Name: Productie van een Nafion-coating, verminderd grafeen Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor op een pH van de Monitor in Real-time tijdens microbiële gisting (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 18 s
Description: Leer een Nafion-coating chemiresistieve pH-sensor te produceren met polyaniline en gereduceerd grafeenoxide. Deze compacte methode maakt real-time pH-monitoring tijdens Lactococcus lactis fermentatie mogelijk.

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

De auteurs erkennen de Rijksuniversiteit Groningen voor financiële steun.

1. bereiding van grafiet Oxide
Opmerking: Graphite oxide is bereid volgens Hummers methode10,11.
<ol><li>Voeg 3 g grafiet in 69 mL geconcentreerde H2dus4 en roer de oplossing tot het grafiet volledig heeft verspreid. Toevoegen van 1.5 g van natriumnitriet en laat het gedurende 1 uur al roerend. Dan de container te plaatsen in een ijsbad.</li>
	<li>9 g kaliumpermanganaat in de verstrooiing toevoegen en verwijderen van de container uit het ijsbad. Laat de oplossing om op te warmen tot kamertemperatuur.</li>
	<li>Voeg eerst ontkleuring 138 mL gedestilleerd water. Vervolgens blijven toevoegen van 420 mL gedestilleerd water. Handhaving van de temperaturen bij 90 ° C gedurende 15 minuten met behulp van een kookplaat. 7,5 mL van 30% waterstofperoxide aan de dispersie toevoegen.</li>
	<li>Verzamelen van het product door middel van centrifugeren bij 10.000 x g gedurende 20 min en gooi het supernatant oplossing. Wassen van de pellet 4 x met warme tweemaal gedestilleerd water en 2 x met een 10%-zoutzuur (v/v). Tot slot was het 2 x met ethanol en droog het bij 50 ° C in de oven.</li>
</ol>2. Ga-gestort elektrode voorbereiding
<ol><li>Verspreiden van 10 mg van grafiet oxide in 10 mL water en bewerk vervolgens ultrasone trillingen ten het in het ultrasoonbad gedurende 6 uur.</li>
	<li>Verwijder de unexfoliated grafiet oxide vlokken door centrifugeren voor 30 min op 2700 x g. Discard vaste deeltjes na het centrifugeren en gebruik van het supernatant voor verdere experimenten. Opmerking: We gebruikten deze geëxpandeerd GO vlokken spreiding als de stockoplossing.</li>
	<li>Verdun de stockoplossing GO tweeledig. Altijd een verse GO werkende oplossing van de stamoplossing te bereiden.</li>
	<li>Voeg 2 µL van de GO-werkoplossing bovenop een blootgestelde interdigitated gouden elektrode (figuur 1A en Figuur 2). Droog na druppel gieten, de elektrode bij kamertemperatuur voor 12u. Dit is de elektrode GO-gestort.</li>
</ol>3. vermindering van Ga naar elektrochemisch verminderde grafeen Oxide
<ol><li>Plaats de elektrode in de Polydimethylsiloxaan (PDMS) elektrode houder (onderste stuk). Plaats het andere deel van het elektrode-houder, die als een reservoir van de oplossing, op de top van de elektrode zoals afgebeeld in figuur 1A - 1 C fungeert. Monteer de houders door knippen van de twee delen samen met behulp van twee paperclips. Zorg ervoor dat de PDMS houder heeft geen betrekking op het deel van de GO-gestort elektrode.</li>
