Name: Iridium-Oxide gereduceerde Grafeen Oxide nanohybride Thin Film Modified Gezeefdrukt elektroden als Disposable elektrochemische Paper microfluïdische pH Sensoren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 15 s
Description: Leer de elektrochemische synthese van IrO2-RGO nanohybride dunne films voor draagbare pH-sensoren. Deze methode combineert papier-microfluidica met elektrochemische detectie voor snelle, accurate metingen buiten het laboratorium.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door een subsidie ​​van de Water Equipment and Policy (WEP) NSF Industrie / University Cooperative Research Center (I / UCRC). De auteurs zijn ook dankbaar voor de Hjalmar D. en Janet W. Bruhn Fellowship en Louis en Elsa Thomsen Wisconsin Distinguished Graduate Fellowship verstrekt aan JY bij UW-Madison

1. μPAD en Apparatuur Voorbereiding <ol><li> Graveren een 500 urn groef aan de onderzijde plastic houder SPE huis met ABS of compatibele kunststof vel voor driedimensionale (3D) freesmachine frezen -bit 1,6 mm diameter heeft. Houd SPE en μPAD stevig op zijn plaats tijdens het testen met de houder (Figuur 1A). </li><li> Voeg een stempel en een stofzuigdeksel behulp kunsthars tablet of compatibel kunststofvel met convexe en concave patronen, respectievelijk door de 3D freesmachine, teneinde patroon hydrofobe PDMS barrières op papier pads. <ol><li> Maak een mengsel van PDMS prepolymeer en verknopingsmiddel in een verhouding van 10: 1 of zoals voorgesteld door de fabrikant, mengen met een spatel en geschikte hoeveelheid toe te passen op het convexe oppervlak van het PDMS stempel. </li></ol></li><li> Plaats het stempel op een filterpapier pad voorgesneden aan gewenste grootte en de stofzuigdeksel aan de andere zijde van de stempel over het papier. Solliciteer vacuum tot 30 sec met een handbediende vacuümpomp. Verwijder het papier mat van het stempel en stofzuigdeksel en bakken in een convectieoven gedurende 10 minuten bij 80 ° C om het patroon PDMS (Figuur 1B) harden. De resulterende papier pad heeft een ongeveer 0,2 cm 2 sensing regio en 1 cm x 0,4 cm hydrofiel monster wicking regio. Opmerking: Wees extra waarschuwingen van de hoeveelheid toegepaste PDMS en vacuüm tijd om eventuele PDMS besmetting in het binnenste hydrofiele regio van het filter papier waar de vloeibare monsters worden overgebracht voorkomen. </li></ol> 2. Wijziging van de SPE met IrO 2 -RGO nanohybride Thin Films <ol><li> Drop cast 3 gl als bereide 1 mg ∙ ml -1 GO oplossing op de grafiet-koolstof werkelektrode van SPE met een micropipet en laten drogen bij kamertemperatuur in een petrischaal. Zuiveren pH 5,0 PBS-buffer met N2 gedurende 20 minuten, dip de SPE in 10 ml PBS-buffer ontlucht terwijl N &lt;sub&gt; 2 stroomt, en het gedrag van 100 cycli van repetitieve kathodische potentiële fietsen van 0,0 tot -1,5 V aan elektrochemisch verminderen gaan in RGO. Spoel de SPE met DI-water in een spuitfles en droog bij kamertemperatuur. Opmerking: Well-geëxpandeerd GO vellen, gestabiliseerd door elektrostatische afstoting, zijn afkomstig uit grafiet poeder met behulp van gemodificeerde Hummer methode zoals elders 7 gemeld. De homogeniteit van gesynthetiseerde RGO film is belangrijk, omdat het dient als koolstofdrager voor verdere groei IRO 2 dunne films. </li><li> Voeg 100 ml IrO 2 depositie samengesteld uit 0,15 g iridium tetrachloride (IrCl 4), 0,6 ml 50% (w / w) waterstofperoxide (H 2 O 2) en 0,5 g oxaalzuur drogen door ze in DI-water. Voeg geleidelijk kleine hoeveelheid watervrij kaliumcarbonaat onder roeren totdat de pH 10,5 bereikte geverifieerd door een