Name: Fabricación de una cubierta de Nafion, reduce el óxido/polianilina Chemiresistive Sensor de pH Monitor en tiempo real durante la fermentación microbiana (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 18 s
Description: Aprende a fabricar un sensor de pH quimiresistivo con recubrimiento de Nafion y polianilina para monitoreo en tiempo real durante la fermentación de Lactococcus lactis. Este método compacto mejora la tecnología de bioprocesos.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Los autores reconocen la Universidad de Groningen para apoyo financiero.

1. preparación de óxido de grafito
Nota: El óxido de grafito está preparado según el método de10,11 de Hummers.
<ol><li>Añadir 3 g de grafito en 69 mL de concentrado H2para4 y agitar la solución hasta el grafito ha dispersado totalmente. Añadir 1,5 g de nitrito de sodio y dejarlo durante 1 hora mientras revuelve. Luego, coloque el recipiente en un baño de hielo.</li>
	<li>Añadir 9 g de permanganato de potasio en la dispersión y retire el recipiente del baño de hielo. Deje que la solución se caliente a temperatura ambiente.</li>
	<li>En primer lugar, añadir 138 mL de agua destilada gota a gota. Luego, continúe añadiendo 420 mL de agua destilada. Mantener la temperatura a 90 ° C durante 15 minutos usando una placa. Añadir 7,5 mL de peróxido de hidrógeno 30% a la dispersión.</li>
	<li>Recoger el producto mediante centrifugación a 10.000 x g por 20 min y eliminar la solución sobrenadante. Lavar el precipitado 4 x con agua destilada doble y 2 x con una solución de ácido clorhídrico (v/v) de 10%. Por último, lavar 2 x con etanol y secar a 50 º C en el horno.</li>
</ol>2. preparación del electrodo GO-depositado
<ol><li>Dispersar a 10 mg de óxido de grafito en 10 mL de agua y luego someter a lo ultrasonidos en un baño ultrasónico durante 6 h.</li>
	<li>Quitar las escamas de óxido de grafito unexfoliated por centrifugación durante 30 min a 2.700 x g. descarte las partículas sólidas después de la centrifugación y utilice el sobrenadante para experimentos adicionales. Nota: Utilizamos esta dispersión de escamas exfoliada de ir como la solución.</li>
	<li>Diluir la solución madre de ir dos veces. Siempre preparar una solución fresca de trabajo ir de la solución.</li>
	<li>Añadir 2 μl de la solución de trabajo de ir en la parte superior un descubierto oro de electrodos interdigitados (figura 1A y figura 2). Después de la caída de fundición, seque el electrodo a temperatura ambiente durante 12 h. Este es el electrodo depositado ir.</li>
</ol>3. reducción de ir a electroquímicamente reducción de oxido de grafeno
<ol><li>Introducir el electrodo en el portaelectrodo de polidimetilsiloxano (PDMS) (pieza de la parte inferior). Coloque la otra parte de la pinza portaelectrodos, que sirve como un reservorio de solución, en la parte superior del electrodo como se muestra en la figura 1A - 1C. Montar los soportes por recortar las dos partes con dos clips de papel. Asegúrese de que el titular PDMS no cubre la parte de electrodo deposita ir.</li>
	<li>Pipeta 300 μL de tampón de fosfato 0.2m (pH 7) en el depósito. Luego, coloque la referencia y el electrodo de contador en la solución de tal manera que los electrodos se colocan cerca de la superficie de la película GO, como se muestra en la figura 1. Esta configuración sirve como una celda electroquímica para llevar a cabo la reducción electroquímica de GO y para deposición de polianilina.</li>
	<li>Conectar los electrodos con el potenciostato conectado a un ordenador para la adquisición de datos. Uso de voltametría cíclica para la reducción electroquímica: seleccione 0 para -1,2 V como una oferta potencial y 50 mV/s como la frecuencia de barrido. Ciclo de la tensión sobre el electrodo entre 0 a -1,2 V 10 x (figura 3).</li>
	<li>Después del experimento, retire el electrodo del soporte y lávelo varias veces con agua destilada doble. A continuación, seque el electrodo en un horno a 101 ° C por 12 h.</li>
	<li>Cuando el electrodo está seco, retire el electrodo del horno y déjelo enfriar a temperatura ambiente. Luego, se mide la conductividad del electrodo con un multímetro. El electrodo se conoce ahora como un electrodo de óxido (ERGO) de grafeno electroquímicamente reducida.</li>
</ol>4. polianilina funcionalización de la ERGO electrodo
<ol><li>Preparar anilina monómero de 10 mM para la funcionalización de la polianilina. Disolver 5 μl de anilina de 10 mM en 5 mL de 1 M H2hasta4.</li>
