Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Nafion kaplı imalatı, mikrobiyal fermantasyon sırasında gerçek zamanlı monitör pH grafen oksit/Polyaniline Chemiresistive sensör azaltılmış

Published: January 7, 2019 doi: 10.3791/58422

Summary

Burada, bir Nafion kaplı, polyaniline functionalized, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit chemiresistive mikro pH sensörü imalatı için protokol raporu. Bu chemiresistor tabanlı, katı hal mikro pH sensör pH değişiklikleri algılayabilir Lactococcus lactis Fermantasyon işlemi sırasında gerçek zamanlı.

Abstract

Burada, polyaniline functionalized, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit (ERGO-PA) dayalı bir katı hal mikro pH sensör mühendislik raporu. Mamüllerinin azaltılmış grafen oksit iletken katman olarak davranır ve polyaniline bir pH duyarlı katman olarak davranır. Polyaniline pH bağımlı iletkenlik delik protonation sırasında doping ve delik deprotonation sırasında dedoping oluşur. Biz bir ERGO-PA katı hal elektrot gibi fermantasyon süreçlerinde fonksiyonel değildi bulundu. Fermantasyon işlemi sırasında bakteri üretir mamüllerinin etkin türler elektrot Yanıt ile müdahale. Biz başarıyla ERGO-PA bir proton iletken katman olarak Nafion uygulanan Nafion kaplanmış elektrotlar (ERGO-PA-NA) 1,71 Ω/pH (pH 4-9) chemiresistive sensör ölçümleri için iyi bir duyarlılık gösterin. ERGO-PA-NA elektrot test gerçek zamanlı olarak Lactococcus lactisfermantasyon. L. lactis, büyüme sırasında ortamın pH, pH 7.2 4.8 ve 294.5 Ω 288.6 Ω (5.9 Ω 2.4 pH birim başına) değiştirildi ERGO-PA-NA katı hal elektrot dayanıklılığını pH için değişti. Geleneksel cam tabanlı pH elektrodu Yanıt ile karşılaştırıldığında ERGO-PA-NA elektrot pH yanıt başvuru daha az katı hal microsensor diziler başarılı bir mikrobiyolojik fermantasyon çalışması gösterir.

Introduction

pH birçok kimyasal ve biyolojik süreçlerinde önemli bir rol oynar. Hatta küçük değişiklikler olarak pH değeri süreci değiştirmek ve işleminin sonucunu olumsuz yönde. Bu nedenle, izlemek ve deneyler her aşamasında pH değeri denetlemek gereklidir. Her ne kadar bir cam elektrot kullanımı pH ölçmek için bazı sınırlamaları pozlar cam tabanlı pH elektrodu başarıyla birçok kimyasal ve Biyolojik süreçler, pH izlemek için kullanılır. Cam tabanlı pH elektrodu nispeten büyük, kırılgan ve elektrolit örnek içine küçük sızdırmazlık mümkündür. Ayrıca, elektrot ve elektronik uygulamalarında 96-şey tarama nispeten pahalı fermantasyon sistemleri. Ayrıca, elektrokimyasal sensörler invaziv ve örnek tüketmek. Bu nedenle, non-invaziv, başvuru-az sensörler kullanmak için daha avantajlıdır.

Günümüzde, bu microsystems gelişmiş işlem denetimi, kendi makro üzerinde pek çok avantajı ile birlikte sistem analogları sağlamak olarak küçültülmüş tepki sistemleri birçok Kimya Mühendisliği ve biyoteknoloji uygulamaları tercih. İzlemek ve minyatür bir sistem parametreleri denetlemek için zor bir görev, örneğin ölçmek için sensör, pH ve O2boyutları, de en aza gerekir. Biyolojik sistemler için microreactors başarılı üretim süreci izlemek için analitik araçlar farklı türleri gerektirir. Bu nedenle, akıllı microsensors gelişimi microreactors biyolojik süreçleri yürütmek önemli bir rol oynamaktadır.

