Name: Nafion 코팅의 제조, 미생물 발효 하는 동안 실시간 산도 모니터에 그래 핀 산화물/폴리아닐린 Chemiresistive 센서 감소 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 18 s
Description: 학습하세요 Nafion 코팅 및 폴리아닐린 기능화된 화학저항성 마이크로 pH 센서 제조 방법을 통해 Lactococcus lactis 발효 중 실시간 산도 변화를 감지하는 기술을 탐색하세요. 이 소형 센서는 기존 pH 전극의 크기와 비용 문제를 해결하여 미세반응기 환경에서 생물공정 기술의 효율성을 높입니다.

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저자는 재정 지원에 대 한 그로 닝 겐 대학 인정합니다.

1입니다. 흑연 산화물의 준비
참고: 흑연 산화물 Hummers의 방법10,11에 따르면 준비 된다.
<ol><li>4 고 볶음 흑연까지 솔루션은 완전히 분산 된 집중된 H2의 69 mL으로 흑연의 3 세대 추가. 나트륨 아 질산염의 1.5 g을 추가 하 고 교 반 하면서 1 시간 동안 그것을 둡니다. 다음, 얼음 목욕에서 컨테이너를 놓습니다.</li>
	<li>분산으로 칼륨과 망간 산 염의 9 g를 추가 하 고 얼음 목욕에서 컨테이너를 제거 합니다. 실내 온도를 따뜻하게 하는 솔루션을 수 있습니다.</li>
	<li>먼저, dropwise 138 mL 증류수를 추가 합니다. 다음, 증류수의 420 mL를 추가 계속. 열판을 사용 하 여 15 분 동안 90 ° C에 온도 유지 합니다. 분산을 30% 과산화 수소의 7.5 mL를 추가 합니다.</li>
	<li>20 분 동안 10000 x g에서 원심 분리 하 여 제품을 수집 하 고 표면에 뜨는 솔루션 삭제. 펠 릿 4 씻어 따뜻한 이중 증 류 물과 10 %HCl (v/v) 솔루션 2 x x. 마지막으로, 그것을 씻어 에탄올과 2 x 50 ° c 오븐에서 건조 하 고.</li>
</ol>2.가 서 입금 전극 준비
<ol><li>물 10 mL에 흑연 산화물의 10 mg을 분산 하 고 6 h에 대 한 초음파 목욕에서 그것을 sonicate.</li>
	<li>제거 unexfoliated 흑연 산화물 부스러기 2700 x g. 삭제에서 30 분 동안 원심 분리에 의해 고체 입자 원심 분리 후 고 추가 실험은 상쾌한 사용 합니다. 참고: 우리는 재고 솔루션으로이 exfoliated가 조각 분산을 사용.</li>
	<li>이동 재고 솔루션 2 배 희석. 항상 재고 솔루션에서 신선한 이동 작업 솔루션을 준비 합니다.</li>
	<li>(그림 1A 및 그림 2)는 노출된 센서 골드 전극 위에 이동 작업 솔루션의 2 µ L를 추가 합니다. 드롭 주조, 후 12 h에 대 한 실 온에서 전극 건조. 이것은 이동 입금 전극입니다.</li>
</ol>3. 이동 화학적 감소 된 그래 핀 산화물의 감소
<ol><li>전극입니다 (PDMS) 전극 홀더 (하단 부분)에 삽입 합니다. 전극 홀더, 1 C 그림 1A -에서 같이 전극 위에 솔루션 저수지 역할의 다른 부분을 배치 합니다. 클리핑 함께 두 종이 클립을 사용 하 여 두 부분으로 소유자를 조립. PDMS 홀더 이동 입금 전극 부분을 커버 하지 않는 다는 것을 확인 하십시오.</li>
	<li>피펫으로 300 µ L의 저수지에서 0.2 M 인산 버퍼 (pH 7). 다음, 장소 참조 및 카운터 전극 전극 이동 영화의 표면 가까이 배치 되는 방식에 솔루션에서 그림 1C와 같이. 이 설정의 고 폴리아닐린 증 착에 대 한 전기 화학 감소를 수행 하는 전기 화학 셀 역할을 합니다.</li>
	<li>Potentiostat 데이터 수집을 위한 컴퓨터에 연결 된 전극에 연결 합니다. 전기 화학 감소에 대 한 주기적 voltammetry 사용: 잠재적인 범위 50 mV/s 스캔 속도으로-1.2 V 0를 선택. 0-10 V 1.2 ~ 사이의 전극에 전압을 주기 x (그림 3).</li>
	<li>실험 후 소유자에서 전극을 제거 하 고 반복적으로 두 배 증 류 물으로 그것을 씻어. 그런 다음, 오븐에서 12 h 101 ° C 전극 건조.</li>
	<li>전극 건조 하 때, 전극 오븐에서 제거 하 고 실내 온도에 아래로 냉각 하기 위하여 있습니다. 그런 다음, 멀티 미터와 전극의 전도도 측정 합니다. 전극은 이제 화학적 감소 된 그래 핀 산화물 (ERGO) 전극으로 불립니다.</li>
</ol>4. 폴리아닐린의 기능화는 따라서 전극
<ol><li>폴리아닐린 기능화에 대 한 10 m m 아닐린 단위체를 준비 합니다. 그래서 5 µ L 10 m m 1 M H2의 5 mL에 아닐린의 분해4.</li>