laboratorium gebaseerde pH meter. Daarna oplossing werd geel. Verouderen van de oplossing gedurende 48 uur bij kamertemperatuur temperaopnieuw, dan is de kleur wordt uiteindelijk draaien lichtblauw. </li><li> Zet de RGO-SPE bovenstaande neerslagoplossing en een constante potentiaal van 0,6 V aanvragen 5 min. De dikte van 2 IrO dunne films kan nauwkeurig worden geregeld door het afzetten potentieel en tijd. </li><li> Bevestigen de structuur van het detectiebereik door SEM. Acquire SEM afbeeldingen volgende instructies op het Materials Science Center aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, zoals we eerder 7 deden. </li></ol> 3. De bouw van betaalbare en draagbare digitale pH Meters <ol><li> Bouw een goedkope en geminiaturiseerde pH meter met digitale weergave door het aansluiten van ofwel een serie van twee enkele LF356N operationele versterkers (opamps) of één INA111 high speed field-effect transistor (FET) -Input instrumentatie versterker (hoge input impedantie&gt; 10 12 Ω) op broodplank voldoende hoge interne impedantie voor stabiele metingen te bereiken. Opmerking: Alle onderdelen zijn gemakkelijk acgankelijk van elektronische winkels en kan eenvoudig worden gemonteerd. </li><li> Gebruik IRO 2 -RGO-SPE als de pH-sonde en OpAmps als eenheid te krijgen buffer. Sluit twee geaarde 9 V alkaline batterijen van de consument in serie om de pH meter van stroom en sluit de draden in de breadboard op basis van de pin lay-out van opamps. </li><li> Sluit de kathode en anode pinnen 7 en 4. Ook sluit de positieve en negatieve probes van een digitale multimeter pinnen 6 en 5 van opamps respectievelijk de uitgangsspanning en displayuitlezing meten. Referentie en werken elektroden van SPE zijn verbonden met pin 2 en 3 dienovereenkomstig. Gedetailleerde verbindingen zijn weergegeven in figuur 1D. </li></ol> 4. pH Metingen <ol><li> Bereid 100 ml BR buffers met 0,04 M equimolaire fosforzuur, azijnzuur en boorzuur en mengen met verschillende volumes (5, 25, 42, 60, 78 en 98) van 0,2 M natriumhydroxide (NaOH) bij verschillende pH bereiken van 2- 12 voor de kalibratie. </li><li> locat gevormde μPAD bovenop de detectiezone. Mount 60 ul vloeibare monsters rechtstreeks door een micropipet in de hydrofiele gebied van het μPAD voor wicking. De μPAD kan op zijn plaats worden gehouden met of zonder ABS deksel, wanneer het wordt bevochtigd. </li><li> Meet de spanning signaal tussen IRO 2 -RGO werkende elektrode en de Ag / AgCl referentie-elektrode in de tijd met ofwel een-lab gebaseerde CHI 660D elektrochemische analyser of de draagbare digitale pH-meter, wanneer de open circuit potentials (OCP) worden steady (potentiële variaties &lt;5%). </li><li> Houd het aftastgebied nat door onderdompeling van het notitieblok in vloeibare monsters te testen, indien nodig, om een ​​beter elektrisch contact en stabiele en reproduceerbare aflezingen op lange termijn werking bereiken. Opgenomen steady-state OCP waarden worden gemiddeld bij elke pH tot een ijkcurve te bepalen. </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>

De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.

Device Setup De pH sensor werkt door het meten van de OCP tussen de werkende en referentie-elektroden, aangezien ze proportioneel verandert de negatieve logaritme van de H + -concentratie. De metingen kunnen beide worden bereikt door een laboratorium gebaseerde potentiostaat zoals CHI 660D en simpele pH meter gebouwd op breadboard met lezen bij multimeter. Twee verschillende draagbare pH-meters werden op dezelfde wijze gebouwd op breadboard met behulp van twee 9 V...

