מאמר שיטה

הכנה אלקטרוכימית של פולי (3,4-אתילנדיוקסיתופין) שכבות על מיקרואלקטרודים זהב עבור יישומי חישת חומצת שתן

4K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/62707

⸱

28 ביולי 2021

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

במאמר זה

סיכום

אנו מתארים מערכות ממס מימיות ואורגניות לאלקטרופולימריזציה של פולי(3,4-אתילנדיוקסיתופין) ליצירת שכבות דקות על פני השטח של מיקרואלקטרודים מזהב, המשמשים לחישת ניתוחי משקל מולקולרי נמוך.

תקציר

שתי שיטות שונות לסינתזה של פולי(3,4-אתילנדיוקסיתופין) (PEDOT) על אלקטרודות זהב מתוארות, באמצעות אלקטרופולימריזציה של 3,4-אתילנדיוקסייתופין (EDOT) מונומר בתמיסה מימית ואורגנית. וולטמטריה מחזורית (CV) שימשה בסינתזה של שכבות דקות PEDOT. ליתיום perchlorate (LiClO4) שימש dopant הן מימית (מימית / אצטוניטריל (ACN)) והן אורגני (פרופילן קרבונט (PC)) מערכות ממס. לאחר ששכבת ה-PEDOT נוצרה במערכת האורגנית, משטח האלקטרודה התאקלם על ידי רכיבה רצופה על אופניים בתמיסה מימית לשימוש כחיישן לדגימות מימיות.

השימוש בשיטת אלקטרופולימריזציה מבוססת מימית יש את היתרון הפוטנציאלי של הסרת שלב ההתאקלמות יש זמן הכנה חיישן קצר יותר. למרות שהשיטה המימית חסכונית וידידותית יותר לסביבה מאשר שיטת הממס האורגנית, היווצרות PEDOT מעולה מתקבלת בתמיסה האורגנית. משטחי האלקטרודה של PEDOT שהתקבלו התאפיינו בסריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM), שהראתה את הצמיחה המתמדת של PEDOT במהלך אלקטרופולימריזציה מפתרון המחשב האורגני, עם צמיחה מהירה מסוג פרקטל על מיקרואלקטרודים מזהב (Au).

מבוא

פולימרים מוליכים חשמלית הם חומרים אורגניים הנמצאים בשימוש נרחב במכשירים ביואלקטרוניים לשיפור הממשקים. בדומה לפולימרים קונבנציונליים, קל לסנתז פולימרים מוליכים והם גמישים במהלך העיבוד1. ביצוע פולימרים ניתן לסנתז באמצעות שיטות כימיות ואלקטרוכימיות; עם זאת, גישות סינתזה אלקטרוכימית הם חיוביים במיוחד. זה בעיקר בשל היכולת שלהם ליצור סרטים דקים, לאפשר סימום סימולטני, ללכוד מולקולות בפולימר המוליך, והכי חשוב, את הפשטות של תהליך הסינתזה1. בנוסף, פולימרים מוליכים יוצרים ננו-מבנים אחידים, סיביים וגבשושיים, דבקים בחוזקה במשטח האלקטרודה, מה שמגדיל את שטח הפנים הפעיל של האלקטרודה2.

בשנות השמונים פותחו פוליהטרוציקנים מסוימים, כגון פוליפירול, פוליאנילין, פוליתיופין ו- PEDOT, שהראו מוליכות טובה, קלות סינתזה ויציבות 3,4. למרות polypyrrole הוא הבין טוב יותר מאשר פולימרים אחרים (למשל, נגזרות polythiophene), הוא נוטה חמצון בלתי הפיך5. לכן, PEDOT יש יתרונות מסוימים על פני השאר כפי שיש לו מצב חמצוני יציב הרבה יותר ושומר על 89% של מוליכות שלה לעומת polypyrrole בתנאים דומים6. בנוסף, PEDOT ידועה במוליכות חשמלית גבוהה (~ 500 S/cm) ופער רצועה מתון (כלומר, פערי רצועה או פערי אנרגיה הם אזורים ללא מטען ומתייחסים להבדל האנרגיה בין החלק העליון של רצועת הערכה לתחתית רצועת הולכה)7.