	<li>폴리아닐린 기능화에 대 한 솔루션 저수지에 아닐린 단위체의 300 µ L를 추가 합니다. 가 감소 절차에 설명 된 대로 ERGO 입금 전극 전극 홀더에 놓습니다.</li>
	<li>아닐린의 electropolymerization에 대 한 주기적 voltammetry를 사용 하 여 ERGA-폴리아닐린 (ERGO-펜 실바 니 아)에 따라서 functionalize: 잠재적인 범위 50 mV/s 스캔 속도으로 0 ~ 0.9 V를 선택. 0 ~ 0.9 V 50 사이의 전극에 전압을 주기 x (그림 4).</li>
	<li>폴리아닐린 증 착 후 전극을 제거 하 고 반복적으로 두 배 증 류 물으로 그것을 씻어. 다음, 12 h에 대 한 오븐에서 80 ° C에서 전극 건조.</li>
	<li>전극 오븐에서 제거 하 고 멀티 미터와 전극의 전도도 측정 하기 전에 실내 온도에 아래로 냉각 하기 위하여 그것을 허용.</li>
	<li>PH 5 (단계 5.1 참조)까지 0.2 M NaOH Britton 로빈슨 버퍼 솔루션에 추가 하 여 pH 5 버퍼 솔루션을 준비 합니다. 전극 버퍼에서 pH 5 24 h에 대 한 유지.<ol>
<li>Britton 로빈슨 범용 버퍼 솔루션을 준비, 인산의 0.04 mol, 초 산의 0.04 mol 및 초순 물 0.8 L에 붕 소 산의 0.04 몰을 혼합 한다. 추가 0.2 M 수산화 나트륨 dropwise 버퍼 솔루션에 원하는 pH4에 도달할 때까지. 마지막 볼륨 1 나 때까지 초순 추가</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. ERGO PA 전극 테스트 다른 pH (Nafion 코팅 하기 전에 사전 교정)
<ol><li>PH 5 버퍼 솔루션에 전극, 컨디셔닝 후 다른 산도의 솔루션에 전극의 저항을 측정 (pH 9;에 pH 4에서에서 그림 5참조).<ol>
<li>이 측정을 위한 전극 버퍼 솔루션에 직접와 데이터 수집을 위한 컴퓨터 제어 potentiostat에는 전극의 다른 부분을 연결. 여 넣는 0.2 M NaOH로 pH를 변경 합니다.</li>
		<li>기술 목록에서 chronopotentiometry 또는 amperometry i t 곡선을 선택 하 고는 100 mV 전위차 전극에 적용. 참고: potentiostat는 시간에 대 한 전류를 측정합니다. 소프트웨어 제어는 potentiostat의 시간에 대 한 전류 그래픽 표현을 제공 합니다.</li>
		<li>옴의 법칙 (저항 동등한 전압을 전류로 나눈 값)을 사용 하 여 측정 된 현재와 적용 된 전압 으로부터 저항 값을 계산.</li>
	</ol>
</li>
	<li>측정 후 12 h에 대 한 실 온에서 전극 건조.</li>
</ol>6. Nafion 코팅 따라서-PA 전극의 준비
<ol><li>ERGO PA 전극 위에 5 wt %Nafion 5 µ L을 추가 하 고 12 시간 실 온에서 전극 건조.</li>
	<li>Nafion 코팅 후 전극 버퍼 솔루션에 pH 5 pH 측정 하기 전에 24 시간 유지.</li>
	<li>Ph 5 컨디셔닝, 후 Nafion 코팅 ERGO PA 전극 (ERGO-PA-없음)를 제거 하 고 pH 9 섹션 5.1 (그림 6)에 언급 된에 pH 4에서에서 전극의 저항을 측정 합니다.</li>
</ol>7. L. lactis 문화 매체의 준비
<ol><li>초순의 250 mL으로 9.3 g M17 가루를 추가 합니다. 천천히 교 반 하십시오 솔루션 분말이 완전히 녹이 고 때까지. 압력솥에서 15 분 동안 121 ° C 솔루션.</li>
	<li>자력 바 250 mL 소독된 플라스 크 고 소독된 M17 매체의 50 mL 플라스 크에 추가. 그런 다음, 8 mL 압력가 1 M 포도 당 솔루션의 추가. 솔루션 이전 같은 문화 매체에 성장 L. lactis 문화의 10 µ L 접종 참고: 세균성 긴장 1 월 콕, 분자 유전학, 흐로닝언 대학에서에서 얻은 했다.</li>
	<li>18 h에 대 한 접종된 문화 매체와 플라스 크를 교 반 하면서 30 ° C에 외피 오븐에서 자력 접시에 놓고 pH 모니터링 합니다.</li>
</ol>8. 테스트 ERGO 파 나 pH L. lactis 발효 실험에서 응답의
<ol><li>L. lactis 문화로 ERGO 파 나 전극 배치 하 고 면 플러그와 닫습니다. 다음, L. lactis성장에 30 ° C에 온도에 설정 장소.</li>
	<li>100 적용 전극과 측정 시간에 대 한 전류를 mV.</li>
	<li>0.5 mL 샘플 다른 시간 지점에서 (, 예를 들어, 그림 7참조) 오프 라인 600에서 광학 밀도 측정 및 기존의 유리 전극으로 pH. 문화의 광학 밀도 일정, 박테리아는 더 이상 성장 하지 나타내는 될 때까지 측정을 계속 합니다.</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>
