Artykuł metodologiczny

Elektrochemiczne przygotowanie warstw poli(3,4-etylenodioksytiofenu) na mikroelektrodach złota do zastosowań związanych z wykrywaniem kwasu moczowego

4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/62707

⸱

28 lipca 2021

 ,  , 
1School of Chemical Sciences, The University of Auckland, 2School of Biological Sciences, The University of Auckland, 3Surgical and Translational Research Center, The University of Auckland

W tym artykule

Podsumowanie

Opisujemy wodne i organiczne systemy rozpuszczalnikowe do elektropolimeryzacji poli(3,4-etylenodioksytiofenu) do tworzenia cienkich warstw na powierzchni złotych mikroelektrod, które są używane do wykrywania analitów o niskiej masie cząsteczkowej.

Streszczenie

Opisano dwie różne metody syntezy poli(3,4-etylenodioksytiofenu) (PEDOT) na elektrodach złota, wykorzystujące elektropolimeryzację monomeru 3,4-etylenodioksytiofenu (EDOT) w roztworze wodnym i organicznym. Woltamperometria cykliczna (CV) została wykorzystana w syntezie cienkich warstw PEDOT. Nadchloran litu (LiClO4) był stosowany jako domieszka zarówno w wodnych (wodnych/acetonitrylowych (ACN)) i organicznych (węglan propylenu (PC)) układach rozpuszczalnikowych. Po utworzeniu warstwy PEDOT w układzie organicznym, powierzchnia elektrody została zaaklimatyzowana poprzez kolejne cykle w roztworze wodnym do wykorzystania jako czujnik dla próbek wodnych.

Użycie metody elektropolimeryzacji na bazie wody ma potencjalne korzyści w postaci usunięcia etapu aklimatyzacji, aby uzyskać krótszy czas przygotowania czujnika. Chociaż metoda wodna jest bardziej ekonomiczna i przyjazna dla środowiska niż metoda rozpuszczalnika organicznego, w roztworze organicznym uzyskuje się lepsze tworzenie PEDOT. Uzyskane powierzchnie elektrod PEDOT scharakteryzowano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), która wykazała stały wzrost PEDOT podczas elektropolimeryzacji z organicznego roztworu PC, z szybkim wzrostem typu fraktalnego na mikroelektrodach złota (Au).

Wprowadzenie

Polimery przewodzące prąd elektryczny są materiałami organicznymi powszechnie stosowanymi w urządzeniach bioelektronicznych w celu poprawy interfejsów. Podobnie jak konwencjonalne polimery, polimery przewodzące są łatwe do syntezy i są elastyczne podczas przetwarzania1. Polimery przewodzące można syntetyzować metodami chemicznymi i elektrochemicznymi; Jednak szczególnie korzystne są podejścia do syntezy elektrochemicznej. Wynika to głównie z ich zdolności do tworzenia cienkich warstw, umożliwiania jednoczesnego domieszkowania, wychwytywania cząsteczek w polimerze przewodzącym, a co najważniejsze, prostoty procesu syntezy1. Ponadto polimery przewodzące tworzą jednolite, włókniste i wyboiste nanostruktury, mocno przylegające do powierzchni elektrody, co zwiększa powierzchnię czynną elektrody2.

W latach osiemdziesiątych XX wieku opracowano pewne poliheterocykle, takie jak polipirol, polianilina, politiofen i PEDOT, które wykazywały dobrą przewodność, łatwość syntezy i stabilność3,4. Chociaż polipirol jest lepiej poznany niż inne polimery (np. pochodne politiofenu), jest podatny na nieodwracalne utlenianie5. Tak więc PEDOT ma pewne zalety w stosunku do reszty, ponieważ ma znacznie bardziej stabilny stopień utlenienia i zachowuje 89% swojej przewodności w porównaniu z polipirolem w podobnych warunkach6. Ponadto PEDOT jest znany z wysokiej przewodności elektrycznej (~500 S/cm) i umiarkowanej przerwy energetycznej (tj. przerwy energetyczne to obszary bez ładunku i odnoszą się do różnicy energii między górną częścią pasma walencyjnego a dolną częścią pasma przewodzenia)7.