Son zamanlarda, karbon nanotüpler gibi malzeme algılama ve iletken polimerler1chemiresistive kullanarak akıllı pH sensörleri geliştirmek için çeşitli girişimler olmuştur. Bu chemiresistive sensörler hiçbir referans elektrot gerektirir ve elektronik devreleri ile entegre etmek kolay. Başarılı chemiresistive sensörleri ve non-invaziv olduğundan maliyet-etkin ve basit-e doğru üretmek, test etmek için küçük bir birim gerektirir akıllı algılayıcılar üretmek mümkün olun.

Burada, bir elektrot polyaniline functionalized, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit ile geliştirmek için bir yöntem raporu. Chemiresistive elektrot bir L. lactis fermantasyon sırasında bir pH sensör çalışır. L. lactis gıda fermantasyon ve gıda koruyucu uygulamaları kullanılan laktik asit üreten bir bakteridir. Fermantasyon sırasında laktik asit üretimi pH düşürür ve bakteri düşük pH2,3,4büyüyen durur.

Peptidler, tuzları ve ile sensör yüzey5,6,7,8,9müdahale eğilimi redoks molekülleri içeren karmaşık bir kimyasal ortam fermantasyon ortamıdır. Bu çalışmada chemiresistive malzeme uygun yüzey koruma katmanı ile temel bir pH sensör karmaşık fermantasyon medya bu tür pH ölçmek için kullanılan olabilir gösterir. Bu çalışmada, başarılı bir şekilde Nafion polyaniline kaplı, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit koruma katmanı olarak pH ölçmek için kullandığımız bir L. lactis fermantasyon sırasında gerçek zamanlı.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. hazırlanması grafit oksit

Not: Grafit oksit Hummers yöntemi10,11göre hazırlanır.

  1. 4 ve heyecan çözüm grafit kadar tamamen dağınık grafit 69 mL konsantre H2içine 3 g ekleyin. Sodyum nitrit 1.5 g ekleyin ve karıştırma sırasında 1 h için bırakın. O zaman, kapsayıcı bir buz banyosu içinde yer.
  2. 9 g potasyum permanganat dağılım ekleyin ve buz banyosu konteyner kaldırın. Oda sıcaklığına kadar ısınmak çözüm sağlar.
  3. İlk olarak, 138 mL distile su dropwise ekleyin. O zaman, 420 mL distile su eklemeye devam edin. 15 dakika bir aspiratör kullanarak 90 ° C sıcaklıkta korumak. %30 hidrojen peroksit 7.5 mL dağılımı için ekleyin.
  4. Santrifüjü 10.000 x g 20 dk için de tarafından ürün toplamak ve süpernatant çözüm atın. Pelet 4 yıkama x sıcak çift distile su ve 2 x % 10 HCl (v/v) çözüm ile ile. Son olarak, yıkama 2 x ile etanol ve 50 ° c fırında kuru.

2. git yatırılır elektrot hazırlık

  1. 10 mg 10 mL su grafit oksit dağıtmak ve o zaman o bir ultrasonik banyo 6 h için solüsyon içeren temizleyicide.
  2. Unexfoliated grafit oksit pul için 2700 x g. atma, 30 dk aralıklarla tarafından katı parçacıklar Santrifüjü sonra kaldırın ve süpernatant daha fazla deneyler için kullanın.
    Not: Bu pullu GO pul dağılım hisse senedi çözüm olarak kullanılır.
  3. Git hisse senedi çözüm iki kat sulandırmak. Her zaman taze git çalışan bir çözüm hisse senedi çözümden hazırlayın.
  4. 2 µL gitmek çalışma çözüm bir maruz interdigitated altın elektrot (Şekil 1A ve Şekil 2) üstüne ekleyin. Döküm bıraktıktan sonra oda sıcaklığında 12 h için elektrot kuru. Git yatırılır elektrot bu.

