Name: Grafene ossido nanoibrido film sottile elettrodi serigrafati Iridium ossido-riduzione modificato come usa e getta di carta elettrochimica microfluidici pH Sensori (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 15 s
Description: Scopri la sintesi elettrochimica di film sottili nanobridi IrO2-RGO per sensori pH portatili su carta microfluidica. Questo metodo consente misurazioni rapide e accurate del pH in campo con bassi volumi di campione.

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Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione della Cisterna e la politica (WEP) NSF Industria / Università Cooperative Research Center (I / UCRC). Gli autori sono anche grati al Hjalmar D. e Janet W. Bruhn Fellowship e Louis e Elsa Thomsen Wisconsin Distinguished Graduate Fellowship fornito JY a UW-Madison

1. μPAD ed apparato Preparation <ol><li> Incidere una scanalatura 500 micron sul supporto in plastica inferiore per alloggiare SPE con ABS o foglio di plastica compatibile dalla tridimensionale (3D) fresatrice e bit di fresatura, che ha 1,6 mm di diametro. Tenere SPE e μPAD saldamente in posizione durante il test con il supporto (Figura 1A). </li><li> Effettuare un timbro e un coperchio vuoto con tavoletta resina sintetica o foglio di plastica compatibile con i modelli convesse e concave, rispettivamente, dalla fresatrice 3D, per modello PDMS idrofobi ostacoli sulla carta pad. <ol><li> Preparare una miscela di PDMS pre-polimero e reticolante nel rapporto di 10: 1 o come suggerito dal produttore, mescolare con spatola e applicare quantità appropriata sulla superficie convessa del timbro PDMS. </li></ol></li><li> Posizionare il timbro sulla cima di un pad carta filtro pre-tagliare alla misura desiderata e poi il coperchio vuoto sul lato opposto del timbro sulla carta. applicare vacuum fino a 30 sec da una pompa a vuoto ad azionamento manuale. Rimuovere il tampone di carta dal coperchio timbro e vuoto, e cuocere in forno ventilato per 10 min a 80 ° C per indurire il PDMS fantasia (Figura 1B). Il pad di carta risultante ha un circa 0,2 cm regione 2 di rilevamento e 1 cm x 0,4 cm campione idrofilo regione traspirazione. Nota: prendere precauzioni speciali sulla quantità di PDMS applicati e tempo di vuoto per evitare ogni possibile contaminazione PDMS nella regione idrofila interna della carta da filtro in cui sono trasferiti i campioni liquidi. </li></ol> 2. Modifica delle SPE con iro 2 -RGO nanoibrido Film Sottili <ol><li> Goccia gettato 3 ml di come preparati 1 mg ∙ ml -1 GO soluzione sul grafitica carbonio elettrodo di lavoro di SPE con una micropipetta e lasciare asciugare a temperatura ambiente in una capsula di Petri. Eliminare un tampone PBS pH 5.0 con N 2 per 20 minuti, immergere la SPE nei 10 ml disaerato tampone PBS, mantenendo N &lt;sub&gt; 2 che scorre, e condurre 100 cicli di ripetitivi potenziale ciclismo catodico da 0,0 a -1,5 V per ridurre elettrochimicamente andare in RGO. Risciacquare la SPE con acqua deionizzata in una bottiglia spruzzo e asciugare a temperatura ambiente. Nota: fogli vanno bene-espansa, stabilizzate da repulsione elettrostatica, sono da polvere di grafite usando modificato il metodo di Hummer come riportato altrove 7. L&#39;omogeneità della pellicola RGO as-sintesi è importante, perché serve come supporto di carbonio per un&#39;ulteriore crescita di IRO 2 film sottili. </li><li> Rendere 100 ml IRO soluzione 2 deposizione composto di 0,15 g di iridio tetracloruro (IrCl 4), 0,6 ml di 50% (w / w) di perossido di idrogeno (H 2 O 2) e acido ossalico 0,5 g disidratare aggiungendoli in acqua deionizzata. Gradualmente aggiungere piccole quantità di carbonato di potassio anidro sotto agitazione fino a quando il pH raggiunge 10,5 certificato un pHmetro lab-based. Poi, soluzione si giallastro. L&#39;invecchiamento la soluzione per 48 ore a camera tempere, poi il suo colore è finalmente diventando blu pallido. </li><li> Mettere il RGO-SPE nella soluzione di deposizione sopra e applicare un potenziale costante di +0,6 V per 5 min. Lo spessore di IRO 2 pellicole sottili può essere controllata con precisione dal potenziale e tempo di deposizione. </li><li> Confermano la struttura della zona monitorata mediante SEM. Acquisire le immagini SEM seguendo le istruzioni presso il Materials Science Center presso l&#39;Università del Wisconsin-Madison, come abbiamo fatto prima del 7. </li></ol> 3. Costruzione di poco costoso e portatili pH-metri digitali <ol><li> Costruire un pH-metro poco costoso e miniaturizzato con display digitale inserendo sia in una serie di due amplificatori singolo LF356N operativi (amplificatori operazionali) o un transistor ad effetto di campo ad alta velocità INA111 (FET) -input amplificatore di strumentazione (ad alta impedenza di ingresso&gt; 10 12 Ω) sul tagliere di raggiungere sufficientemente elevata impedenza interna per misurazioni stabili. Nota: Tutte le parti sono facilmente accessibili da negozi di elettronica e può essere montato facilmente. </li><li> Utilizzare l&#39;iro 2 -RGO-SPE come la sonda pH e amplificatori operazionali come buffer guadagno unitario. Collegare due batterie alcaline di consumo V a terra 9 in serie per alimentare il pH-metro e collegare i cavi nella basetta in base alla disposizione dei pin di amplificatori operazionali. </li><li> Collegare il catodo e l&#39;anodo al pin 7 e 4. collegare anche le sonde positivi e negativi di un multimetro digitale al pin 6 e 5 di amplificatori operazionali, rispettivamente per misurare le letture di tensione di uscita e di visualizzazione. Elettrodi di riferimento e di lavoro dei SPE sono collegati ai pin 2 e 3 di conseguenza. Connessioni dettagliate sono illustrati nella Figura 1D. </li></ol> 4. Misure di pH <ol><li> Preparare 100 ml buffer BR con 0,04 M di acido equimolare fosforico, acido acetico e acido borico e mescolare con diversi volumi (5, 25, 42, 60, 78 e 98) di 0,2 M di idrossido di sodio (NaOH) per ottenere diversi pH da 2- 12 per la calibrazione. </li><li> Locate modellato μPAD sopra l&#39;area di rilevamento. Mount 60 ml campioni liquidi direttamente da una micropipetta nella zona idrofila del μPAD per traspirazione. La μPAD può essere tenuto in posizione con o senza coperchio in ABS, quando è bagnata. </li><li> Misurare il segnale di tensione tra la IRO 2 -RGO elettrodo di lavoro e l&#39;elettrodo di riferimento Ag / AgCl nel tempo sia con CHI 660D analizzatore elettrochimico lab-based o il pHmetro digitale portatile, quando i potenziali circuito aperto (OCP) diventano costante (potenziale variazioni &lt;5%). </li><li> Mantenere la regione sensibile bagnato immergendo il blocco di carta in campioni liquidi da testare, se necessario, per ottenere una migliore contatto elettrico così come letture stabili e riproducibili in funzionamento a lungo termine. I valori OCP steady-state registrate sono in media ad ogni valore di pH per determinare una curva di calibrazione. </li></ol>