<li>Hummers, W. S. Jr, Offeman, R. E. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01539a017">Preparation of Graphitic oxide.</a> Journal of the American Chemical Society. 80, 1339(1958).</li>
<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>
<li>Ramesha, G. K., Sampath, S. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp811377n">Electrochemical Reduction of Oriented Graphene Oxide Films: An in Situ Raman Spectroelectrochemical Study.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 113, 7985-7989 (2009).</li>
<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>
<li>Bhadani, S. N., Gupta, M. K., Sen Gupta, S. K. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/app.1993.070490304">Cyclic voltammetry and conductivity investigations of polyaniline.</a> Journal of Applied Polymer Science. 49, 397-403 (1993).</li>
<li>Genies, E. M., Tsintavis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redox+mechanism+and+electrochemical+behaviour+or+polyaniline+deposits%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electroanalytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Redox mechanism and electrochemical behaviour or polyaniline deposits.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 195, 109-128 (1985).</li>
<li>Jannakoudakis, P. D., Pagalos, N. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0379677994901422">Electrochemical characteristics of anodically prepared conducting polyaniline films on carbon fibre supports.</a> Synthetic Metals. 68, 17-31 (1994).</li>
<li>Deshmukh, M. A., Celiesiute, R., Ramanaviciene, A., Shirsat, M. D., Ramanavicius, A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617322533">EDTA_PANI/SWCNTs Nanocomposite Modified Electrode for Electrochemical Determination of Copper (II), Lead (II) and Mercury (II) Ions.</a> Electrochimica Acta. 259, 930-938 (2018).</li>
<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>
<li>Xiang, J., Drzal, L. T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386112006106">Templated growth of polyaniline on exfoliated graphene nanoplatelets (GNP) and its thermoelectric properties.</a> Polymer. 53, 4202-4210 (2012).</li>
<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>

