Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wykrywanie nadtlenku wodoru o ultraniskim poziomie dzięki synergicznemu efektowi potencjału Nernsta w tranzystorach elektrochemicznych organicznych

245 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/70467

⸱

31 marca 2026

 ,  ,  ,  ,  , 
1College of Integrated Circuits, Taiyuan University of Technology

W tym artykule

Podsumowanie

Przedstawiamy protokół ultra-niskiego wykrywania nadtlenku wodoru oparty na synergistycznym efekcie Nernsta. Protokół ten obejmuje produkcję warstwowych poli(3,4-etylenoksysytiofenu): błękitu bromotymolowego (PEDOT: BTB)/siarkonianu polistyrenowego (PEDOT: PSS) oraz mikroelektrody platynowej (Pt), a także określenie optymalnego punktu pracy dla skonstruowanego czujnika H2-O2.

Streszczenie

Synergiczny potencjał Nernsta oparty na tranzystorze elektrochemicznym (OECT) — generowany za pomocą elektrody bramki Pt katalizującej nadtlenek wodoru (H2O2) oraz interakcji między cząsteczkami błękitu bromotymolu (BTB) a jonami wodoru (produktem ubocznym katalizyH2-O2) — jest wykorzystywany do ultra-niskiego wykrywaniaH2O2 do 1,8 × 10-12 M, z szerokim zakresem detekcji liniowej od 10-11 M do 10-3 M. Formowanie tego potencjału określa się przez wybór napięcia źródło-drenaż (VDS) oraz napięcia bramki (VG) wynoszącej −0,6 V jako optymalnych punktów pracy, a także przez przyjęcie warstwowego poli(3,4-etylenoksytoksyfenu):bromotymolowego błękitu/poli(3,4-etylenodytoksytiofen):p olistyren sulfonian (PEDOT:BTB/PEDOT:PSS) jako materiału kanału półprzewodzącego warstwę. Ponadto istotna weryfikacja polega na charakteryzacji zdolności nośnikowej (de)dopingu warstw stosowanych za pomocą spektroskopii UV–vis, identyfikacji optymalnego punktu pracy za pomocą pomiarów elektrochemicznych oraz ocenie wydajności detekcji skonstruowanego czujnika H2O2 opartego na OECT, stosując jednostopniowe skanowanie o stałym napięciu. Na koniec, czujnik H2O2 oparty na OECT jest wytwarzany w procesie produkcji mikro-nano, obejmującym przygotowanie warstw półprzewodzących przez powłokę spinową oraz produkcję mikroelektrod poprzez proces lift-off i rozpylanie magnetronu. Ta metodologia otwiera szerokie możliwości ultra-niskiego wykrywania analitów poprzez reakcje katalizowane enzymami.

Wprowadzenie

Nadtlenek wodoru (H2O2) jest wszechobecnym produktem ubocznym wielu biochemicznych reakcji katalizowanych enzymami, w tym tych pośredniczonych przez oksydazę mleczanową, oksydazę glutaminianową i oksydazę glukozy1. Jego wszechobecna obecność w szerokim zakresie procesów fizjologicznych i patologicznych 2,3,4 czyni go kluczową biomolekułą do zrozumienia zdrowia i stanów chorób człowieka. Dlatego dokładne wykrywanieH2O2 w ultra-niskich stężeniach jest niezbędne do uzyskania precyzyjnych informacji o warunkach organizmu, wzbudzając duże zainteresowanie badaczy opracowaniem wrażliwych metod wykrywania z niskim limitem wykrywania (LOD).

Tradycyjne metody detekcjiH2O2 5,6, takie jak spektroskopia, chromatografia i chemiluminescencja, położyły fundament pod analizę ilościową, ale cierpią na wrodzone ograniczenia, które utrudniają ich powszechne zastosowanie. Techniki te zazwyczaj opierają się na poręcznych, kosztownych instrumentach i wymagają specjalistycznej wiedzy zawodowej, co czyni je niepraktycznymi w scenariuszach wykrywania na miejscu, przenośnych urządzeń lub w miejscu ośrodka opieki. Dlatego istnieje pilna potrzeba alternatywnych technologii detekcji, które łączą wysoką czułość z miniaturyzacją, niskimi kosztami i łatwością użycia.

