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

Door het gouden micro-elektrodeoppervlak te modificeren met een dunne laag PEDOT gemaakt in een organisch oplosmiddel, kunnen we een groter oppervlak krijgen en de sensorgevoeligheid verhogen. De micro-elektrodeprocedure is een snelle analyse van antioxidanten in verschillende media. Dit kan worden toegepast op verschillende contexten, variërend van het monitoren van dranken tot een onmiddellijke beoordeling van de status van gehospitaliseerde patiënten.

Gebruik een geschikte potentiostaat om cyclische voltammetrie uit te voeren als de elektrochemische techniek van belang. Schakel de potentiostaat en de aangesloten computer in. Als u de communicatie tussen de computer en het instrument wilt testen, start u de software en selecteert u in het setup-menu de opdracht hardwaretest.

Na het horen van enkele geluiden van de potentiostat, worden de hardwaretestresultaten in een apart venster weergegeven. Klik op OK en ga verder met het uitvoeren van het experiment. Soms wordt door op de hardwaretestopdracht te klikken een fout met een koppeling mislukt weergegeven.

Controleer de verbindings- en poortinstellingen. Klik na het testen van de verbindingen op het setup-menu, kies techniek en kies in het openingsvenster de cyclische voltammetriemethode. Ga vervolgens terug naar het setup-menu en klik op parameters om de juiste experimentele parameters in te voeren.

Bijvoorbeeld, om 0,1 molaire EDOT-elektropolymerisatie in een organisch elektrolyt op de kale gouden micro-elektrode uit te voeren, stelt u de initiële potentiaal in op negatief 0,3 volt, de uiteindelijke potentiaal op negatief 0,3 volt, het hoge potentieel op 1,2 volt, het aantal segmenten op acht, scansnelheden op 100 millivolt per seconde en de richting op positief. Na het invoeren van de juiste cyclische voltammetrieparameters, bereidt u drie elektrode-opstellingen voor in een glazen elektrochemische cel, waaronder een werkelektrode, een referentie-elektrode en een platinadraadtellerelektrode. Breng deze schone en gedroogde elektroden door de gaten van een elektrodehouder die aan een standaard is bevestigd en plaats de houder vervolgens boven de elektrochemische cel om de elektroden in de doeloplossing of het monster in te brengen.

Zorg ervoor dat er geen belletjes op de elektrodeoppervlakken zitten. Als er bubbels zijn, verwijder dan de elektroden, spoel ze opnieuw af met gedeïoniseerd water en dep droog met een tissue. Plaats vervolgens de elektroden terug in de standaardhouder en in de oplossing.

Als er bubbels rond de referentie-elektrode zitten, tikt u zachtjes op de punt. Als er na het starten van de scan bubbels rond de toonbankelektrode zitten, reinigt u de toonbankelektrode. Als de cyclische voltammetriescan luidruchtig wordt, reinigt u het elektrodeoppervlak en controleert u de systeemverbindingen, draden en clips.

Nadat u ervoor hebt gezorgd dat alle drie de draadverbindingen voor referentie-, werk- en tellerelektroden correct zijn aangesloten, start u het experiment door op uitvoeren te klikken. Om de gouden micro-elektrode voor te behandelen, polijst u deze gedurende 30 seconden met Alumina Slurry op een Alumina polijstkussen op een glazen polijstplaat die cirkelvormige en achtvormige handbewegingen aanbrengt en spoelt u de micro-elektrode vervolgens af met gedeïoniseerd water. Plaats het in een glazen vilein met 15 milliliter absolute ethanol en ultra sonicate gedurende twee minuten.

Spoel vervolgens de micro-elektrode met ethanol en water en ultrasoon het opnieuw gedurende vier minuten in gedeïoniseerd water om overtollig aluminiumoxide van het elektrodeoppervlak te verwijderen. Verwijder ten slotte extra onzuiverheden door 0,5 molair zwavelzuur in te fietsen voor 20 segmenten tussen negatieve 0,4 en positieve 1,6 voltpotentialen met een scansnelheid van 50 millivolt per seconde. Zorg ervoor dat er twee duidelijke pieken zijn als gevolg van de vorming en vermindering van goudoxide bij consistente anodische en kathodische potentialen telkens wanneer de elektrode wordt gereinigd in zwavelzuur.