	<li>Pipetteer 300 µL van 0,2 M fosfaatbuffer (pH 7) in het reservoir. Dan plaatsen de verwijzing en de teller-elektrode in de oplossing op een zodanige wijze dat de elektroden worden geplaatst dicht bij de oppervlakte van de GO-film, zoals weergegeven in Figuur 1 c. Deze set-up fungeert als een elektrochemische cel voor het uitvoeren van elektrochemische vermindering van GO en voor afzetting van de polyaniline.</li>
	<li>Verbind de elektroden met de potentiostaat aangesloten op een computer voor data-acquisitie. Gebruik van cyclische voltammetrie voor de elektrochemische onderdrukking: Selecteer 0 tot -1,2 V als een potentieel bereik en 50 mV/s als de scanfrequentie. Cyclus van de spanning over de elektrode tussen 0 en -1,2 V 10 x (Figuur 3).</li>
	<li>Na het experiment, de elektrode van de houder verwijderen en herhaaldelijk wassen met tweemaal gedestilleerd water. Vervolgens drogen de elektrode in een oven bij 101 ° C gedurende 12 h.</li>
	<li>Wanneer de elektrode droog is, verwijder de elektrode uit de oven en laat ze afkoelen tot kamertemperatuur. Vervolgens de geleidbaarheid van de elektrode te meten met een multimeter. De elektrode wordt nu een elektrochemisch verminderde grafeen oxide (ERGO) elektrode genoemd.</li>
</ol>4. Polyaniline Functionalization van de ERGO elektrode
<ol><li>10 mM aniline monomeer voorbereiden op de polyaniline functionalization. Los 5 µL van 10 mM aniline in 5 mL 1 M H2dus4.</li>
	<li>Voor de polyaniline functionalization, voeg 300 µL van aniline monomeer naar het reservoir van de oplossing. Plaats de elektrode ERGO-gestort in de elektrode-houder als beschreven in de procedure voor de vermindering van de GO.</li>
	<li>Cyclische voltammetrie voor de electropolymerization van aniline gebruiken functionalize ERGO in ERGA-polyaniline (ERGO-PA): Selecteer 0 tot 0,9 V als een potentieel bereik en 50 mV/s als de scanfrequentie. Cyclus van de spanning over de elektrode tussen 0 tot 0,9 V voor 50 x (Figuur 4).</li>
	<li>Na de afzetting van polyaniline, verwijderen van de elektrode en herhaaldelijk wassen met tweemaal gedestilleerd water. Vervolgens drogen de elektrode bij 80 ° C in de oven gedurende 12 uur.</li>
	<li>Verwijder de elektrode uit de oven en laat ze afkoelen tot kamertemperatuur alvorens het meten van de geleidbaarheid van de elektrode met een multimeter.</li>
	<li>Bereiden een bufferoplossing pH 5 door toevoeging van 0,2 M NaOH aan de Britton-Robinson buffer-oplossing tot pH 5 (zie stap 5.1). Houd de elektrode in de buffer met een pH 5 gedurende 24 uur.<ol>
<li>Ter voorbereiding van een universele Britton-Robinson-bufferoplossing, meng 0,04 mol van fosforzuur, 0,04 mol azijnzuur en 0,04 mol van boorzuur in 0.8 L ultrazuiver water. 0,2 M natriumhydroxide ontkleuring aan toevoegen bufferoplossing totdat de gewenste pH4is bereikt. Voeg ultrazuiver water toe totdat het eindvolume 1 L. is</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. ERGO-PA elektrode testen bij verschillende pH (pre kalibratie voordat Nafion Coating)
<ol><li>Na conditionering van de elektrode in een bufferoplossing pH 5, meten de weerstand van de elektrode in de oplossingen van een verschillende pH (van pH 4, pH 9; Zie Figuur 5).<ol>
<li>Voor deze meting, dompel de elektrode direct in de bufferoplossing en sluit het andere deel van de elektrode aan de computergestuurde potentiostaat voor data-acquisitie. Het wijzigen van de pH door titrating met 0,2 M NaOH.</li>