Wraz z rozwojem technologii mikronanonano, organiczne tranzystory elektrochemiczne (OECT) stały się obiecującą platformą do zastosowań biosensorów, dzięki swoim wrodzonym zaletom, takim jak miniaturyzacja, niskie napięcie robocze, doskonała zdolność wzmacniania sygnału oraz biokompatybilność 7,8,9. Czujniki oparte na OECT są coraz częściej badanedo wykrywania H2O2, ze szczególnym naciskiem na modyfikację materiałów wrażliwych na H2O2 na mikroelektrodach w celu zwiększenia czułości detekcji. Na przykład Cicoira i in.10 zbudowaliczujnik H 2O2 oparty na OECT o liniowym zakresie detekcji od 5 μM do 103 μM i niskim LOD 5 μM, gdy Pt był używany jako źródło, drenaż i materiał bramowy. Guo i in.11 wykonali OECT na elastycznym podłożu z polietylonu (tereftalan etylenu)(PET) oraz wsporze przepustowym. Urządzenie wykorzystywało sitodrukowaną elektrodę z pastą węglową zmodyfikowaną nanorurkami węglowymi i nanocząstkami Pt jako elektrodę bramkową, a PEDOT: PSS jako materiał kanałowy, wykazując liniowy zakres detekcji 0,5-100 μM oraz LOD 0,2 μM dlaH2-O2. Qi i in.12 zgłosili ambipolarny OECT typu dawca-akceptor (D-A) o polimerowym OECT z pojedynczym organicznym mieszanym przewodnikiem jonowo-elektronicznym (OMIEC), który wykazywał liniowy zakres detekcji 0,001-100 μM oraz LOD 1 nM dlaH2O2. Wspomniany wcześniej czujnik H2O2 osiągał niski LOD głównie zależny od potencjału Nernsta generowanego przez elektrodę bramki opartą na Pt katalizującą H2O2, która mogła regulować elektrochemiczny (de) domieszkowany stan warstwy kanałowej w celu wykorzystania doskonałej możliwości wzmacniania sygnału. W ten sposób wcześniejsze badania w tej dziedzinie stworzyły solidne podstawy teoretyczne i eksperymentalne do dalszej optymalizacji.

Głównym celem tego badania jest opracowanie wysoce kontrolowanego i czułego czujnika H2O-2 opartego na OECT poprzez dalsze wykorzystanie potencjału Nernsta, kluczowego mechanizmu leżącego u podstaw wydajności czujników elektrochemicznych. Aby to osiągnąć, proponujemy synergiczny mechanizm potencjału Nernsta13, który opiera się na reakcji kaskadowej obejmującej dwa kluczowe komponenty: elektrody bramkowe oparte na Pt, które katalizują H2O2, oraz warstwową warstwę kanału półprzewodnikowego (PEDOT: BTB/PEDOT: PSS), która oddziałuje z jonami wodoru powstałymi jakoprodukt uboczny katalizy H2O2. Ten projekt opiera się na ugruntowanych badaniach: błękit bromotymolowy (BTB), dobrze znany wskaźnik chemiczny dla słabych kwasów i zasad14, został pomyślnie zintegrowany z PEDOT (jako PEDOT: BTB) na bramce OECT lub warstwie kanałowej do pomiaru pH w poprzednich badaniach, potwierdzając wykonalność reakcji kaskadowej kluczowej dla naszego podejścia.

W porównaniu z alternatywnymi metodami detekcji H₂O₂ opartymi na OECT, nasza synergiczna strategia Potencjału Nernsta oferuje wyraźne zalety. W przeciwieństwie do konwencjonalnych konstrukcji, które opierają się wyłącznie na katalitycznej aktywności elektrod bramki opartych na Pt do generowania potencjału Nernsta, nasze podejście zwiększa sterowalność poprzez połączenie tego procesu katalitycznego z zachowaniem warstwy kanałowej odpowiadającej na pH na pH. Ta synergia nie tylko poprawia czułość czujnika, ale także zwiększa jego stabilność i możliwość dostrajania, odpowiadając na kluczowe ograniczenia istniejących czujników opartych na OECT. Ponadto technika ta wpisuje się w szerszy trend biosensingu opartego na OECT, który kładzie nacisk na integrację materiałów funkcjonalnych i innowacyjnych mechanizmów reakcji, aby przesuwać granice wydajności detekcji.