	<li>Para la funcionalización de la polianilina, añadir 300 μL de monómero anilina para el depósito de solución. Coloque el electrodo ERGO-depositado en el soporte de electrodo como se describe en el procedimiento para la reducción de GO.</li>
	<li>Uso de voltametría cíclica para la electropolymerization de anilina para funcionalizar ERGO en ERGA-polianilina (ERGO-PA): seleccione 0 y 0,9 V como una oferta potencial y 50 mV/s como la frecuencia de barrido. Ciclo de la tensión sobre el electrodo entre 0 y 0,9 V por 50 x (figura 4).</li>
	<li>Después de la deposición de polianilina, quitar el electrodo y lavar varias veces con agua destilada doble. Luego, seque el electrodo a 80 ° C en el horno durante 12 h.</li>
	<li>Retire el electrodo del horno y déjelo enfriar a temperatura ambiente antes de medir la conductividad del electrodo con un multímetro.</li>
	<li>Preparar una solución amortiguadora de pH 5 añadiendo 0,2 M NaOH a la solución de tampón de Britton-Robinson hasta pH 5 (consulte el paso 5.1). Mantener el electrodo en el buffer a pH 5 durante 24 h.<ol>
<li>Para preparar una solución de buffer universal Britton-Robinson, mezcla de 0,04 mol de ácido fosfórico 0,04 mol de ácido acético y 0,04 mol de ácido bórico en 0.8 L de agua ultrapura. Añadir hidróxido de sodio de 0.2 M gota a gota a la solución tampón hasta alcanzar el pH deseado4. Añadir agua ultrapura hasta el volumen final es de 1 L.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. ERGO-PA electrodo pruebas a diferentes pH (calibración previa antes de la capa de Nafion)
<ol><li>Luego de acondicionar los electrodos en solución amortiguadora de pH 5, mida la resistencia del electrodo en soluciones de diferentes pH (de pH 4 a pH 9; ver figura 5).<ol>
<li>Para esta medición, sumergir el electrodo directamente en la solución tampón y conecte la otra parte del electrodo el potenciostato controlado por ordenador para la adquisición de datos. Cambiar el pH por valoración con NaOH M 0,2.</li>
		<li>Elegir la lista de técnicas de redisolución o Amperometría curva i-t y se aplica una diferencia potencial de 100 mV al electrodo. Nota: El potenciostato mide la corriente contra el tiempo. El software controla el potenciostato proporciona una representación gráfica de la corriente contra el tiempo.</li>
		<li>Utilizar la ley de Ohm (resistencia iguala Voltaje dividido por la corriente) para calcular el valor de la resistencia de la tensión medida actual y aplicada.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Después de las mediciones, seque el electrodo a temperatura ambiente durante 12 h.</li>
</ol>6. preparación del electrodo revestido de Nafion ERGO-PA
<ol><li>Añadir 5 μl de 5 wt % Nafion en la parte superior del electrodo de ERGO-PA y seque el electrodo a temperatura ambiente durante 12 h.</li>
	<li>Después de la capa de Nafion, mantener el electrodo en la solución tampón a pH 5 durante 24 h antes de las mediciones de pH.</li>
	<li>Después de condicionar en pH 5, quitar el electrodo revestido de Nafion ERGO-PA (ERGO-PA-NA) y mida la resistencia del electrodo de pH 4 a pH 9, como se mencionó en la sección 5.1 (figura 6).</li>
</ol>7. preparación de medio de cultivo de L. lactis
<ol><li>Añadir 9,3 g de M17 polvo en 250 mL de agua ultrapura. Poco a poco agite la solución hasta que el polvo se disuelva completamente. Autoclave de la solución a 121 ° C durante 15 minutos.</li>
	<li>Tomar un matraz de 250 mL esterilizado con una barra agitadora por imán y añadir 50 mL del medio M17 esterilizado al matraz. Entonces, añada 8 mL de solución de glucosa de 1 M esterilizado. Inocular la solución con 10 μl de un cultivo de L. lactis , previamente crecido en el mismo medio de cultivo. Nota: Se obtuvo la cepa bacteriana de Jan Kok, Genética Molecular, Universidad de Groningen.</li>
	<li>Coloque el matraz con el medio de cultivo inoculado para 18 h sobre una placa de agitador magnético en una estufa de incubación a 30 ° C mientras que revuelve y vigilar el pH.</li>
</ol>8. prueba del pH ERGO-PA-NA respuesta en un experimento de fermentación de L. lactis
<ol><li>Coloque el electrodo de ERGO-PA-NA en la cultura L. lactis y cierre con un tapón de algodón. Luego, coloque el ajuste el termostato a 30 º C para crecer L. lactis.</li>
	<li>Aplicar 100 mV para el electrodo y la medida de la corriente contra el tiempo.</li>
	<li>Tomar muestras de 0.5 mL en diferentes puntos temporales (ver, por ejemplo, figura 7) off-line Mida la densidad óptica a 600 nm y el pH con un electrodo de vidrio convencional. Continúe las mediciones de la densidad óptica de la cultura se convierte en constante, lo que indica que las bacterias no crecen más.</li>
</ol>