De bepaling van de pH is alomtegenwoordig in de voeding, fysiologische, medicinale en milieustudies. Twee meest voorkomende instrumenten voor pH-detectie zijn pH strips en pH-meters. Paper strips zijn geïmpregneerd met kleur veranderende pH-indicator moleculen, maar het lezen wordt soms beperkt in pH-trajecten, subjectief en semi-kwantitatieve met een aantal afwijkingen. Anderzijds kan een pH meter conventioneel voorzien van een glaselektrode pH nauwkeurig het 0,01 niveau en weergave meten door een digitale interface. -Lab gebaseerde pH-meters niet alleen speciale zorg nodig hebben in het onderhoud en de kalibratie, maar ook niet goed te werken aan kleine steekproef volumes en vereisen vaak een schone container, zoals een beker om metingen uit te voeren. Ondanks de gevoeligheid, selectiviteit en stabiliteit, glaselektrodes lijden zuur / base errors, hoge impedantie, instabiele temperatuur en mechanische kwetsbaarheid 1. Het is daarom voordelig om een ​​pH meetsysteem embod hebbenies de nauwkeurigheid van pH meter en de eenvoud en kostenaspecten pH strips. Er is altijd een onvervulde behoefte aan dergelijke instrumenten onder beperkte middelen omstandigheden in veel ontwikkelingslanden regio&#39;s waar dure lab gebaseerde apparatuur of commerciële laboratoria zijn onbetaalbaar. Ook is het toenemende belang van nieuwe gemakkelijk te gebruiken ter plaatse sensing platforms geduwd door een dergelijke vraag naar point-of-care detectie. Elektrochemische detectie is eenvoudig, gemakkelijk te miniaturiseren en bevredigend gevoelig, zoals blijkt uit het gecommercialiseerd low-cost SPE&#39;s en diverse glucose controle systemen op de markt. Als een licht, flexibel en wegwerp poreus materiaal, kan het papier ook verschillende bestuurbare kenmerken, zoals verschillende poriegroottes, functionele groepen en wicking tarieven. Zoals papieren substraat nauwelijks van invloed te analyseren diffusie en elektrochemische detectie 2-4, een combinatie van papier-fluïde apparaten en elektroanalytische technieken heeft recently kreeg veel belangen. Een duidelijk voordeel van een dergelijke combinatie is de kleine hoeveelheid monster volume gebruikt in de meting die mogelijk storingen door trillingen en convectie kan voorkomen tijdens de metingen. Zo werden gevormd microfluïdische pads toegepast wiek en leveren vloeistofmonsters te detectiegebied SPE voor detectie van zware metaalionen en glucose 2,5. Vergelijkbare apparaten met behulp van papier microfluïdische elektrochemiluminescentie werden opgericht om NADH detectie 4 te bereiken. Meer recent, kunnen eenvoudige elektrochemische papier microfluïdische inrichtingen worden gebouwd op een glasplaatje met potlood elektroden 6 of met behulp van enzymen papier en SPE 3. Een nanohybride dunne film materiaal bestaande IRO 2 en RGO werd bereid met een gemakkelijke en efficiënte elektrochemische aanpak. We vonden dat op de onregelmatige en ruw SPE grafiet carbon oppervlak, anode elektrolytisch IrO 2 dunne film kan nietzijn soepel en stabiel zonder de hulp van de RGO. De resulterende IrO 2 -RGO SPE werd geïntegreerd in een papieren microfluïdische apparaat die hydrofoob barrières voor pH-sensing is een patroon. De samengestelde inrichting lieten goede analytische prestaties van de pH-sensor met een iets super-Nernstian gedrag. De resultaten zijn vergelijkbaar met een conventionele laboratorium gebaseerde pH-meter met glas elektroden. Ten slotte werden kosteneffectieve geminiaturiseerde pH meter gebouwd op een breadboard om open circuit potentiële output signaal te meten met een digitale multimeter. De afmetingen van de draagbare pH meter correleert goed met die van een commercieel laboratorium pH meter.

```html
<table><tbody><tr><td>Screen-printed electrodes</td><td>Zensor</td><td>TE100</td><td>3-elektrode geïntegreerd</td></tr><tr><td>Acrylonitrile butadieen styreen (ABS)&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxaan (PDMS) prepolymeer en crosslinker mengsel</td><td>Dow-Corning Co.</td><td>Sylgard 184</td><td>10:1 mengsel w/w</td></tr><tr><td>Whatman No. 1 filterpapier</td><td>GE Healthcare Co.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3D freessysteem</td><td>Roland DGA Co.</td><td>iModela IM-01</td><td></td></tr><tr><td>PDMS stempel en vacuümdeksel</td><td>Roland DGA Co.</td><td>Sanmodur</td><td>Synthetische hars tablet</td></tr><tr><td>Handbediende vacuümpomp</td><td>Cole-Parmer Co.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elektrochemische werkstation</td><td>CH Instruments</td><td>CHI 660D</td><td></td></tr><tr><td>LF356N operationele versterkers</td><td>Texas Instruments Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>INA111 hoge snelheid veldeffecttransistor (FET)-invoer instrumentversterker</td><td>Burr-Brown Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DMM914 digitaal multimeter&nbsp;</td><td>Tektronix Inc.</td><td>70979101</td><td></td></tr><tr><td>Van Fisher of Sigma:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Iridium tetrachloride (IrCl4)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>50% (w/w) waterstofperoxide (H2O2)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oxaalzuur dihydraat</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kaliumcarbonaat (K2CO3)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fosforzuur</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Azijnzuur&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Boorzuur</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumhydroxide (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>
```

