Name: Tlenek grafenu o obniżonej zawartości tlenku irydu Nanohybrydowe cienkowarstwowe modyfikowane elektrody z sitodrukiem jako jednorazowe elektrochemiczne papierowe mikroprzepływowe czujniki pH (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 15 s
Description: Poznaj elektrochemiczną syntezę nanohybrydowych cienkich warstw tlenku irydu i grafenu do budowy przenośnych, jednorazowych czujników pH z platformą papierową. Ta metoda umożliwia szybkie i dokładne pomiary w warunkach terenowych.

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

Ta praca została wsparta grantem z Water Equipment and Policy (WEP) NSF Industry/University Cooperative Research Center (I/UCRC). Autorzy są również wdzięczni stypendium Hjalmar D. and Janet W. Bruhn Fellowship oraz Louis and Elsa Thomsen Wisconsin Distinguished Graduate Fellowship przyznane J. Y. na UW-Madison

1. μPAD i przygotowanie aparatury
<ol>
	<li>Wygraweruj rowek o grubości 500 μm na dolnym plastikowym uchwycie, aby pomieścić SPE z ABS lub kompatybilnym arkuszem z tworzywa sztucznego za pomocą trójwymiarowej (3D) frezarki i frezu o średnicy 1,6 mm. Przytrzymaj SPE i μPAD mocno na miejscu podczas testowania z uchwytem (Rysunek 1A).</li>
	<li>Wykonaj stempel i osłonę próżniową za pomocą tabletki z żywicy syntetycznej lub kompatybilnego arkusza z tworzywa sztucznego z wypukłymi i wklęsłymi wzorami, odpowiednio, za pomocą frezarki 3D, w celu wymodelowania hydrofobowych barier PDMS na podkładkach papierowych.
	<ol>
		<li>Przygotować mieszaninę prepolimeru PDMS i środka sieciującego w stosunku 10:1 lub zgodnie z sugestią producenta, wymieszać szpatułką i nałożyć odpowiednią ilość na wypukłą powierzchnię stempla PDMS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść stempel na podkładce z bibuły filtracyjnej, wstępnie przyciętej do żądanego rozmiaru, a następnie osłonę próżniową po przeciwnej stronie stempla w poprzek papieru. Zastosuj podciśnienie do 30 sekund za pomocą ręcznej pompy próżniowej. Zdejmij podkładkę papierową z stempla i pokrywy próżniowej i piecz w piecu konwekcyjnym przez 10 minut w temperaturze 80 °C, aby utwardzić wzorzysty PDMS (Rysunek 1B). Powstała w ten sposób podkładka papierowa ma obszar wykrywania o wymiarach około 0,2cm2 i hydrofilowy obszar odprowadzania próbki o wymiarach 1 cm x 0,4 cm. 
	Uwaga: Należy zachować szczególne środki ostrożności dotyczące ilości zastosowanego PDMS i czasu próżni, aby uniknąć ewentualnego zanieczyszczenia PDMS w wewnętrznym hydrofilowym obszarze bibuły filtracyjnej, do którego przenoszone są próbki cieczy.</li>
</ol>
2. Modyfikacja SPE za pomocą nanohybrydowych cienkich warstw IrO 2-RGO
<ol>
	<li>Za pomocą mikropipety odlać 3 μl przygotowanego roztworu 1 mg∙ml-1 GO na grafitowo-węglową elektrodę roboczą SPE i pozostawić do wyschnięcia w temperaturze pokojowej na szalce Petriego. Przedmuchnąć bufor PBS o pH 5,0 zN2 przez 20 minut, zanurzyć SPE w 10 ml odpowietrzonym buforze PBS, utrzymując przepływN2 i przeprowadzić 100 cykli powtarzających się cykli potencjału katodowego od 0,0 do -1,5 V, aby elektrochemicznie zredukować GO do RGO. Opłucz SPE wodą DI w butelce ze spryskiwaczem i wysusz w temperaturze pokojowej. 
	Uwaga: Dobrze złuszczone arkusze GO, stabilizowane przez odpychanie elektrostatyczne, są z proszku grafitowego przy użyciu zmodyfikowanej metody Hummera, jak opisano w innym miejscu7. Jednorodność zsyntetyzowanej folii RGO jest ważna, ponieważ służy ona jako nośnik węglowy dla dalszego wzrostu cienkich warstw IrO2.</li>
