Reaktionsmechanismen betont, um die Grenzen der Nachweisleistung zu erweitern.

Im Kontext der breiteren elektrochemischen Detektionsliteratur 15,16,17,18,19,20,21 sind OECTs aufgrund ihrer Fähigkeit, schwache elektrochemische Signale zu verstärken, zu einem Grundpfeiler der tragbaren Biosensing geworden, was sie ideal für die Detektion niedriger Konzentration von Analyten macht. Unsere Arbeit baut auf diesem Fundament auf, indem wir den Nernst-Potential-gesteuerten Mechanismus verfeinern und eine neue Perspektive darauf bieten, wie die OECT-Leistungfür die H-2-O2-Detektion optimiert werden kann. Für Leser, die die Anwendbarkeit dieser Methode in Betracht ziehen, ist unser Design besonders gut für Szenarien geeignet, die hohe Empfindlichkeit, Portabilität und Kontrollierbarkeit erfordern, wie etwa Point-of-Care-Diagnostik, In-vitro-Überwachung und vor Ort Umwelt- oder Bioprobenanalyse, bei denen herkömmliche Methoden unpraktisch sind. Durch die Klarstellung des konzeptionellen Rahmens und der Vorteile unseres Ansatzes bietet diese Einführung den Lesern den notwendigen Kontext, um zu beurteilen, ob diese Methode mit ihren spezifischen Anwendungsbedürfnissen übereinstimmt.