Om 0,1 molaire EDOT in een organische oplossing te bereiden, brengt u eerst één milliliter van de bereide 0,1 molaire lithiumperchloraatoplossing over in een elektrochemische cel. Voeg vervolgens met behulp van een micropipette 10,68 microliter van het EDOT-monomeer toe aan de elektrochemische cel. Om EDOT op het kale gouden micro-elektrodeoppervlak te elektropolymeriseren, plaatst u alle elektrode-opstellingen in de oplossing en voert u cyclische voltammetrie uit.

Karakteriseer vervolgens met behulp van scanning elektronenmicroscopie het oppervlak van deze gemodificeerde elektrode. Spoel de elektroden af met gedeïoniseerd water en droog ze met een tissue. Om vervolgens deze PEDOT gemodificeerde goudmicro-elektrode voor detectiedoeleinden te gebruiken, acclimatiseert u het oppervlak aan een waterige oplossing door de elektrode onder te dompelen in een 0,1 molaire natriumperchloraatoplossing en cyclische voltammetriescans uit te voeren.

Dompel vervolgens na het spoelen met gedeïoniseerd water deze organisch PEDOT-gemodificeerde en geacclimatiseerde micro-elektrode onder in een fosfaatbufferoplossing en voer cyclische voltammetrie uit om een achtergrondscan te genereren. Haal ten slotte de elektrode uit de bufferoplossing en breng deze zonder te spoelen onmiddellijk in urinezuur- of melkoplossingen voor het uitvoeren van cyclische voltammetriescans. Gebruik vervolgens een micropipette en voeg 10,68 microliter EDOT toe aan één milliliter acetonitril in een glazen injectieflacon en voeg vervolgens negen milliliter gedeïoniseerd water toe aan de injectieflacon om 10 milliliter 0,01 molaire EDOT-oplossing te bereiden.

Voeg 110 milligram lithiumperchloraatpoeder toe aan de bereide EDOT-oplossing om een 0,1 molaire lithiumperchloraatoplossing te verkrijgen en meng voorzichtig. Breng de bereide oplossing over naar de elektrochemische cel. Plaats de elektroden in de waterige acetonitriloplossing en elektropolymeriseer 0,01 molaire EDOT op het elektrodeoppervlak door cyclische voltammetrie uit te voeren en karakteriseer vervolgens het oppervlak van deze gemodificeerde elektrode door elektronenmicroscopie te scannen.

Analyse van het urinezuurgehalte in gewone verse melk met behulp van de PEDOT-sensor gesynthetiseerd in de organische oplossing resulteerde in een 28,4 nano ampère anodische piekstroom bij 0,35 volt, wat overeenkomt met een concentratie van 82,7 micromol. De tweede grote oxidatiepiek in de cyclische voltammetriescan van gewone melk bij 0,65 volt is gerelateerd aan oxideerbare verbindingen, waaronder elektroactieve aminozuren zoals cysteïne, tryptofaan en tyrosine. De cyclische voltammetriescans verkregen voor karamel- en witte chocolademelkmonsters tonen een duidelijke piek bij 0,36 volt voor urinezuur, samen met een extra piek bij 0,5 volt die kan worden gerelateerd aan de aanwezigheid van vanillinezuur, een van de ingrediënten van gearomatiseerde melk.

Cyclische voltammetrie van het Belgische chocolademelkmonster toont een catechine-oxidatiepiek bij 0,26 volt en een catechinereductiepiek bij 0,22 volt. De piekstroom van 0,3 volt die verschijnt als een scherpe piek aan de staart van de catechinepiek is te wijten aan urinezuuroxidatie. Cyclische voltammetrie van Colombiaans espressomelkmonster vertoont brede anodische en kathodische piekstromen bij respectievelijk 0,35 volt en 0,23 volt als gevolg van de belangrijkste fenolische antioxidanten in koffie, namelijk chlorogeen en cafeïnezuren.

Het reinigen en verstoren van de elektrode is het belangrijkste onderdeel van dit experiment dat de verkregen stroomsignalen kan beïnvloeden. De meer gedetailleerde analyse van antioxidanten is nodig, dan kunnen we ons wenden tot chromatografische methoden zoals LCMS. Dit is echter tijdrovend en is niet voor elk monster nodig.