	<li>Przygotować 100 ml roztworu do osadzania IrO2 składającego się z 0,15 g czterochlorku irydu (IrCl4), 0,6 ml 50% (m/w) nadtlenku wodoru (H2O2) i 0,5 g kwasu szczawiowego odwodnić, dodając je do wody demineralizowanej. Stopniowo dodawaj niewielką ilość bezwodnego węglanu potasu, mieszając, aż pH osiągnie 10,5, zweryfikowane za pomocą laboratoryjnego pH-metru. Następnie roztwór zmienił kolor na żółtawy. Leżakowanie roztworu przez 48 godzin w temperaturze pokojowej, a następnie jego kolor ostatecznie zmienia się na bladoniebieski.</li>
	<li>Umieścić RGO-SPE w powyższym roztworze osadzającym i stosować stały potencjał +0,6 V przez 5 minut. Grubość cienkich warstw IrO2 może być precyzyjnie kontrolowana przez potencjał i czas osadzania.</li>
	<li>Potwierdź strukturę obszaru wykrywania za pomocą SEM. Uzyskaj obrazy SEM zgodnie z instrukcjami w Centrum Nauk o Materiałach na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, tak jak zrobiliśmy to przed7.</li>
</ol>
3. Budowa tanich i przenośnych cyfrowych pH-metrów
<ol>
	<li>Zbuduj niedrogi i zminiaturyzowany pH-metr z cyfrowym wyświetlaczem, podłączając serię dwóch pojedynczych wzmacniaczy operacyjnych LF356N (OpAmps) lub jeden szybki wzmacniacz oprzyrządowania z tranzystorem polowym (FET) INA111 (wysoka impedancja wejściowa > 1012 Ω) na płytce stykowej, aby osiągnąć wystarczająco wysoką impedancję wewnętrzną dla stabilnych pomiarów. 
	Uwaga: Wszystkie części są łatwo dostępne w sklepach elektronicznych i można je łatwo zmontować.</li>
	<li>Użyj IrO 2-RGO-SPE jako sondy pH i wzmacniaczy operacyjnych jako bufora wzmocnienia jedności. Podłącz szeregowo dwie uziemione baterie alkaliczne 9 V, aby zasilić pH-metr i podłącz przewody do płytki stykowej w oparciu o układ pinów OpAmps.</li>
	<li>Podłącz katodę i anodę do pinów 7 i 4. Podłącz również dodatnie i ujemne sondy multimetru cyfrowego odpowiednio do pinów 6 i 5 wzmacniaczy operacyjnych, aby zmierzyć napięcie wyjściowe i wyświetlić odczyty. Elektrody odniesienia i robocze SPE są odpowiednio podłączone do styków 2 i 3. Szczegółowe połączenia przedstawiono na rysunku 1D.</li>
</ol>
4. Pomiary pH
<ol>
	<li>Przygotować 100 ml B-R z 0,04 M równomolowym kwasem fosforowym, kwasem octowym i kwasem borowym i wymieszać z różnymi objętościami (5, 25, 42, 60, 78 i 98) 0,2 M wodorotlenku sodu (NaOH) w celu uzyskania różnych pH od 2-12 do kalibracji.</li>
	<li>Zlokalizuj wzorzysty μPAD na górze obszaru wykrywania. Umieść 60 μl próbek cieczy bezpośrednio za pomocą mikropipety w hydrofilowym obszarze μPAD w celu odprowadzania wilgoci. μPAD może być utrzymywany na miejscu z osłoną ABS lub bez, gdy jest zwilżony.</li>
	<li>Zmierz sygnał napięciowy między elektrodą roboczą IrO 2-RGO a elektrodą odniesienia Ag/AgCl w czasie za pomocą laboratoryjnego analizatora elektrochemicznego CHI 660D lub przenośnego cyfrowego miernika pH, gdy potencjały obwodu otwartego (OCP) stają się stabilne (zmiany potencjału < 5%).</li>
	<li>Utrzymuj obszar pomiarowy mokry, zanurzając podkładkę papierową w próbkach cieczy, które mają być testowane, jeśli to konieczne, aby uzyskać lepszy kontakt elektryczny, a także stabilne i powtarzalne odczyty podczas długotrwałej pracy. Zarejestrowane wartości OCP w stanie ustalonym są uśredniane dla każdej wartości pH w celu wyznaczenia krzywej kalibracyjnej.</li>
</ol>