W kontekście szerszej literatury dotyczącej detekcji elektrochemicznej 15,16,17,18,19,20,21, OECT stały się fundamentem przenośnego biosensingu ze względu na zdolność wzmacniania słabych sygnałów elektrochemicznych, co czyni je idealnymi do wykrywania analitów o niskim stężeniu. Nasza praca opiera się na tej podstawie, udoskonalając mechanizm Nernst oparty na potencjale, oferując nową perspektywę na optymalizację wydajności OECT dla wykrywania H2O2. Dla czytelników rozważających zastosowanie tej metody nasz projekt jest szczególnie dobrze dostosowany do scenariuszy wymagających wysokiej czułości, przenośności i sterowalności, takich jak diagnostyka w miejscu, monitorowanie in vitro oraz analiza próbek środowiskowych lub biologicznych na miejscu, gdzie tradycyjne metody są niepraktyczne. Wyjaśniając ramy koncepcyjne i zalety naszego podejścia, to wprowadzenie dostarcza czytelnikom niezbędnego kontekstu do oceny, czy metoda ta odpowiada ich specyficznym potrzebom aplikacyjnym.

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

Protokół

1. Wytwarzanie i charakterystyka warstwowej folii PEDOT: BTB/PEDOT: PSS z folii półprzewodnikowej

  1. Przygotowanie próbki
    UWAGA: Przygotowując jednowarstwowy PEDOT: PSS, wykonaj krok 1.1.1. Podczas przygotowania warstwowego PEDOT: BTB/PEDOT: PSS, wykonaj krok 1.1.2.
    1. Przygotuj jednowarstwowy PEDOT: PSS poprzez powlekanie spin-coating.
      1. Przefiltruj komercyjny roztwór PEDOT: PSS za pomocą filtra 0,45 μm (polietersulfon PES).
      2. Weź 884 μL filtrowanego PEDOT: PSS, 1 μL 0,1% dodecylbenzenu sulfonowego (DBSA), 50 μL 5 μ% glikolu etylenowego (EG) oraz 5 μL 0,5% 3-glicidotypypropylometoksysilanu (GOPS) i dokładnie wymieszaj, tworząc roztwór mieszany (czyli prekursor PEDOT: PSS).
      3. Mieszaj prekursor PEDOT: PSS przez noc za pomocą mieszadła magnetycznego, a następnie sonikuj przez 5 minut
      4. Spin-coat powłokę PEDOT: Półprzewodnikową folię PSS do łączenia elektrod źródłowej i drenażowej, używając Spin Coatera o prędkości obrotowej 4200 obr./min, przyspieszonej prędkości 200 obr./min s-1 i czasie utrzymania 60 s.
      5. Piecz film w temperaturze 130 °C przez 15 minut w piekarniku, a następnie pipetą nałóż na folię 10 μL skoncentrowanego kwasu siarkowego (H2SO₄), aby usunąć nadmiar PSS.
      6. Następnie opłucz warstwę wodą dejonizowaną, a następnie piecz w 130 °C przez 10 minut.
    2. Przygotuj warstwę warstwową PEDOT: BTB/PEDOT: PSS poprzez elektrodepozycję.
      1. Przygotuj roztwór zawierający 42 μL 10 mM 3,4-etylendioksytiofenu (EDOT), 0,02496 g BTB, 40 ml 1 mM buforu fosforanowego (PBS) oraz 0,4044 g azotanu potasu (KNO3). Wymieszaj i potrząsaj przez 10 minut, aż uzyskamy czerwony roztwór.
      2. Elektronanos PEDOT: BTB na warstwę PEDOT: PSS powlekaną spinem, używając metody cyklicznej woltammetrii (CV) podwójnej potencjostatycznej elektrochemicznej stacji roboczej. Zwarcie elektrod źródłowe (S) i drenacyjne (D), aby użyć ich jako elektrod roboczych, użyj elektrody kalomelowej nasyconej jako elektrody referencyjnej, drutu Pt jako elektrody kontrowej oraz mieszanego roztworu wodnego jako elektrolitu.
      3. Na elektrodzie roboczej należy zastosować napięcie elektryczne w zakresie od 0 do 1 V z częstotliwością skanowania 0,1 V⋅s-1 przez 15 cykli.
      4. Oczyść kanał elektrodemontowany wodą dejonizowaną, a następnie wysusz w temperaturze pokojowej.
  2. Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), mikroskop sił atomowych (AFM), spektroskopia widzialna w świetle ultrafioletowym (UV-vis) oraz charakteryzacja elektrochemiczna.
    1. Wykonaj morfologiczną charakterystykę filmów za pomocą SEM i AFM.
      1. Warstwa jednowarstwowa i warstwowa nakłada się odpowiednio na arkusz Au, używając spinowego powodnika z prędkością obrotową 4200 obr./min, przyspieszoną prędkością 200 obr./min s-1 oraz czasem utrzymania 60 s.