		<li>Chronopotentiometry of amperometry i-t-curve kiezen uit de lijst met technieken en een 100 mV potentiaalverschil aan de elektrode van toepassing. Opmerking: De potentiostaat meet de huidige tegen de klok. De controle van de potentiostaat software biedt een grafische weergave van de huidige tegen de klok.</li>
		<li>Gebruik van de wet van Ohm (weerstand is gelijk aan de spanning gedeeld door de huidige) voor de berekening van de weerstandswaarde van de gemeten huidige en toegepaste spanning.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Na de metingen, droge de elektrode bij kamertemperatuur voor 12u.</li>
</ol>6. bereiding van de elektrode Nafion beklede ERGO-PA
<ol><li>Voeg 5 µL van 5 wt % Nafion bovenop de elektrode ERGO-PA en droog de elektrode bij kamertemperatuur voor 12u.</li>
	<li>Na de Nafion coating, houden de elektrode in de bufferoplossing pH 5 gedurende 24 uur voordat de pH-metingen.</li>
	<li>Na conditionering in pH 5, verwijderen van de ERGO-PA Nafion beklede elektrode (ERGO-PA-nvt) en meet de weerstand van de elektrode van pH 4, pH 9 zoals vermeld in punt 5.1 (Figuur 6).</li>
</ol>7. bereiding van L. lactis kweekmedium
<ol><li>9.3 g M17 poeder in 250 mL ultrazuiver water toevoegen. Langzaam doorroeren de oplossing tot het poeder volledig oplost. Autoclaaf de oplossing bij 121 ° C gedurende 15 minuten.</li>
	<li>Neem een gesteriliseerde kolf van 250 mL met een magneetroerder bar en voeg 50 mL van het gesteriliseerde M17 medium aan op de maatkolf. Vervolgens voegt u 8 mL gesteriliseerde met autoclaaf 1 M glucose oplossing. Beënt de oplossing met 10 µL van een cultuur van L. lactis , eerder gegroeid in het dezelfde kweekmedium. Opmerking: De bacteriële stam is afkomstig van Jan Kok, moleculaire genetica, Universiteit van Groningen.</li>
	<li>Plaats de kolf met het geënte kweekmedium voor 18u op een magneetroerder plaat in een oven van de incubatie bij 30 ° C terwijl roeren en de pH te controleren.</li>
</ol>8. het testen van de ERGO-PA-NA pH reactie in een Experiment van de gisting L. lactis
<ol><li>De ERGO-PA-NA-elektrode in de L. lactis cultuur plaats en sluit deze met een stekker van katoen. Plaats vervolgens de set-up in de thermostaat bij 30 ° C tot L. lactisgroeien.</li>
	<li>Toepassen van 100 mV de elektrode en de maatregel de huidige tegen de klok.</li>
	<li>0,5 mL monsters nemen op verschillende tijdstippen (zie bijvoorbeeld afbeelding 7) te meten off-line de optische dichtheid bij 600 nm en de pH met een conventionele glaselektrode. Blijven de metingen tot de optische dichtheid van de cultuur constante wordt, die aangeeft dat de bacteriën niet meer groeien.</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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het is essentieel dat de GO volledig lagen dekken de gouden elektrode draden na de afzetting van GO. Indien de elektroden van de gouden niet met GO vallen, zal polyaniline niet alleen storten op ERGO maar ook op de draden zichtbaar gouden elektrode direct. Afzetting van polyaniline op de gouden elektrode draden kan gevolgen hebben op de prestaties van de elektrode. Na de reductie van Ga naar ERGO, is de elektrode gedroogd bij 100 ° C tot het versterken van de hechting tussen de ERGO-laag en de gouden elektrode draden. De...