<ol><li>Greenblatt, M., Shuk, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid-state+humidity+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Ionics%22%5BJournal%5D)">Solid-state humidity sensors.</a> Solid State Ionics. , 86-88, Part 2 995-1000 (1996).</li>
<li>Nie, Z., Nijhuis, C. A., Gong, J., Chen, X., Kumachev, A., Martinez, A. W., Narovlyansky, M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+sensing+in+paper-based+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices.</a> Lab Chip. 10, 477-483 (2010).</li>
<li>Yang, J., Nam, Y. G., Lee, S. -K., Kim, C. -S., Koo, Y. -M., Chang, W. -J., Gunasekaran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paper-fluidic+electrochemical+biosensing+platform+with+enzyme+paper+and+enzymeless+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+Actuators%2C+B%22%5BJournal%5D)">Paper-fluidic electrochemical biosensing platform with enzyme paper and enzymeless electrodes.</a> Sens. Actuators, B. 203, 44-53 (2014).</li>
<li>Delaney, J. L., Hogan, C. F., Tian, J., Shen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrogenerated+chemiluminescence+detection+in+paper-based+microfluidic+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Electrogenerated chemiluminescence detection in paper-based microfluidic sensors.</a> Anal. Chem. 83, 1300-1306 (2011).</li>
<li>Lankelma, J., Nie, Z., Carrilho, E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paper-based+analytical+device+for+electrochemical+flow-injection+analysis+of+glucose+in+urine%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Paper-based analytical device for electrochemical flow-injection analysis of glucose in urine.</a> Anal. Chem. 84, 4147-4152 (2012).</li>
<li>Dossi, N., Toniolo, R., Pizzariello, A., Impellizzieri, F., Piccin, E., Bontempelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pencil-drawn+paper+supported+electrodes+as+simple+electrochemical+detectors+for+paper-based+fluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Pencil-drawn paper supported electrodes as simple electrochemical detectors for paper-based fluidic devices.</a> Electrophoresis. 34, 2085-2091 (2013).</li>
<li>Yang, J., Gunasekaran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemically+reduced+graphene+oxide+sheets+for+use+in+high+performance+supercapacitors%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Electrochemically reduced graphene oxide sheets for use in high performance supercapacitors.</a> Carbon. 51, 36-44 (2013).</li>
<li>Yamanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anodically+electrodeposited+iridium+oxide+films+%28AEIROF%29+from+Alkaline+Solutions+for+Electrochromic+Display+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Anodically electrodeposited iridium oxide films (AEIROF) from Alkaline Solutions for Electrochromic Display Devices.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 28, 632-637 (1989).</li>
<li>Yamanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+electrochemical+behavior+of+anodically+electrodeposited+iridium+oxide+films+and+the+reliability+of+transmittance+variable+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">The electrochemical behavior of anodically electrodeposited iridium oxide films and the reliability of transmittance variable cells.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 30, 1285-1289 (1991).</li>
<li>Fog, A., Buck, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+semiconducting+oxides+as+pH+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+%26+Act%22%5BJournal%5D)">Electronic semiconducting oxides as pH sensors.</a> Sens. & Act. 5, 137-146 (1984).</li>
<li>Bezbaruah, A. N., Zhang, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+anodically+electrodeposited+iridium+oxide+film+pH+microelectrodes+for+microenvironmental+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Fabrication of anodically electrodeposited iridium oxide film pH microelectrodes for microenvironmental studies.</a> Anal. Chem. 74, 5726-5733 (2002).</li>
<li>Marzouk, S. A. M., Ufer, S., Buck, R. P., Johnson, T. A., Dunlap, L. A., Cascio, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodeposited+iridium+oxide+pH+electrode+for+measurement+of+extracellular+myocardial+acidosis+during+acute+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Electrodeposited iridium oxide pH electrode for measurement of extracellular myocardial acidosis during acute ischemia.</a> Anal. Chem. 70, 5054-5061 (1998).</li>
<li>Prats-Alfonso, E., Abad, L., Casañ-Pastor, N., Gonzalo-Ruiz, J., Baldrich, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iridium+oxide+pH+sensor+for+biomedical+applications.+Case+urea-urease+in+real+urine+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Iridium oxide pH sensor for biomedical applications. Case urea-urease in real urine samples.</a> Biosens. Bioelectron. 39, 163-169 (2013).</li>
<li>Bitziou, E., O'Hare, D., Patel, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+detection+of+pH+changes+and+histamine+release+from+oxyntic+glands+in+isolated+stomach%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Simultaneous detection of pH changes and histamine release from oxyntic glands in isolated stomach.</a> Anal. Chem. 80, 8733-8740 (2008).</li>
</ol>

Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Konfiguracja urządzenia
Czujnik pH działa poprzez pomiar OCP między elektrodą roboczą a referencyjną, ponieważ zmienia się on proporcjonalnie do ujemnego logarytmu stężenia H+. Pomiary można przeprowadzić zarówno za pomocą laboratoryjnego potencjostatu, takiego jak CHI 660D, jak i prostego pH-metru zbudowanego na płytce stykowej z odczytem za pomocą multimetru. W podobny sposób na płytkach stykowych zbudowano dwa różne przenośne pH-metry, wykorzystując dwie alkalicz...

Oznaczanie pH jest wszechobecne w badaniach żywnościowych, fizjologicznych, medycznych i środowiskowych. Dwa najpopularniejsze narzędzia do wykrywania pH to paski pH i pH-metry. Paski papieru są impregnowane cząsteczkami wskaźnika pH zmieniającymi kolor, ale odczyt jest czasami ograniczony w zakresach pH, subiektywnych i półilościowych z pewnymi odchyleniami. Z drugiej strony, pH-metr konwencjonalnie wyposażony w szklaną elektrodę może mierzyć pH dokładnie do poziomu 0,01 i wyświetlać je za pomocą cyfrowego interfejsu użytkownika. Laboratoryjne pH-metry nie tylko wymagają szczególnej ostrożności przy konserwacji i kalibracji, ale także nie sprawdzają się dobrze w przypadku małych objętości próbek i często wymagają czystego pojemnika, takiego jak zlewka, do wykonywania pomiarów. Pomimo swojej czułości, selektywności i stabilności, elektrody szklane są narażone na błędy kwasowo-zasadowe, wysoką impedancję, niestabilność temperaturową i kruchość mechaniczną1. Dlatego korzystne jest posiadanie systemu pomiaru pH, który uosabia dokładność pH-metru oraz prostotę i aspekty kosztowe pasków pH.
Zawsze istnieje niezaspokojone zapotrzebowanie na takie narzędzia w warunkach ograniczonych zasobów w wielu rozwijających się regionach, gdzie drogi sprzęt laboratoryjny lub komercyjne laboratoria są niedostępne. Również rosnąca rola nowych, łatwych w użyciu platform detekcyjnych na miejscu jest napędzana przez takie zapotrzebowanie na wykrywanie w miejscu opieki nad pacjentem. Detekcja elektrochemiczna jest prosta, łatwa do zminiaturyzowania i wystarczająco czuła, czego dowodem są skomercjalizowane tanie SPE i różne systemy monitorowania glikemii dostępne na rynku. Jako lekki, elastyczny i jednorazowy materiał porowaty, papier może mieć również różne kontrolowane cechy, takie jak różne rozmiary porów, grupy funkcyjne i współczynniki odprowadzania wilgoci.
Ponieważ podłoże papierowe prawie nie wpływa na dyfuzję analitu i detekcję elektrochemiczną2-4, połączenie urządzeń papierowo-fluidycznych i technik elektroanalitycznych zyskało ostatnio duże zainteresowanie. Oczywistą zaletą takich kombinacji jest niewielka objętość próbki użyta w pomiarze, co może potencjalnie zapobiec zakłóceniom spowodowanym wibracjami i konwekcją podczas pomiarów. Na przykład, wzorzyste podkładki mikroprzepływowe zostały nałożone na i dostarczają próbki cieczy do obszaru wykrywania SPE w celu wykrycia jonów metali ciężkich i glukozy2,5. Podobne urządzenia wykorzystujące elektrochemiluminescencję mikroprzepływową z papieru zostały stworzone w celu osiągnięcia detekcji NADH4. Ostatnio proste, elektrochemiczne papierowe urządzenia mikroprzepływowe można zbudować na szklanym szkiełku z elektrodamiołówkowymi 6 lub przy użyciu papieru enzymatycznego i SPE3.