יתר על כן, PEDOT יש תכונות אלקטרוכימיות, צריך פוטנציאל נמוך יותר כדי להיות מחומצן, והוא יציב יותר לאורך זמן מאשר polypyrrole לאחר להיות מסונתז7. יש לו גם שקיפות אופטית טובה, כלומר מקדם הספיגה האופטי שלה, במיוחד בצורה של PEDOT-פוליסטירן סולפונט (PEDOT-PSS), הוא באזור הנראה של הספקטרום האלקטרומגנטי ב 400-700 ננומטר7. בהיווצרות של PEDOT אלקטרוכימי, מונומרים EDOT להתחמצן על אלקטרודה עובד כדי ליצור cations רדיקלי, אשר מגיבים עם cations רדיקליים אחרים או מונומרים כדי ליצור שרשראות PEDOT להפקיד על פני השטח אלקטרודה1.

גורמי בקרה שונים מעורבים בהיווצרות אלקטרוכימית של סרטי PEDOT, כגון אלקטרוליט, סוג אלקטרוליט, הגדרת אלקטרודה, זמן תצהיר, סוג dopant, וטמפרטורת ממס1 PEDOT יכול להיווצר אלקטרוכימית על ידי העברת זרם דרך פתרון אלקטרוליט מתאים. אלקטרוליטים שונים כגון מימית (למשל, PEDOT-PSS), אורגני (למשל, מחשב, אצטוניטריל) ונוזלים יוניים (למשל, 1-בוטיל-3-מתילמידזוליום טטרפלואורובוראט (BMIMBF4)) ניתן להשתמש8.

אחד היתרונות של ציפויי PEDOT הוא שזה יכול להפחית באופן משמעותי את העכבה של אלקטרודה Au בטווח תדרים 1 kHz על ידי שניים או שלושה סדרי גודל, מה שהופך אותו מועיל כדי להגביר את הרגישות של זיהוי אלקטרוכימי ישיר של פעילות עצבית9. יתר על כן, קיבולת אחסון המטען של האלקטרודות שעברו שינוי PEDOT עולה וכתוצאה מכך תגובות פוטנציאליות מהירות ונמוכות יותר כאשר תשלום גירוי מועבר באמצעות PEDOT10. בנוסף, כאשר פוליסטירן סולפונט (PSS) משמש dopant להיווצרות PEDOT על מערכי Microelectrode Au, הוא יוצר משטח מחוספס, נקבובי עם שטח פנים פעיל גבוה, עכבה ממשק נמוך יותר, וקיבולת הזרקת מטען גבוהה יותר11. עבור שלב האלקטרופולימריזציה, EDOT-PSS בדרך כלל עושה פיזור באלקטרוליטים מימיים.

עם זאת, EDOT הוא מסיס בכלורופורם, אצטון, ACN, וממסים אורגניים אחרים כגון מחשב. לכן, במחקר זה, תערובת של מים שימש עם נפח קטן של ACN ביחס 10:1 כדי להפוך פתרון EDOT מסיס לפני אלקטרופולימריזציה מתחילה. מטרת השימוש באלקטרוליטים מימיים אלה היא להשמיט את שלב ההתאקלמות בהכנת מיקרואלקטרודה שעבר שינוי PEDOT ולקצר את השלבים. האלקטרוליטים האורגניים האחרים המשמשים להשוואה עם אלקטרוליט מימית / ACN הוא PC. שני האלקטרוליטים מכילים LiClO4 כתרופה המסייעת לחמצן את מונומר EDOT וליצור את פולימר PEDOT.

Microelectrodes הם אלקטרודות עבודה וולטמטריות עם קוטרים קטנים יותר מאשר macroelectrodes, כ עשרות מיקרומטרים או פחות בממד. היתרונות שלהם על פני מקרואלקטרודים כוללים הובלת המונים משופרת מהפתרון לכיוון פני השטח האלקטרודה, יצירת אות מצב יציב, ירידה פוטנציאלית אוהמית נמוכה יותר, קיבוליות כפולה נמוכה יותר ויחס אות לרעש מוגבר12. בדומה לכל האלקטרודות המוצקות, יש להתנות מיקרואלקטרודים לפני הניתוח. טכניקת ההקדמה או ההפעלה המתאימה היא ליטוש מכני להשגת משטח חלק, ואחריו שלב מיזוג אלקטרוכימי או כימי, כגון רכיבה פוטנציאלית על מגוון מסוים באלקטרוליט13 מתאים.