pH speelt een vitale rol in vele chemische en biologische processen. Zelfs kleine veranderingen in de pH-waarde het proces veranderen en negatieve invloed hebben op de uitkomst van het proces. Vandaar, is het noodzakelijk voor bewaking en beheersing van de pH-waarde tijdens elke fase van de experimenten. De op basis van glas pH elektrode is met succes gebruikt om te controleren van de pH in vele chemische en biologische processen, hoewel het gebruik van een glaselektrode verschillende beperkingen kleeft tot het meten van de pH. De op basis van glas pH-elektrode is relatief groot, kwetsbare en kleine lekkage van de elektrolyt in de steekproef zijn mogelijk. Bovendien, de elektrode en de elektronica zijn relatief duur voor toepassingen in 96-Wells screening gisting systemen. Bovendien, de elektrochemische sensoren zijn invasief en consumeren van het monster. Vandaar, is het voordeliger om het gebruik van niet-invasieve, referentie-minder sensoren.
Tegenwoordig, zijn verkleinde reactie systemen favoriet in vele chemische engineering en biotechnologische toepassingen zoals deze microsystems verbeterde procescontrole, samen met vele andere voordelen ten opzichte van hun macro systeem-analogen bieden. Om te controleren en de controle van de parameters in een verkleinde systeem is een uitdagende taak als de grootte van de sensor te meten, bijvoorbeeld, de pH en de O-2, moet eveneens worden geminimaliseerd. De succesvolle productie van microreactors voor biologische systemen vereisen verschillende soorten analysehulpmiddelen voor procesbewaking. Vandaar, de ontwikkeling van slimme microsensors speelt een belangrijke rol bij de uitvoering van de biologische processen in de microreactors.
Onlangs, zijn er verschillende pogingen ondernomen om het ontwikkelen van slimme pH sensoren met behulp van chemiresistive sensing materialen zoals de koolstof nanotubes en uitvoeren van polymeren1. De sensoren van deze chemiresistive vereisen geen referentie-elektrode en zijn eenvoudig te integreren met elektronische schakelingen. Succesvolle chemiresistive sensoren maken het mogelijk om te produceren van slimme sensoren die zijn rendabel en gemakkelijk te vervaardigen, een kleine volume nodig voor het testen, en zijn niet-invasief.
Wij rapporteren hier een methode te ontwikkelen van een elektrode met polyaniline-matiemaatschappij, elektrochemisch verminderde grafeen oxide. De chemiresistive-elektrode opereert als een pH sensor tijdens een L. lactis gisting. L. lactis is een melkzuur-zuur-producerende bacterie gebruikt in voedsel fermentatie en voedsel conserveermiddel processen. Tijdens de gisting, de productie van melkzuur verlaagt de pH en de bacterie stopt met groeien bij een lage pH2,3,4.
Een medium van de gisting is een complexe chemische omgeving die bevat peptiden, zouten en redox-moleculen die de neiging hebben om zich te mengen met de sensor oppervlakte5,6,7,8,9. Deze studie toont aan dat een pH sensor gebaseerd op chemiresistive materiaal met een goede oppervlaktebescherming laag kan worden gebruikt voor het meten van de pH in dit soort complexe gisting media. In deze studie succesvol gebruiken we Nafion als de laag van bescherming voor polyaniline-gecoat, elektrochemisch verminderde grafeen oxide voor het meten van de pH in real-time tijdens een L. lactis gisting.