Ponadto, PEDOT ma właściwości elektrochemiczne, potrzebuje niższych potencjałów do utlenienia i jest bardziej stabilny w czasie niż polipirol po zsyntetyzowaniu7. Ma również dobrą przezroczystość optyczną, co oznacza, że jego współczynnik absorpcji optycznej, zwłaszcza w postaci sulfonianu polistyrenu PEDOT (PEDOT-PSS), znajduje się w widzialnym obszarze widma elektromagnetycznego przy 400-700 nm7. Podczas elektrochemicznego tworzenia PEDOT monomery EDOT utleniają się na elektrodzie roboczej, tworząc kationy rodnikowe, które reagują z innymi rodnikowymi kationami lub monomerami, tworząc łańcuchy PEDOT, które osadzają się na powierzchni elektrody1.

Różne czynniki kontrolujące są zaangażowane w elektrochemiczne tworzenie folii PEDOT, takie jak elektrolit, typ elektrolitu, ustawienie elektrody, czas osadzania, typ domieszki i temperatura rozpuszczalnika1 PEDOT może być generowany elektrochemicznie, przepuszczając prąd przez odpowiedni roztwór elektrolitu. Można stosować różne elektrolity, takie jak ciecze wodne (np. PEDOT-PSS), organiczne (np. PC, acetonitryl) i jonowe (np. tetrafluoroboran 1-butylo-3-metyloimidazolu (BMIMBF4)8.

Jedną z zalet powłok PEDOT jest to, że mogą one znacznie zmniejszyć impedancję elektrody Au w zakresie częstotliwości 1 kHz o dwa lub trzy rzędy wielkości, co czyni pomocnym zwiększenie czułości bezpośredniego elektrochemicznego wykrywania aktywności neuronalnej9. Co więcej, pojemność magazynowania ładunku przez elektrody zmodyfikowane PEDOT wzrasta i skutkuje szybszymi i niższymi reakcjami potencjału, gdy ładunek stymulacyjny jest przenoszony przez PEDOT10. Ponadto, gdy sulfonian polistyrenu (PSS) jest używany jako domieszka do tworzenia PEDOT na układach mikroelektrod Au, tworzy szorstką, porowatą powierzchnię o dużej powierzchni czynnej, niższej impedancji interfejsu i wyższej zdolności wtrysku ładunku11. Na etapie elektropolimeryzacji EDOT-PSS zwykle wytwarza dyspersję w elektrolicie wodnym.

Jednakże, EDOT jest rozpuszczalny w chloroformie, acetonie, ACN i innych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak PC. Dlatego w tym badaniu użyto mieszaniny wody z niewielką objętością ACN w stosunku 10:1, aby uzyskać rozpuszczalny roztwór EDOT przed rozpoczęciem elektropolimeryzacji. Celem stosowania tego wodnego elektrolitu jest pominięcie etapu aklimatyzacji w przygotowaniu mikroelektrody modyfikowanej PEDOT i skrócenie etapów. Innym elektrolitem organicznym używanym do porównania z elektrolitem wodnym/ACN jest PC. Oba elektrolity zawierają LiClO4 jako domieszkę, która pomaga w utlenianiu monomeru EDOT i tworzeniu polimeru PEDOT.

Mikroelektrody to woltamperometryczne elektrody robocze o mniejszych średnicach niż makroelektrody, o wymiarach około kilkudziesięciu mikrometrów lub mniejszych. Ich zalety w porównaniu z makroelektrodami obejmują zwiększony transport masy z roztworu w kierunku powierzchni elektrody, generowanie sygnału w stanie ustalonym, niższy spadek potencjału omowego, niższą pojemność dwuwarstwową i zwiększony stosunek sygnału do szumu12. Podobnie jak wszystkie elektrody stałe, mikroelektrody muszą być kondycjonowane przed analizą. Odpowiednią techniką obróbki wstępnej lub aktywacji jest polerowanie mechaniczne w celu uzyskania gładkiej powierzchni, po którym następuje etap kondycjonowania elektrochemicznego lub chemicznego, taki jak cykliczne cykle potencjału w określonym zakresie w odpowiednim elektrolicie13.