3. git mamüllerinin azaltılmış Graphene oksit azalma

  1. Elektrot polydimethylsiloxane (PDMS) Elektrot tutucu (alt parça) yerleştirin. Üstünde tepe-in Şekil 1A - olduğu gibi gösterildiği gibi elektrot bir çözüm rezervuar olarak hizmet vermektedir 1 Celektrot sahibinin diğer bölümüne yerleştirin. Sahipleri iki parçalar birlikte iki ataç kullanarak kırpma tarafından topla. PDMS tutucu elektrot GO yatırılan bölümü kapsamaz emin olun.
  2. Damlalıklı 300 µL Reservoir 0.2 M fosfat tampon (pH 7). Sonra başvuru ve sayaç elektrot çözüm böyle bir şekilde elektrotlar git film, yüzeye yakın yerleştirilir Şekil 1 ciçinde gösterildiği gibi yerleştirin. Bu kurulum elektrokimyasal azaltma Go ve polyaniline ifade için gerçekleştirmek için bir elektrokimyasal hücre olarak hizmet vermektedir.
  3. Veri toplama için bir bilgisayara bağlı potansiyostat ile elektrotları bağlayın. Çevrimsel voltammetry elektrokimyasal azaltma için kullanın: 0 olarak-1.2 V potansiyel bir Aralık ve tarama hızı olarak 50 mV/s olarak seçin. Gerilim elektrot üzerinde 0 olarak-1.2 V 10 arasında geçiş yapmak x (Şekil 3).
  4. Deneme sonra Elektrot tutucu kaldırın ve tekrar tekrar çift distile su ile yıkayın. O zaman, elektrot 12 h için 101 ° c fırında kuru.
  5. Elektrot kuru olduğunda, elektrot Fırından çıkarın ve oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin. Sonra iletkenlik elektrot bir multimetre ile ölçmek. Elektrot şimdi bir mamüllerinin azaltılmış grafen oksit (ERGO) elektrot adlandırılır.

4. Polyaniline Functionalization, ERGO elektrot

  1. 10 mM anilin monomer polyaniline functionalization için hazır olun. Yani 10 mM anilin 1 M H25 ml 5 µL dağıtılması4.
  2. Polyaniline functionalization için çözüm havzanın anilin monomer 300 µL ekleyin. ERGO yatırılır elektrot Elektrot tutucu git azaltılması için yordamda açıklandığı şekilde yerleştirin.
  3. Çevrimsel voltammetry ERGO ERGA-polyaniline (ERGO-PA) functionalize için Anilin electropolymerization için kullanın: 0 için 0,9 V potansiyel bir Aralık ve tarama hızı olarak 50 mV/s olarak seçin. Gerilim elektrot üzerinde 0 için 0,9 V 50 arasında geçiş yapmak x (Şekil 4).
  4. Polyaniline birikimi sonra elektrot kaldırın ve tekrar tekrar çift distile su ile yıkayın. O zaman, elektrodu 80 ° c 12 h fırında kuru.
  5. Elektrot Fırından çıkarın ve bir multimetre ile elektrot iletkenlik ölçüm önce oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin.
  6. PH 5 arabellek çözüm pH 5 (bkz. Adım 5.1) kadar Britton-Robinson arabellek çözüm için 0.2 M NaOH ekleyerek hazırlayın. Elektrot pH 5 24 h için arabellekte tutmak.
    1. Britton-Robinson evrensel arabellek çözüm hazırlamak için 0,04 mol fosforik asit, asetik asitin 0,04 mol ve Borik asit 0, 8 L Ultrasaf Su aldı 0.04 mol karıştırın. İstenen pH4ulaşılana kadar 0.2 M sodyum hidroksit dropwise arabellek ekleyin. Son Hacim 1 L. olana ultrasaf su ekleyin

5. ERGO-PA elektrot test farklı pH (ön kalibrasyon önce Nafion kaplama)

  1. PH 5 tampon çözelti içinde elektrot sonra Merkezi Klima, farklı bir pH çözümlerinde elektrot dayanıklılığını ölçmek (pH 4 pH 9; için gelen bkz Şekil 5).
    1. Bu ölçüm için elektrot arabellek çözüm içine daldırma ve veri toplama bilgisayar kontrollü potansiyostat elektrot diğer parçası bağlanmak. PH 0.2 M NaOH ile titrating olarak değiştirin.
    2. Chronopotentiometry veya amperometry i-t eğrisi teknikleri listeden seçin ve bir 100 mV potansiyel farkı elektrot için geçerlidir.
      Not: Potansiyostat geçerli zamana karşı ölçer. Potansiyostat kontrol yazılım geçerli zamana karşı grafik gösterimini sağlar.
    3. Ohm Kanunu (direnci eşittir mevcut tarafından bölünmüş gerilim) kullanın ölçülen mevcut ve uygulanan gerilim direnç değerini hesaplamak için.
  2. Ölçümleri sonra 12 h için oda sıcaklığında elektrot kuru.