<table><tbody><tr><td>Grafietvlokken</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zwavelzuur (H2SO4)</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumnitriet (NaNO2)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kaliumpermanganaat (KMnO4)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>30 % H2O2</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HCL</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anilin</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5 wt % Nafion</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>M17 poeder</td><td>BD Difco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fosforzuur (H3PO4)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Boorzuur (HBO3)</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Azijnzuur</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumhydroxide</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kaliumdiwaterstoffosfaat</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dipotassiumwaterstoffosfaat</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Au Interdigitated elektroden</td><td>BVT technologie - CC1 W1</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

productie van een nafion-coating, verminderd grafeen oxide/polyaniline chemiresistive sensor op een ph van de monitor in real-time tijdens microbiële gisting

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

Wij rapporteren hier, de engineering van een solid-state micro pH sensor op basis van polyaniline-matiemaatschappij, elektrochemisch verminderde grafeen oxide (ERGO-PA). Elektrochemisch verminderde grafeen oxide fungeert als de geleidende laag en polyaniline als een pH-gevoelige laag. De pH-afhankelijke geleiding van polyaniline treedt op door doping gaten tijdens Protonering en door de dedoping van de gaten tijdens deprotonering. We vonden dat een ERGO-PA solid-state elektrode niet functioneel als zodanig in fermentatieprocessen was. Het elektrochemisch actieve soorten die de bacteriën tijdens het fermentatieproces produceren interfereren met de elektrode respons. Wij met succes toegepast Nafion als een proton-geleidende laag over ERGO-PA. De Nafion beklede elektroden (ERGO-PA-nvt) weergeven een goede gevoeligheid van 1,71 Ω/pH (pH 4-9) voor chemiresistive sensor metingen We testten de ERGO-PA-NA-elektrode in real-time in de gisting van Lactococcus lactis. Tijdens de groei van L. lactis, veranderde de pH van het medium van pH 7,2 op een pH van 4.8 en de weerstand van de ERGO-PA-NA solid-state elektrode gewijzigd van 294.5 Ω 288.6 Ω (5,9 Ω per 2.4 pH-eenheid). De reactie van de pH van de elektrode van de ERGO-PA-nb in vergelijking met de reactie van een conventionele op basis van glas pH elektrode blijkt dat referentie-minder solid-state microsensor arrays met succes in een microbiologische gisting werken.

Het uiterlijk van een sterke vermindering van de piek ongeveer -1,0 V (Figuur 3) geïllustreerd de vermindering van de GO ERGO12,13,14,22. De intensiteit van de piek, is afhankelijk van het aantal GO lagen op de elektrode. Een dikke zwarte film bedekt volledig de gouden draden op de elektrode. Op dat moment waren de twee geïsoleerde ...