קורות חיים משמשים בדרך כלל פילמור אלקטרוכימי של PEDOT על ידי החדרת אלקטרודות בפתרון מונומר הכולל אלקטרוליט ממס מתאים ו dopant. טכניקה אלקטרוכימית זו מועילה במתן מידע כיווני כגון הפיך של ניהול תהליכי סימום פולימריים ומספר האלקטרונים המועברים, מקדמי דיפוזיה של ניתוחים, ויצירת מוצרי תגובה. מאמר זה מתאר כיצד שני אלקטרוליטים שונים המשמשים לאלקטרופולימריזציה של PEDOT יכולים ליצור סרטי ננו-מבנה דקים עם יישום חישה פוטנציאלי התלוי במורפולוגיה ובמאפיינים מהותיים אחרים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. הכנת פתרונות אנליטיים

  1. הכנת 0.1 M EDOT בתמיסה אורגנית
    1. שקול 0.213 גרם של LiClO4 והעבר אותו לבקבוק נפחי של 20 מ"ל.
    2. השתמש צילינדר מדידה לקחת 20 מ"ל של מחשב מהבקבוק.
    3. הוסף מחשב לבקבוק נפחי של 20 מ"ל המכיל LiClO4. מערבבים את הפתרון על ידי הצבת הבקבוקון באמבטיה קולית במשך 30 דקות. העבר את הפתרון לבקבוקון זכוכית 20 מ"ל.
    4. מכסים את הבקבוקון בנייר אלומיניום ומכניסים מחט ארוכה המחוברת לצינור חנקן לתמיסה לדגה במשך 10 דקות. לאחר מכן, להסיר את רדיד האלומיניום לכסות את הבקבוקון בחוזקה.
      הערה: הכינו את LiClO4 טרי ביום הניסוי.
    5. לפני הבדיקה האלקטרוכימית, העבר 1 מ"ל של פתרון LiClO4 המוכן (0.1 M) לתא אלקטרוכימי (ראה טבלת החומרים).
    6. השתמש micropipette (10-100 μL) כדי להוסיף 10.68 μL של מונומר EDOT (צפיפות: 1.331 g / mL) לתא האלקטרוכימי המכיל את הפתרון מוכן LiClO4 .
    7. הפעל את שיטת CV (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי קורות חיים) כדי להתחיל אלקטרופולימריזציה של EDOT על פני השטח החשוף Au microelectrode לאחר החדרת כל הגדרות אלקטרודה בפתרון. השתמש באלקטרודה מותאמת זו כדי לאפיין את פני השטח על ידי סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM).
    8. כדי להשתמש באלקטרודה שונה זו למטרות חישה, תחילה התאקלם פני השטח שלה לפתרון מימי על ידי הפעלת סריקות CV בפתרון נתרן perchlorate (NaClO4) (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי CV).
    9. השתמש במיקרו-אלקטרוניקה אורגנית זו שעברה שינוי PEDOT והתאקלם (מ- 1.1.8) כדי להפעיל קורות חיים (ראה סעיף 3.4 לפרמטרי קורות החיים שלה) של פתרון מאגר פוספט שישמש כסריקת רקע.
      הערה: יש לשטוף את האלקטרודה לאחר כל שלב.
    10. לבסוף, הוציאו את האלקטרודה מתמיסת החיץ ללא שטיפה, והכניסו אותה מיד לפתרונות חומצות שתן או דגימות חלב להפעלת סריקות קורות חיים (ראו סעיף 3.4 לפרמטרי קורות חיים).
  2. הכנת 0.01 M EDOT בפתרון מימי
    1. השתמש micropipette לקחת 10.68 μL של EDOT ולהוסיף 1 מ"ל של ACN בבקבוקון זכוכית.
    2. הוסף 9 מ"ל של מים deionized (18.2 MΩ / ס"מ ב 25 °C (65 °F) לבקבוקון כדי להכין 10 מ"ל של פתרון EDOT 0.01 M.
    3. הוסיפו 0.11 גרם אבקת LiClO4 לפתרון EDOT המוכן כדי להשיג פתרון LiClO4 בגודל 0.1 מ' M, וערבבו בעדינות.
      הערה: הכינו את פתרונות האלקטרוליטים טריים ביום הניסוי.
    4. העבר את הפתרון המוכן לתא האלקטרוכימי והתחל אלקטרופולימריזציה של 0.01 M EDOT על פני השטח האלקטרודה בשיטת CV (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי CV) לאחר החדרת האלקטרודה בפתרון מימית / ACN.