      2. Praca SEM przy napięciach przyspieszających 1 kV i 3 kV w trybie elektronów wtórnych, aby obserwować morfologię powierzchni i przekroju poprzecznego odpowiednio przygotowanej warstwowej warstwy.
      3. Zmierz warstwową taśmę (grubość poniżej 115 nm) przy użyciu wysokiego powiększenia 40 000 ×. Zmierz warstwową taśmę (całkowita grubość 361 nm) przy użyciu dużych powiększań 10 000 × i 40 000 × aby wyjaśnić elektrodepozycję warstwowej folii warstwowej na arkuszu Au.
      4. Przyjmij tryb tapowania AFM, aby obserwować zmiany chropowatości powierzchni filmów jednowarstwowych i warstwowych.
      5. Ustaw zakres skanowania AFM na 5 μm × 5 μm. Zapisz morfologię 3D i oblicz średnią kwadratową chropowatość korzeniową.
    2. Scharakteryzuj właściwości fotoelektrochemiczne warstw warstwowych za pomocą spektroskopii UV-vis. Ustaw zakres długości fal od 200 nm do 800 nm, rozdzielczość optyczną na 0,73 nm, wielkość szczeliny na 10 μm, czas całkowania na 11 ms, a kontrolę temperatury na 20–30 °C.
      1. Warstwa warstwowa warstwa spin-coat na tlenku indu (ITO) z prędkością obrotu 4200 obr./min przez 60 sekund z przyspieszoną prędkością 200 obr./min s-1.
      2. Wybierz roztwory buforowe pH w zakresie od pH 3 do pH 9 w odstępach dwóch rzędów wielkości jako elektrolit dla ogniwa spektrofotometru i umieść zmodyfikowaną elektrodę ITO w ogniwie spektrofotometru wyrównanym z ścieżką światła.
      3. Użyj pompy mikrowtryskowej, aby kolejno dodawać i usuwać 2 mL roztworów elektrolitowych o różnych wartościach pH do ogniwa spektrofotometru.
      4. Zmierz i zmierz widma absorpcyjne warstwy warstwowej PEDOT: BTB/PEDOT: PSS w każdym roztworze pH.
      5. Umieść przewód Pt w ogniwie spektrofotometru i podłącz elektrodę roboczą (WE) podwójnej potencjostatycznej elektrochemicznej stacji roboczej do przewodu Pt. Zastosuj napięcia +0,6 V i -0,6 V. Podłącz elektrodę sterującą (CE) podwójnej potencjostatycznej elektrochemicznej stacji roboczej do zmodyfikowanej elektrody ITO.
      6. Przygotuj roztworyH2O2 (10-11–10-3 M) w 0,1× PBS o przewodności 34,39 ± 0,73 mS·cm-1. Umieść zmodyfikowaną elektrodę ITO w ogniwie spektrofotometru.
      7. Użyj pompy mikrowtryskowej, aby kolejno dodawać i usuwać 2 mL roztworów elektrolitowych o różnych stężeniachH2O2 do ogniwa spektrofotometru.
      8. Zmierz i uzyskaj widma absorpcyjne warstwy warstwowej PEDOT: BTB/PEDOT: PSS w różnych roztworach H2O2.
    3. Określ punkty pracy bramki za pomocą pomiarów elektrochemicznych.
      1. Pomiary CV w 20 mL roztworówH2O2o różnych stężeniach (skonfigurowanych na 0,1× PBS, w zakresie od 10-3 M do 10-11 M w odstępach dwóch rzędów wielkości) o tej samej przewodności 34,39 ± 0,73 mS cm-1.
      2. Używaj przewodu Pt jako elektrody roboczej, warstwowej folii zmodyfikowanej na arkuszu Au jako elektrody kontrowej, elektrody Ag/AgCl jako elektrody referencyjnej oraz roztworówH2O2 o różnych stężeniach jako elektrolitów, odpowiednio.
      3. Na elektrodzie roboczej należy zastosować potencjał elektryczny w zakresie od -1 do 1 V z częstotliwością skanowania 0,1 V⋅s-1.
      4. Zmierz napięcie elektrolitowe (VE) w 0,1 × PBS (równoważne 1 mM PBS) bez mieszaniaH2O2.
      5. Wprowadź kolejną elektrodę Ag/AgCl do oryginalnego systemu OECT (w tym źródło, dren, elektrodę bramki Ag/AgCl oraz warstwową warstwę PEDOT: BTB/PEDOT: PSS folię półprzewodnikową) i elektrycznie zwarcie dodatkowej elektrody Ag/AgCl oraz elektrody źródłowej w oryginalnym systemie OECT.
      6. Podłącz oscylograf do dodatkowej elektrody Ag/AgCl, zastosuj czas pomiaru 2 s i częstotliwość 10 kHz i zmierz VE.
      7. Zmierz spektra skanujące VE w 0,1 × PBS przy różnych stężeniachH2O2 (w zakresie od 10-11 M do 10-3 M w odstępach dwóch rzędów wielkości) z tą samą przewodnością 34,39 ± 0,73 mS cm-1 przy VG ±0,6 V i VDS odpowiednio -0,6 V.
      8. Uzyskaj wartość środkową widma skanowania i użyj jej jako quasi-równoważnej wartości VE.