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

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

Deze technologie kan ons helpen om belangrijke vragen te beantwoorden op het gebied van bioprocestechnologie, zoals biomaskerconversie, of de productie van biogas uit organisch afval. Het belangrijkste voordeel van deze chemiresistive pH-detectie is dat de elektroden klein zijn, is de buis repliceren in groot aantal, en werken zonder referentie-elektrode. De implicaties van deze techniek strekt zich uit tot meerdere microreactoren, omdat pH een belangrijke parameter is.Conventionele pH-elektroden zijn te duur of te groot om te gebruiken in een microreactor screening platform. Deze methode kan inzicht geven in meerdere permutatiepassen op kleine schaal. Het kan ook worden toegepast in andere chemische of biologische passen waar pH-metingen belangrijk zijn.Voeg eerst drie gram grafiet toe aan 69 milliliter geconcentreerd zwavelzuur en roer de oplossing totdat het grafiet volledig is verspreid. Voeg 1,5 gram natriumnitriet toe. Na een uur roeren, plaats de container in een ijsbad.Voeg negen gram kaliumpermanganaat toe aan de dispersie en haal de container uit het ijsbad. Nadat de oplossing is op te warmen tot kamertemperatuur, voegt u 138 milliliter Milli-Q waterdruppel-gewijs toe. Voeg vervolgens 420 milliliter Milli-Q water toe en houd de temperatuur 15 minuten op 90 graden Celsius met behulp van een hete plaat.Voeg 7,5 milliliter van 30% waterstofperoxide toe aan de hete dispersie. Na het overbrengen van de dispersie naar een centrifugebuis, verzamel het product door centrifugatie op 10.000 keer G gedurende 20 minuten. Na het weggooien van de supernatant, was de pellet vier keer met warm dubbel gedestilleerd water, en twee keer met 10% zoutzuur.Tot slot, was de pellet twee keer met ethanol en droog het op 50 graden Celsius in de oven. Verspreid 10 milligram grafietoxide in 10 milliliter Milli-Q water, en vervolgens sonicate de dispersie in een ultrasoon bad gedurende zes uur. Na ultrasoon maken, verwijder de onverlichte grafietoxidevlokken door 30 minuten te centrifugeren bij 2700 keer G.Na centrifugatie, gooi de vaste deeltjes weg en gebruik de supernatant voor verdere experimenten.Om de werkoplossing voor te bereiden, verdun de grafeenoxidevoorraadoplossing tweekeer met Milli-Q water. Voeg nu twee microliters van de grafeenoxide werkoplossing toe aan de bovenkant van een blootgestelde geinterdigiteerde goudelektrode. Na het laten vallen, droog de grafeenoxide elektrode bij kamertemperatuur gedurende 12 uur.Plaats de elektrode in een PDMS-elektrodehouder. Plaats het andere deel van de elektrodehouder, die dient als oplossingsreservoir, bovenop de elektrode. Monteer de houders door de twee delen samen te knippen met behulp van twee paperclips.Vervolgens pipette 300 microliters van 2 molaire fosfaatbuffer in het reservoir. Plaats vervolgens de referentie- en tellerelektroden in de oplossing zodanig dat ze dicht bij het oppervlak van de grafeenoxidefilm worden geplaatst. Sluit de elektroden aan met een potentiostat, verbonden met een computer voor gegevensverwerving.Gebruik cyclische voltammetrie voor de elektrochemische reductie en selecteer het juiste potentiële bereik en scansnelheid. Fiets de spanning 10 keer over de elektrode tussen nul tot min 1,2 volt. Verwijder na het experiment de elektrode van de houder en was deze herhaaldelijk met Milli-Q water.Droog vervolgens de elektrode in een oven op 101 graden Celsius gedurende 12 uur. Wanneer de elektrode droog is, haal deze dan uit de oven en laat deze afkoelen tot kamertemperatuur. Meet vervolgens de geleidbaarheid van de ErGO-elektrode met een multimeter.Bereid een 10 millimolar oplossing van aniline monomeer voor de polyaniline functionalisatie, door het oplossen van vijf microliter van 10 millimolar aniline in vijf milliliter van een molaire zwavelzuur. Voeg 300 microliter aniline monomeer toe aan het oplossingsreservoir. Plaats vervolgens de ErGO gedeponeerde elektrode in de elektrodehouder zoals eerder beschreven.Gebruik cyclische voltammetrie voor de elektropolymerisatie van aniline om de ErGO te functionaliseren in ErGO-PA, en selecteer het juiste potentiële bereik en scansnelheid. Fiets de spanning 50 keer over de elektrode, tussen nul tot 9 volt. Na de polyaniline depositie, verwijder de elektrode en herhaaldelijk wassen met Milli-Q water.Droog vervolgens de elektrode op 80 graden Celsius in de oven gedurende 12 uur. Wanneer de elektrode droog