iridium-oxide gereduceerde grafeen oxide nanohybride thin film modified gezeefdrukt elektroden als disposable elektrochemische paper microfluïdische ph sensoren

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

Een facile, controleerbaar, goedkope en groene elektrochemische synthese IRO 2 -graphene nanohybride dunne films is ontwikkeld om een eenvoudig te gebruiken geïntegreerde papier microfluïdische elektrochemische pH-sensor voor de beperkte middelen te fabriceren. Rekening voordelen van zowel pH meter en strips, wordt de pH sensing platform bestaande uit hydrofobe barrière patroonpapier Micropad (μPAD) middels polydimethylsiloxaan (PDMS), gezeefdrukt elektrode (SPE) gemodificeerd met IrO 2 -graphene films en gevormde acrylonitrilbutadieenstyreen (ABS) plastic houder. Repetitive kathodische potentieel fietsen werd gebruikt voor grafeen oxide (GO) reductie die volledig elektrochemisch instabiel zuurstofrijk groepen met een uitstekende stabiliteit en elektronische eigenschappen kan verwijderen en het genereren van een 2D foutloze homogene grafeen dunne film. Een uniforme en vlotte IrO 2 film in nanoschaal korrelgrootte anodisch wordt elektrolytisch op het grafeen film, zonder enigewaarneembare scheuren. De resulterende IrO 2 -RGO elektrode bleek iets super-Nernstian antwoorden van pH 2-12 in Britton-Robinson (BR) buffers met goede lineariteit, kleine hysteresis, lage responstijd en reproduceerbaarheid in verschillende buffers, evenals lage gevoeligheid voor verschillende bemoeienissen ionen en opgeloste zuurstof. Een simpele draagbare digitale pH meter wordt vervaardigd, waarvan het signaal wordt gemeten met een multimeter behulp hoge input impedantie operationele versterker en consumentenbatterijen. De pH-waarden gemeten met de draagbare elektrochemische papier-microfluïdische pH-sensoren kwamen overeen met die gemeten met behulp van een commercieel laboratorium pH-meter met een glas elektrode.