<ol><li>Greenblatt, M., Shuk, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid-state+humidity+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Ionics%22%5BJournal%5D)">Solid-state humidity sensors.</a> Solid State Ionics. , 86-88, Part 2 995-1000 (1996).</li>
<li>Nie, Z., Nijhuis, C. A., Gong, J., Chen, X., Kumachev, A., Martinez, A. W., Narovlyansky, M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+sensing+in+paper-based+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices.</a> Lab Chip. 10, 477-483 (2010).</li>
<li>Yang, J., Nam, Y. G., Lee, S. -K., Kim, C. -S., Koo, Y. -M., Chang, W. -J., Gunasekaran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paper-fluidic+electrochemical+biosensing+platform+with+enzyme+paper+and+enzymeless+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+Actuators%2C+B%22%5BJournal%5D)">Paper-fluidic electrochemical biosensing platform with enzyme paper and enzymeless electrodes.</a> Sens. Actuators, B. 203, 44-53 (2014).</li>
<li>Delaney, J. L., Hogan, C. F., Tian, J., Shen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrogenerated+chemiluminescence+detection+in+paper-based+microfluidic+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Electrogenerated chemiluminescence detection in paper-based microfluidic sensors.</a> Anal. Chem. 83, 1300-1306 (2011).</li>
<li>Lankelma, J., Nie, Z., Carrilho, E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paper-based+analytical+device+for+electrochemical+flow-injection+analysis+of+glucose+in+urine%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Paper-based analytical device for electrochemical flow-injection analysis of glucose in urine.</a> Anal. Chem. 84, 4147-4152 (2012).</li>
<li>Dossi, N., Toniolo, R., Pizzariello, A., Impellizzieri, F., Piccin, E., Bontempelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pencil-drawn+paper+supported+electrodes+as+simple+electrochemical+detectors+for+paper-based+fluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Pencil-drawn paper supported electrodes as simple electrochemical detectors for paper-based fluidic devices.</a> Electrophoresis. 34, 2085-2091 (2013).</li>
<li>Yang, J., Gunasekaran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemically+reduced+graphene+oxide+sheets+for+use+in+high+performance+supercapacitors%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Electrochemically reduced graphene oxide sheets for use in high performance supercapacitors.</a> Carbon. 51, 36-44 (2013).</li>
<li>Yamanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anodically+electrodeposited+iridium+oxide+films+%28AEIROF%29+from+Alkaline+Solutions+for+Electrochromic+Display+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Anodically electrodeposited iridium oxide films (AEIROF) from Alkaline Solutions for Electrochromic Display Devices.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 28, 632-637 (1989).</li>
<li>Yamanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+electrochemical+behavior+of+anodically+electrodeposited+iridium+oxide+films+and+the+reliability+of+transmittance+variable+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">The electrochemical behavior of anodically electrodeposited iridium oxide films and the reliability of transmittance variable cells.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 30, 1285-1289 (1991).</li>
<li>Fog, A., Buck, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+semiconducting+oxides+as+pH+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+%26+Act%22%5BJournal%5D)">Electronic semiconducting oxides as pH sensors.</a> Sens. & Act. 5, 137-146 (1984).</li>
<li>Bezbaruah, A. N., Zhang, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+anodically+electrodeposited+iridium+oxide+film+pH+microelectrodes+for+microenvironmental+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Fabrication of anodically electrodeposited iridium oxide film pH microelectrodes for microenvironmental studies.</a> Anal. Chem. 74, 5726-5733 (2002).</li>
<li>Marzouk, S. A. M., Ufer, S., Buck, R. P., Johnson, T. A., Dunlap, L. A., Cascio, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodeposited+iridium+oxide+pH+electrode+for+measurement+of+extracellular+myocardial+acidosis+during+acute+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Electrodeposited iridium oxide pH electrode for measurement of extracellular myocardial acidosis during acute ischemia.</a> Anal. Chem. 70, 5054-5061 (1998).</li>
<li>Prats-Alfonso, E., Abad, L., Casañ-Pastor, N., Gonzalo-Ruiz, J., Baldrich, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iridium+oxide+pH+sensor+for+biomedical+applications.+Case+urea-urease+in+real+urine+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Iridium oxide pH sensor for biomedical applications. Case urea-urease in real urine samples.</a> Biosens. Bioelectron. 39, 163-169 (2013).</li>
<li>Bitziou, E., O'Hare, D., Patel, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+detection+of+pH+changes+and+histamine+release+from+oxyntic+glands+in+isolated+stomach%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Simultaneous detection of pH changes and histamine release from oxyntic glands in isolated stomach.</a> Anal. Chem. 80, 8733-8740 (2008).</li>
</ol>