Nanohybrydowy materiał cienkowarstwowy złożony z IrO2 i RGO został przygotowany przy użyciu łatwego i wydajnego podejścia elektrochemicznego. Odkryliśmy, że na nieregularnej i szorstkiej powierzchni węgla grafitowego SPE, anodowani elektrolitycznie cienka warstwa IrO2 nie może być gładka i stabilna bez pomocy RGO. Otrzymany w ten sposób IrO 2-RGO SPE został zintegrowany z papierowym urządzeniem mikroprzepływowym, które ma wzorzyste bariery hydrofobowe do pomiaru pH. Zmontowane urządzenie wykazało doskonałe wyniki analityczne w wykrywaniu pH z lekko super-nernstiowskim zachowaniem. Wyniki są porównywalne z konwencjonalnym laboratoryjnym pH-metrem ze szklanymi elektrodami. Wreszcie, na płytce stykowej zbudowano ekonomiczne, zminiaturyzowane pH-metry do pomiaru potencjalnego sygnału wyjściowego obwodu otwartego za pomocą multimetru cyfrowego. Pomiary przenośnego pH-metru są dobrze skorelowane z pomiarami komercyjnego pH-metru laboratoryjnego.

<table><tbody><tr><td>Elektrody z sitodrukiem</td><td>Zensor</td><td>TE100</td><td>3-elektroda zintegrowana</td></tr><tr><td>Akrylonitryl-butadien-styren (ABS)&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mieszanina prepolimerów polidimetylosiloksanu (PDMS) i środków sieciujących</td><td>Dow-Corning Co.</td><td>Sylgard 184</td><td>10:1 mieszanina z</td></tr><tr><td>bibułą filtracyjną Whatman No. 1</td><td>GE Healthcare Co.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>System frezowania 3D</td><td>Roland DGA Co.</td><td>iModela IM-01</td><td></td></tr><tr><td>PDMS stempel i osłona próżniowa</td><td>Roland DGA Co.</td><td>Sanmodur</td><td>Tabletka z żywicy syntetycznej</td></tr><tr><td>Ręczna pompa próżniowa</td><td>Cole-Parmer Co.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elektrochemiczna stacja robocza</td><td>CH Instruments</td><td>CHI 660D</td><td></td></tr><tr><td>LF356N wzmacniacze operacyjne</td><td>Texas Instruments Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Szybki tranzystor polowy (FET) INA111 z wejściem FET</td><td>Burr-Brown Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Multimetr cyfrowy DMM914&nbsp;</td><td>Tektronix Inc.</td><td>70979101</td><td></td></tr><tr><td>Od Fishera lub Sigmy:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Czterochlorek irydu (IrCl4)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>50% (w/w) Nadtlenek wodoru (H2O2)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas szczawiowy dwuwodny</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Węglan potasu (K2</ pod>CO3)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas</td><td></td><td></td><td></td>fosforowy</tr><tr><td>Kwas octowy&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas</td><td></td><td></td><td></td>borowy</tr><tr><td>Wodorotlenek sodu (NaOH)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Na2HPO4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaH2HPO4</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

tlenek grafenu o obniżonej zawartości tlenku irydu nanohybrydowe cienkowarstwowe modyfikowane elektrody z sitodrukiem jako jednorazowe elektrochemiczne papierowe mikroprzepływowe czujniki ph