CV jest bardzo często używany w elektrochemicznej polimeryzacji PEDOT poprzez umieszczanie elektrod w roztworze monomeru, który zawiera odpowiedni rozpuszczalnik i domieszkę elektrolitu. Ta technika elektrochemiczna jest korzystna w dostarczaniu informacji kierunkowych, takich jak odwracalność procesów domieszkowania polimerów i liczba przenoszonych elektronów, współczynniki dyfuzji analitów oraz tworzenie produktów reakcji. W artykule opisano, w jaki sposób dwa różne elektrolity używane do elektropolimeryzacji PEDOT mogą generować cienkie warstwy nanostrukturalne z zastosowaniem wykrywania potencjału, które zależy od morfologii i innych swoistych właściwości.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Przygotowanie roztworów analitycznych

  1. Przygotowanie 0,1 M EDOT w roztworze organicznym
    1. Odważyć 0,213 g LiClO4 i przenieść do kolby miarowej o pojemności 20 ml.
    2. Użyj cylindra miarowego, aby pobrać 20 ml PC z butelki.
    3. Dodać PC do kolby miarowej o pojemności 20 ml zawierającej LiClO4. Wymieszać roztwór, umieszczając kolbę w łaźni ultradźwiękowej na 30 minut. Przenieść roztwór do szklanej fiolki o pojemności 20 ml.
    4. Przykryj fiolkę folią aluminiową i włóż długą igłę przymocowaną do rurki azotowej do roztworu w celu odgazowania na 10 minut. Następnie usuń folię aluminiową i szczelnie zakręć fiolkę.
      UWAGA: Przygotuj LiClO4 na świeżo w dniu eksperymentu.
    5. Przed badaniem elektrochemicznym przenieść 1 ml przygotowanego roztworu LiClO4 (0,1 M) do ogniwa elektrochemicznego (patrz tabela materiałów).
    6. Za pomocą mikropipety (10-100 μL) dodać 10,68 μl monomeru EDOT (gęstość: 1,331 g/ml) do ogniwa elektrochemicznego zawierającego przygotowany roztwór LiClO4.
    7. Uruchomić metodę CV (patrz sekcja 3.4 dla parametrów CV), aby rozpocząć elektropolimeryzację EDOT na nieosłoniętej powierzchni mikroelektrody Au po włożeniu wszystkich zestawów elektrod do roztworu. Użyj tej zmodyfikowanej elektrody do scharakteryzowania powierzchni za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM).
    8. Aby użyć tej zmodyfikowanej elektrody do celów detekcyjnych, należy najpierw zaaklimatyzować jej powierzchnię do roztworu wodnego, przeprowadzając skany CV w roztworze nadchloranu sodu (NaClO4) (patrz sekcja 3.4 dla parametrów CV).
    9. Użyć tej organicznie zmodyfikowanej i zaaklimatyzowanej mikroelektrody PEDOT (od 1.1.8) do przeprowadzenia CV (patrz sekcja 3.4 w celu zapoznania się z parametrami CV) roztworu buforu fosforanowego, który ma być użyty jako skanowanie tła.
      UWAGA: Przepłucz elektrodę po każdym kroku.
    10. Na koniec należy wyjąć elektrodę z roztworu buforowego bez płukania i natychmiast wprowadzić ją do roztworów kwasu moczowego lub próbek mleka w celu przeprowadzenia skanów CV (patrz sekcja 3.4 w celu uzyskania parametrów CV).
  2. Przygotowanie 0,01 M EDOT w roztworze wodnym
    1. Za pomocą mikropipety pobrać 10,68 μl EDOT i dodać do 1 ml ACN w szklanej fiolce.
    2. Dodać 9 ml wody dejonizowanej (18,2 MΩ/cm w temperaturze 25 °C) do fiolki, aby przygotować 10 ml 0,01 M roztworu EDOT.
    3. Dodać 0,11 g proszku LiClO4 do przygotowanego roztworu EDOT do uzyskania 0,1 M roztworu LiClO4 i delikatnie wymieszać.
      UWAGA: Roztwory elektrolitów należy przygotować świeżo w dniu eksperymentu.
    4. Przygotowany roztwór przenieść do ogniwa elektrochemicznego i rozpocząć elektropolimeryzację 0,01 M EDOT na powierzchni elektrody metodą CV (patrz sekcja 3.4 dla parametrów CV) po włożeniu elektrody do roztworu wodnego/ACN.
    5. Scharakteryzuj powierzchnię tej zmodyfikowanej elektrody za pomocą SEM.