<ol><li>Gou, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+Nanotube+Chemiresistor+for+Wireless+pH+Sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Carbon Nanotube Chemiresistor for Wireless pH Sensing.</a> Scientific Reports. 4, 4468(2014).</li>
<li>Hols, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+of+Lactococcus+lactis+from+homolactic+to+homoalanine+fermentation+through+metabolic+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Conversion of Lactococcus lactis from homolactic to homoalanine fermentation through metabolic engineering.</a> Nature Biotechnology. 17, 588-592 (1999).</li>
<li>Luedeking, R., Piret, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+kinetic+study+of+the+lactic+acid+fermentation.+Batch+process+at+controlled+pH%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biochemical+and+Microbiological+Technology+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">A kinetic study of the lactic acid fermentation. Batch process at controlled pH.</a> Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering. 1, 393-412 (1959).</li>
<li>Britton, H. T. S., Robinson, R. A. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/1931/jr/jr9310001456">Universal buffer solutions and the dissociation constant of veronal.</a> Journal of the Chemical Society. 0, 1456-1462 (1931).</li>
<li>Ambrosi, A., Chua, C. K., Bonanni, A., Pumera, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemistry+of+Graphene+and+Related+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Electrochemistry of Graphene and Related Materials.</a> Chemical Reviews. 114, 7150-7188 (2014).</li>
<li>Xie, F., Cao, X., Qu, F., Asiri, A. M., Sun, X. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092540051731523X">Cobalt nitride nanowire array as an efficient electrochemical sensor.</a> Sensors and Actuators B. 255, 1254-1261 (2018).</li>
<li>Xie, F., Liu, T., Xie, L., Sun, X., Luo, Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400517317616">Metallic nickel nitride nanosheet: An efficient catalyst electrode for sensitive and selective non-enzymatic glucose sensing.</a> Sensors and Actuators B. 255, 2794-2799 (2018).</li>
<li>Xie, L., Asiri, A. M., Sun, X. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400516320640">Monolithically integrated copper phosphide nanowire: An efficient electrocatalyst for sensitive and selective nonenzymatic glucose detection.</a> Sensors and Actuators B. 244, 11-16 (2017).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ternary+NiCoP+nanosheet+array+on+a+Ti+mesh%3A+A+high-performance+electrochemical+sensor+for+glucose+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Ternary NiCoP nanosheet array on a Ti mesh: A high-performance electrochemical sensor for glucose detection.</a> Chemical Communications. 52, 14438-14441 (2016).</li>
<li>Hummers, W. S. Jr, Offeman, R. E. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01539a017">Preparation of Graphitic oxide.</a> Journal of the American Chemical Society. 80, 1339(1958).</li>
<li>Kumar, S., Chinnathambi, S., Munichandraiah, N., Scanlon, L. G. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2013/ra/c3ra42617c">Gold nanoparticles anchored reduced graphene oxide as catalyst for oxygen electrode of rechargeable Li-O2 cells.</a> RSC Advances. 3, 21706-21714 (2013).</li>
<li>Guo, H. L., Wang, X. F., Qian, Q. Y., Wang, F. B., Xia, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+green+approach+to+the+synthesis+of+graphene+nanosheets%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">A green approach to the synthesis of graphene nanosheets.</a> ACS Nano. 3, 2653-2659 (2009).</li>
<li>Ramesha, G. K., Sampath, S. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp811377n">Electrochemical Reduction of Oriented Graphene Oxide Films: An in Situ Raman Spectroelectrochemical Study.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 113, 7985-7989 (2009).</li>
<li>Amal Raj, A., Abraham John, S. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp400066z">Fabrication of Electrochemically Reduced Graphene Oxide Films on Glassy Carbon Electrode by Self-Assembly Method and Their Electrocatalytic Application.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 177, 4326-4335 (2013).</li>
<li>Bhadani, S. N., Gupta, M. K., Sen Gupta, S. K. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/app.1993.070490304">Cyclic voltammetry and conductivity investigations of polyaniline.</a> Journal of Applied Polymer Science. 49, 397-403 (1993).</li>
<li>Genies, E. M., Tsintavis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redox+mechanism+and+electrochemical+behaviour+or+polyaniline+deposits%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electroanalytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Redox mechanism and electrochemical behaviour or polyaniline deposits.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 195, 109-128 (1985).</li>
<li>Jannakoudakis, P. D., Pagalos, N. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0379677994901422">Electrochemical characteristics of anodically prepared conducting polyaniline films on carbon fibre supports.</a> Synthetic Metals. 68, 17-31 (1994).</li>
<li>Deshmukh, M. A., Celiesiute, R., Ramanaviciene, A., Shirsat, M. D., Ramanavicius, A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617322533">EDTA_PANI/SWCNTs Nanocomposite Modified Electrode for Electrochemical Determination of Copper (II), Lead (II) and Mercury (II) Ions.</a> Electrochimica Acta. 259, 930-938 (2018).</li>
<li>Deshmukh, M. A., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400517324930">EDTA-Modified PANI/SWNTs Nanocomposite for Differential Pulse Voltammetry Based Determination of Cu(II) Ions.</a> Sensors and Actuators B Chemical. 260, 331-338 (2018).</li>
<li>Deshmukh, M. A., Shirsat, M. D., Ramanaviciene, A., Ramanavicius, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Composites+Based+on+Conducting+Polymers+and+Carbon+Nanomaterials+for+Heavy+Metal+Ion+Sensing+%28Review%29%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Reviews+in+Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Composites Based on Conducting Polymers and Carbon Nanomaterials for Heavy Metal Ion Sensing (Review).</a> Critical Reviews in Analytical Chemistry. 48, 293-304 (2018).</li>
<li>Deshmukh, M. A., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400517305932">A Hybrid Electrochemical/Electrochromic Cu(II) Ion Sensor Prototype Based on PANI/ITO-Electrode.</a> Sensors and Actuators B Chemical. 248, 527-535 (2017).</li>
<li>Chinnathambi, S., Euverink, G. J. W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400518303654">Polyaniline functionalized electrochemically reduced graphene oxide chemiresistive sensor to monitor the pH in real time during microbial fermentations.</a> Sensors and Actuators B Chemical. 264, 38-44 (2018).</li>
<li>Sha, R., Komori, K., Badhulika, S. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/7959556/">Amperometric pH Sensor Based on Graphene-Polyaniline Composite.</a> IEEE Sensors Journal. 17 (16), 5038-5043 (2017).</li>
<li>Huai-Ping, C., Xiao-Chen, R., Ping, W., Shu-Hong, Y. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/ee/c2ee24203f">Flexible graphene-polyaniline composite paper for high-performance supercapacitor.</a> Energy & Environmental Science. 6, 1185-1191 (2013).</li>
<li>Xiang, J., Drzal, L. T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386112006106">Templated growth of polyaniline on exfoliated graphene nanoplatelets (GNP) and its thermoelectric properties.</a> Polymer. 53, 4202-4210 (2012).</li>
<li>Xiangnan, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-step+synthesis+of+graphene%2Fpolyaniline+hybrids+by+in+situ+intercalation+polymerization+and+their+electromagnetic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">One-step synthesis of graphene/polyaniline hybrids by in situ intercalation polymerization and their electromagnetic properties.</a> Nanoscale. 6, 8140-8148 (2014).</li>
<li>Azzarelli, J. M., Mirica, K. A., Ravnsbæk, J. B., Swager, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wireless+gas+detection+with+a+smartphone+via+rf+communication%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Wireless gas detection with a smartphone via rf communication.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (51), 18162-18166 (2014).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Es esencial que el ir capas totalmente cubierta de los cables de electrodo de oro después de la deposición de GO. Si los electrodos de oro no están cubiertos con GO, polianilina no sólo depositarán en ERGO sino también en los cables de electrodo de oro visible directamente. Deposición de polianilina en los cables de electrodo de oro puede tener implicaciones en el rendimiento del electrodo. Después de la reducción del ir a ERGO, el electrodo se seca a 100 ° C para fortalecer la vinculación entre la capa ERGO y los cables...