Gli autori non hanno interessi finanziari concorrenti.

Device Setup Il sensore pH funziona misurando la OCP tra gli elettrodi di lavoro e di riferimento, poiché varia proporzionalmente al logaritmo negativo della concentrazione di H +. Le misure possono essere raggiunte sia da un potenziostato laboratorio-based come CHI 660D e semplice pH-metro costruito sul tagliere con la lettura dal multimetro. Due diversi pH-metri portatili sono stati costruiti in modo simile a breadboards con due 9 V batterie alcaline, un multime...

La determinazione del pH è onnipresente nei prodotti alimentari, fisiologici, medicinali e studi ambientali. Due strumenti più comuni per la rilevazione del pH sono strisce di pH e pH-metri. strisce di carta sono impregnati con indicatore di pH molecole di variazione cromatica, ma la lettura è a volte limitata a intervalli di pH, soggettivo e semi-quantitativa con alcune deviazioni. D&#39;altra parte, un pHmetro convenzionalmente dotata di un elettrodo di vetro può misurare con precisione il pH a 0,01 livello e visualizzazione per un&#39;interfaccia digitale-utente. LABORATORIO DI pH-metri non solo hanno bisogno di particolare cura nella manutenzione e taratura, ma anche non funzionano bene nei confronti delle piccole volume di campione e spesso richiedono un contenitore pulito, come un bicchiere di eseguire misurazioni. Nonostante la sua sensibilità, selettività e stabilità, elettrodi di vetro soffrono di errori acidi / alcalini, alta impedenza, instabilità della temperatura e fragilità meccanica 1. Pertanto, è vantaggioso avere un sistema di misura di pH che embodiES la precisione del misuratore di pH e gli aspetti semplicità e costo di strisce di pH. C&#39;è sempre un bisogno insoddisfatto di tali strumenti in condizioni di risorse limitate in molte regioni in via di sviluppo dove costose apparecchiature di laboratorio-based o laboratori commerciali sono inaccessibili. Inoltre, il ruolo crescente di nuove piattaforme facili da usare in loco sensing è spinto da una tale domanda di rilevamento point-of-care. rilevazione elettrochimica è semplice, facile da miniaturizzare e soddisfacente sensibili, come dimostrato dalle SPE economici commercializzati e vari sistemi di monitoraggio del glucosio sul mercato. Come materiale poroso leggero, flessibile e getta, la carta può anche avere diverse caratteristiche controllabili, come differenti dimensioni dei pori, gruppi funzionali, e tassi di traspirazione. Come supporto cartaceo colpisce malapena diffusione analiti e la rilevazione elettrochimica 2-4, combinazione di dispositivi di carta-fluidici e tecniche elettroanalitiche ha recently ricevuto vasti interessi. Un apparente vantaggio di tali combinazioni è la piccola quantità di volume del campione utilizzato nella misurazione che può potenzialmente prevenire interferenze da vibrazioni e convezione durante le misurazioni. Per esempio, i rilievi microfluidica fantasia sono stati applicati per favorire e fornire campioni liquidi per area di rilevamento di SPE per il rilevamento di ioni di metalli pesanti e di glucosio 2,5. Dispositivi simili utilizzando carta ElettroChemiLuminescenza microfluidica sono stati stabiliti per raggiungere il rilevamento NADH 4. Più di recente, semplici dispositivi microfluidici carta elettrochimica può essere costruito su un vetrino con elettrodi matita 6 o utilizzando carta enzima e SPE 3. Un sottile materiale del film nanoibrido composto da iro 2 e RGO è stato preparato utilizzando un approccio elettrochimico facile ed efficiente. Abbiamo scoperto che sulla superficie di carbonio SPE grafite irregolare e ruvida, anodicamente elettrodepositato IRO 2 film sottile non si puòessere liscia e stabile senza l&#39;ausilio di RGO. La risultante Iro 2 -RGO SPE è stato integrato in un dispositivo microfluidica carta che ha modellato le barriere idrofobiche per il rilevamento del pH. Il dispositivo assemblato mostrato ottime prestazioni analitiche di rilevamento del pH con un comportamento un po &#39;super-Nernst. I risultati sono paragonabili ad un convenzionale laboratorio basato pHmetro con elettrodi di vetro. Infine, costo-efficacia dei misuratori di pH miniaturizzati sono stati costruiti su un tagliere per misurare il potenziale segnale di uscita a circuito aperto con un multimetro digitale. Le misurazioni del pH-metro portatile correla bene con quelli di un misuratore di laboratorio pH commerciale.