is, haal deze dan uit de oven en laat deze afkoelen tot kamertemperatuur voordat u de geleidbaarheid van de elektrode meet met een multimeter. Voeg vervolgens 2 molaire natriumhydroxide toe aan britton-Robinson bufferoplossing, totdat de pH vijf is.Om een Britton-Robinson universele bufferoplossing voor te bereiden, meng 04 moedervlekken fosforzuur, 04 moedervlekken azijnzuur en 04 moedervlekken boorzuur in 8 liter Milli-Q water. Voeg vervolgens Milli-Q water toe tot het uiteindelijke volume één liter is. Na het conditioneren van de elektrode in de pH vijf bufferoplossing, meet de weerstand in oplossingen van verschillende pH, door het eerst direct in de bufferoplossing te dompelen.Sluit vervolgens het andere deel van de elektrode aan op een computergestuurde potentiostat voor gegevensverwerving. Kies amperometrie stroom versus tijdcurve uit de lijst van technieken, en breng een 100 millivolt potentieel verschil op de elektrode. Droog na de metingen de elektrode 12 uur op kamertemperatuur.Voeg vijf microliters van vijf gewicht-procent nafion op de top van de ErGO-PA elektrode, en droog de elektrode bij kamertemperatuur gedurende 12 uur. Verwarm na de nafioncoating de elektrode in de bufferoplossing op pH vijf gedurende 24 uur voor pH-metingen. Na conditionering in de pH vijf bufferoplossing, verwijder de nafion-gecoate ErGO-PA elektrode en meet de weerstand van de elektrode van pH vier tot negen, zoals eerder beschreven.Voeg 9,3 gram M17 poeder toe aan 250 milliliter gedemineraliseerd water. Roer de oplossing langzaam tot het poeder volledig oplost. Dan autoclave de oplossing op 121 graden Celsius gedurende 15 minuten.Voeg vervolgens 50 milliliter van het gesteriliseerde M17-medium toe in een gesteriliseerde kolf van 250 milliliter met een magnetische roerstaaf. Voeg 8 milliliter autoclaved 1 molaire glucoseoplossing toe aan het medium. Inenting vervolgens de oplossing met 10 microliters van de L.lactis-cultuur, die voorheen in hetzelfde kweekmedium zijn geteeld.Plaats de kolf met het ingeënte kweekmedium op een magnetische roerplaat in een incubatieoven op 30 graden Celsius gedurende 18 uur onder het roeren. Controleer de pH tijdens incubatie. Plaats de ErGO-PA-NA elektrode in de L.lactis cultuur en sluit deze af met een katoenen stekker.Plaats vervolgens de set-up in een thermostaat op 30 graden Celsius om L.lactis te laten groeien. Breng hierna 100 millivolt aan op de elektrode en meet de stroom tegen de tijd. Neem 5 milliliter monsters op verschillende tijdstippen om offline de optische dichtheid op 600 nanometer te meten, en de pH met een conventionele glazen elektrode.Zet de metingen voort totdat de optische dichtheid van de cultuur constant wordt, wat aangeeft dat de bacteriën niet meer groeien. De verschijning van een sterke reductiepiek rond min 1,0 volt illustreerde de vermindering van grafeenoxide tot ErGO. De intensiteit van de piek is afhankelijk van het aantal grafeenoxidelagen op de elektrode.Toen de ErGO-PA-elektrode in pH vier tot negen bufferoplossingen werd geplaatst, steeg de stroom met toenemende pH als gevolg van het smeren en de-doping van gaten tijdens het protonatiedeprotonatieproces. De respons van de elektrode was onmiddellijk stabiel toen de toevoeging van natriumhydroxide stopte bij een bepaalde pH. De geleidbaarheid van de elektrode werd niet veel beïnvloed door de nafioncoating.Maar een paar ohm van verschil in de weerstand waarde opgetreden, en veranderde de basis huidige waarde van de ErGO-PA elektrode. Net als bij de ErGO-PA-elektrode veranderde de weerstand van de ErGO-PA-NA-elektrode toen de pH van de bufferoplossing veranderde van vier naar negen. Zodra de groei van L.lactis begon, daalde de stroom van de ErGO-PA-NA elektrode geleidelijk en versnelde vervolgens tijdens de exponentiële groeifase, het bereiken van een stabiele waarde aan het einde van de groei.De eindwaarde van de stroom is vergelijkbaar met de huidige waarde van de ErGO-PA-NA elektrode getest in bufferoplossing. Tijdens een poging tot deze procedure, is het belangrijk om te onthouden om volledig te dekken de gouden elektroden met het grafeenoxide. Deze technologie maakte de weg vrij voor onderzoekers op het gebied van procesbeheersing, voor de productie en het gebruik van kleine pH-elektroden voor biologische en chemische systemen.Vergeet niet dat het werken met geconcentreerd zwavelzuur, kaliumpermanganaat en waterstofperoxide zeer gevaarlijk kan zijn. Deze procedure moet worden uitgevoerd in een rookkap.