pH desempeña un papel vital en muchos procesos químicos y biológicos. Incluso pequeños cambios en el valor de pH alteran el proceso y afectar negativamente el resultado del proceso. Por lo tanto, es necesario supervisar y controlar el pH durante cada etapa de los experimentos. El electrodo de pH de vidrio-basado se ha utilizado con éxito para controlar pH en muchos procesos químicos y biológicos, aunque el uso de un electrodo de vidrio presenta varias limitaciones para medir pH. El electrodo de pH de vidrio-basados es relativamente grande, frágil, y pequeñas fugas del electrólito en la muestra son posibles. Además, el electrodo y la electrónica es relativamente cara para aplicaciones en la detección de 96 pocillos sistemas de fermentación. Por otra parte, los sensores electroquímicos son invasivos y consumen la muestra. Por lo tanto, es más ventajoso usar sensores no invasivos, sin referencia.
Hoy en día, los sistemas miniaturizados de la reacción son favorecidos en ingeniería química y aplicaciones de la biotecnología como estos microsistemas proporcionan control de proceso mejorado, junto con muchas otras ventajas sobre su macro análogos del sistema. Para monitorear y controlar los parámetros en un sistema miniaturizado es una tarea difícil como los tamaños de los sensores para medir, por ejemplo, el pH y el O2, deben reducirse al mínimo, así. La exitosa producción de microreactores para sistemas biológicos requieren diferentes tipos de herramientas analíticas para el monitoreo de procesos. Por lo tanto, el desarrollo de microsensores inteligente juega un papel importante en la realización de los procesos biológicos en microreactores.
Recientemente, ha habido varios intentos de desarrollar sensores de pH inteligente usando chemiresistive detección de materiales como los nanotubos de carbono y la realización de polímeros1. Estos sensores de chemiresistive no requieren ningún electrodo de referencia y son fáciles de integrar con circuitos electrónicos. Sensores de chemiresistive éxito hacen posible producir sensores inteligentes que sean rentables y fáciles de fabricar, requiere un volumen pequeño para probar y son no invasivos.
Aquí, Divulgamos un método para desarrollar un electrodo con óxido de grafeno funcionalizados de polianilina, reducidos electroquímicamente. El electrodo de chemiresistive funciona como un sensor de pH durante una fermentación de L. lactis . L. lactis es una bacteria productora de ácido láctico utilizada en la fermentación de alimentos y procesos conservante de alimentos. Durante la fermentación, la producción de ácido láctico disminuye el pH, y la bacteria deja de crecer a un pH bajo2,3,4.
Un medio de fermentación es un ambiente complejo químico que contiene péptidos, sales y moléculas redox que tienden a interferir con el sensor superficial5,6,7,8,9. Este estudio muestra que un sensor de pH basado en material de chemiresistive con una capa de protección superficial adecuada podría utilizarse para medir el pH en este tipo de medios de fermentación compleja. En este estudio, con éxito utilizamos Nafion como la capa de protección de óxido de grafeno recubierto de polianilina, electroquímicamente reducida para medir el pH en tiempo real durante una fermentación de L. lactis .