  3. Przygotowanie 0,1 M roztworu nadchloranu sodu
    1. Odważyć 0,245 g NaClO4 i przenieść do szklanej fiolki zawierającej 20 ml wody dejonizowanej (18,2 MΩ/cm w temperaturze 25 °C).
    2. Użyj tego roztworu, aby zaaklimatyzować powierzchnię organicznie wykonanej mikroelektrody Au zmodyfikowanej PEDOT do roztworu wodnego i usunąć nadmiar EDOT. W tym celu przepłukać elektrodę i włożyć ją do roztworu NaClO4; następnie uruchomić CV przez 10 cykli (patrz sekcja 3.4 dla parametrów CV).
  4. Przygotowanie roztworu buforowego
    1. Odważyć 13,8 g diwodorofosforanu sodu (NaH2PO4. 1H2O) w łódce wagowej. Przenieść ją do kolby miarowej o pojemności 500 ml (tj. wymaganej objętości końcowej) i uzupełnić do linii wodą dejonizowaną (18,2 MΩ/cm w temperaturze 25 °C).
    2. Umieścić kolbę w łaźni ultradźwiękowej, aż proszek całkowicie rozpuści się w wodzie, w wyniku czego powstanie roztwór o stężeniu 0,2 M.
    3. W nowej łodzi wagowej odważyć 17,8 g wodorofosforanu disodowego (Na2HPO4. 2H2O) i przenieść go do innej kolby miarowej o pojemności 500 ml. Uzupełnij wodą dejonizowaną, aby uzyskać 0,2 M roztwór. Umieścić kolbę w łaźni ultradźwiękowej, aby prawidłowo się rozpuściła.
    4. Zmieszać 62,5 ml roztworu diwodorofosforanu sodu z 37,5 ml roztworu wodorofosforanu disodowego w cylindrze miarowym i przenieść mieszaninę do szklanej butelki o pojemności 250 ml (patrz tabela materiałów). Uzupełnij kolejne 100 ml wody dejonizowanej, aby uzyskać 200 ml 0,1 M roztworu buforu fosforanowego o pH 6,6. Bufor fosforanowy przechowywać w lodówce do długotrwałego stosowania.
      UWAGA: Przed każdym eksperymentem doprowadź bufor do temperatury pokojowej.
  5. Przygotowanie docelowych roztworów analitu
    1. Odważyć 0,0084 g kwasu moczowego (UA) w łódce wagowej i rozpuścić go w 50 ml buforu fosforanowego (pH 6,6) w kolbie miarowej w celu uzyskania 1 mM roztworu UA.
    2. Odgazowanie roztworu przez przedmuchiwanie azotem przez 10 min.
      UWAGA: Wskazane jest, aby roztwór UA przygotować świeży w dniu eksperymentu.
  6. Przygotowanie próbek mleka do analizy
    1. Uzyskaj próbkę mleka pełnego i kilka próbek mleka o różnych smakach (np. mleko espresso, mleko karmelowe/białe czekoladowe i belgijskie mleko czekoladowe) z lokalnego supermarketu w celu elektroanalizy. Nie poddawać próbkom mleka wstępnej obróbce ani nie rozcieńczać.
    2. Za pomocą mikropipety o pojemności 5 ml pobrać po 5 ml każdej próbki mleka ze świeżo otwartych butelek.
    3. Najpierw uruchom CV buforu fosforanowego o pH 6,6 jako sygnał tła. Następnie dodaj 5 ml próbki mleka do ogniwa elektrochemicznego i włóż świeżo i organicznie wyprodukowaną, zmodyfikowaną PEDOT mikroelektrodę Au i inne elektrody do próbek mleka i uruchom CV. Zapoznaj się z sekcją 4 protokołu, aby dowiedzieć się, jak analizować zebrane dane.
  7. Przygotowanie roztworów do obróbki wstępnej elektrod
    1. Odważyć 0,2 g wodorotlenku sodu (NaOH) w proszku i przenieść go do kolby miarowej o pojemności 50 ml w celu przygotowania 0,1 M roztworu.
    2. Użyj 0,1 M roztworu NaOH, aby usunąć pozostałości PEDOT powstałe na powierzchni mikroelektrody po każdym przebiegu.
    3. Użyj szklanej pipety, aby pobrać 27,2 ml z butelki z 98% kwasem siarkowym (H2SO4). Dodawać go bardzo powoli do kolby miarowej o pojemności 1 l, wypełnionej do połowy wodą dejonizowaną.
    4. Uzupełnić kolbę do linii wodą dejonizowaną, aby przygotować 1 l roztworu 0,5 M H2SO4.
      UWAGA: Dla bezpieczeństwa przygotować roztwór H2SO4 pod wyciągiem. Roztwór H2SO4 należy użyć w końcowym etapie czyszczenia elektrochemicznego mikroelektrody.