저자는 공개 없다.

그것은 필수적인 이동 완전히 레이어 이동의 증 착 후 골드 전극 와이어를 커버. 골드 전극 이동 적용 되지 않습니다, 만약 폴리아닐린 것만 입금 하지 보이는 금 전극 철사에 뿐만 아니라 ERGO에 직접. 골드 전극 와이어에 폴리아닐린의 증 착 전극의 성능에 영향을 있을 수 있습니다. ERGO에 이동의 감소 후 전극 ERGO 레이어와 골드 전극 와이어 사이의 결합을 강화 하기 위해 100 ° C에서 건조 됩니다. 각 전극의 저항 골드 전극에 예금 된 이동 층 수에 따라 다릅니다. 따라서, 각 전극에 대 한 이동의 같은 농도가지고 하는 것이 중요 하다 고 측정 회로와 호환 되는 미리 결정 된 지정 된 범위의 저항 전극 제조 하기 어렵습니다. 이 전극의 쉬운 대량 생산을 제한합니다.
전기 화학 방법에 의해 감소 된 그래 핀 산화물/폴리아닐린의 준비는 다른 보고 준비 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 강한 줄이고 산화 제 여기 전기 화학 방법은 필요 하지 않습니다 (예</e...

pH는 많은 화학 및 생물 학적 과정에 중요 한 역할을 한다. PH 값에도 작은 변화 과정을 변경 하 고 프로세스의 결과 부정적인 영향을 미칠. 따라서, 그것은 모니터 및 실험의 모든 단계 동안 pH 값을 제어 하는 데 필요한입니다. PH 유리 전극은 성공적으로 사용 되었습니다 많은 화학 및 생물 공정에서 pH를 모니터링 하는 유리 전극의 사용 pH를 측정 하는 몇 가지 제한이 크지는 않지만. PH 유리 전극은 상대적으로 큰, 깨지기 쉬운, 그리고 샘플으로 전해질의 작은 누설 수 있습니다. 또한, 전극과 전자는 96-잘 심사에서 응용 프로그램에 대 한 상대적으로 비싼 발효 시스템. 또한, 전기 화학 센서는 침략 적 이며 소비 샘플. 따라서, 그것은 비 침략 적, 참조-이 센서를 사용 하 여 더 유리입니다.
요즘, 소형된 반응 시스템은 이러한 마이크로시스템즈 제공 향상 된 프로세스 관리, 다른 많은 이점이 그들의 매크로 시스템 아날로그 많은 화학 공학 및 생명 공학 응용 프로그램에서 선호 됩니다. 모니터링 하 고 제어 매개 변수는 소형된 시스템은 어려운 작업으로 센서 측정, 예를 들면, pH와 O2의 크기, 또한 최소화 해야 합니다. 생물 학적 시스템에 대 한 microreactors의 성공적인 생산 프로세스 모니터링을 위한 다양 한 분석 도구를 필요 합니다. 따라서, 스마트 microsensors 개발 microreactors에 생물학 과정 수행에 중요 한 역할을 하고있다.
최근에, chemiresistive 탄소 나노튜브와 같은 자료를 감지 하 고 고분자1를 사용 하 여 스마트 pH 센서를 개발 하기 위해 여러 번 시도 되었습니다. 이러한 chemiresistive 센서 필요 없음 참조 전극 그리고 전자 회로와 통합 하기 쉽다. 성공적인 chemiresistive 센서 생산 비용 효율적이 고 쉽게 제조, 테스트, 작은 볼륨을 필요로 하는 스마트 센서를 가능 하 게 그리고 비-침략 적 있습니다.
여기, 우리는 폴리아닐린 공업화, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물을 전극 개발 하는 방법을 보고 합니다. Chemiresistive 전극 L. lactis 발효 하는 동안 pH 센서로 동작 한다. L. lactis 젖 산 생성 박테리아 음식 발효 식품 방부 제 프로세스에 사용 되는. 발효 중 젖 산의 생산 pH을 박테리아 중지 낮은 pH2,,34에서 성장.
발효 매체는 펩 티 드, 소금, 그리고 산화 환 원 분자 센서 표면5,6,7,,89방해 하는 경향이 있는 복잡 한 화학 환경입니다. 이 연구에서는 적절 한 표면 보호 층을 가진 chemiresistive 물자에 따라 pH 센서 복잡 한 발효 미디어의이 종류에 있는 pH를 측정 하는 데 사용 될 수 보여 줍니다. 이 연구 성공적으로 사용 하 여 Nafion 폴리아닐린 코팅, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물에 대 한 보호 계층에서 pH를 측정 하는 L. lactis 발효 하는 동안 실시간.