<table><tbody><tr><td>Escamas de grafito</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido sulfúrico (H2SO4)</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nitrito de sodio (NaNO2)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Permanganato de potasio (KMnO4)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>30 % H2O2</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HCL</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anilina</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5wt % Nafion</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>M17 polvo</td><td>BD Difco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido fosfórico (H3PO4)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido bórico (HBO3)</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido acético</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hidróxido de sodio</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fosfato de dihidrógeno de potasio</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fosfato de hidrógeno dipostásico</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Au Electrodos interdigitados</td><td>Tecnología BVT - CC1 W1</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Potenciostato</td><td>CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fabricación de una cubierta de nafion, reduce el óxido/polianilina chemiresistive sensor de ph monitor en tiempo real durante la fermentación microbiana

Manufacturing of a Nafion-coated, Reduced Graphene Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor to Monitor pH in Real-time During Microbial Fermentation

Aquí, divulgamos la ingeniería de un sensor de estado sólido pH micro basado en óxido de grafeno funcionalizados de polianilina, electroquímicamente reducida (ERGO-PA). De oxido de grafeno electroquímicamente reducida actúa como la capa conductora y polianilina actúa como una capa sensible al pH. La conductividad pH-dependiente de polianilina se produce por dopaje de agujeros durante la protonación y por la dedoping de los orificios durante el deprotonation. Encontramos que un electrodo de estado sólido de ERGO-PA no era funcional como tal en los procesos de fermentación. La especie electroquímicamente activa que producen las bacterias durante el proceso de fermentación interfiere con la respuesta del electrodo. Se aplicó con éxito Nafion como una capa conductora de protones sobre ERGO-PA. Los electrodos recubiertos de Nafion (ERGO-PA-NA) muestran una buena sensibilidad de 1.71 Ω/pH (pH 4-9) para las mediciones del sensor chemiresistive. Probamos el electrodo ERGO-PA-NA en tiempo real en la fermentación de Lactococcus lactis. Durante el crecimiento de L. lactis, el pH del medio cambia de pH 7.2 a pH 4.8 y la resistencia del electrodo de estado sólido de ERGO-PA-NA cambiado de 294.5 Ω a Ω 288.6 (5,9 Ω por unidad de pH 2,4). La respuesta del pH del electrodo ERGO-PA-NA en comparación con la respuesta de un electrodo de pH de vidrio-basado convencional muestra que los arreglos de discos de estado sólido microsensor de referencia menos operan con éxito en un proceso de fermentación microbiológica.

La aparición de un pico de reducción fuerte alrededor -1,0 V (figura 3) muestra la reducción del ir a ERGO12,13,14,22. La intensidad del pico depende del número de capas de ir sobre el electrodo. Una película gruesa de negro totalmente cubierto los hilos de oro sobre el electrodo. En ese momento, los dos electrodos de oro aislados f...

Aquí, Divulgamos el protocolo para la fabricación de un sensor de pH micro de chemiresistive de óxido grafeno recubierto de Nafion, polianilina funcionalizados, reducidos electroquímicamente. Este sensor de estado sólido, basada en chemiresistor pH micro puede detectar cambios de pH en tiempo real durante un proceso de fermentación de Lactococcus lactis .

Fabricación de una cubierta de Nafion, reduce el óxido/polianilina Chemiresistive Sensor de pH Monitor en tiempo real durante la fermentación microbiana

Here, we report the engineering of a solid-state micro pH sensor based on polyaniline-functionalized, electrochemically reduced graphene oxide (ERGO-PA). ...