    5. לאפיין את פני השטח של אלקטרודה שונה זו על ידי SEM.
  3. הכנת פתרון 0.1 M נתרן פרכלורט
    1. שקול 0.245 גרם של NaClO4 והעבר אותו לבקבוקון זכוכית המכיל 20 מ"ל של מים deionized (18.2 MΩ / ס"מ ב 25 °C (25 °F).
    2. השתמש בפתרון זה כדי להתאקלם על פני השטח של microelectrode Au שעבר שינוי אורגני PEDOT לתמיסה מימית ולהסיר EDOT עודף. לשם כך, לשטוף את האלקטרודה ולהכניס אותו לתוך פתרון NaClO4 ; לאחר מכן הפעל קורות חיים במשך 10 מחזורים (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי קורות חיים).
  4. מכין פתרון מאגר
    1. לשקול 13.8 גרם של נתרן דיהידרוגן פוספט (NaH2PO4. 1H2O) בסירת שקילה. מעבירים אותו לבקבוק נפחי של 500 מ"ל (כלומר, הכרך הסופי הנדרש) ומעליו עד לקו עם מים שעברו דה-יוניזציה (18.2 MΩ/ס"מ ב-25°C).
    2. מניחים את הבקבוקון באמבטיה קולית עד האבקה מתמוססת לחלוטין במים, וכתוצאה מכך פתרון 0.2 M.
    3. בסירת שקילה חדשה, שקול 17.8 גרם של דיסודיום מימן פוספט (Na 2HPO4. 2H2O) והעבר אותו לבקבוק נפחי נוסף של 500 מ"ל. מלאו אותו במים שעברו דה-יוניזציה כדי להשיג פתרון של 0.2 מ'. מניחים את הבקבוקון באמבטיה קולית כדי להתמוסס כראוי.
    4. ערבבו 62.5 מ"ל של תמיסת נתרן דיהידרוגן פוספט עם תמיסת דיסודיום מימן פוספט של 37.5 מ"ל בגליל מדידה והעבירו את התערובת לבקבוק זכוכית של 250 מ"ל (ראו טבלת החומרים). למעלה אותו עם עוד 100 מ"ל של מים deionized כדי לקבל 200 מ"ל של 0.1 M של תמיסת חיץ פוספט, pH 6.6. יש לשמור בקירור את מאגר הפוספט לשימוש ארוך טווח.
      הערה: הביאו את המאגר לטמפרטורת החדר לפני כל ניסוי.
  5. מכין פתרונות ניתוח יעד
    1. שקול 0.0084 גרם של חומצת שתן (UA) בסירת שקילה, ולהמיס אותו ב 50 מ"ל של חיץ פוספט (pH 6.6) בבקבוק נפחי כדי לקבל פתרון 1 מ"מ UA.
    2. Degas הפתרון על ידי טיהור חנקן במשך 10 דקות.
      הערה: מומלץ להכין את הפתרון של איחוד האמירויות הערביות טרי ביום הניסוי.
  6. הכנת דגימות חלב לניתוח
    1. קבל דגימת חלב מלאה וכמה דגימות חלב עם טעמים שונים (למשל, חלב אספרסו, שוקו קרמל / שוקו לבן, ושוקו בלגי) מסופרמרקט מקומי עבור אלקטרואנליזה. אין לטפל מראש או לדלל את דגימות החלב.
    2. השתמש micropipette 5 מ"ל לקחת 5 מ"ל של כל דגימת חלב מן הבקבוקים שנפתחו טריים.
    3. ראשית, הפעל קורות חיים של מאגר פוספט, pH 6.6, כאות רקע. לאחר מכן, מוסיפים את דגימת החלב 5 מ"ל לתא האלקטרוכימי, ומכניסים טריים ואורגניים, מיקרואלקטרודה Au שונה PEDOT ואלקטרודות אחרות לתוך דגימות החלב ולהפעיל קורות חיים. עיין בסעיף 4 של הפרוטוקול לקבלת אופן הניתוח של הנתונים שנאספו.
  7. הכנת פתרונות טיפול מקדים אלקטרודות
    1. שקול 0.2 גרם של אבקת נתרן הידרוקסיד (NaOH) והעבר אותו לבקבוק נפחי של 50 מ"ל כדי להכין פתרון של 0.1 M.
    2. השתמש בתמיסת 0.1 M NaOH כדי להסיר את שאריות ה- PEDOT שנוצרו על משטח המיקרואלקטרודה לאחר כל ריצה.
    3. השתמש פיפטה זכוכית כדי למשוך 27.2 מ"ל מבקבוק חומצה גופרתית 98% (H2SO4). מוסיפים אותו לאט מאוד לבקבוק נפח 1 L חצי מלא במים deionized.
    4. למעלה את הבקבוקון לקו עם מים deionized כדי להכין 1 L של פתרון 0.5 M H2SO4 .
      הערה: הכן פתרון H2SO4 תחת מכסה מנוע אדים לבטיחות. השתמש בפתרון H2SO4 בשלב הניקוי האלקטרוכימי הסופי של המיקרואלקטרודה.