2. Wstępna obróbka mikroelektrody złotej

  1. Wypoleruj mikroelektrodę Au (średnica 10 μm, szerokość 3,5 mm x długość 7 cm) na gąbce polerskiej z tlenku glinu umieszczonej na szklanej płycie polerskiej (wymiary: kwadraty 3" x 3") za pomocą zawiesiny tlenku glinu przez 30 s z okrężnymi i ośmioma ruchami dłoni podczas polerowania.
  2. Przepłukać mikroelektrodę Au wodą dejonizowaną, włożyć ją do szklanej fiolki zawierającej 15 ml absolutnego etanolu (klasa LR) i ultradźwiękami przez 2 minuty.
  3. Przepłukać mikroelektrodę Au etanolem i wodą i ponownie przeprowadzić ją ultradźwiękami przez 4 minuty w wodzie dejonizowanej, aby usunąć nadmiar tlenku glinu z powierzchni elektrody.
  4. Na koniec usuń dodatkowe zanieczyszczenia poprzez cykliczne wprowadzanie 0,5 M H2SO4 dla 20 segmentów o potencjałach od 0,4 do 1,6 V (w porównaniu z Ag/AgCl) z szybkością skanowania 50 mV/s. Upewnij się, że są dwa wyraźne piki spowodowane tworzeniem i redukcją tlenku złota przy stałych potencjałach anodowych i katodowych za każdym razem, gdy elektroda jest czyszczona w H2SO4.

3. Technika cyklicznej woltamperometrii

  1. Użyj odpowiedniego potencjostatu do uruchomienia CV jako techniki elektrochemicznej będącej przedmiotem zainteresowania.
  2. Włącz potencjostat i podłączony do niego komputer. Upewnij się, że system jest podłączony.
  3. Aby przetestować komunikację między komputerem a instrumentem, uruchom oprogramowanie i włącz instrument. Użyj polecenia Test sprzętu w menu Ustawienia. Jeśli pojawi się błąd Link Failed (Nie udało się połączyć), sprawdź ustawienia połączenia i portu.
  4. Otwórz oprogramowanie potencjostatu na komputerze i w menu Setup (Ustawienia) wybierz opcję Technique (Technika). Z otwieranego okna wybierz woltamperometrię cykliczną (CV). Ponownie wróć do menu Ustawienia i kliknij Parametry, aby wprowadzić parametry eksperymentalne dla przebiegu CV.
    1. Do przeprowadzenia elektropolimeryzacji PEDOT w elektrolicie organicznym na czystej mikroelektrodzie Au należy użyć następujących parametrów CV: potencjał początkowy: -0,3 V, potencjał końcowy: -0,3 V, wysoki potencjał: 1,2 V, liczba segmentów: 8, szybkość skanowania: 100 mV/s, kierunek: dodatni.
    2. Do przeprowadzenia elektropolimeryzacji PEDOT w elektrolicie wodnym/ACN na czystej mikroelektrodzie Au należy użyć następujących parametrów CV: potencjał początkowy: -0,3 V, potencjał końcowy: -0,3 V, wysoki potencjał: 1,2 V, liczba segmentów: 20, szybkość skanowania: 100 mV/s, kierunek: dodatni.
    3. Do przeprowadzenia etapu aklimatyzacji organicznie wykonanej mikroelektrody Au zmodyfikowanej organicznie metodą PEDOT należy użyć następujących parametrów CV: potencjał początkowy: -0,2 V, potencjał końcowy: -0,2 V, wysoki potencjał: 0,8 V, liczba segmentów: 20, szybkość skanowania: 100 mV/s, kierunek: dodatni.
    4. Dla roztworów wzorcowych UA i buforu fosforanowego (pH 6,6) należy zastosować następujące parametry CV z czystą mikroelektrodą Au: potencjał początkowy: 0 V, potencjał końcowy: 0 V, wysoki potencjał: 1 V, liczba segmentów: 2, szybkość skanowania: 100 mV/s i kierunek: dodatni.
    5. Dla roztworów wzorcowych UA i buforu fosforanowego (pH 6,6) należy zastosować następujące parametry CV na organicznie wytworzonej, zmodyfikowanej PEDOT mikroelektrodzie Au: potencjał początkowy: 0 V, potencjał końcowy: 0 V, wysoki potencjał: 0,6 V, liczba segmentów: 2, szybkość skanowania: 100 mV/s i kierunek: dodatni.
    6. Dla próbek mleka i buforu fosforanowego (pH 6,6) należy zastosować następujące parametry CV na organicznie wytworzonej, zmodyfikowanej PEDOT mikroelektrodzie Au: potencjał początkowy: 0 V, potencjał końcowy: 0 V, wysoki potencjał: 0,8 V, liczba segmentów: 2, szybkość skanowania: 100 mV/s, kierunek: dodatni.
  5. Przygotować trzy zestawy elektrod w szklanym ogniwie elektrochemicznym, w tym elektrodę roboczą (mikroelektroda Au (średnica 10 μm)), elektrodę odniesienia (np. srebro/chlorek srebra (Ag/AgCl) w 3 M chlorku sodu (NaCl) i przeciwelektrodę z drutu platynowego.
  6. Przełóż te czyste i wysuszone elektrody przez otwory uchwytu elektrody przymocowanego do stojaka. Następnie umieść uchwyt nad ogniwem elektrochemicznym, aby wprowadzić elektrody do docelowego roztworu lub próbki.
  7. Upewnij się, że na powierzchniach elektrod nie ma pęcherzyków.
    1. Jeśli są bąbelki, wyjmij elektrody, ponownie spłucz wodą dejonizowaną i osusz chusteczką. Umieść elektrody z powrotem w uchwycie stojaka i w roztworze.
    2. Jeśli wokół elektrody odniesienia znajdują się pęcherzyki, delikatnie postukaj w końcówkę.
    3. Jeśli po rozpoczęciu pracy wokół przeciwelektrody znajdują się pęcherzyki, wyczyść przeciwelektrodę. Jeśli skanowanie CV stanie się głośne, wyczyść powierzchnię elektrody i sprawdź połączenia systemowe, przewody i zaciski.
  8. Upewnij się, że wszystkie trzy połączenia przewodów elektrody referencyjnej, roboczej i przeciwelektrody są prawidłowo połączone, a następnie rozpocznij eksperyment, klikając Uruchom na dole.
  9. Wszystkie eksperymenty należy przeprowadzać w temperaturze pokojowej. W przypadku próbek mleka należy pozwolić, aby temperatura próbek mleka osiągnęła temperaturę otoczenia przed uruchomieniem CV.

