Name: Fabrication d’un enduit Nafion, réduit le graphène oxyde/Polyaniline Chemiresistive capteur de pH de moniteur en temps réel au cours de la Fermentation microbienne (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 18 s
Description: Découvrez la fabrication d'un capteur de pH chimiorésistif Nafion/Polyaniline pour surveiller en temps réel la fermentation de Lactococcus lactis. Cette méthode compacte remplace les électrodes conventionnelles coûteuses.

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Les auteurs remercient l’Université de Groningue pour un soutien financier.

1. préparation de l’oxyde de Graphite
NOTE : Oxyde de Graphite est établi selon méthode10,11 des Hummers.
<ol><li>Ajouter 3 g de graphite dans 69 mL de concentré H2donc4 et remuer la solution jusqu'à ce que le graphite a complètement dispersée. Ajouter 1,5 g de nitrite de sodium et le laisser pendant 1 h en remuant. Ensuite, placez le récipient dans un bain de glace.</li>
	<li>Ajouter 9 g de permanganate de potassium dans la dispersion et retirer le récipient du bain de glace. Laisser la solution se réchauffer à température ambiante.</li>
	<li>Tout d’abord, ajouter goutte à goutte le 138 mL d’eau distillée. Ensuite, continuez à ajouter 420 mL d’eau distillée. Maintenir la température à 90 ° C pendant 15 min à l’aide d’une plaque chauffante. Ajouter 7,5 mL de peroxyde d’hydrogène 30 % à la dispersion.</li>
	<li>Recueillir le produit par centrifugation à 10 000 x g pendant 20 min et le surnageant. Laver le culot 4 x avec l’eau bidistillée tiède et 2 x avec une solution de HCl (v/v) de 10 %. Enfin, laver 2 x avec l’éthanol et séchez-le à 50 ° C dans le four.</li>
</ol>2. préparation de l’électrode GO-dépôt
<ol><li>Disperser les 10 mg d’oxyde de graphite dans 10 mL d’eau et ensuite il ultrasons dans un bain ultrasonique pendant 6 h.</li>
	<li>Retirer les flocons d’oxyde de graphite unexfoliated par centrifugation pendant 30 min à 2 700 x g. jetez les particules solides après centrifugation et utiliser le surnageant pour d’autres expériences. NOTE : Nous avons utilisé cette dispersion de flocons GO exfoliée comme la solution.</li>
	<li>Diluer la solution mère de GO double. Toujours préparer une nouvelle solution de travail vont de la solution mère.</li>
	<li>Ajouter 2 µL de la solution d’aller au sommet d’une électrode d’or interdigitée exposée (Figure 1 et Figure 2). Après la chute de coulée, sécher l’électrode à température ambiante pendant 12 h. Il s’agit de l’électrode de GO-déposés.</li>
</ol>3. réduction de passer de l’oxyde de graphène électrochimiquement réduit
<ol><li>Insérer l’électrode dans le porte-électrode polydiméthylsiloxane (PDMS) (pièce de fond). Placer l’autre partie de la porte-électrode, qui sert comme un réservoir de solution, sur le dessus de l’électrode, comme illustré dans la Figure 1 a - 1C. Assembler les détenteurs en agrafant les deux parties ensemble à l’aide de deux trombones. Assurez-vous que le support PDMS ne couvre pas la partie électrode GO-déposés.</li>
	<li>Pipeter 300 µL de tampon de phosphate de 0,2 M (pH 7) dans le réservoir. Puis, placer la référence et l’électrode de compteur dans la solution de telle façon que les électrodes sont placées près de la surface du film GO, comme illustré à la Figure 1. Cette configuration sert une cellule électrochimique pour effectuer la réduction électrochimique de GO et pour les dépôts de polyaniline.</li>
	<li>Connecter les électrodes avec le potentiostat connecté à un ordinateur pour l’acquisition de données. Utiliser la voltampérométrie cyclique pour la réduction électrochimique : sélectionnez 0 à -1,2 V comme une aire de répartition potentielle et 50 mV/s comme la vitesse de balayage. Cycle de la tension sur l’électrode entre 0 à -1,2 V 10 x (Figure 3).</li>
	<li>Après l’expérience, retirez l’électrode du support et lavez-le plusieurs fois avec de l’eau bidistillée. Ensuite, séchez l’électrode dans une étuve à 101 ° C pendant 12 h.</li>
	<li>Lorsque l’électrode est sec, retirez l’électrode du four et laissez-le refroidir à température ambiante. Ensuite, mesurer la conductivité de l’électrode avec un multimètre. L’électrode est maintenant dénommé une électrode d’oxyde (ERGO) graphène électrochimiquement réduite.</li>
</ol>4. Polyaniline fonctionnalisation de l’ERGO électrode
<ol><li>Préparer la fonctionnalisation de polyaniline monomère aniline de 10 mM. Dissoudre 5 µL de l’aniline de 10 mM dans 5 mL de 1 M H2SO4.</li>
	<li>Pour la fonctionnalisation de polyaniline, ajouter 300 µL de monomère de l’aniline dans le réservoir de solution. Placer l’électrode de ERGO-déposés dans le porte-électrode, comme décrit dans la procédure de réduction de GO.</li>
	<li>Utiliser la voltampérométrie cyclique pour l’électropolymérisation de l’aniline pour fonctionnaliser ERGO dans ERGA-polyaniline (ERGO-PA) : sélectionnez 0 à 0,9 V comme une aire de répartition potentielle et 50 mV/s comme la vitesse de balayage. Cycle de la tension sur l’électrode entre 0 à 0,9 V pour 50 x (Figure 4).</li>
	<li>Après la déposition de polyaniline, retirez l’électrode et lavez-le plusieurs fois avec de l’eau bidistillée. Ensuite, séchez l’électrode à 80 ° C au four pendant 12 h.</li>