<table><tbody><tr><td>Elettrodi serigrafati</td><td>Zensor</td><td>TE100</td><td>3 elettrodi integrati</td></tr><tr><td>Acrilonitrile butadiene stirene (ABS)&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prepolimero di polidimetilsilossano (PDMS) e miscela di reticolanti</td><td>Dow-Corning Co.</td><td>Sylgard 184</td><td>10:1 miscela con</td></tr><tr><td>carta da filtro Whatman No. 1</td><td>GE Healthcare Co.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sistema di fresatura 3D</td><td>Roland DGA Co.</td><td>iModela IM-01</td><td></td></tr><tr><td>PDMS timbro e coperchio sottovuoto</td><td>Roland DGA Co.</td><td>Sanmodur</td><td>Compressa di resina sintetica</td></tr><tr><td>Pompa per vuoto manuale</td><td>Cole-Parmer Co.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stazione di lavoro elettrochimica</td><td>CH Instruments</td><td>CHI 660D</td><td></td></tr><tr><td>LF356N amplificatori operazionali</td><td>Texas Instruments Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>INA111 transistor ad effetto di campo ad alta velocità (FET) - amplificatore di strumentazione</td><td>Burr-Brown Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Multimetro digitale DMM914&nbsp;</td><td>Tektronix Inc.</td><td>70979101</td><td></td></tr><tr><td><forte>Da Fisher o Sigma:</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tetracloruro di iridio (IrCl4)50</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>% (p/p) perossido di idrogeno (H2O2)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acido ossalico diidrato</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Carbonato di potassio (K2</ acido >CO3)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acido</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>fosforico Acido acetico&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acido</td><td></td><td></td><td></td>borico</tr><tr><td>Idrossido di sodio (NaOH)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Na2HPO4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaH2HPO4</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

grafene ossido nanoibrido film sottile elettrodi serigrafati iridium ossido-riduzione modificato come usa e getta di carta elettrochimica microfluidici ph sensori

Iridium Oxide-reduced Graphene Oxide Nanohybrid Thin Film Modified Screen-printed Electrodes as Disposable Electrochemical Paper Microfluidic pH Sensors

Un facile, controllabile, poco costoso e verde sintesi elettrochimica di IRO 2 film sottili -graphene nanoibridi è stato sviluppato per realizzare un documento integrato microfluidica sensore pH elettrochimico facile da usare per risorse limitate. Prendendo vantaggi da entrambi i misuratori di pH e strisce, la piattaforma di pH di rilevamento è composta da idrofoba MicroPad carta barriera-fantasia (μPAD) utilizzando polidimetilsilossano (PDMS), l&#39;elettrodo serigrafata (SPE) modificato con Iro 2 -graphene film e modellato acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) supporto di plastica. Ripetitivo potenziale ciclismo catodica è stato impiegato per l&#39;ossido di grafene di riduzione (GO) che può rimuovere completamente i gruppi ossigenati elettrochimica instabili e generare un 2D grafene omogeneo a film sottile senza difetti con ottime proprietà elettroniche e stabilità. Un uniforme e liscio pellicola Iro 2 a granulometria nanometrica è anodicamente elettrodeposizione sul film di grafene, senza alcunacrepe osservabili. IRO 2 -RGO elettrodo risultante ha mostrato risposte leggermente super-Nernst da pH 2-12 in Britton-Robinson (BR) buffer con buona linearità, piccola isteresi, basso tempo di risposta e riproducibilità in diversi tamponi, nonché bassa sensibilità alle diverse interfering specie ioniche e ossigeno disciolto. Un semplice pH-metro digitale portatile è fabbricato, il cui segnale viene misurato con un multimetro, utilizzando ad alta impedenza di ingresso-amplificatore operazionale e le batterie di consumo. I valori di pH misurati con i sensori di pH carta-microfluidica elettrochimici portatili sono stati coerenti con quelli misurati utilizzando un misuratore di laboratorio pH commerciale con un elettrodo di vetro.

L&#39;impostazione del elettrochimico iro 2 -RGO-SPE sensore pH incorporando microfluidica carta è mostrato nella Figura 1A. Il pad carta modellata con barriere idrofobiche PDMS è stato posto sulla parte superiore della zona di rilevamento di IRO 2 -RGO-SPE che si trova sul supporto in plastica ABS. La zona di rilevamento del blocco di carta è stato accuratamente allineato con superficie dell&#39;elettrodo. Una soluzione colorante blu di metilene ac...

Lo studio dimostra la crescita di iridio ossido-riduzione di ossido di grafene (IRO 2 -RGO) nanoibrido film sottili su substrato di carbonio serigrafato irregolare e ruvida, attraverso una sintesi elettrochimica verde, e la loro attuazione, come un sensore di pH con una piattaforma di carta-fluidica fantasia .

Grafene ossido nanoibrido film sottile elettrodi serigrafati Iridium ossido-riduzione modificato come usa e getta di carta elettrochimica microfluidici pH Sensori

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use ...

L'obiettivo generale di questo metodo è utilizzare la sintesi elettrochimica di film sottili ibridi di grafene e ossido di iridio per realizzare un sensore elettrochimico portatile su carta per misurazioni di pH a uso diagnostico immediato. Questo metodo fornisce un nuovo approccio per effettuare misurazioni di pH a uso diagnostico immediato, combinando la sintesi di film sottili di ossido di iridio elettrodepositati in modo controllato, assistita da impalcature di ossido di grafene ridotto. In abbinamento a pad microfluidici su carta e a un display digitale automatico, esso offre effettivamente un sensore di pH portatile e monouso.Questa tecnica combina le caratteristiche delle strisce reattive per il pH e dei pH-metri a stato solido, utilizzando la microfluidica su carta e il rilevamento elettrochimico per fornire misurazioni rapide, accurate e da effettuare direttamente sul campo, senza necessità di laboratorio, impiegando volumi di campione molto ridotti. Abbiamo avuto per la prima volta l'idea di realizzare tali dispositivi perché desideravamo misurare le variazioni relativamente piccole del pH dell'acqua di un lago in diversi mesi a Madison, nel Wisconsin. In effetti, la striscia per il pH non è in grado di rilevare differenze così minime di pH e la sua lettura risulta difficilmente interpretabile sul grafico.Inoltre, non è pratico utilizzare un pH-metro da laboratorio. Per iniziare, fissare un foglio di plastica ABS o di altro materiale compatibile di dimensioni 7 cm x 4 cm x 0,6 cm nel supporto di una fresatrice tridimensionale dotata di una fresa da 1,6 mm. Utilizzare la fresatrice per incidere una scanalatura a forma di osso di cane, profonda 500 micrometri, sulla superficie.Creare la forma fresando due cerchi con raggio di 1 cm collegati da un canale largo 1 cm x 5 mm. Questo modello verrà utilizzato come stampo. Successivamente, posizionare un foglio separato di plastica nel fresatore da utilizzare come copertura per il vuoto e fresare una scanalatura sufficientemente grande da contenere l'intero modello dello stampo.Successivamente, preparare una miscela di prepolymero PDMS e cross linker in rapporto di 10 a 1 e mescolare le due parti con una spatola. Quindi, collocare la miscela in una camera a vuoto per cinque minuti per disgasare la miscela. Applicare una quantità appropriata di PDMS disgassato nella scanalatura del canale dello stampo in modo che riempia completamente la scanalatura.Rimuovere il materiale in eccesso con un pezzo di plastica piatto. Quindi, posizionare un tampone di carta da filtro, pre-tagliato alla dimensione desiderata, sulla parte superiore del timbro riempito con PDMS. Posizionare il coperchio del vuoto sul lato opposto del timbro, al di là della carta, ed esercitare una leggera pressione con le dita sul timbro.Applicare il vuoto per un massimo di 30 secondi utilizzando una pompa per vuoto manuale. Al termine, rimuovere il tampone di carta e posizionarlo in un forno a circolazione forzata per 10 minuti a 80 gradi celsius per indurire il pattern nel PDMS. Per prima cosa, procurarsi un array a tre elettrodi serigrafati costituito da un elettrodo di lavoro in carbonio grafitico, un elettrodo ausiliario e un elettrodo di riferimento in argento cloruro di argento.Quindi, utilizzare una micropipetta per depositare per gocciolamento 3 µL di una soluzione di ossido di grafene a 1 mg/mL sull'elettrodo working in carbonio grafitico. Lasciare asciugare la soluzione a temperatura ambiente. Nel frattempo, spurgare con azoto 10 ml di un buffer PBS a pH 5,0 per 20 minuti.Quando l'elettrodo serigrafato è asciutto, immergerlo nel tampone mentre l'azoto continua a fluire. Successivamente, collegare l'elettrodo a una stazione elettrochimica ed eseguire 100 cicli di ciclaggio ripetuto del potenziale catodico da 0,0 a 1,5 volt per ridurre elettrochimicamente l'ossido di grafene. Risciacquare quindi l'elettrodo serigrafato con acqua deionizzata e lasciarlo asciugare a temperatura ambiente.L'omogeneità del film di ossido di grafene ridotto è importante perché funge da supporto di carbonio per la successiva crescita di film sottili di ossido di iridio. Successivamente, preparare 100 ml di soluzione per la deposizione di ossido di iridio in acqua deionizzata. Aggiungere gradualmente una piccola quantità di carbonato di potassio anidro sotto costante agitazione fino a quando il pH della soluzione raggiunge 10,5 e la soluzione assume un colore giallognolo.Lasciare invecchiare la soluzione per 48 ore a