6. Nafion kaplı ERGO-PA elektrodu hazırlanması

  1. 5 µL 5 wt % Nafion ERGO-PA elektrot üzerine ekleyin ve elektrot, oda sıcaklığında 12 h için kuru.
  2. Nafion kaplama sonra elektrot pH 5 pH ölçümleri önce 24 h için arabellek çözümde tutun.
  3. Klima pH 5 içinde sonra Nafion kaplı ERGO-PA elektrot (ERGO-PA-NA) kaldırın ve pH 4 üzerinden elektrot için pH 5.1 (Şekil 6) bölümünde belirtildiği gibi 9 dayanıklılığını ölçmek.

7. L. lactis kültür orta hazırlanması

  1. 9.3 g M17 tozu 250 mL ultrasaf su ekleyin. Toz tamamen eriyene kadar yavaş yavaş çözüm tahrik. Basınçlı kap 15dk için 121 ° C'de çözüm.
  2. Manyetik karıştırıcı çubuk ile 250 mL steril şişe alıp 50 mL steril M17 orta şişesi için ekleyin. Sonra 8 mL autoclaved 1 M glukoz çözeltisi ekleyin. Daha önce aynı kültür ortamında yetiştirilen bir L. lactis kültürünün 10 µL çözümle aşılamak.
    Not: Bakteriyel zorlanma Jan Kok, moleküler genetik, Groningen Üniversitesi elde edildi.
  3. Flask inoculated kültür ortamı için 18 h ile bir manyetik karıştırıcı tabak 30 ° c karıştırma sırasında bir kuluçka fırında yerleştirin ve pH izlemek.

8. test ERGO-PA-NA pH yanıt L. lactis fermantasyon deney olarak

  1. ERGO-PA-NA elektrot L. lactis kültürün içine yerleştirin ve bir pamuk fiş ile kapatın. O zaman, 30 ° C'de L. lactisbüyümeye termostat set-up yerleştirin.
  2. 100 uygulamak mV elektrot ve ölçü geçerli zamana karşı.
  3. 0.5 mL numune farklı zaman noktalarda (bkz, örneğin, Şekil 7) çevrimdışı 600 optik yoğunluk ölçmek al nm ve geleneksel cam elektrot ile pH. Ölçümleri optik yoğunluk kültür bakteriler artık büyüyor değil gösteren sabit hale gelinceye kadar devam.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bir güçlü azaltma tepe civarında-V 1.0 (Şekil 3) görünümünü GO azalma resimli ERGO12,13,14,22. En üst nokta yoğunluğunu GO katmanlarda elektrot sayısına bağlıdır. Kalın siyah film tamamen elektrot altın teller kaplı. Bu noktada, git iki altın elektrot teli bağladığı iki yalıtılmış altın elektrot iletken. Anilin Electropolymerization yeşil bir film ERGO15,16,17,18,19,20,21tarihindeyatırılır, 22. Bu yeşil renk ERGO bir iletken polyaniline katmanda oluşumu bir göstergesidir. Polyaniline functionalization sonra artan ERGO elektrot (direnç azalış) iletkenlik.

Biz 4 ile 9 arasında bir pH ile bir çözümde ERGO-PA elektrot koyduğunuzda, geçerli değeri (Şekil 5) doping ve ERGO-PA (Şekil 2)22protonation/deprotonation işlemi sırasında delik dedoping nedeniyle arttı. ERGO-PA elektrot geçerli değeri ölçüm için istenen pH değeri Britton-Robinson arabellek çözüm 0.2 M NaOH ile titrating tarafından elde edildi. Bu nedenle, 0.2 M NaOH her ek için (Şekil 5 ve Şekil 6) elektrot geçerli değeri arttı. 0.2 M eklenmesi belirli bir pH NaOH durduğunda elektrot yanıt hemen kararlı.