	<li>Retirer l’électrode du four et laissez-le refroidir à température ambiante avant de mesurer la conductivité de l’électrode avec un multimètre.</li>
	<li>Préparer une solution tampon de pH 5 en ajoutant 0,2 M NaOH à la solution tampon de Britton-Robinson jusqu'à pH 5 (voir l’étape 5.1). Tenir l’électrode dans la mémoire tampon à pH 5 pendant 24 h.<ol>
<li>Pour préparer une solution de tampon universel de Britton-Robinson, mélanger 0,04 mol d’acide phosphorique, 0,04 mol d’acide acétique et 0,04 mol d’acide borique dans 0,8 L d’eau ultrapure. Ajouter quelques gouttes d’hydroxyde de sodium 0,2 M à la solution tampon jusqu'à ce que le pH désiré est atteint4. Ajouter l’eau ultrapure, jusqu'à ce que le dernier volume est de 1 L.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. ERGO-PA électrode test à différents pH (étalonnage préalable avant Nafion revêtement)
<ol><li>Après conditionnement l’électrode dans une solution tampon de pH 5, mesurer la résistance de l’électrode dans des solutions de différent pH (pH 4 à pH 9 ; voir Figure 5).<ol>
<li>Pour cette mesure, plongez l’électrode directement dans la solution tampon et branchez l’autre partie de l’électrode sur le potentiostat informatisé d’acquisition de données. Modifier le pH en titrant avec 0,2 M NaOH.</li>
		<li>Choisissez chronopotentiométrie ou ampérométrie courbe i-t dans la liste des techniques et d’appliquer une différence de potentiel 100 mV à l’électrode. Remarque : Le potentiostat mesure le courant contre la montre. Le logiciel contrôlant le potentiostat fournit une représentation graphique du courant contre la montre.</li>
		<li>Utiliser la loi d’Ohm (résistance égale tension divisée par le courant) pour calculer la valeur de résistance de la tension mesurée en courante et appliquée.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Après les mesures, séchez l’électrode à température ambiante pendant 12 h.</li>
</ol>6. préparation de l’électrode Nafion-enduit ERGO-PA
<ol><li>Ajouter 5 µL de 5 % en poids Nafion sur le dessus de l’électrode ERGO-PA et sécher l’électrode à température ambiante pendant 12 h.</li>
	<li>Après le revêtement Nafion, laissez l’électrode dans la solution tampon à pH 5 pendant 24 h avant les mesures de pH.</li>
	<li>Après conditionnement à pH 5, retirer l’électrode Nafion-enduit ERGO-PA (ERGO-PA-NA) et mesurer la résistance de l’électrode de pH 4 à pH 9, tel que mentionné à la section 5.1 (Figure 6).</li>
</ol>7. préparation du milieu de Culture de L. lactis
<ol><li>Ajouter 9,3 g de poudre de M17 dans 250 mL d’eau ultrapure. Lentement agiter la solution jusqu'à ce que la poudre se dissout complètement. Autoclave la solution à 121 ° C pendant 15 min.</li>
	<li>Prenez un ballon de 250 mL stérilisé avec une barre de l’agitateur magnétique et ajouter 50 mL de milieu M17 stérilisé dans le ballon. Ensuite, ajoutez 8 mL de solution de glucose autoclavés 1 M. Ensemencer la solution avec 10 µL d’une culture de L. lactis , auparavant cultivée dans le même milieu de culture. NOTE : La souche bactérienne a été obtenue à partir de Jan Kok, génétique moléculaire, Université de Groningen.</li>
	<li>Placer le ballon avec la culture inoculé pendant 18 h sur une plaque de l’agitateur magnétique dans un four d’incubation à 30 ° C sous agitation et surveiller le pH.</li>
</ol>8. test du pH ERGO-PA-NA réponse lors d’une expérience de Fermentation de L. lactis
<ol><li>Placer l’électrode ERGO-PA-NA dans la culture de L. lactis et fermer avec un bouchon de coton. Ensuite, placez la mise en place dans le thermostat à 30 ° C à cultiver L. lactis.</li>
	<li>Appliquer 100 mV à l’électrode et la mesure du courant contre la montre.</li>
	<li>Prendre des échantillons de 0,5 mL à des moments différents (voir, par exemple, la Figure 7) sur mesure hors ligne la densité optique à 600 nm et le pH avec une électrode de verre classiques. Continuer les mesures jusqu'à ce que la densité optique de la culture devient constante, ce qui indique que les bactéries ne sont développent pas plus.</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>
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<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>
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<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>
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<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>
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<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>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Il est essentiel que l’aller couches complètement couvrir les fils d’électrode d’or après la déposition de GO. Si les électrodes en or ne sont pas recouverts de GO, polyaniline pas seulement déposera sur ERGO mais aussi sur les fils d’électrode d’or visible directement. Déposition de polyaniline sur les câbles d’électrode d’or peut-être avoir des répercussions sur les performances de l’électrode. Après la réduction de GO pour ERGO, l’électrode est séché à 100 ° C pour renforcer la liaison entre la couche ERGO et les fils...