De opzet van de elektrochemische IrO 2 -RGO-SPE pH-sensor waarin papier microfluidics is weergegeven in figuur 1A. De patroonpapier pad met PDMS hydrofoob barrières werd bovenop het detectiebereik IRO 2 -RGO-SPE die op het ABS kunststof houder. De detectie zone papier pad werd zorgvuldig afgestemd op de elektrode oppervlak. Een waterige methyleenblauw kleurstof werd gebruikt om de dessinpapier verbandtest en zoals waargenomen monsters wiek in de hyd...

De studie toont de groei van iridium-oxide gereduceerd grafeen oxide (IrO 2 -RGO) nanohybride dunne films op onregelmatige en ruwe gezeefdrukt koolstof substraat door middel van een groene elektrochemische synthese, en de uitvoering ervan als een pH-sensor met een patroonpapier-vloeibare platform .

Iridium-Oxide gereduceerde Grafeen Oxide nanohybride Thin Film Modified Gezeefdrukt elektroden als Disposable elektrochemische Paper microfluïdische pH Sensoren

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

Het algemene doel van deze methode is het gebruik van de elektrochemische synthese van hybride dunne films van grafeen-iridiumoxide om een draagbare elektrochemische papier-fluidische sensor te vervaardigen voor pH-metingen aan het bed (point-of-care). Deze methode biedt een nieuwe manier om pH-metingen aan het bed uit te voeren door de synthese van elektrochemisch neergeslagen dunne films van iridiumoxide te combineren, ondersteund door steunstructuren van gereduceerd grafeenoxide. In combinatie met papier-microfluidische pads en een digitale automatische weergave, resulteert dit in een daadwerkelijk draagbare en wegwerpbare pH-sensor.Deze techniek combineert de kenmerken van pH-indicatorstrips en pH-meters in vaste toestand door gebruik te maken van papieren microfluïdica en elektrochemische detectie om snelle, nauwkeurige point-of-care metingen van de pH buiten laboratoria mogelijk te maken met een laag monstervolume. Het idee voor de fabricage van dergelijke apparaten ontstond omdat we de relatief kleine pH-variaties van het meerwater in verschillende maanden in Madison, Wisconsin wilden meten. In feite kan een pH-strip zo'n klein pH-verschil niet detecteren en is dit nauwelijks afleesbaar op de kleurkaart.Het is bovendien niet praktisch om een pH-meter voor laboratoriumgebruik te gebruiken. Begin met het vastzetten van een plaat ABS of een ander compatibel plastic van 7 cm x 4 cm x 0,6 cm in de houder van een driedimensionale freesmachine die is uitgerust met een freesbit van 1,6 mm. Gebruik de freesmachine om een hondenbeenvormige groef met een diepte van 500 micrometer in het oppervlak te graveren.Creëer de vorm door twee cirkels met een straal van 1 cm te frezen, verbonden door een kanaal van 1 cm x 5 mm breed. Dit patroon zal als stempel dienen. Plaats vervolgens een apart vel plastic in de freesmachine om als vacuümafdekking te gebruiken en frees een groef uit die groot genoeg is om het volledige stempelpatroon te bevatten.Bereid vervolgens een mengsel van PDMS-prepolymeer en crosslinker voor in een verhouding van 10 op 1 en meng de twee delen met een spatel. Plaats het mengsel daarna gedurende vijf minuten in een vacuümkamer om het mengsel te ontgassen. Breng een passende hoeveelheid ontgast PDMS aan in de kanaalgroef van de stempel, zodat de gehele groef wordt gevuld.Schraap het overtollige materiaal weg met een plat stuk plastic. Plaats vervolgens een stuk filterpapier, vooraf gesneden op de gewenste maat, bovenop de met PDMS gevulde stempel. Plaats de vacuümafdekking aan de tegenovergestelde zijde van de stempel, over het papier heen, en oefen een lichte vingerdruk uit op de stempel.Pas tot 30 seconden vacuüm toe met behulp van een handbediende vacuümpomp. Verwijder na afloop het papieren kussen en plaats het gedurende 10 minuten in een convectieoven bij 80 degrees celsius om het patroon in de PDMS te harden. Verkrijg eerst een zeefgedrukt array van drie elektroden bestaande uit een grafitische koolstofwerkelektrode, een tegenelektrode en een zilver/zilverchloride-referentieelektrode.Gebruik vervolgens een micropipet om 3 µL van een grafeenoxide-oplossing van 1 mg/ml op de grafietkoolstof-werkelektrode te druppelen. Laat de oplossing drogen bij kamertemperatuur. Spoel ondertussen 10 ml van een PBS-buffer met pH 5,0 gedurende 20 minuten met stikstof.Wanneer de gescreenprintte elektrode droog is, wordt deze in de buffer gedoopt terwijl de stikstofstroom aanhoudt. Sluit de elektrode vervolgens aan op een elektrochemisch werkstation en voer 100 cycli van herhaaldelijke kathodische potentiaalcycli uit van 0,0 tot 1,5 volt om het grafeenoxide elektrochemisch te reduceren. Spoel de gescreenprintte elektrode daarna af met gedeïoniseerd water en laat deze drogen bij kamertemperatuur.De homogeniteit