2. Przygotowanie czujnikaH2O2 opartego na tradycyjnym procesie mikrofabrykacji lift-off

  1. Na trójwymiarowym (3D) podłożu Si (np. 3D) (3D) wyhoduj warstwę izolującą SiO o grubości 500 nm, a następnie wykonuj obróbkę ultradźwiękową acetonem, alkoholem i wodą dejonizowaną przez kolejne 5 minut. Susz pod azotem przez 1 minutę.
  2. Nałóż warstwę fotooporu ROL-7133 na warstwę tlenku krzemu za pomocą spin-coatera (Krok 1: prędkość obrotowa 500 obr./min, czas 25 s, przyspieszenie 100 obr./s; Krok 2: prędkość obrotowa 3000 obr./min, czas 54 s, przyspieszenie 200 obr./s; Krok 3: prędkość obrotu 4000 obr./min, czas 6 s, przyspieszenie 1000 obr./s).
  3. Przymocuj podłoże pokryte tlenkiem krzemu pokryte fotorezystancją na masce za pomocą taśmy PET, a następnie umieść je na platformie grzewczej w stałej temperaturze 110 °C przez 90 sekund.
  4. Umieść fotomaskę płasko na obszarze litograficznym maszyny litograficznej i wykonaj wzorowanie fotolitograficzne w następujących warunkach: napięcie światła 0,65 V, czas 6,5 s.
  5. Podłoże z tlenku krzemu z gotowym wzorowaniem fotolitograficznym umieść w roztworze wywoływaczu AZ-400K (roztwór zapasowy: woda = 1:4) przez 60 sekund wywoływania. Po usunięciu dokładnie oczyść wodą dejonizowaną, a następnie wysuszyć azotem.
  6. Kolejno rozpylać warstwę Ti o średnicy 20 nm i warstwę Au o średnicy 100 nm na powierzchni podłoża tlenku krzemu za pomocą instrumentu do rozpylania magnetronu (moc 50 W, czas 600 s).
  7. Namocz podłoże w acetonie przez 10 minut, a następnie zmyj nadmiar fotooporu.
  8. Przepłucz przygotowane mikroelektrody wodą dejonizowaną przez 1 minutę, a następnie susz azotem przez 1 minutę.
  9. Zaprojektuj stosunek geometrii kanału do długości 15:1 oraz krótki kanał o długości 4μm w fotomasce
  10. Taśma PET wzoru (1,2 mm długości, 0,6 mm szerokości) z wykorzystaniem ultrafioletowego laserowego wycinanki jako okna do wyrównania pozycji elektrody bramki.
  11. Sekwencyjnie rozpyl warstwę Pt o średnicy 100 nm na powierzchni elektrody bramki za pomocą instrumentu do rozpylania magnetronu (moc 50 W, czas 500 s).
  12. Taśma PET wzoru (60 μm długości, 15 μm szerokości) z wykorzystaniem ultrafioletowego laserowego wycinanki jako okna do wyrównania pozycji kanału.
  13. Warstwa przędzenia kanału według kroków 1.1.1 i 1.1.2.