pH joue un rôle essentiel dans de nombreux processus chimiques et biologiques. Même les petits changements dans la valeur du pH modifient le processus et porter atteinte à l’issue du processus. Par conséquent, il est nécessaire surveiller et contrôler le pH pendant toutes les étapes des expériences. L’électrode de verre a été utilisé avec succès pour contrôler le pH dans de nombreux processus chimiques et biologiques, bien que l’utilisation d’une électrode de verre présente plusieurs limites à la mesure de pH. L’électrode de verre est relativement grande, fragile et petite fuite de l’électrolyte dans l’échantillon est possibles. En outre, l’électrode et l’électronique sont relativement coûteux pour des applications dans le dépistage de 96 puits systèmes de fermentation. En outre, les capteurs électrochimiques sont envahissantes et consomment l’échantillon. Par conséquent, il est plus avantageux d’utiliser des capteurs non invasif, sans référence.
De nos jours, les systèmes miniaturisés de réaction sont favorisés dans beaucoup de génie chimique et applications de la biotechnologie car ces microsystèmes fournissent le contrôle de processus améliorés, ainsi que de nombreux autres avantages par rapport à leur macro analogues du système. Pour surveiller et contrôler les paramètres dans un système miniaturisé est une tâche difficile tant que la taille du capteur pour mesurer, par exemple, pH et O2, doivent être réduits au minimum aussi bien. La production réussie de microréacteurs pour systèmes biologiques nécessitent différents types d’outils analytiques pour la surveillance du processus. Par conséquent, le développement de microcapteurs intelligent joue un rôle important dans l’exécution des processus biologiques en microréacteurs.
Récemment, il y ont eu plusieurs tentatives pour développer des capteurs intelligents pH à l’aide de chemiresistive détection de matériaux tels que les nanotubes de carbone et de tenue de polymères1. Ces capteurs chemiresistive ne nécessitent aucune électrode de référence et sont faciles à intégrer dans des circuits électroniques. Chemiresistive réussie capteurs permettant de produire des capteurs intelligents qui sont rentables et faciles à fabriquer, nécessitent un petit volume pour tester et sont non invasifs.
Nous rapportons ici une méthode pour développer une électrode avec l’oxyde de graphène fonctionnalisés polyaniline, réduction électrochimique. L’électrode chemiresistive fonctionne comme un capteur de pH au cours d’une fermentation de L. lactis . L. lactis est une bactérie lactique productrices d’acide utilisée dans la fermentation des aliments et des processus de conservation des aliments. Pendant la fermentation, la production d’acide lactique abaisse le pH et la bactérie arrête sa croissance à un faible pH2,3,4.
Un milieu de fermentation est un milieu chimique complexe qui contient des peptides, des sels et des molécules d’oxydo-réduction qui ont tendance à interférer avec le capteur surface5,6,7,8,9. Cette étude montre qu’un capteur de pH sur une matière chemiresistive avec une couche de protection de surface adéquate pourrait servir à mesurer le pH dans ce genre de médias de fermentation complexes. Dans cette étude, nous utilisons avec succès Nafion sous la couche de protection pour l’oxyde de graphène polyaniline-enduit, réduction électrochimique pour mesurer le pH en temps réel au cours d’une fermentation de L. lactis .