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

Łatwa do kontrolowania, tania i ekologiczna synteza elektrochemiczna cienkich warstw IrO 2-grafenu nanohybrydowego została opracowana w celu wytworzenia łatwego w użyciu zintegrowanego papierowego mikroprzepływowego elektrochemicznego czujnika pH dla ustawień o ograniczonych zasobach. Wykorzystując zalety zarówno pH-metrów, jak i pasków, platforma do pomiaru pH składa się z hydrofobowej papierowej mikropodkładki z wzorem bariery (μPAD) z polidimetylosiloksanu (PDMS), elektrody z sitodrukiem (SPE) zmodyfikowanej foliamiIrO 2-grafenu i formowanego uchwytu z tworzywa sztucznego akrylonitryl-butadien-styren (ABS). Powtarzalne cykle potencjału katodowego zastosowano do redukcji tlenku grafenu (GO), która może całkowicie usunąć elektrochemicznie niestabilne grupy natlenione i wygenerować wolną od wad, jednorodną cienką warstwę grafenu 2D o doskonałej stabilności i właściwościach elektronicznych. Jednolita i gładka warstwa IrO2 o wielkości ziarna w nanoskali jest anodowani elektrolitycznie na folii grafenowej, bez żadnych zauważalnych pęknięć. Otrzymana elektrodaIrO 2-RGO wykazała nieco super-nernstiańskie odpowiedzi od pH 2-12 w Brittona-Robinsona (B-R) z dobrą liniowością, małą histerezą, niskim czasem odpowiedzi i odtwarzalnością w różnych, a także niską wrażliwością na różne interferujące formy jonowe i rozpuszczony tlen. Wytwarzany jest prosty przenośny cyfrowy miernik pH, którego sygnał jest mierzony za pomocą multimetru, przy użyciu wzmacniacza operacyjnego o wysokiej impedancji wejściowej i baterii konsumenckich. Wartości pH mierzone za pomocą przenośnych elektrochemicznych papierowo-mikroprzepływowych czujników pH były zgodne z wartościami mierzonymi za pomocą komercyjnego laboratoryjnego pH-metru ze szklaną elektrodą.

Układ elektrochemicznego czujnika pH IrO2-RGO-SPE zintegrowanego z papierową mikrofluidyką przedstawiono na ryc. 1A. Wzorowany podkład papierowy z hydrofobowymi barierami z PDMS umieszczono na obszarze czułym IrO2-RGO-SPE, który znajdował się na plastikowym uchwycie z ABS. Strefę pomiarową podkładu papierowego precyzyjnie wyrównano z powierzchnią elektrody. Do przetestowania wzorowanego podkładu papierowego użyto wodnego roztworu barwnika błękitu met...

Badanie pokazuje wzrost cienkich warstw nanohybrydowych cienkich warstw z tlenku grafenu o obniżonej zawartości tlenku irydu (IrO 2-RGO) na nieregularnym i szorstkim podłożu węglowym drukowanym sitodrukiem poprzez zieloną syntezę elektrochemiczną oraz ich implementację jako czujnika pH z wzorzystą platformą papierowo-fluidyczną.