<table><tbody><tr><td>흑연 플레이크</td><td>시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>황산(H2SO4)</td><td>머크</td><td></td><td></td></tr><tr><td>아질산나트륨(NaNO2)</td><td>시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>과망간산칼륨(KMnO4)</td><td>시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>30% H2O2</td><td>시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HCL</td><td>머크</td><td></td><td></td></tr><tr><td>아닐린</td><td>시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr>, <tr><td>5wt %, 나피온</td><td>, 시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr>, <tr><td>M17 분말</td>, <td>BD, 디프코</td><td></td><td></td></tr><tr><td>, 인산(H3PO4),</td> <td>시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr>, <tr><td>붕산(HBO3)</td><td>머크</td><td></td><td></td></tr><tr><td>, 아세트산</td>, <td>머크</td><td></td><td></td></tr><tr><td>, 수산화나트륨</td><td>, 시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>인산이수소칼</td>륨 <td>시그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>디포스타슘 인산수소 시</td><td>그마 알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Au 통합 전극</td><td>BVT 기술 - CC1 W1</td><td></td><td></td></tr><tr><td>전위차</td><td>조절기 CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

nafion 코팅의 제조, 미생물 발효 하는 동안 실시간 산도 모니터에 그래 핀 산화물/폴리아닐린 chemiresistive 센서 감소

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

여기, 우리는 폴리아닐린 공업화, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물 (ERGO-펜 실바 니 아)에 따라 고체 마이크로 pH 센서의 엔지니어링을 보고 합니다. 화학적 감소 된 그래 핀 산화물 역할 전도 층 및 폴리아닐린 pH에 민감한 계층으로 역할 합니다. PH-종속 전도성 폴리아닐린의 protonation 동안 구멍의도 핑에 의해 deprotonation 동안 구멍의 dedoping에 의해 발생 합니다. 우리 ERGO PA 고체 전극 발효 프로세스에 따라서 작동 되지 않았음을 발견. 박테리아는 발효 과정에서 생산 하는 화학적 활성 종 전극 응답을 방해 합니다. 우리가 성공적으로 적용 된 Nafion 양성자 전도성 층으로 ERGO 실바에 Nafion 코팅 전극 (ERGO-펜 실바 니 아-나) chemiresistive 센서 측정 1.71 Ω/pH (pH 4-9)의 좋은 감도 보여줍니다. 우리 테스트에서 ERGO 파 나 전극 Lactococcus lactis의 발효에 실시간. L. lactis 의 성장 동안 매체의 pH에서에서 변경 pH 7.2 pH 4.8와 288.6 Ω (2.4 pH 단위 당 5.9 Ω) 294.5 Ω에서 변경 ERGO 파 나 고체 전극의 저항. 기존의 유리 기반 pH 전극의 응답에 비해 ERGO 파 나 전극의 pH 응답 참조 없는 고체 microsensor 배열 미생물 발효에서 성공적으로 작동 보여줍니다.