<table><tbody><tr><td>Flocons de graphite</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide sulfurique (H2SO4)</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nitrite de sodium (NaNO2)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Permanganate de potassium (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>Aniline</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 poudre</td><td>BD Difco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide phosphorique (H3PO4)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide borique (HBO3)</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide acétique</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dihydrogénophosphate de potassium</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dipostassium hydrophosme</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Au Électrodes interdigitées</td><td>technologie BVT - CC1 W1</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication d’un enduit nafion, réduit le graphène oxyde/polyaniline chemiresistive capteur de ph de moniteur en temps réel au cours de la fermentation microbienne

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

Nous rapportons ici le génie d’un capteur à semi-conducteur micro pH basé sur l’oxyde de graphène fonctionnalisés polyaniline, réduction électrochimique (ERGO-PA). L’oxyde de graphène électrochimiquement réduite agit comme la couche conductrice et polyaniline agit comme une couche sensibles au pH. La conductivité dépend du pH de polyaniline se produit par le dopage des trous au cours de la protonation et par la dedoping des trous au cours de la déprotonation. Nous avons trouvé qu’une électrode à l’état solide de l’ERGO-PA ne fonctionnait pas comme telle dans les procédés de fermentation. Les espèces électrochimiquement actives que les bactéries produisent pendant le processus de fermentation interfèrent avec la réponse de l’électrode. Nous avons appliqué avec succès Nafion comme une couche conductrice protonique sur ERGO-PA. Les électrodes Nafion-enduit (ERGO-PA-NA) montrent une bonne sensibilité de 1,71 Ω/pH (pH 4-9) pour les mesures de capteur chemiresistive. Nous avons testé l’électrode ERGO-PA-NA en temps réel dans la fermentation de Lactococcus lactis. Durant la croissance de L. lactis, le pH du milieu est passée de pH 7,2 à pH 4,8 et la résistance de l’électrode à l’état solide ERGO-PA-NA changé de 294,5 Ω à 288,6 Ω (5,9 Ω par unité de pH 2,4). La réponse de pH de l’électrode ERGO-PA-NA par rapport à la réponse d’une électrode de pH de base de verre classiques montre que sans référence à l’état solide microcapteur tableaux fonctionnent avec succès dans une fermentation microbiologique.