3. Wydajność pomiaruczujnika H2O2 opartego na OECT z warstwą półprzewodnikową PEDOT: BTB/PEDOT: PSS

UWAGA: Mierząc czujnik H2O2 oparty na OECT przy stałym napięciu bramki +0,6 V, wykonaj Krok 3.1. Przy pomiarze przy stałym napięciu bramki -0,6 V postępuj zgodnie z krokiem 3.2.

  1. Zmierz zmiany prądu wyjściowego (IDS) przy różnych stężeniachH2O2 przy stałym napięciu bramki +0,6 V.
    1. Roztwory H2 O2 2 2 zanurzeniu w 20 μL o różnych stężeniach (skonfigurowane w 0,1× PBS, w zakresie od 10-3 M do 10-11 M w odstępach dwóch rzędów wielkości) o tej samej przewodności 34,39 ± 0,73 mS cm-1 kolejno na powierzchni kanału.
    2. Podłącz elektrody źródłowe, odpływowe i bramkowe czujnika H2O2 odpowiednio do dwuportowego miernika źródła.
    3. Zastosuj VDS na poziomie -0,6 V, VG +0,6 V, czas pomiaru 40-150 s, aby uzyskać quasi-względne równowagowe wyjście IDS, oraz czas pomiaru 10 s w trybie stałego napięcia jednostopniowego.
    4. Przed odmierzeniem kolejnego roztworu H2O2 przepłukaj powierzchnię kanału wodą dejonizowaną.
    5. Zdobądź wartość IDS w stanie stacjonarnym.
  2. Zmierz zmiany IDS przy różnych stężeniachH2O2 przy stałym napięciu bramki -0,6 V.
    1. Zanurzenie 20 μL roztworów H2O2o różnych stężeniach (skonfigurowanych w 0,1× PBS, w zakresie od 10-3 M do 10-11 M w odstępach dwóch rzędów wielkości) o tej samej przewodności 34,39 ± 0,73 mS cm-1 kolejno na powierzchni kanału.
    2. Podłącz elektrody źródłowe, odpływowe i bramkowe czujnika H2O2 odpowiednio do dwuportowego miernika źródła.
    3. Zastosuj VDS o -0,6 V, VG o -0,6 V, czas pomiaru 40-150 s, aby uzyskać quasi-względne wyjście równowagi IDS, oraz czas pomiaru 10 s w trybie stałego napięcia jednostopniowego.
    4. Przed odmierzeniem kolejnego roztworu H2O2 przepłukaj powierzchnię kanału wodą dejonizowaną.
    5. Zdobądź wartość IDS w stanie stacjonarnym.

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

Wyniki

Artykuł ten początkowo charakteryzuje warstwowy materiał kanałowy PEDOT: BTB/PEDOT: PSS za pomocą SEM, AFM, UV-vis spektroskopii oraz pomiarów elektrochemicznych. Obrazy SEM i AFM (Rysunek 1 i Rysunek 2) pokazują, że warstwa warstwowa o grubości 241 nm PEDOT: BTB/PEDOT: PSS wykazuje obfite struktury ziarniste, w przeciwieństwie do stosunkowo gładkiej powierzchni jednowarstwowej folii PEDOT: PSS o grubości 120 nm. Wartości chropowatości średniej ...

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

Dyskusja

Sukces protokołu zależy od trzech wzajemnie zależnych krytycznych kroków, z których każdy jest weryfikowany przez charakteryzację eksperymentalną. Po pierwsze, wytwarzanie materiału kanału warstwowego (Protokół 1.1) wymaga precyzyjnej kontroli nad PEDOT: powłoka spinowa PSS (4200 obr./min przez 60 s, następnie wypiekanie w 130 °C) oraz PEDOT: BTB elektrodepozycja (gdzie zwarcie PEDOT: kanał PSS służy jako elektroda robocza, z potencjałem elektrycznym od 0 do 1 V przy częstotliwości skanowania 0,1 V s⁻

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

Oświadczenia

Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do ujawnienia.