4. Gromadzenie i analiza danych

  1. Po uruchomieniu CV zapisz dane w żądanym formacie (CSV lub Bin) w folderze, a następnie użyj pamięci USB, aby je zebrać. Analizuj dane za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Konwertuj pliki CSV na arkusze kalkulacyjne, aby ułatwić analizę.
    UWAGA: Jeśli dane są zapisywane w formacie pliku binarnego, przekonwertuj je na format Przecinek tekstowy przed pobraniem danych w pamięci USB.
  2. Aby przeanalizować CV próbek mleka, należy odjąć CV mleka od CV tła (tj. CV buforu fosforanowego (pH 6,6) pobranego przed badaniem każdej próbki mleka), aby uzyskać krzywe wynikające z utleniania profilu mleka.

5. Techniki charakteryzowania PEDOT

  1. Użyj określonego rodzaju wysokowydajnego SEM, aby scharakteryzować warstwy PEDOT wykonane z różnych elektrolitów.
    UWAGA: W tym przypadku zastosowano FEI Quanta 200 ESEM FEG; jest wyposażony w polowe działo emisyjne Schottky'ego (FEG) dla lepszej rozdzielczości przestrzennej. Ten instrument zapewnia różne tryby pracy, takie jak wysoka próżnia, niska próżnia i środowiskowe tryby SEM, i jest wyposażony w detektor EDS SiLi (Lithium drifted) Super Ultra-Thin Window.
  2. Sprawdź morfologię powierzchni zarówno gołych, jak i zmodyfikowanych przez PEDOT MIKROELEKTROD Au (PEDOT-Au) za pomocą SEM po elektropolimeryzacji PEDOT w roztworach organicznych i wodnych. Przeprowadzić elektropolimeryzację PEDOT na gołych mikroelektrodach Au w roztworach wodnych/ACN i organicznych bezpośrednio przed ich sprawdzeniem przez SEM.
  3. Umieść świeżo przygotowane elektrody (gołą mikroelektrodę Au i dwie mikroelektrody PEDOT-Au) na stoliku SEM poziomo, tak aby ich głowica znajdowała się nad stolikiem pod pewnym kątem.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Woltametria cykliczna jest prostą techniką tworzenia cienkiej warstwy PEDOT na powierzchni mikroelektrody Au w celu zwiększenia przewodności i czułości elektrody podczas elektrochemicznego wykrywania docelowych analitów. Niniejszy protokół demonstruje metodę elektropolimeryzacji 0,1 M EDOT z roztworu organicznego w porównaniu do 0,01 M EDOT z wodnego roztworu elektrolitu. Przeprowadzenie 10 cykli w roztworze wodnym/ACN skutkuje umiarkowanym wzrostem PEDOT, porównywalnym do tego zaobserwowanego przy 4 cyklach w roztworze ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Metoda CV pozwala na szybki i prosty pomiar różnych analitów w żywności, winie i napojach, ekstraktach roślinnych, a nawet próbkach biologicznych. Technika ta pozwala uzyskać szeroką gamę danych, w tym szczytowe potencjały utleniania/redukcji, szczytowe wartości prądu docelowego analitu (proporcjonalne do stężenia) oraz wszystkie inne wartości prądu i potencjału po każdym przebiegu CV. Chociaż korzystanie z CV jest stosunkowo łatwe, zebrane dane czasami muszą zostać przekonwertowane z plików binarnych do formatu przecink...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Dzięki finansowaniu zapewnionemu przez Ministerstwo Biznesu, Innowacji i Zatrudnienia Nowej Zelandii (MBIE) w ramach programu "High Performance Sensors".