van de film van gereduceerd grafeenoxide is belangrijk, omdat deze dient als koolstofdrager voor de verdere groei van iridiumoxide-dunne films. Maak vervolgens 100 ml iridiumoxide-depositieoplossing in gedeïoniseerd water. Voeg geleidelijk een kleine hoeveelheid watervrij kaliumcarbonaat toe onder roeren, totdat de pH van de oplossing 10,5 bereikt en de oplossing een gelige kleur krijgt.Laat de oplossing 48 uur rijpen bij kamertemperatuur. Observeer gedurende deze tijd hoe de kleur verandert van geel naar lichtblauw. Plaats de screen-printed elektrode van gereduceerd grafeenoxide in de iridiumoxidewaarderingsoplossing en gebruik het elektrochemische werkstation om een constant potentiaal van 0,6 volt gedurende vijf minuten aan te brengen.Bevestig de structuur van het detectiegebied via scanning elektronenmicroscopie met behulp van standaard SEM-monstervoorbereidings- en beeldvormingstechnieken. Om te beginnen met de constructie van de draagbare digitale pH-meter, verzamel de benodigde componenten zoals hier getoond, welke vermeld staan in het bijbehorende tekstprotocol onder de lijst met materialen. Plaats vervolgens de INA 111 high speed field effect transistor input instrumentatieversterker op het breadboard om een voldoende hoge interne impedantie voor stabiele metingen te bereiken.Sluit vervolgens twee geaarde alkaline consumentenbatterijen van negen volt in serie aan om de pH-meter van stroom te voorzien. Verbind de kathode met pin zeven en de anode met pin vier. Sluit daarna een weerstand van 10 meg-ohm aan tussen pin één en pin acht.Sluit daarnaast de positieve probe van een digitale multimeter aan op pin zes en de negatieve probe op pin vijf. Stel de multimeter zo in dat de uitgangsspanning wordt gemeten en weergegeven. Sluit tot slot het referentie-uiteinde van de gemodificeerde screen-printed elektrode aan op pin twee en de werkelektrode op pin drie.Bereid 100 ml mengsels van Britton-Robinson buffers door variërende hoeveelheden 0,2 molar natriumhydroxide te combineren met een 0,04 molar zuuroplossing bestaande uit equimolaire hoeveelheden fosforzuur, azijnzuur en boorzuur. Stel vervolgens de microfluïdische pH-meter samen door de gemodificeerde screen-printed elektrode in de gefreeste plastic houder te plaatsen en daarna het microfluïdische papier bovenop de elektrode te leggen, zodat een van de hydrofiele cirkels zich boven de sensor bevindt. Voeg met een pipet 60 mcL van een van de pH-monsters direct toe aan het hydrofiele gebied van het micropad, zodat het naar de sensor wordt getrokken.Begin vervolgens met het meten van het voltagesignaal met een geassembleerde draagbare digitale pH-meter. Zodra de open-circuitpotentiaal stabiel is, wordt de waarde genoteerd. Herhaal dit proces voor elke voorbereide standaard om een standaardcurve op te stellen, waarbij telkens een nieuw microfluïdisch papier wordt gebruikt.De beschreven elektrochemische reductietechniek voor de screen-printed elektroden resulteert in een homogene, defectvrije dunne laag gereduceerd grafeenoxide die zichtbaar is onder een scanningelektronenmicroscoop. Na modificatie met iridiumoxide moet een uniforme en gladde film verschijnen zonder waarneembare scheuren. Slechts een kleine hoeveelheid vloeistof is nodig, aangezien het monster via het microfluïdische papier naar de sensor wordt getrokken.Op de hier getoonde afbeelding is een monster van een blauwe kleurstofoplossing aan de basis van het papier geplaatst en naar de locatie van de sensor getrokken, waardoor het hele stuk papier is gekleurd. De tijd die nodig is om een stabiele waarde te bereiken, varieert afhankelijk van de pH van het monster. Zoals bij elke pH-meter is het belangrijk om te wachten tot een stationaire toestand is bereikt voordat de meting wordt genoteerd.Zodra de gestage toestand is bereikt, correleren de waarden die met een microfluïdische pH-sensor zijn verkregen lineair met die van een typische pH-meter. De hybride dunne-film pH-meter van grafeen-iridiumoxide vertoont een kleine hysteresis, een snelle responstijd, reproduceerbare prestaties en een goede correlatie met de commerciële glaselektrode van een laboratorium pH-meter. Eenmaal beheerst kunnen de pH-metingen snel worden uitgevoerd, in de orde van enkele seconden.Volgens deze procedure kunnen andere pH-responsieve hybride dunne films van koolstofbatterijoxide op soortgelijke wijze worden gesynthetiseerd op elke geleidende of halfgeleidende substraten, zoals klasse E-koolstof, met indiumtinoxide gecoat glas en silica. De elektrochemische microfluïdische sensor combineert de voordelen van zowel pH-meters als pH-strips. Het is een veelbelovend platform voor toekomstige pH-metingen in het veld en point-of-care metingen in omgevingen met beperkte middelen.