Esta tecnología puede ayudarnos a responder preguntas clave en un campo de la tecnología de bioprocesos, como la conversión de biomascaras, o la producción de biogás a partir de residuos orgánicos. La principal ventaja de esta detección de pH quimiorresistiva es que los electrodos son pequeños, es el tubo replicado en gran número, y trabajar sin electrodo de referencia. Las implicaciones de esta técnica se extienden a múltiples microrreactores, porque el pH es un parámetro importante.Los electrodos de pH convencionales son demasiado caros o demasiado grandes para ser utilizados en una plataforma de cribado de microrreactor. Este método puede proporcionar información sobre varias pasadas de permutación a pequeña escala. También se puede aplicar en otras pasadas químicas o biológicas donde las mediciones del pH son importantes.Primero, agregue tres gramos de grafito a 69 mililitros de ácido sulfúrico concentrado, y revuelva la solución hasta que el grafito se haya dispersado por completo. Añadir 1,5 gramos de nitrito de sodio. Después de una hora de agitación, coloque el recipiente en un baño de hielo.Añadir nueve gramos de permanganato de potasio a la dispersión, y retirar el recipiente del baño de hielo. Después de permitir que la solución se caliente a temperatura ambiente, agregue 138 mililitros de agua Milli-Q en cuanto a gota de agua. A continuación, agregue 420 mililitros de agua Milli-Q y mantenga la temperatura a 90 grados Centígrados durante 15 minutos utilizando una placa caliente.Añadir 7,5 mililitros de 30% de peróxido de hidrógeno a la dispersión en caliente. Después de transferir la dispersión a un tubo centrífugo, recoja el producto por centrifugación a 10.000 veces G durante 20 minutos. Después de desechar el sobrenadante, lavar el pellet cuatro veces con agua tibia de doble destilación, y dos veces con 10%ácido clorhídrico.Finalmente, lavar el pellet dos veces con etanol y secarlo a 50 grados Celsius en el horno. Dispersar 10 miligramos de óxido de grafito en 10 mililitros de agua Milli-Q, y luego sonicar la dispersión en un baño ultrasónico durante seis horas. Después de la ultrasonicación, eliminar las escamas de óxido de grafito noexfoliadas por centrifugación durante 30 minutos a 2700 veces G.Después de la centrifugación, descartar las partículas sólidas, y utilizar el sobrenadante para más experimentos.Para preparar la solución de trabajo, diluya dos veces la solución de material de óxido de grafeno con agua Milli-Q. Ahora agregue dos microlitros de la solución de trabajo de óxido de grafeno en la parte superior de un electrodo de oro interdigitado expuesto. Después de la fundición, seque el electrodo de óxido de grafeno a temperatura ambiente durante 12 horas.Inserte el electrodo en un soporte de electrodo PDMS. Coloque la otra parte del soporte del electrodo, que sirve como depósito de solución, en la parte superior del electrodo. Ensamble los soportes recortando las dos partes juntas utilizando dos clips de papel.A continuación, pipeta 300 microlitros de 2 tampón de fosfato molar en el depósito. A continuación, coloque los electrodos de referencia y contador en la solución de tal manera que se coloquen cerca de la superficie de la película de óxido de grafeno. Conecte los electrodos con un potenciostato, conectado a un ordenador para la adquisición de datos.Utilice la voltammetría cíclica para la reducción electroquímica y seleccione el rango potencial y la velocidad de escaneo adecuados. Ciclo de tensión sobre el electrodo 10 veces entre cero a menos 1.2 voltios. Después del experimento, retire el electrodo del soporte y lávelo repetidamente con agua Milli-Q.A continuación, seque el electrodo en un horno a 101 grados Centígrados durante 12 horas. Cuando el electrodo esté seco, retírelo del horno y deje que se enfríe a temperatura ambiente. A continuación, mida la conductividad del electrodo ErGO con un multímetro.Preparar una solución de 10 mililitros de monómero de anilina para la funcionalización de la polianilina, disolviendo cinco microlitros de 10 anilina milimétricas en cinco mililitros de un ácido sulfúrico molar. Añadir 300 microlitros de monómero de anilina al depósito de la solución. A continuación, coloque el electrodo depositado ErGO en el soporte del electrodo como se describió anteriormente.Utilice la voltammetría cíclica para la electropolimerización de la anilina para funcionalizar el ErGO en ErGO-PA, y seleccione el rango potencial y la velocidad de escaneo adecuados. Ciclo de tensión sobre el electrodo 50 veces, entre cero a 9 voltios. Después de la deposición de polianilina, retire el electrodo y lávelo repetidamente con agua Milli-Q.A continuación, seque el electrodo a 80 grados centígrados en el horno durante 12 horas. Cuando