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Protokoll

1. Herstellung und Charakterisierung von gestapeltem PEDOT: BTB/PEDOT: PSS-Halbleiterfilm

  1. Probenvorbereitung
    HINWEIS: Bei der Vorbereitung des einschichtigen PEDOT: PSS mache Schritt 1.1.1. Bei der Vorbereitung der gestapelten Schicht PEDOT: BTB/PEDOT: PSS führen Sie Schritt 1.1.2 aus.
    1. Bereiten Sie das einschichtige PEDOT: PSS per Spin-Beschichtung vor.
      1. Filtern Sie die kommerzielle PEDOT: PSS-Lösung mit einem 0,45 μm-Filter (Polyethersulfon PES).
      2. Nehmen Sie 884 μL gefilterte PEDOT: PSS, 1 μL 0,1 Wt% Dodecylbenzolsulfonsäure (DBSA), 50 μL 5 Wt% Ethylenglykol (EG) und 5 μL 0,5 Wt% 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (GOPS) und mischen Sie sie gründlich zu einer Mischlösung (d. h. PEDOT: PSS-Vorläufer).
      3. Den PEDOT: PSS-Vorläufer über Nacht mit einem magnetischen Rührer umrühren und dann 5 Minuten mit dem Sonikat sonisieren
      4. Spin-coat den PEDOT: PSS-Halbleiterfilm, um die Quelle zu überbrücken und Elektroden abzuleiten, mit einem Spin Coater bei einer Drehzahl von 4200 U/min, einer beschleunigten Drehzahl von 200 U/min S-1 und einer Wartungszeit von 60 Sekunden.
      5. Backen Sie den Film 15 Minuten lang bei 130 °C im Ofen und pipettieren Sie dann 10 μL konzentrierte Schwefelsäure (H2SO₄) auf den Film, um überschüssige PSS zu entfernen.
      6. Spülen Sie den Film anschließend mit deionisiertem Wasser ab und backen Sie ihn dann 10 Minuten bei 130 °C.
    2. Bereite die gestapelte Schicht PEDOT: BTB/PEDOT: PSS mittels Elektrodeposition vor.
      1. Bereiten Sie eine Lösung vor, die 42 μL 10 mM 3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT), 0,02496 g BTB, 40 mL 1 mM Phosphatpufferlösung (PBS) und 0,4044 g Kaliumnitrat (KNO3) enthält. Rühren und 10 Minuten schütteln, bis eine rote Lösung entsteht.
      2. Elektrodeponierte PEDOT: BTB auf die spin-beschichtete PEDOT: PSS-Schicht mit der zyklischen Voltammetriemethode (CV) einer dualen potentiostatischen elektrochemischen Arbeitsstation. Schließen Sie die Quell- (S) und D-(D)-Elektroden kurz, um sie als Arbeitselektroden zu nutzen, verwenden Sie eine gesättigte Kalomelelektrode als Referenzelektrode, einen Pt-Draht als Gegenelektrode und die gemischte wässrige Lösung als Elektrolyten.
      3. Man legt ein elektrisches Potential von 0 bis 1 V auf die Arbeitselektrode mit einer Abtastrate von 0,1 V⋅s-1 für 15 Zyklen an.
      4. Reinigen Sie den elektrodeponierten Kanal mit deionisiertem Wasser und trocknen Sie dann bei Raumtemperatur.
  2. Rasterelektronenmikroskop (SEM), Atomkraftmikroskop (AFM), ultraviolett sichtbare (UV-vis) Spektroskopie und elektrochemische Charakterisierung.
    1. Führen Sie morphologische Charakterisierung der Filme mit SEM und AFM durch.
      1. Die einschichtige und gestapelte Schichtschicht werden jeweils mit dem Spin Coater mit einer Drehgeschwindigkeit von 4200 U/min, einer beschleunigten Geschwindigkeit von 200 U/min s-1 und einer Wartungszeit von 60 Sekunden auf das Au-Blatt aufgetragen.
      2. Betreiben Sie das SEM bei Beschleunigungsspannungen von 1 kV bzw. 3 kV im sekundären Elektronenmodus, um die Oberflächen- bzw. Querschnittsmorphologien des zubereiteten gestapelten Schichtfilms zu beobachten.
      3. Messen Sie den einlagigen Film (Dicke unter 115 nm) mit einer hohen Vergrößerung von 40.000 ×. Messen Sie den gestapelten Schichtfilm (Gesamtdicke 361 nm) mit hohen Vergrößerungen von 10.000 × und 40.000 ×, um die Elektrodeposition des gestapelten Schichtfilms auf der Au-Folie zu verdeutlichen.
      4. Verwenden Sie den Tapping-Modus eines AFM, um die Oberflächenrauheitsschwankungen der einschichtigen und gestapelten Schichtfilme zu beobachten.
      5. Stellen Sie den AFM-Scanbereich auf 5 μm × 5 μm ein. Zeichnen Sie die 3D-Morphologie auf und berechnen Sie die Wurzel-Mittel-Quadrat-Rauheit.
    2. Charakterisieren Sie die photoelektrochemischen Eigenschaften der gestapelten Schichten mittels UV-Vis-Spektroskopie. Stellen Sie den Wellenlängenbereich von 200 nm bis 800 nm, die optische Auflösung auf 0,73 nm, die Spaltgröße auf 10 μm, die Integrationszeit auf 11 ms und die Temperaturregelung auf 20–30 °C ein.
      1. Die gestapelte Schichtschicht wird mit einer Spin-Schicht auf das Indiumzinnoxid (ITO) mit einer Drehzahl von 4200 U/min für 60 Sekunden mit einer beschleunigten Drehzahl von 200 U/min s-1 aufgetragen.
      2. Wählen Sie pH-Pufferlösungen von pH 3 bis pH 9 in Abständen von zwei Größenordnungen als Elektrolyten für die Spektrophotometerzelle aus und platzieren Sie die modifizierte ITO-Elektrode in der Spektrophotometerzelle, ausgerichtet mit dem Lichtweg.
      3. Verwenden Sie eine Mikroinjektionspumpe, um nacheinander 2 ml Elektrolytlösungen mit unterschiedlichen pH-Werten in die Spektrophotometerzelle zu geben und zu entfernen.
      4. Messen und erfassen Sie die Absorptionsspektren der gestapelten Schicht PEDOT: BTB/PEDOT: PSS in jeder pH-Lösung.
      5. Setzen Sie einen Pt-Draht in die Spektrophotometerzelle und verbinden Sie die Arbeitselektrode (WE) der dual potentiostatischen elektrochemischen Arbeitsstation mit dem Pt-Draht. Spannungen von +0,6 V und -0,6 V werden angelegt. Die Steuerelektrode (CE) der dualen potentiostatischen elektrochemischen Arbeitsstation mit der modifizierten ITO-Elektrode verbunden.
      6. Bereite H2O2 Lösungen (10-11–10-3 M) in 0,1× PBS mit einer Leitfähigkeit von 34,39 ± 0,73 mS·cm-1 vor. Setze die modifizierte ITO-Elektrode in die Spektrophotometerzelle.
      7. Verwenden Sie eine Mikroinjektionspumpe, um nacheinander 2 ml Elektrolytlösungen mit unterschiedlichen H2O2-Konzentrationen in die Spektrophotometerzelle zu geben und zu entfernen.
      8. Messen und erfassen Sie die Absorptionsspektren der gestapelten Schicht PEDOT: BTB/PEDOT: PSS in verschiedenen H2O2 Lösungen und erfassen Sie diese Bereiche.
    3. Bestimmen Sie die Gate-Betriebspunkte mittels elektrochemischer Messung.
      1. Durchführung von CV-Messungen in 20 mL H2O2-Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen (konfiguriert in 0,1× PBS, von 10-3 m bis 10-11 m in Abständen von zwei Größenordnungen) mit derselben Leitfähigkeit von 34,39 ± 0,73 mS cm-1.
      2. Verwenden Sie einen Pt-Draht als Arbeitselektrode, den einschichtigen Film, der auf dem Au-Blatt modifiziert wurde, als Gegenelektrode, eine Ag/AgCl-Elektrode als Referenzelektrode und H2O2 Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen als Elektrolyte.
      3. Man legt ein elektrisches Potential von -1 bis 1 V auf die Arbeitselektrode mit einer Abtastrate von 0,1 V⋅s-1 an.
      4. Messen Sie die Elektrolytspannung (VE) in 0,1 × PBS (entspricht 1 mM PBS), ohne H2O2 zu mischen.
      5. Führen Sie eine weitere Ag/AgCl-Elektrode in das ursprüngliche OECT-System ein (einschließlich Quell-, Entwässerungs-, Ag/AgCl-Gate-Elektrode und gestapelter PEDOT: BTB/PEDOT: PSS-Halbleiterfolie) und schließen Sie die zusätzliche Ag/AgCl-Elektrode sowie die Quellelektrode im ursprünglichen OECT-System elektrisch kurz.
      6. Schließen Sie einen Oszillographen an die zusätzliche Ag/AgCl-Elektrode an, wenden Sie eine Messdauer von 2 s und eine Frequenz von 10 kHz an und messen Sie das VE.
      7. Messen Sie die Abtastspektren von VE in 0,1 × PBS mit unterschiedlichen H2O2-Konzentrationen (von 10-11 M bis 10-3 M in Abständen von zwei Größenordnungen) mit derselben Leitfähigkeit von 34,39 ± 0,73 mS cm-1 bei VG von ±0,6 V und VDS von -0,6 V, jeweils.
      8. Erfassen Sie den mittleren Wert der Scan-Spektren und verwenden Sie ihn als quasi-äquivalenten Wert von VE.