(그림 3)의 강한 감소 피크 약-1.0 V 모양 그림의 감소 ERGO12,13,,1422에. 피크의 강도 전극에 이동 층 수에 따라 달라 집니다. 두꺼운 검은 영화는 완전히 골드 와이어 전극에 덮여. 그 시점에서, 2 개의 절연 된 골드 전극 이동 두 개의 골드 전극 와이어를 연결 하기 때문에 전도성 이었다. 아닐린의 Electropolymerization ERGO15,,1617,<sup class="xr...

여기, 우리는 Nafion 코팅, 폴리아닐린 공업화, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물 chemiresistive 마이크로 pH 센서의 제조에 대 한 프로토콜을 보고합니다. 이 chemiresistor 기반, 고체 마이크로 pH 센서에 pH 변화를 감지할 수 있습니다 Lactococcus lactis 발효 과정 실시간.

Nafion 코팅의 제조, 미생물 발효 하는 동안 실시간 산도 모니터에 그래 핀 산화물/폴리아닐린 Chemiresistive 센서 감소

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

이 기술은 바이오 마스크 변환이나 유기 폐기물의 바이오 가스 생산과 같은 바이오 공정 기술 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 화학 성 pH 센싱의 주요 장점은 전극이 작고 튜브가 많은 수의 복제되어 참조 전극없이 작동한다는 것입니다. pH가 중요한 매개 변수이기 때문에 이 기술의 의미는 여러 미세 반응기로 확장됩니다.기존의 pH 전극은 마이크로 반응기 스크리닝 플랫폼에 사용될 너무 비싸거나 너무 큽다. 이 방법은 작은 규모로 여러 순열 패스에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 또한 pH 측정이 중요한 다른 화학 적 또는 생물학적 패스에 적용 될 수 있습니다.먼저, 흑연 3그램을 농축 황산 69밀리리터에 넣고 흑연이 완전히 분산될 때까지 용액을 저어줍니다. 아질산 나트륨 1.5 그램을 추가합니다. 1시간 의 교반 후, 얼음 욕조에 용기를 놓습니다.퍼망가네이트 칼륨 9그램을 분산에 넣고 얼음 욕조에서 용기를 제거합니다. 실온에서 따뜻하게 해준 후 138밀리리터의 밀리큐 물 방울을 넣으세요. 그런 다음 밀리큐 물 420밀리리터를 넣고 온전한 접시를 사용하여 섭씨 90도에서 온도를 유지합니다.뜨거운 분산에 과산화수소 30 %의 7.5 밀리리터를 추가합니다. 분산을 원심분리기 튜브로 옮긴 후, 20분 동안 10회, 000회 G에서 원심분리로 제품을 수집합니다. 상체를 폐기한 후, 따뜻한 이중 증류수로 펠릿을 4번, 염산 10%로 2회 세척합니다.마지막으로, 에탄올로 펠릿을 두 번 씻고 오븐에서 섭씨 50도에서 건조시다. 밀리큐 수의 10 밀리리터에 흑연 산화물의 10 밀리그램을 분산한 다음 6시간 동안 초음파 욕조에서 분산을 초음파 처리합니다. 초음파 에 따라, 2700 회 G.에서 30 분 동안 원심 분리되지 않은 흑연 산화물 플레이크를 제거하고 고체 입자를 폐기하고 추가 실험을 위해 상체를 사용합니다.작업 용액을 준비하려면 그래핀 산화물 스톡 용액을 밀리-Q 물로 두 배 나 희석하십시오. 이제 노출된 교차 된 금 전극 위에 그래 핀 산화물 작업 용액의 두 마이크로 리터를 추가합니다. 