Çözücü oda sıcaklığında buharlaşıp sonra proton iletken Nafion ince bir film kurdu. Elektrot iletkenlik değildi çok etkilenen, ama bir kaç ohm direnç değeri fark oluştu ve ERGO-PA elektrot temel geçerli değeri değişti. ERGO-PA elektrot, ne zaman tampon çözeltinin pH 4'ten 9'a, değişik Şekil 618içinde gösterildiği gibi değişti ERGO-PA-NA elektrot dayanıklılığını benzer.

ERGO-PA-NA elektrot L. lactis kültür içine yerleştirerek sonra geçerli başlangıçta azalmış ve istikrarlı bir değer ulaşmak için biraz zaman aldı. Bir kez başladı L. lactis büyüme, ERGO-PA-NA geçerli yavaş yavaş azaldı. Geçerli azalma üstel büyüme-aşamasında L. lactis , hızlandırılmış ve istikrarlı bir büyüme (Şekil 7)18sonunda ulaştı. Geçerli son değeri (ya da direnç) Şekil 7ilave gösterildiği gibi arabellek çözüm (pH 4-7), test ERGO-PA-NA elektrot geçerli değerini karşılaştırılabilir.

Figure 1
Şekil 1: (sol) alt ve üst (sağda) bölümünde PDMS Elektrot tutucu görüntülerini. (A) (B) başvuru ve (C) sayaç elektrot ile birleştirilmiş hücre. (D) ölçek çubuğu santimetre ile interdigitated altın elektrot. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: ERGO grafik olarak gösterilmesi ile ERGO PA yatırılır interdigitated altın elektrot şematik ve PA oluşumu. Görüntü de delik ERGO-PA üzerinde protonation sırasında doping gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: 50 mV/s. tarama oranında farklı GO konsantrasyonları ile gitmek azaltılması çevrimsel voltammetry Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: 50 mV/s. tarama oranında polyaniline yükünün çevrimsel voltammetry İlk 10 inceden inceye gözden geçirmek--dan 50 toplam gösterilir. Dikey ok geçerli artış eğilimini taramalar sırasında işaretler ve gerilim tarama yönünü Yatay oklar işaretleyin. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: ERGO-PA elektrot pH 4-9 karşı direnç değeri. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: ERGO-PA-NA elektrot pH 4-9 karşı direnç değeri. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7: ERGO-PA-NA L. lactis fermantasyon sırasında gerçek zamanlı sürekli pH değişikliği. İlave pH 4-7 Britton-Robinson arabellek çözümde ölçülen ERGO-PA-NA beklenen direnç değerini gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Git tamamen katmanlar şarttır altın elektrot tel gitmek birikimi sonra kapak. Eğer altın elektrotlar ile gitmek kapsamına girmez, polyaniline sadece ERGO aynı zamanda görünür altın elektrot teller doğrudan yatıracaktır değil. Polyaniline altın elektrot teller üzerinde birikimi elektrot performansına etkilerine sahip olabilir. ERGO gidin azaltma sonra elektrot 100 ° C'de ERGO katman ve altın elektrot teller arasındaki bağı güçlendirmek için kurutulur. Elektroda direnç üzerinde altın elektrotlar yatırılır GO katman sayısını bağlı olarak değişir. Bu nedenle, her elektrot için go konsantrasyon aynı olması önemlidir ve ölçüm devre ile uyumlu olan önceden belirlenmiş belirtilen aralıktaki bir dirençle elektrot üretimi zordur. Bu kolay seri üretim elektrot sınırlar.

Azaltılmış grafen oksit/polyaniline bir elektrokimyasal yöntem tarafından hazırlanması diğer bildirilen hazırlama yöntemleri üzerinde bazı avantajları vardır. Burada sunulan elektrokimyasal Yöntem güçlü azaltmak ve oksitleyici ajanlar gerektirmez (Örn., hidrazin ve amonyum Persülfat)23,26. Buna ek olarak, malzeme doğrudan elektrot yatırılır ve başka işleme imalat işleminin daha hızlı ve daha kolay yapmak gerekli. Git mamüllerinin azaltılmış situ içindeolduğundan, pH elektrodu daha sağlam hale altın ve graphene arasında iyi bir bağlantı sağlanır.