iridium-oxide-reduced-graphene-oxide-nanohybrid-thin-film-modified

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

De organische elektrochemische transistor is geïntegreerd met levende cellen en gebruikt om te controleren ion flux in de maag epitheliale barrière. In deze studie, een toename ionenflux betrekking tot verstoring van tight junctions, geïnduceerd door de aanwezigheid van calcium chelator EGTA (ethyleenglycol-bis (beta-aminoethylether)-N, N, N ', N'-tetra azijnzuur zuur), gemeten.

Sensing van Barrier weefselverstoring met een Organic elektrochemische Transistor

Een micro-inrichting met hoge doorvoer potentieel gebruikt om driedimensionale (3D) diëlektroforese (DEP) tonen met nieuwe materialen. Grafeen nanoplatelet papier en dubbelzijdig tape werden afwisselend gestapeld; een 700 urn micro-put werd geboord dwars op de lagen. DEP gedrag polystyreen korrels werd aangetoond in de micro-put.

Ontwikkeling van een 3D Grafeen elektrode dielectrophoretic Device

Een microfluidic biosensor platform is ontworpen en vervaardigd met behulp van goedkope droge film fotoresist technologie voor snelle en gevoelige kwantificering van verschillende analyten. Deze eenmalig gebruik-systeem zorgt voor de elektrochemische uitlezing van enzyme-linked tests aan-chip-geïmmobiliseerd door middel van de techniek van de stop-flow.

Droge Film elektrochemische Microfluidic Biosensor fotoresist gebaseerde Platform: Apparaat Fabrication, On-chip Assay voorbereiding en werking van het systeem

Wij rapporteren hier, het protocol voor de fabricage van een Nafion-coating, polyaniline-matiemaatschappij, elektrochemisch verminderde grafeen oxide chemiresistive micro pH sensor. Deze chemiresistor gebaseerde, solid-state micro pH sensor kan detecteren pH veranderingen in real-time tijdens een fermentatieproces Lactococcus lactis .

Productie van een Nafion-coating, verminderd grafeen Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor op een pH van de Monitor in Real-time tijdens microbiële gisting

We beschrijven waterige en organische oplosmiddelsystemen voor de elektropolymerisatie van poly(3,4-ethyleendioxythiofeen) om dunne lagen op het oppervlak van gouden micro-elektroden te creëren, die worden gebruikt voor het detecteren van analyten met een laag molecuulgewicht.

Elektrochemische bereiding van poly(3,4-ethyleendioxythiofeen) lagen op goud micro-elektroden voor urinezuur-sensing toepassingen

Het huidige protocol demonstreert de ontwikkeling van elektrolyt-gated grafeen veldeffect transistor (EGGFET) biosensor en de toepassing ervan in biomarker immunoglobuline G (IgG) detectie.

Ontwikkeling en functionalisering van elektrolyt-gated grafeen veldeffecttransistor voor biomarkerdetectie

Dit protocol beschrijft een eenvoudig proces waarbij gebruik wordt gemaakt van handige plastic micromallen voor eenvoudige micro-embossingbewerkingen om microkanalen te fabriceren op nanogefibrilleerd cellulosepapier, waarbij een minimale breedte van 200 μm wordt bereikt.

Microembossing: een handig proces voor het vervaardigen van microkanalen op microfluïdica op basis van nanocellulosepapier

Het artikel presenteert de protocollen van een cascade-ontwerpoxidatieproces en een zeer basale reductiereactie voor innovatieve, schaalbare omzetting van grafiet in meerlaags grafietoxidepoeder, grafeenoxide nanosheets, supramoleculair gereduceerde grafeenoxide hydrogel en gereduceerde grafeenoxide nanomaterialen.

Schaalbare syntheses van grafeenoxide en gereduceerd grafeenoxide met behulp van cascadeontwerpoxidatie en zeer basale reductiereacties

Het primaire doel van dit artikel is om onderzoekers en wetenschappers te helpen het proces van glucosedetectie met elektrochemie te begrijpen en parameters te optimaliseren om de glucosesensorrespons te maximaliseren. Het proces van het vervaardigen van een glucosesensor wordt uitvoerig beschreven met richtlijnen voor het verkrijgen van de beste chronoamperometrische respons.

NiO-nanobloemen voor niet-enzymatische amperometrische detectie van glucose

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen op glas worden vervaardigd door afzetting van boor en fosfor gedoteerd silicium lagen gevolgd door kristallisatie, defect passivering en metallisatie. Plasmonische licht-trapping wordt ingeleid door de vorming van Ag nanodeeltjes op de silicium celoppervlak afgedekt met een diffuus reflector resulteert in ~ 45% fotostroom toebehoren.

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen met plasmonische-enhanced Light-trapping

Leer de elektrochemische synthese van IrO2-RGO nanohybride dunne films voor draagbare pH-sensoren. Deze methode combineert papier-microfluidica met elektrochemische detectie voor snelle, accurate metingen buiten het laboratorium.

Iridium-Oxide gereduceerde Grafeen Oxide nanohybride Thin Film Modified Gezeefdrukt elektroden als Disposable elektrochemische Paper microfluïdische pH Sensoren (Video) | JoVE Journal

Iridium-Oxide gereduceerde Grafeen Oxide nanohybride Thin Film Modified Gezeefdrukt elektroden als Disposable elektrochemische Paper microfluïdische pH Sensoren

Meer video's verkennen