2. טיפול מקדים של מיקרואלקטרודה זהב

  1. יש ללטש את המיקרואלקטרודה Au (קוטר 10 מיקרומטר, רוחב של 3.5 מ"מ x 7 ס"מ אורך) על כרית ליטוש אלומינה המונחת על צלחת ליטוש זכוכית (מידות: 3 אינץ' x ריבועים בגודל 3 אינץ') באמצעות תרחיף אלומינה למשך 30 שניות עם תנועות ידיים עגולות ושמונה צורות במהלך הליטוש.
  2. לשטוף את microelectrode Au עם מים deionized, להכניס אותו בקבוקון זכוכית המכיל 15 מ"ל של אתנול מוחלט (כיתה LR), ו ultrasonicate במשך 2 דקות.
  3. לשטוף את microelectrode Au עם אתנול ומים ושוב ultrasonicate אותו במשך 4 דקות במים deionized כדי להסיר אלומינה עודף מפני השטח אלקטרודה.
  4. לבסוף, להסיר זיהומים נוספים על ידי רכיבה על אופניים ב 0.5 M H2SO4 עבור 20 מקטעים בין פוטנציאל 0.4 ו 1.6 V (לעומת Ag / AgCl) בקצב סריקה של 50 mV / s. ודא שיש שתי פסגות ברורות עקב היווצרות והפחתת תחמוצת זהב בפוטנציאלים אנודיים וקתודיים עקביים בכל פעם שהאלקטרודה מנוקה ב- H2SO4.

3. טכניקת וולטמטריה מחזורית

  1. השתמש potentiostat מתאים כדי להפעיל קורות חיים כטכניקה אלקטרוכימית של עניין.
  2. הפעל את potentiostat ואת המחשב המחובר אליו. ודא שהמערכת מחוברת.
  3. כדי לבדוק את התקשורת בין המחשב למכשיר, הפעל את התוכנה והפעל את המכשיר. השתמש בפקודה בדיקת חומרה תחת תפריט התקנה . אם מופיעה שגיאת קישור שנכשלה , בדוק את הגדרות החיבור והיציאה.
  4. פתח את תוכנת potentiostat במחשב, ובתפריט התקנה, בחר טכניקה. מחלון הפתיחה, בחר את הוולטמטריה המחזורית (CV). שוב, חזור לתפריט ההתקנה ולחץ על פרמטרים כדי להזין את הפרמטרים הניסיוניים עבור הפעלת קורות החיים.
    1. השתמש בפרמטרי קורות החיים הבאים כדי להפעיל אלקטרופולימריזציה PEDOT באלקטרוליטים אורגניים על microelectrode Au חשוף: פוטנציאל ראשוני: -0.3 V, פוטנציאל סופי: -0.3 V, פוטנציאל גבוה: 1.2 V, מספר מקטעים: 8, שיעורי סריקה: 100 mV / s, כיוון: חיובי.
    2. השתמש בפרמטרי CV הבאים כדי להפעיל אלקטרופולימריזציה של PEDOT באלקטרוליטים מימיים / ACN במיקרואלקטרודה Au החשופה: פוטנציאל ראשוני: -0.3 V, פוטנציאל סופי: -0.3 V, פוטנציאל גבוה: 1.2 V, מספר מקטעים: 20, קצב סריקה: 100 mV/ s, כיוון: חיובי.
    3. השתמש בפרמטרי CV הבאים כדי להפעיל את שלב ההתאקלמות של microelectrode Au שעבר שינוי אורגני של PEDOT: פוטנציאל ראשוני: -0.2 V, פוטנציאל סופי: -0.2 V, פוטנציאל גבוה: 0.8 V, מספר מקטעים: 20, שיעורי סריקה: 100 mV/s, כיוון: חיובי.
    4. השתמש בפרמטרי קורות החיים הבאים עבור פתרונות סטנדרטיים של איחוד האמירויות הערביות ומאגר פוספט (pH 6.6) עם microelectrode Au חשוף: פוטנציאל ראשוני: 0 V, פוטנציאל סופי: 0 V, פוטנציאל גבוה: 1 V, מספר מקטעים: 2, שיעורי סריקה: 100 mV/s, וכיוון: חיובי.
    5. השתמש בפרמטרי קורות החיים הבאים עבור פתרונות סטנדרטיים של איחוד האמירויות הערביות ומאגר פוספט (pH 6.6) במיקרואלקטרודה Au המיוצרת באופן אורגני, שעבר שינוי PEDOT: פוטנציאל ראשוני: 0 V, פוטנציאל סופי: 0 V, פוטנציאל גבוה: 0.6 V, מספר מקטעים: 2, שיעורי סריקה: 100 mV/s, וכיוון: חיובי.
    6. השתמש בפרמטרים הבאים של קורות החיים עבור דגימות החלב ומאגר הפוספט (pH 6.6) על מיקרואלקטרודה Au המיוצרת באופן אורגני, שעבר שינוי PEDOT: פוטנציאל ראשוני: 0 V, פוטנציאל סופי: 0 V, פוטנציאל גבוה: 0.8 V, מספר מקטעים: 2, שיעורי סריקה: 100 mV/s, כיוון: חיובי.
  5. הכן שלוש תצורות אלקטרודה בתא אלקטרוכימי זכוכית כולל אלקטרודה עובדת (Au microelectrode (קוטר 10 מיקרומטר)), אלקטרודת ייחוס (למשל, כלוריד כסף / כסף (Ag / AgCl) ב 3 M נתרן כלורי (NaCl), ואלקטרודה מונה חוט פלטינה.
  6. העבירו את האלקטרודות הנקיות והמיובשות האלה דרך חורים של מחזיק אלקטרודה המחובר למעמד. לאחר מכן, מקם את המחזיק מעל התא האלקטרוכימי כדי להכניס את האלקטרודות בתמיסת המטרה או המדגם.
  7. ודא כי אין בועות על משטחי האלקטרודה.
    1. אם יש בועות, להסיר את האלקטרודות, לשטוף עם מים deionized שוב לטפוח יבש עם רקמה. מחזירים את האלקטרודות למחזיק הדוכן ובתמיסה.
    2. אם יש בועות סביב אלקטרודת הייחוס, הקש על הקצה בעדינות.
    3. אם יש בועות סביב אלקטרודת הדלפק לאחר שהוא מתחיל לרוץ, לנקות את אלקטרודת הדלפק. אם סריקת קורות החיים הופכת לרעשנית, נקה את משטח האלקטרודה ובדוק את חיבורי המערכת, החוטים והקליפים.
  8. ודא שכל שלושת חיבורי החוטים לעיון, עבודה ואלקטרודות מונה מחוברים כראוי ולאחר מכן התחל את הניסוי על-ידי לחיצה על הפעל בתחתית.
  9. תריץ את כל הניסויים בטמפרטורת החדר. עבור דגימות חלב, תן את הטמפרטורה של דגימות החלב להגיע לטמפרטורת הסביבה לפני הפעלת קורות חיים.