ERGO-PA elektrot pH 3 ile 9 arasında bir tampon Nafion uygulamadan önce sıcaklığına (veri gösterilmez) elektrot duyarlılığını geliştirmek. Bu adımı ihmal daha 24 h kullanmadan önce bir tampon pH 5 ERGO-PA-NA elektrot iliklerine kadar gerektirir.

Ayrıca, ERGO-PA elektrot Nafion uygulamadan önce kuru olmalıdır. Islak bir ERGO-PA elektrot ERGO-PA ve Nafion arasındaki sulu bir katmanda sonuçlandı ve pH sensör tepki süresi arttı. Direnç veya farklı pH çözümlerinde ERGO-PA-na ölçülen geçerli elektrotları arasında çeşitli. Büyük olasılıkla bu varyasyon direnç veya geçerli elektroda için altın elektrot teller yatırılır GO katman sayısını farkı tarafından kaynaklanır. Tıpkı diğer pH Elektrodları ile ERGO-PA-NA elektrot uygun kalibrasyon güvenilir pH değerlerini elde etmek gereklidir.

L. lactis kültür içinde elektrot koyduktan sonra bir başlangıç sabitleme zaman sabit bir akım elde etmek gereklidir. L. lactis fermantasyon başlangıç pH 7.2 arasındadır. L. lactisbüyüme sırasında biyokütle ve laktik asit fermantasyonu sıvı acidifies içine glikoz dönüştürülür. Büyüme fermantasyon orta pH uygun büyüme desteklemek için çok düşük olduğunda veya hiçbir glikoz sol olduğunda durur. Geçerli (veya direnç) değerini ERGO-PA-NA öncesi ve sonrası büyüme ERGO-PA-NA daha önce farklı tampon çözeltiler kalibre geçerli (veya direnç) değerine eşittir. L. lactis fermantasyon orta ilk pH ve bitiş pH geleneksel cam pH elektrodu kullanarak teyit edildi.

PH sensörü kolayca şirket içinde ucuz kimyasallar kullanarak imal edilebilir. Düşük üretim maliyeti araştırmacılar bu elektrot vardı çok sayıda pH Elektrodları uygulamalarında kullanmak izin gerekli olan (Örneğin, bir bakteriyel fermantasyon tarama platformda). PH elektrodu başka bir uygulamada difüzyon KCl geleneksel cam pH elektrodu üzerinden ölçüm çözüm içine nerede istenmediğinde durumlarda öngörülüyor. PH elektrodu bu protokol örnek yaygın hiçbir dahili sıvı vardır.

Şu anda kullanılabilir kablosuz elektronik devreleri1,27 chemiresistive sensörünün uyumluluk kolayca kablosuz pH sensörleri kullanarak uygulamaları geliştirmelerine olanak sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Yazarlar Groningen Üniversitesi finansal destek için kabul.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Graphite flakes Sigma Aldrich
Sulfuric acid (H2SO4) Merck
Sodium nitrite (NaNO2) Sigma Aldrich
Potassium permanganate (KMnO4) Sigma Aldrich
30 % H2O2 Sigma Aldrich
HCL Merck
Aniline Sigma Aldrich
5wt % Nafion Sigma Aldrich
M17 powder BD Difco
Phosphoric acid (H3PO4) Sigma Aldrich
Boric acid (HBO3) Merck
Acetic acid Merck
Sodium Hydroxide Sigma Aldrich
Potassium dihydrogen phosphate Sigma Aldrich
Dipostassium hydrogen phosphate Sigma Aldrich
Au Interdigitated electrodes BVT technology - CC1 W1
Potentiostat CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Biyomühendislik sayı 143 indirimli grafen oksit polyaniline chemiresistor potentiometric pH sensör microsensor bakteriyel fermantasyon
Nafion kaplı imalatı, mikrobiyal fermantasyon sırasında gerçek zamanlı monitör pH grafen oksit/Polyaniline Chemiresistive sensör azaltılmış
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chinnathambi, S., Euverink, G. J.More

Chinnathambi, S., Euverink, G. J. Manufacturing of a Nafion-coated, Reduced Graphene Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor to Monitor pH in Real-time During Microbial Fermentation. J. Vis. Exp. (143), e58422, doi:10.3791/58422 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter