ナフィオン被覆、ポリアニリン修飾、電気化学還元したグラフェン酸化物 chemiresistive のマイクロ pH センサーの作製のためのプロトコルを報告する.この chemiresistor ベース、固体のマイクロ pH センサーの pH 変化を検出できるラクトコッカス乳酸菌発酵プロセス中にリアルタイム。
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方法論記事
ナフィオン被覆の製造、削減グラフェン酸化物/ポリアニリン Chemiresistive 微生物発酵中にリアルタイムでモニター ph センサー
この記事について
サマリー
要約
ポリアニリン修飾、電気化学還元したグラフェン酸化物 (ERGO PA) に基づく固体のマイクロ pH センサーの技術を報告する.電気化学還元したグラフェン酸化物は導電性層として機能し、ポリアニリンは pH に敏感な層として機能します。ポリアニリンの pH 依存性伝導率には、プロトンの間に穴のドーピング、脱プロトン化の中に穴の挿入が発生します。エルゴ PA 固体電極は発酵プロセスのようなものを機能的ではなかったことがわかった。細菌が発酵過程で生成する電気化学的活性種は、電極反応を妨げます。我々 は正常にプロトン伝導性層としてエルゴ ペンシルバニア州上にナフィオンを適用Nafion 被覆電極 (ERGO-PA-NA) 1.71 Ω/pH (ペーハー 4-9) chemiresistive センサー計測のための良好な感度を表示します。我々 はテストでエルゴ PA NA 電極ラクトコッカス乳酸菌の発酵におけるリアルタイム。L. 乳酸菌の成長における培地の pH pH 7.2 からに変わった pH 4.8 とさ 294.5 Ω から 288.6 Ω (2.4 pH 単位あたり 5.9 Ω) に変更されたエルゴ PA NA 固体電極の抵抗従来のガラス製 pH 電極の応答と比較してエルゴ PA NA 電極の pH 応答は、参照レス固体マイクロ アレイは微生物発酵で正常に動作を示しています。
概要
pH は、多くの化学と生物学的プロセスに重要な役割を果たしています。PH 値の些細な変化プロセスを変更し、プロセスの結果に悪影響を与えます。したがって、監視および実験のすべての段階で pH 値を制御する必要があります。PH のガラス電極は、ガラス電極 pH を測定するいくつかの制限のポーズが、多くの化学および生物的プロセスで pH を監視する正常に使用されています。PH のガラス電極が比較的大きい、壊れやすい、小さなサンプルに電解質漏出があります。さらに、電極とエレクトロニクスは、96 ウェル スクリーニングに適した比較的高価な発酵システム。さらに、電気化学センサーは侵襲的であり、サンプルを消費します。したがって、非侵襲的、参照レスのセンサーを使用するほうが有利です。
今日では、これら・ マイクロシス テムズ提供そのマクロを他の多くの利点に加えて、強化されたプロセス コントロール システムの類縁体として多くの化学工学とバイオ テクノロジーの小型反応系が好まれているが。監視および小型システムのパラメーターを制御するやりがいのある仕事、例えば測定するセンサー、pH および O2のサイズとして、同様に最小化される必要があります。生物学的システムのためのマイクロリアクターの成功した生産プロセスを監視するための分析ツールのさまざまな種類が必要です。したがって、スマート マイクロ センサーの開発は、マイクロリアクターの生物学的プロセスの遂行に重要な役割を果たしていま....
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プロトコル
1. 酸化黒鉛の準備
注: グラファイトの酸化物は、ハンマーの方法10,11によると用意しています。
- 4攪拌グラファイトまでソリューションが完全に分散した濃縮 H2の 69 mL へのグラファイトの 3 g を追加します。亜硝酸ナトリウム 1.5 g を追加し、攪拌しながら 1 時間放置します。その後、氷浴に容器を置きます。
- 分散液に過マンガン酸カリウムの 9 g を追加し、氷浴からコンテナーを削除します。部屋の温度にウォーム アップするソリューションを許可します。
- まず、滴下 138 mL の蒸留水を追加します。その後、420 mL の蒸留水を追加していきます。ホット プレートを使用して 15 分の 90 ° C の温度を維持します。分散に 30% 過酸化水素 7.5 mL を追加します。
- 20 分間 10,000 × g で遠心分離によって製品を収集し、上澄み液を捨てください。4 ペレットを洗って暖かい二重蒸留水と 2 倍の 10% 塩酸 (v/v) で x。最後に、それを洗ってエタノールと 2 倍、50 ° c のオーブンで乾燥します。
2. 電極移動準備
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結果
強い還元ピーク約-1.0 V の外観 (図 3) に移動の削減が示されているエルゴ12,13,14,22に。ピークの強度は、行く層電極の数によって異なります。厚黒膜は電極の金ワイヤを完全にカバー。その時点で、2 つの絶縁された金電極が導電性移動 2 つの金電極ワイヤを接続しているので。アニリン電解重合堆積 ERGO15,16,17,18,19
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ディスカッション
移動の層は完全に不可欠だ行くの堆積後金電極ワイヤをカバーします。場合は金電極が移動で覆われていない、ポリアニリンないのみ入金されますエルゴも目に見える金電極ワイヤ上直接。ポリアニリン電極ワイヤ上の蒸着電極の性能に影響があります。エルゴへの還元、電極、ERGO 層と金電極ワイヤ間の結合を強化する 100 ° C で乾燥させます。各電極の抵抗は、金電極上に堆積移動層の数によって異なります。したがって、各電極の移動の同じ濃度を持っていることが重要だし、抵抗値が測定回路と互換性があらかじめ指定した範囲で電極を製造することは困難です。これは電極の簡単な大量生産を制限します。
減らされたグラフェン酸化物/電気化学法によるポリアニリンの準備は、他の報告準備方法上のいくつかの利点をしています。今回紹介した電気化学的方法は、強力な還元性および酸化剤を必要としない (e.g。、ヒドラジンとアンモニウムの過硫酸塩)23,26。さらに、材料は電極への直接蒸着し、以上の処理.......
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開示事項
著者が明らかに何もありません。
謝辞
著者は、グローニンゲン大学の金融支援を認めます。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| グラファイトフレーク | Sigma Aldrich | ||
| 硫酸 (H2SO4) | メルク | ||
| 亜硝酸ナトリウム (NaNO2) | Sigma Aldrich | ||
| 過マンガン酸カリウム (KMnO4) | Sigma Aldrich | ||
| 30 % H2O2 | Sigma Aldrich | ||
| HCL | メルク | ||
| アニリン | シグマ アルドリッチ | ||
| 5重量% ナフィオン | シグマ アルドリッチ | ||
| M17 粉末 | BD ディフコ | ||
| リン酸 (H3PO4) | シグマ アルドリッチ | ||
| ホウ酸 (HBO3) | メルク | ||
| 酢酸 | メルク | ||
| 水酸化ナトリウム | シグマ アルドリッチ | ||
| リン酸二水素カリウム | Sigma Aldrich | ||
| Dipostassium リン酸水素 | Sigma Aldrich | ||
| Au インターディジテーテッド電極 | BVT技術 - CC1 W1 | ||
| Potentiostat | CH Instruments Inc (CH-600, CH-700) |
参考文献
- Gou, P., et al. Carbon Nanotube Chemiresistor for Wireless pH Sensing. Scientific Reports. 4, 4468(2014).
- Hols, P., et al. Conversion of Lactococcus lactis from homolactic to homoalanine fermentation through metabolic engineer....
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再版と許可