4. איסוף וניתוח נתונים

  1. לאחר הפעלת קורות חיים, שמור את הנתונים בתבנית הרצויה (CSV או Bin) בתיקיה ולאחר מכן השתמש במקל זיכרון USB כדי לאסוף אותם. נתח את הנתונים באמצעות תוכנה מתאימה. המר קבצי CSV לגיליונות אלקטרוניים לניתוח קל יותר.
    הערה: אם הנתונים נשמרים בתבנית של קובץ בינארי, המר אותם לתבנית של פסיק טקסט לפני איסוף נתונים במקל זיכרון מסוג USB.
  2. כדי לנתח את קורות החיים של דגימות חלב, להפחית את קורות החיים של חלב מן CV הרקע (כלומר, קורות חיים של חיץ פוספט (pH 6.6) נלקח לפני הפעלת כל מדגם חלב) כדי לייצר עקומות עקב חמצון פרופיל חלב.

5. טכניקות לאפיון PEDOT

  1. השתמש בסוג מסוים של SEM בעל ביצועים גבוהים כדי לאפיין את שכבות ה- PEDOT המיוצרות באלקטרוליטים שונים.
    הערה: כאן, FEI Quanta 200 ESEM FEG שימש; הוא מצויד באקדח פליטת שדה Schottky (FEG) לרזולוציה מרחבית טובה יותר. מכשיר זה מספק מצבי עבודה שונים כגון ואקום גבוה, ואקום נמוך ומצבי SEM סביבתיים ומצויד בגלאי SiLi (ליתיום נסחף) Super Ultra-Thin Window EDS.
  2. בדוק את המורפולוגיה על פני השטח של מיקרואלקטרודים Au (PEDOT-Au) שעברו שינוי PEDOT על ידי SEM לאחר אלקטרופולימריזציה של PEDOT בפתרונות אורגניים ומימיים. בצע את אלקטרופולימריזציה PEDOT על microelectrodes Au חשוף בפתרונות מימיים / ACN ואורגניים מיד לפני בדיקתם על ידי SEM.
  3. מניחים את האלקטרודות החדשות שהוכנו (מיקרואלקטרודה Au חשופה ושניים מהמיקרואלקטרודים של PEDOT-Au) על במת ה- SEM אופקית, כשראשם מעל הבמה בזווית מסוימת.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