L’apparition d’un pic de forte réduction autour de -1,0 V (Figure 3) montre la réduction de GO au ERGO12,13,14,22. L’intensité du pic dépend du nombre de couches GO sur l’électrode. Un film noir épais couvert les fils d’or sur l’électrode. À ce moment-là, les deux électrodes d’or isolés étaient conductrices parce que l’aller relié l...

Nous rapportons ici le protocole pour la fabrication d’un capteur de pH micro graphène Nafion-enduit, polyaniline fonctionnalisés, électrochimiquement réduit l’oxyde chemiresistive. Ce capteur de pH micro axée sur la chemiresistor, à l’état solide peut détecter des changements de pH en temps réel au cours d’un processus de fermentation de Lactococcus lactis .

Fabrication d’un enduit Nafion, réduit le graphène oxyde/Polyaniline Chemiresistive capteur de pH de moniteur en temps réel au cours de la Fermentation microbienne

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

Cette technologie peut nous aider à répondre à des questions clés dans un domaine de la technologie des bioprocédés, comme la conversion de biomasques ou la production de biogaz à partir de déchets organiques. Le principal avantage de cette détection chemiresistive de pH est que les électrodes sont petites, est le tube se répliquent en grand nombre, et fonctionnent sans électrode de référence. Les implications de cette technique s’étendent à plusieurs microréacteurs, parce que le pH est un paramètre important.Les électrodes de pH conventionnelles sont trop chères ou trop grandes pour être utilisées dans une plate-forme de criblage de microréacteurs. Cette méthode peut fournir un aperçu des passes de permutation multiples à petite échelle. Il peut également être appliqué dans d’autres passages chimiques ou biologiques où les mesures de pH sont importantes.Tout d’abord, ajouter trois grammes de graphite à 69 millilitres d’acide sulfurique concentré, et remuer la solution jusqu’à ce que le graphite a complètement dispersé. Ajouter 1,5 gramme de nitrite de sodium. Après une heure d’agitation, placer le récipient dans un bain de glace.Ajouter neuf grammes de permanganate de potassium à la dispersion et retirer le contenant du bain de glace. Après avoir laissé la solution se réchauffer à température ambiante, ajouter 138 millilitres d’eau Milli-Q goutte-sage. Ajouter ensuite 420 millilitres d’eau Milli-Q et maintenir la température à 90 degrés Celsius pendant 15 minutes à l’aide d’une plaque chaude.Ajouter 7,5 millilitres de peroxyde d’hydrogène à 30 % à la dispersion chaude. Après avoir transféré la dispersion dans un tube de centrifugeuse, recueillir le produit par centrifugation à 10 000 fois G pendant 20 minutes. Après avoir jeté le supernatant, laver la pastille quatre fois avec de l’eau chaude double distillée, et deux fois avec 10% d’acide chlorhydrique.Enfin, lavez la pastille deux fois avec de l’éthanol et séchez-la à 50 degrés Celsius au four. Dispersez 10 milligrammes d’oxyde de graphite dans 10 millilitres d’eau Milli-Q, puis soniquez la dispersion dans un bain ultrasonique pendant six heures. Après ultrasonication, enlever les flocons d’oxyde de graphite non gonflés par centrifugation pendant 30 minutes à 2700 fois G.Après centrifugation, jeter les particules solides, et utiliser le supernatant pour d’autres expériences.Pour préparer la solution de travail, diluer la solution de stock d’oxyde de graphène deux fois avec de l’eau Milli-Q. Ajoutez maintenant deux microlitres de la solution de travail d’oxyde de graphène sur une électrode d’or interdigitated exposée. Après la coulée de goutte, séchez l’électrode d’oxyde de graphène à température ambiante pendant 