temperatura ambiente. Durante questo periodo, osservare il cambiamento di colore da giallo a blu chiaro. Immergere l'elettrodo serigrafato di ossido di grafene ridotto nella soluzione di deposizione dell'ossido di iridio e utilizzare la stazione elettrochimica per applicare un potenziale costante di 0,6 volt per cinque minuti.Verificare la struttura dell'area sensoriale mediante microscopia elettronica a scansione, utilizzando tecniche standard di preparazione e di imaging al microscopio elettronico a scansione. Per iniziare la costruzione del pH-metro digitale portatile, procurarsi i componenti necessari mostrati qui, elencati nel protocollo testuale allegato sotto la lista dei materiali. Successivamente, inserire sull'apposita basetta sperimentale l'amplificatore strumentale ad alto guadagno con ingresso a effetto campo INA 111 per ottenere un'impedenza interna sufficientemente elevata che garantisca misurazioni stabili.Successivamente, collegare in serie due batterie alcaline da nove volt collegate a terra per alimentare il misuratore di pH. Collegare il catodo al pin sette e l'anodo al pin quattro. Quindi, collegare una resistenza da 10 megohm tra i pin uno e otto.Inoltre, collegare il puntale positivo di un multimetro digitale al pin sei e il puntale negativo al pin cinque. Impostare il multimetro per misurare e visualizzare la tensione di uscita. Infine, collegare l'estremità di riferimento dell'elettrodo serigrafato modificato al pin due e l'elettrodo di lavoro al pin tre.Preparare 100 ml di miscele di tamponi Britton-Robinson combinando quantità variabili di idrossido di sodio 0,2 molare con una soluzione acida 0,04 molare composta da quantità equimolari di acido fosforico, acido acetico e acido borico. Successivamente, assemblare il pHmetro microfluidico posizionando l'elettrodo serigrafato modificato all'interno del supporto in plastica fresato, quindi appoggiare il foglio microfluidico di carta sopra l'elettrodo in modo che uno dei cerchi idrofili si trovi sopra il sensore. Utilizzando una pipetta, aggiungere 60 µL di uno dei campioni di pH direttamente sulla zona idrofila del micropad in modo che venga assorbito verso il sensore.Quindi, iniziare a misurare il segnale di tensione utilizzando un pHmetro digitale portatile assemblato. Una volta che il potenziale a circuito aperto diventa stabile, registrare il valore. Ripetere questo processo con ciascuno degli standard preparati per creare una curva di calibrazione, utilizzando ogni volta una nuova carta microfluidica.La tecnica di riduzione elettrochimica descritta per gli elettrodi a stampa serigrafica produrrà un film sottile omogeneo di ossido di grafene ridotto, privo di difetti, visibile mediante microscopia elettronica a scansione. Dopo la modifica con ossido di iridio, dovrebbe apparire un film uniforme e liscio, senza fessure osservabili. È necessaria solo una piccola quantità di liquido, poiché il campione risale per capillarità lungo la carta microfluidica in direzione del sensore.Nell'immagine mostrata qui, un campione di soluzione colorante blu è stato posto alla base della carta ed è stato trascinato verso la posizione del sensore, tingendo l'intero pezzo di carta. Il tempo necessario per raggiungere una lettura stabile varia a seconda del pH del campione. Come per ogni pHmetro, è importante attendere finché non si raggiunge uno stato stazionario prima di effettuare la lettura.Una volta raggiunto lo stato stazionario, i valori ottenuti con un sensore microfluidico di pH mostrano una correlazione lineare con quelli acquisiti mediante un comune pH-metro. Il pH-metro a film sottile ibrido di ossido di iridio e grafene presenta una piccola isteresi, un tempo di risposta rapido, prestazioni riproducibili e una buona correlazione con l'elettrodo di vetro commerciale del pH-metro da laboratorio. Una volta acquisita padronanza, le misurazioni di pH possono essere eseguite rapidamente, nell'ordine di pochi secondi.Seguendo questa procedura, altri film sottili ibridi di ossido di carbonio sensibili al pH possono essere sintetizzati in modo simile su qualsiasi substrato conduttore o semiconduttore, come carbonio di classe E, vetro ricoperto di ossido di stagno e indio, e silice. Il sensore elettrochimico microfluidico combina i vantaggi sia dei pH-metri sia delle strisce per il pH ed è una piattaforma promettente per future misurazioni del pH in campo e al punto di cura in contesti con risorse limitate.

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