וולטמטריה מחזורית היא טכניקה קלה ליצירת שכבת PEDOT דקה על משטח Au microelectrode כדי להגביר את מוליכות אלקטרודה ורגישות במהלך חישה אלקטרוכימית של ניתוחי מטרה. פרוטוקול זה מדגים את שיטת האלקטרופולימריזציה של 0.1 M EDOT מפתרון אורגני לעומת 0.01 M EDOT מפתרון אלקטרוליט מימי. הפעלת 10 מחזורים בפתרון מימי/ACN גורמת לצמיחה מתונה של PEDOT דומה לזו שנצפתה עם 4 מחזורים בפתרון LiClO4/PC. איור 1 מראה הבדל מובהק בין EDOT אלקטרופולימרי בפתרונות מימיים/ACN ואורגניים, כאשר שכבות ה-PEDOT הבאות נו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

שיטת קורות החיים מאפשרת מדידה מהירה ופשוטה של ניתוחים שונים במזונות, יין ומשקאות, תמציות צמחים ואפילו דגימות ביולוגיות. טכניקה זו מייצרת מגוון רחב של נתונים, כולל פוטנציאל שיא חמצון/הפחתה, ערכי שיא נוכחיים של ניתוח היעד (פרופורציונלי לריכוז), וכל הערכים הנוכחיים והפוטנציאליים האחרים לאחר כל הפעלת קורות חיים. למרות שהשימוש בקורות חיים הוא קל יחסית, לעתים יש להמיר את הנתונים שנאספו מקבצים בינאריים לתבנית פסיק טקסט, בהתאם למערכת potentiostat המשמשת. לדוגמה, במקרה של מכשיר CH, ניתן לשמור את הנתונים בתבניות פסיק טקסט או CSV י...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

הודות למימון שניתן על ידי משרד העסקים, החדשנות והתעסוקה של ניו זילנד (MBIE) במסגרת תוכנית "חיישנים בעלי ביצועים גבוהים".

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
AcetonitrileBaker ניתח HPLC Ultra Gradient Solvent75-05-8HPLC
כיתה כרית ליטוש אלומינהBASi, ארה"בMF-1040צבע שזוף/קטיפה
חלב שוקולד בלגיחברת החלב Puhoi Valley, אוקלנד, NZ_Buy מסופרמרקט מקומי
חלב קרמל/שוקולד לבןחברת החלב Puhoi Valley, אוקלנד, NZ_קנה מ סופרמרקט מקומי
CHמכשיר CH Instruments, Inc. USA_Model
CHI660E אלקטרודה נגדיתBASi, ארה"בMW-1032חוט פלטינה באורך 7.5 ס"מ (קוטר 0.5 מ"מ) אלקטרודת עזר/נגד, 99.95% טוהר
דיסודיום מימן פוספט (Na2HPO4, 2H2O)Scharlau Chemie SA, ברצלונה, ספרד10028-24-7שוקל 17.8 גרם
בקבוק דוראןאוניברסיטת אוקלנד_כלי הזכוכית יוצרו באופן מקומי באוניברסיטת אוקלנד
תא אלקטרוכימיBASi, ארה"MF-1208  נפח 5-15 מ"ל,
ליטוש אלקטרודות זכוכית מתלה אלומינהBASi, ארה"בCF-10507 מ"ל של 0.05 ומיקרו; m גודל חלקיקים אלומינה פולנית
חלב אספרסוחברת החלב Puhoi Valley, אוקלנד, NZ_קנה מהסופרמרקט
המקומי 3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT), 97%Sigma-Aldrich126213-50-1קח 10.68 μ L מבקבוק
FEI ESEM Quanta 200 FEGUSA_SEM מצויד באקדח פליטת שדה שוטקי (FEG) לרזולוציה מרחבית אופטימלית. ניתן להשתמש במכשיר במצב ואקום גבוה (HV), מצב ואקום נמוך (LV) ומה שנקרא מצב ESEM (SEM סביבתי).
מיקרואלקטרודה זהבBASi, ארה"בMF-2006אלקטרודה עובדת (10 μ קוטר m)
ליתיום פרכלורט, מגיב ACS, ≥ 95%סיגמא-אולדריץ'7791-03-9הכינו תמיסה של 0.1 מ'
מיקרופיפטותEppendorf_10-100 μ L ו-100-1000 נפחים
MilliQ מיםThermo Scientific, USA_18.2 MΩ/cm ב-25° C, מערכת טיהור מים יהלום Barnstead Nanopure
פרופילן קרבונט, נטול מים, 99.7%Sigma-Aldrich108-32-7קח 20 מ"ל מהבקבוק
אלקטרודת ייחוסBASi, ארה"MF-2052אלקטרודה כסף/כסף כלוריד (Ag/AgCl) תישמר ב-3 M נתרן כלוריד
חלופי צלחת ליטוש זכוכיתBASi, ארה"בMF-2128צלחת זכוכית כמעמד לחיבור כרית הליטוש עליה
נתרן דימימן פוספט  (NaH2PO4, 1H2O)Sigma-Aldrich10049-21-5שוקל 13.8 גרם
פניני נתרן הידרוקסיד, ARECP-מגיב אנליטי1310-73-2הכינו תמיסה של 0.1 M
נתרן פרכלורט, מגיב ACS, ≥ 98%סיגמא-אולדריץ'7601-89-0הכינו תמיסה של 0.1 מ'
חומצה גופרתית (98%)Merck7664-93-9הכינו תמיסה של 0.5 מ'
חומצת שתןסיגמא-אולדריץ'69-93-2הכינו תמיסה של 1 מ"מ
חלב מלאחברת חלב עוגן, אוקלנד, ניו זילנדחלב כובע כחול, קנו בסופרמרקט המקומי
ב ב