12 heures.Insérez l’électrode dans un support d’électrode PDMS. Placez l’autre partie du support d’électrode, qui sert de réservoir de solution, sur l’électrode. Assembler les supports en coupant les deux parties ensemble à l’aide de deux trombones.Ensuite, pipette 300 microlitres de 2 tampons de phosphate molaire dans le réservoir. Placez ensuite les électrodes de référence et de comptoir dans la solution de manière à ce qu’elles soient placées près de la surface du film d’oxyde de graphène. Connectez les électrodes à un potentiostat, connecté à un ordinateur pour l’acquisition de données.Utilisez la voltammétrie cyclique pour la réduction électrochimique, et sélectionnez la plage potentielle appropriée et le taux de balayage. Cycle de la tension sur l’électrode 10 fois entre zéro à moins 1,2 volts. Après l’expérience, retirez l’électrode du support et la lavez-la à plusieurs reprises avec de l’eau Milli-Q.Ensuite, séchez l’électrode dans un four à 101 degrés Celsius pendant 12 heures. Lorsque l’électrode est sèche, retirez-la du four et laissez-la refroidir à température ambiante. Mesurez ensuite la conductivité de l’électrode ErGO à l’aide d’un multimètre.Préparer une solution de 10 millimolaires de monomère aniline pour la fonctionnalisation polyaniline, en dissolvant cinq microlitres d’aniline de 10 millimolaires en cinq millilitres d’un acide sulfurique molaire. Ajouter 300 microlitres de monomère aniline au réservoir de solution. Placez ensuite l’électrode déposée ErGO dans le support de l’électrode comme décrit précédemment.Utilisez la voltammétrie cyclique pour l’électropolymérisation de l’aniline pour fonctionnaliser l’ErGO en ErGO-PA, et sélectionnez la plage potentielle appropriée et le taux de balayage. Cycle de la tension sur l’électrode 50 fois, entre zéro à 9 volts. Après le dépôt polyanilin, retirer l’électrode et la laver à plusieurs reprises avec de l’eau Milli-Q.Ensuite, séchez l’électrode à 80 degrés Celsius au four pendant 12 heures. Lorsque l’électrode est sèche, retirez-la du four et laissez-la refroidir à température ambiante avant de mesurer la conductivité de l’électrode à l’aide d’un multimètre. Ensuite, ajoutez 2 hydroxyde de sodium molaire à la solution tampon Britton-Robinson, jusqu’à ce que le pH soit de cinq.Pour préparer une solution tampon universelle Britton-Robinson, mélanger 04 grains de beauté d’acide phosphorique, 04 grains de beauté d’acide acétique et 04 grains de beauté d’acide borique, en 8 litres d’eau Milli-Q. Ensuite, ajoutez de l’eau Milli-Q jusqu’à ce que le volume final soit d’un litre. Après avoir conditionné l’électrode dans la solution tampon pH 5, mesurez sa résistance dans des solutions de pH différent, en la plongeant d’abord directement dans la solution tampon.Connectez ensuite l’autre partie de l’électrode à un potentiostat contrôlé par ordinateur pour l’acquisition de données. Choisissez le courant d’ampérométrie par rapport à la courbe de temps de la liste des techniques, et appliquez une différence potentielle de 100 millivolts à l’électrode. Après les mesures, sécher l’électrode à température ambiante pendant 12 heures.Ajouter cinq microlitres de cinq nafions de poids pour cent sur l’électrode ErGO-PA et sécher l’électrode à température ambiante pendant 12 heures. Après le revêtement nafion, chauffer l’électrode dans la solution tampon au pH cinq pendant 24 heures avant les mesures du pH. Après conditionnement dans la solution tampon pH cinq, retirez l’électrode ErGO-PA recouverte de nafion et mesurez la résistance de l’électrode du pH quatre à neuf, comme décrit précédemment.Ajouter 9,3 grammes de poudre M17 à 