낙하 주조 후, 12 시간 동안 실온에서 그래 핀 옥사이드 전극을 건조.전극을 PDMS 전극 홀더에 삽입합니다. 용액 저수지 역할을 하는 전극 홀더의 다른 부분을 전극 위에 놓습니다. 두 개의 용지 클립을 사용하여 두 부분을 함께 클리핑하여 홀더를 조립합니다.다음으로, 저수지내의 2개의 어금반 인산염 버퍼의 파이펫 300 마이크로리터. 그런 다음 기준 및 카운터 전극을 용액에 배치하여 그래핀 옥사이드 필름의 표면에 가깝게 배치됩니다. 데이터 수집을 위해 컴퓨터에 연결된 전극을 강력한 iostat와 연결합니다.전기 화학 적 감소를 위해 순환 볼탐량을 사용하고 적절한 전위 범위 및 스캔 속도를 선택합니다. 0에서 영하 1.2볼트 사이의 전극을 10배 순환합니다. 실험 후 홀더에서 전극을 제거하고 밀리-Q 물로 반복적으로 세척합니다.그런 다음 12 시간 동안 101섭씨에서 오븐에서 전극을 건조시다. 전극이 건조하면 오븐에서 꺼내 실온으로 식힙니다. 그런 다음 멀티미터로 ErGO 전극의 전도도를 측정합니다.1개의 어황 황산의 5밀리리터에 10 밀리몰라 애니멀린의 5개의 마이크로리터를 용해시킴으로써 폴리안틸린 기능화를 위한 애니라인 단량제 10밀리머 용액을 준비한다. 용액 저장소에 300 마이크로리터의 애니라인 단조량제를 추가합니다. 그런 다음 ErGO증착전극을 이전에 설명한 대로 전극 홀더에 놓습니다.심혈성 볼탐트리를 사용하여 ErGO를 ErGO-PA로 기능화하고 적절한 전위 범위 및 스캔 속도를 선택합니다. 전극을 50배, 0~9볼트 사이로 순환합니다. 폴리애니인 증착 후 전극을 제거하고 밀리-Q 물로 반복적으로 세척합니다.그런 다음 오븐에서 섭씨 80도에서 전극을 12 시간 동안 건조시십시오. 전극이 건조하면 오븐에서 제거하고 다미터로 전극의 전도도를 측정하기 전에 실온으로 냉각할 수 있습니다. 다음으로, pH가 5가 될 때까지 브리튼-로빈슨 완충액에 2개의 어금다 나트륨 수산화나트륨을 추가합니다.브리튼-로빈슨 범용 완충액을 준비하려면 인산 04두더지, 아세트산 04두더지, boric acid 04 두더지, 밀리-Q 물 8리터를 섞는다. 그런 다음 최종 부피가 1리터가 될 때까지 밀리-Q 물을 추가합니다. pH 5 버퍼 용액에서 전극을 컨디셔닝한 후, 먼저 버퍼 용액에 직접 찍어 다른 pH의 솔루션에서 그 저항을 측정합니다.그런 다음 전극의 다른 부분을 데이터 수집을 위해 컴퓨터 제어 된 potentiostat에 연결합니다. 기술 목록에서 암페롬법 전류 와 시간 곡선을 선택하고 전극에 100 밀리볼트 전위 차이를 적용합니다. 측정 후 실온에서 전극을 12시간 동안 건조시하십시오.ErGO-PA 전극 위에 5개의 중량 퍼센트 나피온5개의 마이크로리터를 추가하고 실온에서 전극을 12시간 동안 건조시다. 나피온 코팅 후 pH 측정 전에 24시간 동안 pH 5에서 완충액의 전극을 가열합니다. pH 5 버퍼 용액에서 컨디셔닝한 후, 나피온 코팅 된 ErGO-PA 전극을 제거하고 이전에 설명한 대로 pH 4에서 9까지 전극의 저항을 측정한다.9.3 그램의 M17 파우더를 250 밀리리터의 탈염수를 추가합니다. 분말이 완전히 녹을 때까지 용액을 천천히 교반합니다. 그런 다음 15 분 동안 섭씨 121도에서 솔루션을 자동 복제합니다.다음으로, 250 밀리리터 살균 플라스크에 살균된 M17 배지 50밀리리터를 마그네틱 스터드 바를 추가합니다. 