מקורות

  1. Guimard, N. K., Gomez, N., Schmidt, C. E. Conducting polymers in biomedical engineering. Progress in Polymer Science. 32 (8), 876-921 (2007).
  2. Cui, X., Martin, D. C. Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).
  3. Hong, S. Y., Marynick, D. S. Understanding the conformational stability and electronic structures of modified polymers based on polythiophene. Macromolecules. 25 (18), 4652-4657 (1992).
  4. Kundu, K., Giri, D. Evolution of the electronic structure of cyclic polythiophene upon bipolaron doping. Journal of Chemical Physics. 105 (24), 11075-11080 (1996).
  5. Thomas, C. A., Zong, K., Schottland, P., Reynolds, J. R. Poly(3,4-alkylenedioxypyrrole)s as highly stable aqueous-compatible conducting polymers with biomedical implications. Advanced Materials. 12 (3), 222-225 (2000).
  6. Yamato, H., Ohwa, M., Wernet, W. Stability of polypyrrole and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) for biosensor application. Journal of Electroanalytical Chemistry. 397 (1-2), 163-170 (1995).
  7. Latonen, R. -M., et al. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) based enzyme-electrode configuration for enhanced direct electron transfer type biocatalysis of oxygen reduction. Electrochimica Acta. 68, 25-31 (2012).
  8. Liu, K., Xue, R., Hu, Z., Zhang, J., Zhu, J. J. Electrochemical synthesis of acetonitrile-soluble poly(3,4-ethylenedioxythiophene) in ionic liquids and its characterizations. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 9 (4), 2364-2367 (2009).
  9. Cui, X., Martin, D. C. Fuzzy gold electrodes for lowering impedance and improving adhesion with electrodeposited conducting polymer films. Sensors and Actuators A: Physical. 103 (3), 384-394 (2003).
  10. Wilks, S. J., Richardson-Burn, S. M., Hendricks, J. L., Martin, D., Otto, K. J. Poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) as a micro-neural interface material for electrostimulation. Frontiers in Neuroengineering. 2, 7(2009).
  11. Pranti, A. S., Schander, A., Bödecker, A., Lang, W. Highly stable PEDOT:PSS coating on gold microelectrodes with improved charge injection capacity for chronic neural stimulation. Proceedings. 1 (4), 492(2017).
  12. Štulík, K., Amatore, C., Holub, K., Marecek, V., Kutner, W. Microelectrodes: Definitions, characterization, and applications (Technical report). Pure and Applied Chemistry. 72 (8), 1483-1492 (2000).
  13. Štulík, K. Activation of solid electrodes. Electroanalysis. 4 (9), 829-834 (1992).
  14. Motshakeri, M., Travas-Sejdic, J., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Rapid electroanalysis of uric acid and ascorbic acid using a poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-modified sensor with application to milk. Electrochimica Acta. 265, 184-193 (2018).
  15. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Travas-Sejdic, J., Kilmartin, P. A. Electrochemical study of gold microelectrodes modified with PEDOT to quantify uric acid in milk samples. Electroanalysis. 32 (9), 2101-2111 (2020).
  16. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Application of cyclic voltammetry to analyse uric acid and reducing agents in commercial milks. Food Chemistry. 293, 23-31 (2019).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

PEDOT

מאמרים קשורים