Tlenek grafenu o obniżonej zawartości tlenku irydu Nanohybrydowe cienkowarstwowe modyfikowane elektrody z sitodrukiem jako jednorazowe elektrochemiczne papierowe mikroprzepływowe czujniki pH

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

Ogólnym celem tej metody jest wykorzystanie syntezy elektrochemicznej hybrydowych cienkich warstw tlenku irydu i grafenu do wykonania przenośnego elektrochemicznego papierowego sensora mikroprzepływowego do pomiarów pH w punkcie opieki (point-of-care). Metoda ta oferuje nowy sposób przeprowadzania pomiarów pH w punkcie opieki poprzez połączenie syntezy cienkich warstw tlenku irydu osadzanych elektrochemicznie, wspomaganej przez rusztowania z zredukowanego tlenku grafenu. W połączeniu z papierowymi podkładkami mikroprzepływowymi i cyfrowym wyświetlaczem automatycznym, rozwiązanie to stanowi w pełni przenośny i jednorazowy sensor pH.Technika ta łączy cechy papierowych pasków wskaźnikowych pH oraz stałych mierników pH, wykorzystując papierową mikrofluidykę i detekcję elektrochemiczną, aby umożliwić szybkie, dokładne pomiary pH w miejscu opieki nad pacjentem (point of care) poza laboratoriami, przy użyciu niewielkiej objętości próbki. Pomysł na wykonanie takich urządzeń pojawił się, ponieważ chcieliśmy zmierzyć stosunkowo niewielkie wahania pH wody jeziornej w różnych miesiącach w Madison w stanie Wisconsin. W rzeczywistości pasek do pomiaru pH nie pozwala na wykrycie tak małej różnicy pH i jest on niemal nieczytelny w odniesieniu do skali porównawczej.Użycie laboratoryjnego pH-metru jest również niepraktyczne. Na początek należy zamocować arkusz ABS lub innego kompatybilnego tworzywa sztucznego o wymiarach 7 cm x 4 cm x 0,6 cm w uchwycie frezarki 3D wyposażonej w frez o średnicy 1,6 mm. Za pomocą frezarki należy wyfrezować w powierzchni rowek w kształcie kostki o głębokości 500 µm.Utwórz kształt, frezując dwa okręgi o promieniu 1 cm połączone kanałem o szerokości 1 cm x 5 mm. Wzór ten będzie służył jako stempel. Następnie umieść w frezarce oddzielny arkusz tworzywa sztucznego, który będzie służył jako pokrywa próżniowa, i wyfrezuj w nim rowek wystarczająco duży, aby pomieścił cały wzór stempla.Następnie przygotować mieszaninę prepolimeru PDMS i utwardzacza w stosunku 10:1 i wymieszać obie części za pomocą szpatułki. Następnie umieścić mieszaninę w komorze próżniowej na pięć minut w celu odgazowania. Nanieść odpowiednią ilość odgazowanego PDMS do rowka kanału stempla tak, aby całkowicie wypełnił on cały rowek.Usunąć nadmiar materiału za pomocą płaskiego kawałka plastiku. Następnie na wierzchu stempla wypełnionego PDMS umieścić kawałek papieru filtracyjnego, docięty wcześniej do pożądanego rozmiaru. Na przeciwległej stronie stempla, nad papierem, założyć pokrywę próżniową i lekko docisnąć stempel palcem.Stosuj próżnię przez maksymalnie 30 sekund za pomocą ręcznej pompy próżniowej. Po zakończeniu usuń podkładkę papierową i umieść ją w piecu konwekcyjnym na 10 minut w temperaturze 80 °C, aby utwardzić wzór w PDMS. Najpierw należy przygotować sitodrukowaną macierz trzech elektrod składającą się z grafitowej elektrody roboczej, elektrody przeciwnej oraz referencyjnej elektrody srebro/chlorek srebra.Następnie, za pomocą mikropipety, nanieś metodą drop casting 3 µL roztworu tlenku grafenu o stężeniu 1 mg/ml na grafitową elektrodę roboczą. Pozostaw roztwór do wyschnięcia w temperaturze pokojowej. W tym czasie przeprowadź przedmuchiwanie azotem 10 ml buforu PBS o pH 5,0 przez 20 minut.Gdy elektroda sitodrukowa