el electrodo esté seco, retírelo del horno y deje que se enfríe a temperatura ambiente antes de medir la conductividad del electrodo con un multímetro. A continuación, agregue 2 molares de hidróxido de sodio a la solución tampón Britton-Robinson, hasta que el pH sea de cinco.Para preparar una solución tampón universal Britton-Robinson, mezcle 04 moles de ácido fosfórico, 04 moles de ácido acético y 04 moles de ácido bórico, en 8 litros de agua Milli-Q. Luego, agregue agua Milli-Q hasta que el volumen final sea de un litro. Después de acondear el electrodo en la solución tampón de pH cinco, medir su resistencia en soluciones de diferente pH, sumergiéndolo primero directamente en la solución tampón.A continuación, conecte la otra parte del electrodo a un potenciostato controlado por ordenador para la adquisición de datos. Elija la corriente de amperometría frente a la curva de tiempo de la lista de técnicas y aplique una diferencia potencial de 100 milivoltios al electrodo. Después de las mediciones, seque el electrodo a temperatura ambiente durante 12 horas.Agregue cinco microlitros de cinco nafion por ciento de peso en la parte superior del electrodo ErGO-PA, y seque el electrodo a temperatura ambiente durante 12 horas. Después del recubrimiento de nafion, caliente el electrodo en la solución tampón a pH cinco durante 24 horas antes de las mediciones de pH. Después de acondicionamiento en el pH de cinco soluciones tampón, retire el electrodo ErGO-PA recubierto de nafion y mida la resistencia del electrodo de pH de cuatro a nueve, como se describió anteriormente.Añadir 9,3 gramos de polvo M17 a 250 mililitros de agua desmineralizada. Agitar lentamente la solución hasta que el polvo se disuelva por completo. A continuación, autoclave la solución a 121 grados Celsius durante 15 minutos.A continuación, añada 50 mililitros del medio M17 esterilizado en un matraz esterilizado de 250 mililitros con una barra de agitación magnética. Añadir 8 mililitros de solución de glucosa molar autoclaved 1 al medio. A continuación, inocular la solución con 10 microlitros de cultivo L.lactis, previamente cultivados en el mismo medio de cultivo.Coloque el matraz con el medio de cultivo inoculado sobre una placa de agitación magnética en un horno de incubación a 30 grados Celsius durante 18 horas mientras se agita. Monitoree el pH durante la incubación. Coloque el electrodo ErGO-PA-NA en el cultivo L.lactis y ciérrelo con un tapón de algodón.A continuación, coloque la configuración en un termostato a 30 grados Centígrados para cultivar L.lactis. Después de esto, aplicar 100 milivoltios al electrodo y medir la corriente contra el tiempo. Tome muestras de 5 mililitros en diferentes puntos de tiempo para medir fuera de línea la densidad óptica a 600 nanómetros, y el pH con un electrodo de vidrio convencional.Continuar las mediciones hasta que la densidad óptica del cultivo se vuelva constante, lo que indica que las bacterias ya no están creciendo. La aparición de un fuerte pico de reducción alrededor de menos 1,0 voltios ilustró la reducción del óxido de grafeno a ErGO. La intensidad del pico depende del número de capas de óxido de grafeno en el electrodo.Cuando el electrodo ErGO-PA se colocó en pH de cuatro a nueve soluciones tampón, la corriente aumentó con el aumento del pH debido al dopaje y dedopaje de los agujeros durante el proceso de desprotonación de protonación. La respuesta del electrodo fue inmediatamente estable cuando la adición de hidróxido de sodio se detuvo a un pH particular. La conductividad del electrodo no se vio muy afectada por el recubrimiento de nafion.Pero se produjeron algunos ohmios de diferencia en el valor de resistencia, y cambiaron el valor de corriente base del electrodo ErGO-PA. Al igual que el electrodo ErGO-PA, la resistencia del electrodo ErGO-PA-NA cambió cuando el pH de la solución tampón cambió de cuatro a nueve. Una vez iniciado el crecimiento de L.lactis, la corriente del electrodo ErGO-PA-NA disminuyó gradualmente, y luego se aceleró durante la fase de crecimiento exponencial, alcanzando un valor estable al final del crecimiento.El valor final de la corriente es comparable al valor actual del electrodo ErGO-PA-NA probado en solución tampón. Al intentar este procedimiento, es importante recordar cubrir completamente los electrodos de oro con el óxido de grafeno. Esta tecnología allanó el camino para que los investigadores en el campo del control de procesos, fabriquen y utilicen pequeños electrodos de pH para sistemas biológicos y químicos.No olvide que trabajar con ácido sulfúrico concentrado, permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno puede ser extremadamente peligroso. Este procedimiento debe realizarse en una campana de humos.