Podziękowania

Badania te były wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (52175542 i 52203316), Specjalny Projekt Współpracy i Wymiany Naukowo-Technologicznej prowincji Shanxi (nr 202304041101032), Program Funduszu Naukowego Wybranych Powracających Zagranicznych Profesjonalistów w prowincji Shanxi (20240007), Projekt badawczy wspierany przez Radę Stypendialną Chin (nr 2024062), Program Specjalny Transformacji Patentów prowincji Shanxi (nr 202304012), Chińską Fundację Nauk Podoktoranckich (nr 2024M762331), Fundację Nauk Przyrodniczych prowincji Shanxi (nr 20210302123136 i 202103021223068) oraz Stację Innowacji Doktoranckich Prowincji Shanxi (Xinzhou) wspierające te badania.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
10& razy; Sól fizjologiczna z buforem fosforanowym (PBS)Lanbolide Trading Co., LTDP7209Czystość: ≥ 99%
3,4-etylendioksytiofen (EDOT)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinyE105649-25gCzystość: ≥ 99%
3-glicidoksypropyltrymetoksysilan (GOPS)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinyG107576Czystość: ≥ 97%
TwórcaSuzhou Yancai Weina Technology Co., Ltd.AZ 400K
Bromothymol Blue (BTB)Sinopharm Group Chemical Reagent Co., LTDB801811-25gCzystość: ≥ 95%
Woda dejonizowanaShanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinyW11942418.2 Mfigure-materials-1 cm 
Mikroskop cyfrowyKorporacja Olympus w JaponiiDSX1000Pobieżna obserwacja kanału przygotowanego OECT
Dodecylowy kwas benzen-sulfonowy (DBSA)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinyD106550Czystość: ≥ 90%
Podwójna potencjostatyczna elektrochemiczna stacja roboczaMetrohm AG, SzwajcariaVIONIC
Dwuportowy SourceMeterTek Technology Co., LTDKeithley 2636B
Podwójne wydzielanie magnetronuShenyang Kejing Automation Equipment Co., LTDVTC-600-2HD
Glikol etylenowy (EG)Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., ChinyE119700Czystość: ≥ 99.8%
Nadtlenek wodoru (H2O2)Firma Huize BiochemicalELCzystość: ≥ 35%
N-metyl1-2-pirolidon (NMP)Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd.328634Czystość: ≥ 99.5%
Poli(3,4-etylendioksytiofen): polistyren sulfonian (PEDOT: PSS)Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd.739332Czystość: ≥ 99.7%
Tereftalan polietylenu (PET)Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd.GF09063581
Azotan potasu (KNO3)Sinopharm Group Chemical Reagent Co., LTD10017218Czystość: ≥ 99.0%
FotorezystykSuzhou Yancai Micro-Nano Technology Co., LTDROL-7133
Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM)Firma Carl Zeiss z NiemiecGemini Sigma 300
Preparat do powłaczania rotacyjnegoJiangsu Leibo Scientific Instrument Co., LTDEZ4
Kwas siarkowy (H2SO4)Sinopharm Group Chemical Reagent Co., LTD1002160895.0-98.0%
Mikroskopia sił atomowych (AFM)Bruker Corporation ze Stanów ZjednoczonychIkona Wymiaru Brukera
Maszyna do znakowania laserowego w ultrafioletowymShanghai Cifang Electrical Technology Co., LTDRD-JW355
Spektroskopia spektrofotometryczna w świetle widzialnym w świetle ultrafioletu (UV-vis)Ocean Insight Company Stanów ZjednoczonychOCEAN-HDX-UV-VIS