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
AcetonitrylBaker Analyzed HPLC Ultra Gradient Solvent75-05-8
Podkładka polerska z tlenku glinuBASi, USAMF-1040kolor jasnobrązowy/aksamitny Belgijskie
mleko czekoladoweFirma mleczarska Puhoi Valley, Auckland, NZ_Kup w lokalnym supermarkecie
Mleko karmelowe/z białą czekoladąFirma mleczarska Puhoi Valley, Auckland, NZ_Kup od lokalny supermarket
Przyrząd CHinstrumenty, Inc. USA_Model CHI660E
PrzeciwelektrodaBASi, USAMW-1032Drut platynowy o długości 7,5 cm (średnica 0,5 mm) elektroda pomocnicza/przeciwstawna, czystość 99,95%
Wodorofosforan disodowy (Na2HPO4, 2H2O)Scharlau Chemie SA, Barcelona, Hiszpania10028-24-7Waż 17,8 g
Butelka DURANUniversity of Auckland_Wyroby szklane zostały wykonane lokalnie na Uniwersytecie w Auckland Ogniwo
elektrochemiczneBASi, USAMF-1208  Objętość 5-15 ml, szklana
elektroda do polerowania zawiesiny z tlenku glinuBASi, USACF-10507 ml 0,05 i mikro; m wielkość cząstek tlenek glinu polski
Mleko espressoFirma mleczarska Puhoi Valley, Auckland, NZ_Kup w lokalnym supermarkecie
3,4-Etylenodioksytiofen (EDOT), 97%Sigma-Aldrich126213-50-1Weź 10,68 μ L z butelki
FEI ESEM Quanta 200 FEGUSA_SEM wyposażony w pistolet do emisji polowej Schottky'ego (FEG) dla optymalnej rozdzielczości przestrzennej. Przyrząd może być używany w trybie wysokiej próżni (HV), w trybie niskiej próżni (LV) oraz w tak zwanym trybie ESEM (Environmental SEM). 
Mikroelektrodazłota BASi, USAMF-2006Elektroda robocza (10 μ średnica m)
Nadchloran litu, odczynnik ACS, ≥ 95%Sigma-Aldrich7791-03-9Przygotowanie roztworu 0,1 M
MikropipetyEppendorf_10-100 μ L i 100-1000 objętości
MilliQ waterThermo Scientific, USA_18.2 MΩ/cm przy 25° C, Barnstead Nanopure Diamond System oczyszczania wody
Węglan propylenu, bezwodny, 99,7%Sigma-Aldrich108-32-7Weź 20 ml z butelki
Elektroda referencyjnaBASi, USAMF-2052Elektroda srebro/chlorek srebra (Ag/AgCl) do przechowywania w 3 M chlorku sodu
Wymienna szklana płyta polerskaBASi, USAMF-2128Szklana płyta jako podstawka do zamocowania na niej pada polerskiego
Diwodorofosforan sodu  (NaH2PO4, 1H2O)Sigma-Aldrich10049-21-5Zważyć 13,8 g
Perły wodorotlenku sodu, odczynnikanalityczny AR ECP1310-73-2Przygotować 0,1 M roztwór
Nadchloran sodu, odczynnik ACS, ≥ 98%Sigma-Aldrich7601-89-0Przygotuj 0,1 M roztwór
Kwas siarkowy (98%)Merck7664-93-9Przygotuj 0,5 M roztwór
Kwas moczowySigma-Aldrich69-93-2Przygotuj 1 mM roztwór
Mleko pełneFirma mleczarska Anchor, Auckland, Nowa ZelandiaMleko w niebieskiej czapce, kup w lokalnym supermarkecie
klasy HPLC