250 millilitres d’eau déminéralisée. Agiter lentement la solution jusqu’à ce que la poudre se dissolve complètement. Puis autoclave la solution à 121 degrés Celsius pendant 15 minutes.Ensuite, ajoutez 50 millilitres du milieu M17 stérilisé dans un flacon stérilisé de 250 millilitres avec une barre magnétique. Ajouter 8 millilitres de solution de glucose molaire autoclaved 1 au milieu. Ensuite, inoculer la solution avec 10 microlitres de culture L.lactis, précédemment cultivés dans le même milieu culturel.Placer le flacon avec le milieu de culture inoculé sur une plaque magnétique dans un four d’incubation à 30 degrés Celsius pendant 18 heures en remuant. Surveiller le pH pendant l’incubation. Placez l’électrode ErGO-PA-NA dans la culture L.lactis et fermez-la avec un bouchon de coton.Ensuite, placez l’ensemble dans un thermostat à 30 degrés Celsius pour faire pousser L.lactis. Par la suite, appliquer 100 millivolts à l’électrode et mesurer le courant par rapport au temps. Prenez des échantillons de 5 millilitres à différents points de temps pour mesurer hors ligne la densité optique à 600 nanomètres, et le pH avec une électrode de verre conventionnelle.Continuez les mesures jusqu’à ce que la densité optique de la culture devienne constante, ce qui indique que les bactéries ne se développent plus. L’apparition d’un fort pic de réduction autour de moins 1,0 volts illustre la réduction de l’oxyde de graphène à ErGO. L’intensité du pic dépend du nombre de couches d’oxyde de graphène sur l’électrode.Lorsque l’électrode ErGO-PA a été placée dans le pH quatre à neuf solutions tampons, le courant a augmenté avec l’augmentation du pH en raison du dopage et du dopage des trous pendant le processus de déprotonation de protonation. La réponse de l’électrode était immédiatement stable lorsque l’ajout d’hydroxyde de sodium s’est arrêté à un pH particulier. La conductivité de l’électrode n’a pas été affectée beaucoup par le revêtement de nafion.Mais quelques ohms de différence dans la valeur de résistance se sont produits, et ont changé la valeur actuelle de base de l’électrode ErGO-PA. À l’semblable à l’électrode ErGO-PA, la résistance de l’électrode ErGO-PA-NA a changé lorsque le pH de la solution tampon est passé de quatre à neuf. Une fois que la croissance de L.lactis a commencé, le courant de l’électrode ErGO-PA-NA a diminué graduellement, puis s’est accéléré pendant la phase de croissance exponentielle, atteignant une valeur stable à la fin de la croissance.La valeur finale du courant est comparable à la valeur actuelle de l’électrode ErGO-PA-NA testée dans la solution tampon. Tout en essayant cette procédure, il est important de se rappeler de couvrir complètement les électrodes d’or avec l’oxyde de graphène. Cette technologie a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine du contrôle des processus, à la fabrication et à l’utilisation de petites électrodes de pH pour les systèmes biologiques et chimiques.N’oubliez pas que travailler avec de l’acide sulfurique concentré, du permanganate de potassium et du peroxyde d’hydrogène peut être extrêmement dangereux. Cette procédure doit être effectuée dans un capot de fumée.

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Fabrication d’un enduit Nafion, réduit le graphène oxyde/Polyaniline Chemiresistive capteur de pH de moniteur en temps réel au cours de la Fermentation microbienne (Vidéo) | JoVE Journal

Fabrication d’un enduit Nafion, réduit le graphène oxyde/Polyaniline Chemiresistive capteur de pH de moniteur en temps réel au cours de la Fermentation microbienne

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