2. Vorbereitung des H2O2 Sensors auf Basis des traditionellen Lift-Off-Mikrofertigungsprozesses

  1. Wachsen Sie eine 500 nm dicke SiO-2-Isolierschicht auf einem dreidimensionalen (3D) Si-Substrat (d. h. 3D-Siliziumoxidschicht) und führen Sie anschließend eine Ultraschallbehandlung mit Aceton, Alkohol und deionisiertem Wasser jeweils 5 Minuten nacheinander durch. 1 Minute unter Stickstoff trocknen.
  2. Eine Schicht des negativen Photoresists ROL-7133 auf die Siliziumoxidschicht mit einem Spin Coater (Schritt 1: Drehzahl 500 U/min, Zeit 25 s, Beschleunigung 100 U/min; Schritt 2: Drehzahl 3.000 U/min, Zeit 54 s, Beschleunigung 200 U/s; Schritt 3: Drehzahl 4.000 U/min, Zeit 6 s, Beschleunigung 1.000 U/min).
  3. Befestigen Sie das mit Photoresist beschichtete Siliziumoxidsubstrat mit PET-Klebeband auf die Maske und legen Sie es dann auf eine Heizplattform bei einer konstanten Temperatur von 110 °C für 90 Sekunden.
  4. Platzieren Sie die Fotomaske flach auf der Lithografiefläche der Lithografiemaschine und führen Sie die Photolithographie-Musterung unter folgenden Lithographiebedingungen durch: Lichtspannung 0,65 V, Zeit 6,5 s.
  5. Legen Sie das Siliziumoxid-Substrat mit abgeschlossener photolithografischer Musterung in eine AZ-400K-Entwicklerlösung (Standardlösung: Wasser = 1:4) für 60 Sekunden Entwicklungszeit. Nach der Entfernung gründlich mit deionisiertem Wasser reinigen und dann mit Stickstoffgas trocknen.
  6. Sputtere eine 20 nm Ti-Schicht und eine 100 nm Au-Schicht sequentiell auf der Oberfläche des Siliziumoxid-Substrats mit einem Magnetron-Sputterinstrument (Leistung 50 W, Zeit 600 s).
  7. Das Substrat 10 Minuten in Aceton einweichen lassen und dann den überschüssigen Fotoresist abwaschen.
  8. Die vorbereiteten Mikroelektrodenchips 1 Minute mit deionisiertem Wasser abspülen und dann 1 Minute mit Stickstoff trocknen.
  9. Entwerfen Sie das Breiten-Längen-Verhältnis der Kanalgeometrie 15:1 und einen kurzen Kanal von 4 μm in der Fotomaske
  10. Muster-PET-Band (1,2 mm lang, 0,6 mm breit) verwendet eine ultraviolette Laser-Ausschnittmaschine als Fenster zur Ausrichtung der Position der Gate-Elektrode.
  11. Sputtere eine 100-nm-Pt-Schicht sequentiell auf der Oberfläche der Gate-Elektrode mit einem Magnetron-Sputterinstrument (Leistung 50 W, Zeit 500 s).
  12. Muster-PET-Tape (60 μm lang, 15 μm breit) verwendet eine ultraviolette Laser-Ausschnittmaschine als Fenster zur Ausrichtung der Position des Kanals.
  13. Spin-coat den Kanal gemäß den Schritten 1.1.1 und 1.1.2.