manufacturing-nafion-coated-reduced-graphene-oxidepolyaniline

Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

En este video, describimos la tecnología de biodetección de efecto de campo (FEB) para detectar y cuantificar las interacciones proteína-proteína. Las proteínas diana inmovilizadas en el biosensor de grafeno interactúan con las proteínas del analito en solución, lo que provoca alteraciones de la corriente eléctrica en el sistema FEB. Este cambio en la respuesta eléctrica indica la afinidad de unión entre las proteínas.

Biodetección de efecto de campo basada en biosensores de grafeno para detectar interacciones proteína-proteína

Se describe la fabricación de dispositivos y un protocolo de medición para biosensores de alta frecuencia basados ​​en nanotubos de carbono. La técnica de detección de alta frecuencia mitiga el efecto de apantallamiento iónica fundamental (de Debye) y permite nanotubo biosensor para ser operado en soluciones de elevada fuerza iónica donde biosensores electrónicos convencionales fallan. Nuestra tecnología ofrece una plataforma única para los puntos de atención (PDA) biosensores electrónicos que...

La fabricación de nanotubos de carbono de alta frecuencia Nanoelectrónica biosensor para la detección in High Solutions fuerza iónica

El estudio demuestra el crecimiento de óxido de grafeno reducido-óxido de iridio (IRO 2 -RGO) nanohíbrido películas delgadas sobre sustrato de carbono serigrafiado irregular y rugosa a través de una síntesis electroquímica verde, y su aplicación como un sensor de pH con una plataforma de papel-fluídico modelado .

Iridium grafeno óxido nanohíbrido Thin Film Modificados electrodos serigrafiados reducida de óxido-como Papel desechable de microfluidos electroquímico de pH Sensores

Describimos los pasos clave para la biodetección mediante el uso de transistores de efecto de campo de nanocables de polisilicio, incluida la preparación del dispositivo y la inmovilización y confirmación de una sonda molecular de ADN en la superficie del nanocable, así como las condiciones para la detección de ADN.

Preparación de silicio de nanocables de transistor de efecto de campo de químicos y biosensores Aplicaciones

Los ácidos nucleicos son analitos comunes para evaluar sistemas biológicos; sin embargo, el sesgo de la manipulación enzimática puede causar preocupación. Aquí se describe un método para la detección sin marcadores de ácidos nucleicos utilizando polianilina. Esta tecnología de sensores sensible y rentable puede distinguir las diferencias de un solo nucleótido entre moléculas.

Un sensor basado en polianilina de ácidos nucleicos

En este trabajo se presenta un nuevo método para estudiar las interacciones de la proteína-proteína usando un biosensores conductimétricos basados en la tecnología híbrida de β-lactamasa. Este método se basa en la liberación de protones al producirse la hidrólisis de β-lactámicos.

El uso de un análisis de biosensores conductimétricos β-lactamase-base para detectar las interacciones biomoleculares

Una plataforma de biosensores de microfluídica fue diseñada y fabricado utilizando la tecnología de fotoresistencia de película seca de bajo costo para la cuantificación rápida y sensible de diversos analitos. Este sistema de uso único permite la lectura electroquímica de sobre-chip-inmovilizado análisis enzima-ligado mediante la técnica de stop-flow.

Seca de la película basada en la fotoresistencia el Biosensor electroquímico de microfluidos plataforma: Fabricación de dispositivo, preparación del análisis de la en-viruta y el funcionamiento del sistema

Aquí, presentamos el protocolo de fabricación de un dispositivo basado en transistor de efecto de campo modulado por carga orgánica (OCMFET) para la interfaz celular in vitro . El dispositivo, llamado matriz micro OCMFET, es un dispositivo flexible, de bajo costo y sin referencias, que permitirá el monitoreo de las actividades eléctricas y metabólicas de los cultivos celulares electroactivos.

In vitro Análisis celular multiparamétrico mediante matrices de transistores de efecto de campo moduladas por carga micro orgánica

El presente protocolo demuestra el desarrollo del biosensor de transistor de efecto de campo de grafeno activado por electrolitos (EGGFET) y su aplicación en la detección de biomarcadores de inmunoglobulina G (IgG).

Desarrollo y funcionalización del transistor de efecto de campo de grafeno activado por electrolitos para la detección de biomarcadores

La biodetección de efectos de campo (FEB) es una técnica sin etiquetas para detectar interacciones biomoleculares. Mide la corriente eléctrica a través del biosensor de grafeno al que se inmovilizan los objetivos de unión. Se utilizó la tecnología FEB para evaluar las interacciones biomoleculares entre Hsp90 y Cdc37 y se detectó una fuerte interacción entre las dos proteínas.

Explorando la interacción biomolecular entre la chaperona molecular Hsp90 y su proteína quinasa cliente Cdc37 utilizando tecnología de biodetección de efecto de campo

Aprende a fabricar un sensor de pH quimiresistivo con recubrimiento de Nafion y polianilina para monitoreo en tiempo real durante la fermentación de Lactococcus lactis. Este método compacto mejora la tecnología de bioprocesos.

Fabricación de una cubierta de Nafion, reduce el óxido/polianilina Chemiresistive Sensor de pH Monitor en tiempo real durante la fermentación microbiana (Video) | JoVE Journal

Fabricación de una cubierta de Nafion, reduce el óxido/polianilina Chemiresistive Sensor de pH Monitor en tiempo real durante la fermentación microbiana

Explorar más videos