Bibliografia

  1. Chen, W., Cai, S., Ren, Q. Q., Wen, W., Zhao, Y. D. Recent advances in electrochemical sensing for hydrogen peroxide: A review. Analyst. 137 (1), 49-58 (2012).
  2. Zeng, Z. Y., et al. A bioinspired flexible sensor for electrochemical probing of dynamic redox disequilibrium in cancer cells. Adv. Sci. 10 (36), (2023).
  3. Riaz, M. A., Chen, Y. Electrodes and electrocatalysts for electrochemical hydrogen peroxide sensors: A review of design strategies. Nanoscale Horiz. 7 (5), 463-479 (2022).
  4. Pratsinis, A., et al. Enzyme-mimetic antioxidant luminescent nanoparticles for highly sensitive hydrogen peroxide biosensing. ACS Nano. 11 (12), 12210-12218 (2017).
  5. Yan, Y., et al. Metal-organic framework-based biosensor for detecting hydrogen peroxide in plants through color-to-thermal signal conversion. ACS Nano. , (2022).
  6. Liu, R. X., et al. Colorimetric two-dimensional photonic crystal biosensors for label-free detection of hydrogen peroxide. Sens. Actuators B. 354, (2022).
  7. Rivnay, J., et al. Organic electrochemical transistors. Nat. Rev. Mater. 3 (2), (2018).
  8. Liu, J., et al. Organic electrochemical transistor-based immuno-sensor using platinum loaded CeO2 nanosphere-carbon nanotube and zeolitic imidazolate framework-enzyme-metal polyphenol network. Biosens. Bioelectron. 230, (2023).
  9. Fu, Y., et al. Highly sensitive detection of protein biomarkers with organic electrochemical transistors. Adv. Mater. 29 (41), (2017).
  10. Cicoira, F., et al. Influence of device geometry on sensor characteristics of planar organic electrochemical transistors. Adv. Mater. 22 (9), 1012(2010).
  11. Guo, X., et al. Organic electrochemical transistor for in situ detection of H2O2 released from adherent cells and its application in evaluating the in vitro cytotoxicity of nanomaterial. Anal. Chem. 92 (1), 908-915 (2020).
  12. Qi, G. Y., et al. High-performance, single-component ambipolar organic electrochemical transistors with balanced N/P-type properties for inverter and biosensor applications. Adv. Funct. Mater. 35 (2), (2025).
  13. Wang, Z. Q., et al. Ultra-low LOD H2O2 sensor based on synergistic Nernst potential effect. Adv. Sci. 12 (26), (2025).
  14. Shen, H., et al. A wearable electrowetting on dielectrics sensor for real-time human sweat monitor by triboelectric field regulation. Adv. Funct. Mater. 32 (34), (2022).
  15. Zhang, Y. Y., et al. Highly sensitive graphene-Pt nanocomposites amperometric biosensor and its application in living cell H2O2 detection. Anal. Chem. 86 (19), 9459-9465 (2014).
  16. Xie, F. Y., Cao, X. Q., Qu, F. L., Asiri, A. M., Sun, X. P. Cobalt nitride nanowire array as an efficient electrochemical sensor for glucose and H2O2 detection. Sens. Actuators B. 255, 1254-1261 (2018).
  17. Ke, X. L., et al. Fabrication of Pt-ZnO composite nanotube modified electrodes for the detection of H2O2. J. Electroanal. Chem. 817, 176-183 (2018).
  18. Sun, Y. J., et al. Graphene/intermetallic PtPb nanoplates composites for boosting electrochemical detection of H2O2 released from cells. Anal. Chem. 89 (6), 3761-3767 (2017).
  19. Yuan, J., et al. Cobalt-based layered double hydroxide nanosheet-supported AuNPs for high performance electrochemical H2O2 detection. Appl. Surf. Sci. 630, (2023).
  20. Wu, X. Y., et al. Fiber-shaped organic electrochemical transistors for biochemical detections with high sensitivity and stability. Sci. China Chem. 63 (9), 1281-1288 (2020).
  21. Liu, J. W., et al. Organic electrochemical transistor-based immuno-sensor using platinum loaded CeO2 nanosphere-carbon nanotube and zeolitic imidazolate framework-enzyme-metal polyphenol network. Biosens. Bioelectron. 230, (2023).
  22. Balu, S., Palanisamy, S., Velusamy, V., Yang, T. C. K. Sonochemical synthesis of gum guar biopolymer stabilized copper oxide on exfoliated graphite: Application for enhanced electrochemical detection of H2O2 in milk and pharmaceutical samples. Ultrason. Sonochem. 56, 254-263 (2019).
  23. Abbas, M. E., Luo, W., Zhu, L. H., Zou, J., Tang, H. Q. Fluorometric determination of hydrogen peroxide in milk by using a fenton reaction system. Food Chem. 120 (1), 327-331 (2010).

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

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Elektroda bramki z Ptb kit bromotymolowyPEDOT PSSspektroskopia UV Vispomiary elektrochemicznespin coatingrozpylanie magnetronowe
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.