3. Messleistung des OECT-basierten H2O2-Sensors mit der gestapelten PEDOT: BTB/PEDOT: PSS-Halbleiterschicht

HINWEIS: Bei der Messung des OECT-basierten H2O2-Sensors unter einer festen Gate-Spannung von +0,6 V führen Sie Schritt 3.1 durch. Wenn Sie unter einer festen Gate-Spannung von -0,6 V messen, folgen Sie Schritt 3.2.

  1. Messen Sie die Ausgangsstromvariationen (IDS) mit unterschiedlichen H2O2-Konzentrationen unter einer festen Gate-Spannung von +0,6 V.
    1. Tauchen Sie 20 μL H2O2 Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen (konfiguriert in 0,1× PBS, von 10-3 M bis 10-11 M in Abständen von zwei Größenordnungen) mit derselben Leitfähigkeit von 34,39 ± 0,73 mS cm-1 sequentiell auf der Kanaloberfläche.
    2. Verbinden Sie die Quell-, Abfluss- und Gate-Elektroden des H2O2 Sensors jeweils mit einem Zweiport-Quellenmessgerät.
    3. Anwendung von VDS von -0,6 V, VG von +0,6 V, eine Messzeit von 40-150 s zur Erlangung des quasi-relativen Gleichgewichtsausgangs IDS und eine Messdauer von 10 s im einstufigen Konstantspannungsmodus.
    4. Spülen Sie die Kanaloberfläche vor dem Abmessen der nächsten H2O2 Lösung mit deionisiertem Wasser.
    5. Erhalte den Steady-State-I-DS-Wert.
  2. Messen Sie die I-DS-Variationen mit unterschiedlichen H2O2-Konzentrationen unter einer festen Gate-Spannung von -0,6 V.
    1. Tauchen Sie 20 μL H2O2-Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen (konfiguriert in 0,1× PBS, von 10-3 M bis 10-11 M in Abständen von zwei Größenordnungen) mit derselben Leitfähigkeit von 34,39 ± 0,73 mS cm-1 sequentiell auf der Kanaloberfläche.
    2. Verbinden Sie die Source-, Drain- und Gate-Elektroden des H2O2 Sensors jeweils mit dem Dual-Port-Quellenmessgerät.
    3. Wenden Sie VDS von -0,6 V, VG von -0,6 V an, eine Messzeit von 40-150 Sekunden, um den quasi-relativen Gleichgewichtsausgang IDS zu erhalten, und eine Messdauer von 10 Sekunden im einstufigen Konstantspannungsmodus.
    4. Spülen Sie die Kanaloberfläche vor dem Abmessen der nächsten H2O2 Lösung mit deionisiertem Wasser.
    5. Erhalte den Steady-State-I-DS-Wert.

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Ergebnisse

Dieses Papier charakterisiert zunächst das gestapelte Schicht-Kanalmaterial PEDOT: BTB/PEDOT: PSS mittels SEM, AFM, UV-vis-Spektroskopie und elektrochemischer Messung. SEM- und AFM-Bilder (Abbildung 1 und Abbildung 2) zeigen, dass die 241 nm dicke gestapelte PEDOT: BTB/PEDOT: PSS reichlich körnige Strukturen aufweist, im Gegensatz zur relativ glatten Oberfläche des 120 nm dicken einschichtigen PEDOT: PSS-Films. ...