8 밀리리터의 오토클레이브 1 어금니 포도당 용액을 배지에 추가합니다. 그런 다음, 이전에 동일한 배양 배지에서 재배된 L.lactis 배양 10마이크로리터로 용액을 접종한다.교반하는 동안 18시간 동안 인큐베이션 오븐에 접종된 배양 배지를 자기 교반 접시에 넣고 18시간 동안 플라스크를 놓습니다. 인큐베이션 중에 pH를 모니터링합니다. ErGO-PA-NA 전극을 L.lactis 문화에 넣고 면 플러그로 닫습니다.그런 다음 L.lactis를 성장시키기 위해 섭씨 30도의 온도 조절기로 설치하십시오. 이에 따라 전극에 100밀리볼트를 적용하고 시간에 대한 전류를 측정합니다. 다른 시점에서 5 밀리리터 샘플을 채취하여 600나노미터의 광학 밀도와 통상의 유리 전극을 가진 pH를 오프라인으로 측정한다.배양의 광학 밀도가 일정해질 때까지 측정을 계속하여 박테리아가 더 이상 자라지 않음을 나타냅니다. 마이너스 1.0 볼트 주위의 강력한 감소 피크의 출현은 ErGO에 그래 핀 산화물의 감소를 보여 주었다. 피크의 강도는 전극의 그래핀 산화물 층의 수에 따라 달라집니다.ErGO-PA 전극이 pH 4 ~ 9 개의 완충액에 배치되었을 때, 현재는 프로토네이션 탈화 과정에서 구멍의 도핑 및 도핑 해제로 인해 pH가 증가하여 증가했습니다. 수산화나트륨의 첨가가 특정 pH에서 멈추었을 때 전극의 반응은 즉시 안정되었다. 전극의 전도도는 나피온 코팅에 의해 별로 영향을 받지 않았다.그러나 저항값에 있는 몇 가지 오차차가 발생하여 ErGO-PA 전극의 기저 전류 값을 변경하였다. ErGO-PA 전극과 마찬가지로 완충액의 pH가 4에서 9로 변경되면 ErGO-PA-NA 전극의 저항이 변경되었습니다. L.lactis의 성장이 시작되면 ErGO-PA-NA 전극의 전류가 점차 감소하고 기하급수적 성장 단계에서 가속화되어 성장이 끝나면 안정적인 가치에 도달했습니다.전류의 최종 값은 버퍼 솔루션에서 테스트된 ErGO-PA-NA 전극의 현재 값과 비슷합니다. 이 절차를 시도하는 동안, 완전히 그래 핀 산화금 전극을 커버하는 것이 중요합니다. 이 기술은 공정 제어 분야의 연구원들이 생물학적 및 화학 시스템에 작은 pH 전극을 제조하고 사용할 수 있는 길을 열었습니다.농축 황산, 과망가네이트 칼륨 및 과산화수소와 함께 일하는 것은 매우 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오. 이 절차는 연기 후드에서 수행해야합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

이 비디오에서는 단백질-단백질 상호 작용을 감지하고 정량화하는 FEB(Field-Effect BioSensing) 기술에 대해 설명합니다. 그래핀 바이오센서에 고정된 표적 단백질은 용액 내 분석물 단백질과 상호 작용하여 FEB 시스템에서 전류 변화를 일으킵니다. 이러한 전기적 반응의 변화는 단백질 간의 결합 친화도를 나타냅니다.

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Nafion 코팅의 제조, 미생물 발효 하는 동안 실시간 산도 모니터에 그래 핀 산화물/폴리아닐린 Chemiresistive 센서 감소

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