Bibliografia

  1. Guimard, N. K., Gomez, N., Schmidt, C. E. Conducting polymers in biomedical engineering. Progress in Polymer Science. 32 (8), 876-921 (2007).
  2. Cui, X., Martin, D. C. Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).
  3. Hong, S. Y., Marynick, D. S. Understanding the conformational stability and electronic structures of modified polymers based on polythiophene. Macromolecules. 25 (18), 4652-4657 (1992).
  4. Kundu, K., Giri, D. Evolution of the electronic structure of cyclic polythiophene upon bipolaron doping. Journal of Chemical Physics. 105 (24), 11075-11080 (1996).
  5. Thomas, C. A., Zong, K., Schottland, P., Reynolds, J. R. Poly(3,4-alkylenedioxypyrrole)s as highly stable aqueous-compatible conducting polymers with biomedical implications. Advanced Materials. 12 (3), 222-225 (2000).
  6. Yamato, H., Ohwa, M., Wernet, W. Stability of polypyrrole and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) for biosensor application. Journal of Electroanalytical Chemistry. 397 (1-2), 163-170 (1995).
  7. Latonen, R. -M., et al. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) based enzyme-electrode configuration for enhanced direct electron transfer type biocatalysis of oxygen reduction. Electrochimica Acta. 68, 25-31 (2012).
  8. Liu, K., Xue, R., Hu, Z., Zhang, J., Zhu, J. J. Electrochemical synthesis of acetonitrile-soluble poly(3,4-ethylenedioxythiophene) in ionic liquids and its characterizations. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 9 (4), 2364-2367 (2009).
  9. Cui, X., Martin, D. C. Fuzzy gold electrodes for lowering impedance and improving adhesion with electrodeposited conducting polymer films. Sensors and Actuators A: Physical. 103 (3), 384-394 (2003).
  10. Wilks, S. J., Richardson-Burn, S. M., Hendricks, J. L., Martin, D., Otto, K. J. Poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) as a micro-neural interface material for electrostimulation. Frontiers in Neuroengineering. 2, 7(2009).
  11. Pranti, A. S., Schander, A., Bödecker, A., Lang, W. Highly stable PEDOT:PSS coating on gold microelectrodes with improved charge injection capacity for chronic neural stimulation. Proceedings. 1 (4), 492(2017).
  12. Štulík, K., Amatore, C., Holub, K., Marecek, V., Kutner, W. Microelectrodes: Definitions, characterization, and applications (Technical report). Pure and Applied Chemistry. 72 (8), 1483-1492 (2000).
  13. Štulík, K. Activation of solid electrodes. Electroanalysis. 4 (9), 829-834 (1992).
  14. Motshakeri, M., Travas-Sejdic, J., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Rapid electroanalysis of uric acid and ascorbic acid using a poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-modified sensor with application to milk. Electrochimica Acta. 265, 184-193 (2018).
  15. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Travas-Sejdic, J., Kilmartin, P. A. Electrochemical study of gold microelectrodes modified with PEDOT to quantify uric acid in milk samples. Electroanalysis. 32 (9), 2101-2111 (2020).
  16. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Application of cyclic voltammetry to analyse uric acid and reducing agents in commercial milks. Food Chemistry. 293, 23-31 (2019).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Elektropolimeryzacja PEDOTwoltametria cyklicznamodyfikacja powierzchni elektrodynadchloran lituskaningowa mikroskopia elektronowadetekcja przeciwutleniaczyelektrolit organicznyelektrolimeryzacja w rodowisku wodnym

Powiązane artykuły