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Diskussion

Der Erfolg des Protokolls beruht auf drei voneinander abhängigen kritischen Schritten, die jeweils durch experimentelle Charakterisierung validiert werden. Erstens erfordert die Herstellung des gestapelten Kanalmaterials (Protokoll 1.1) eine präzise Steuerung von PEDOT: PSS-Spinbeschichtung (4200 U/min für 60 Sekunden, gefolgt vom Backen bei 130 °C) und PEDOT: BTB-Elektrodeposition (wobei der kurzgeschlossene PEDOT:PSS-Kanal als Arbeitselektrode dient, mit einem elektris...

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Offenlegungen

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte, die offengelegt werden müssen.

Danksagungen

Diese Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China (52175542 und 52203316), dem Sonderprojekt für wissenschaftliche und technologische Zusammenarbeit und Austausch der Provinz Shanxi (Nr. 202304041101032), dem Fondsprogramm für die wissenschaftlichen Aktivitäten ausgewählter zurückgekehrter ausländischer Fachkräfte in der Provinz Shanxi (20240007), dem Forschungsprojekt unterstützt vom Shanxi Scholarship Council of China (Nr. 2024062), dem Sonderprogramm zur Patenttransformation der Provinz Shanxi (Nr. 202304012), Die China Postdoctoral Science Foundation (Nr. 2024M762331), die Natural Science Foundation der Provinz Shanxi (Nr. 20210302123136 und 202103021223068) sowie die Doktorandeninnovationsstation der Provinz Shanxi (Xinzhou) zur Unterstützung dieser Forschung.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
10&Times; Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS)Lanbolide Trading Co., LTDP7209Reinheit: ≥ 99%
3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinaE105649-25gReinheit: ≥ 99%
3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (GOPS)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinaG107576Reinheit: ≥ 97%
EntwicklerSuzhou Yancai Weina Technology Co., Ltd.AZ 400K
Bromotthymol Blau (BTB)Sinopharm Group Chemical Reagent Co., LTDB801811-25gReinheit: ≥ 95%
Deionisiertes WasserShanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinaW11942418,2 Mfigure-materials-1 cm 
Digitales MikroskopOlympus Corporation aus JapanDSX1000Eine oberflächliche Beobachtung des Kanals des vorbereiteten OECT
Dodecylbenzolsulfonsäure (DBSA)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinaD106550Reinheit: ≥ 90%
Dual potentiostatische elektrochemische ArbeitsstationMetrohm AG, SchweizVIONIC
Dual-Port-SourceMeterTek Technology Co., LTDKeithley 2636B
Dual-Target-Magnetron-StotternShenyang Kejing Automatisierungsausrüstung GmbH, LtdVTC-600-2HD
Ethylenglykol (EG)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinaE119700Reinheit: ≥ 99.8%
Wasserstoffperoxid (H2O2)Huize Biochemical CompanyELReinheit: ≥ 35%
N-methyl1-2-Pyrrolidon (NMP)Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd.328634Reinheit: ≥ 99.5%
Poly(3,4-Ethylendioxythiophen): Polystyrolsulfonat (PEDOT: PSS)Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd.739332Reinheit: ≥ 99.7%
Polyethylenterephthalat (PET)Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd.GF09063581
Kaliumnitrat (KNO3)Sinopharm Group Chemical Reagent Co., LTD10017218Reinheit: ≥ 99.0%
PhotoresistSuzhou Yancai Micro-Nano Technology Co., LTDROL-7133
Rasterelektronenmikroskop (SEM)Carl Zeiss Gesellschaft aus DeutschlandGemini Sigma 300
Spin CoaterJiangsu Leibo Scientific Instrument Co., LTDEZ4
Schwefelsäure (H2SO4)Sinopharm Group Chemical Reagent Co., LTD1002160895.0-98.0%
Atomkraftmikroskopie (AFM)Bruker Corporation der Vereinigten StaatenBruker Dimension Icon
Ultraviolette LasermarkierungsmaschineShanghai Cifang Electrical Technology Co., LTDRD-JW355
Ultraviolett-sichtbare spektrophotometrische Spektroskopie (UV-vis)Ocean Insight Company der Vereinigten StaatenOCEAN-HDX-UV-VIS

Referenzen

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