manufacturing-nafion-coated-reduced-graphene-oxidepolyaniline

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

In this video, we describe the field-effect biosensing (FEB) technology to detect and quantify protein-protein interactions. The target proteins immobilized on the graphene biosensor interact with analyte proteins in solution, resulting in electrical current alterations in the FEB system. This change in the electrical response indicates the binding affinity between the proteins.

Graphene Biosensor-Based Field-Effect Biosensing to Detect Protein-Protein Interactions

We beschrijven het apparaat fabricage en meetprotocol voor koolstof nanobuis gebaseerde hoge frequentie biosensoren. De hoge frequentie sensing techniek vermindert de fundamentele ionische (Debye) screening effect en laat nanobuis biosensor in hoge ionische sterkte oplossingen waar conventionele elektronische biosensoren niet worden bediend. Onze technologie biedt een uniek platform voor point-of-care (POC) elektronische biosensoren die in fysiologisch relevante omstandigheden.

Fabricage van koolstof nanobuis High-Frequency Nano-elektronische biosensoren voor Sensing in High Ionic Strength Solutions

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

We beschrijven de belangrijkste stappen voor biosensing door gebruik te maken van polysilicon nanowire field-effect transistors, inclusief de voorbereiding van het apparaat en de immobilisatie en bevestiging van een DNA moleculaire sonde op het nanowire oppervlak, evenals de voorwaarden voor DNA sensing.

Bereiding van silicium Nanowire veldeffecttransistor voor chemische en biosensoren toepassingen

Nucleinzuren zijn gebruikelijke analyten voor het beoordelen van biologische systemen; echter kan vooringenomenheid door enzymatische manipulatie zorgwekkend zijn. Hier wordt een methode beschreven voor label-vrije detectie van nucleic zuren met behulp van polyaniline. Deze gevoelige, kosteneffectieve sensortechnologie kan enkelvoudige nucleotidenverschillen tussen moleculen onderscheiden.

Een polyaniline gebaseerde sensor van nucleïnezuren

In dit werk rapporteren we een nieuwe methode om te studeren met behulp van een conductimetric biosensor gebaseerd op de technologie van de β-lactamase hybride eiwit-eiwitinteractie. Deze methode is gebaseerd op de release van protonen op hydrolyse van β-lactamen.

Het gebruik van een β-lactamase gebaseerde Conductimetric Biosensor Assay voor het detecteren van biomoleculaire interacties

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

Hier presenteren we het fabricageprotocol van een organisch ladingsgemoduleerd veldeffecttransistor (OCMFET) -gebaseerd apparaat voor in vitro cellulaire interfacing. Het apparaat, een micro OCMFET-array genaamd, is een flexibel, goedkoop en referentieloos apparaat, dat de monitoring van de elektrische en metabole activiteiten van elektroactieve celculturen mogelijk maakt.

In vitro Multiparametrische cellulaire analyse door micro organische lading-gemoduleerde veldeffect transistorarrays

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

Field-effect biosensing (FEB) is een labelvrije techniek voor het detecteren van biomoleculaire interacties. Het meet de elektrische stroom door de grafeen biosensor waaraan de bindende doelen worden geïmmobiliseerd. De FEB-technologie werd gebruikt om biomoleculaire interacties tussen Hsp90 en Cdc37 te evalueren en er werd een sterke interactie tussen de twee eiwitten gedetecteerd.

Onderzoek naar biomoleculaire interactie tussen de moleculaire chaperonne Hsp90 en zijn clienteiwit kinase Cdc37 met behulp van field-effect biosensing-technologie

Leer een Nafion-coating chemiresistieve pH-sensor te produceren met polyaniline en gereduceerd grafeenoxide. Deze compacte methode maakt real-time pH-monitoring tijdens Lactococcus lactis fermentatie mogelijk.

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

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

Meer video's verkennen