wyschnie, zanurz ją w buforze, kontynuując przepływ azotu. Następnie podłącz elektrodę do stacji roboczej elektrochemicznej i przeprowadź 100 cykli powtarzalnego cyklowania potencjału katodowego od 0,0 do 1,5 V, aby elektrochemicznie zredukować tlenek grafenu. Następnie przepłucz elektrodę sitodrukową wodą dejonizowaną i wysusz ją w temperaturze pokojowej.Jednorodność filmu z zredukowanego tlenku grafenu jest istotna, ponieważ służy on jako podłoże węglowe dla dalszego wzrostu cienkich warstw tlenku irydu. Następnie przygotuj 100 ml roztworu do osadzania tlenku irydu w wodzie dejonizowanej. Stopniowo dodawaj niewielką ilość bezwodnego węglanu potasu podczas mieszania, aż pH roztworu osiągnie 10,5, a roztwór przybierze żółtawy kolor.Pozostaw roztwór przez 48 godzin w temperaturze pokojowej. W tym czasie obserwuj zmianę jego barwy z żółtej na blado niebieską. Umieść elektrodę sitodrukowaną z zredukowanym tlenkiem grafenu w roztworze do osadzania tlenku irydu i za pomocą stacji roboczej do elektrochemii przyłóż stały potencjał 0,6 V przez pięć minut.Potwierdź strukturę obszaru sensorycznego za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, stosując standardowe techniki przygotowania próbek i obrazowania SEM. Aby rozpocząć budowę przenośnego cyfrowego pH-metru, przygotuj wymagane komponenty pokazane tutaj, które są wymienione w towarzyszącym protokole tekstowym na liście materiałów. Następnie umieść wzmacniacz instrumentalny wejściowy z tranzystorem polowym o wysokiej szybkości INA 111 na płytce stykowej, aby uzyskać wystarczająco wysoką impedancję wewnętrzną dla stabilnych pomiarów.Następnie należy połączyć szeregowo dwie uziemione alkaliczne baterie konsumenckie o napięciu 9 V, aby zasilić pH-metr. Katodę należy podłączyć do pinu siedem, a anodę do pinu cztery. Następnie należy połączyć rezystor o wartości 10 MΩ między pinami jeden i osiem.Następnie podłącz dodatnią sondę cyfrowego multimetru do pinu szóstego, a sondę ujemną do pinu piątego. Skonfiguruj multimetr tak, aby mierzył i wyświetlał napięcie wyjściowe. Na koniec podłącz koniec referencyjny zmodyfikowanej elektrody sitodrukowej do pinu drugiego, a elektrodę roboczą do pinu trzeciego.Przygotować 100 ml mieszanin buforów Brittona-Robinsona, łącząc zmienne ilości 0,2 M wodorotlenku sodu z 0,04 M roztworem kwasów składającym się z równomolowych ilości kwasu fosforowego, kwasu octowego i kwasu borowego. Następnie zmontować mikroprzepływowy pH-metr, umieszczając zmodyfikowaną elektrodę sitodrukowaną w frezowanym uchwycie plastikowym, a następnie nakładając mikroprzepływowy papier na górę elektrody w taki sposób, aby jedno z hydrofilowych kół znajdowało się nad czujnikiem. Za pomocą pipety nanieść 60 µL jednej z próbek pH bezpośrednio na obszar hydrofilowy mikropada, aby ciecz przemieściła się kapilarnie w stronę czujnika.Następnie należy rozpocząć pomiar sygnału napięcia za pomocą zmontowanego przenośnego cyfrowego pH-metru. Gdy potencjał obwodu otwartego ustabilizuje się, należy zapisać uzyskaną wartość. Powtórzyć ten proces dla każdego z przygotowanych wzorców, aby stworzyć krzywą wzorcową, używając za każdym razem nowego mikroprzepływowego papieru.Opisana technika redukcji elektrochemicznej dla elektrod sitodrukowanych pozwoli na otrzymanie jednorodnego, pozbawionego defektów cienkiego filmu z zredukowanego tlenku grafenu, widocznego pod skaningowym mikroskopem elektronowym. Po modyfikacji tlenkiem irydu powinna pojawić się jednolita i gładka warstwa bez widocznych pęknięć. Wystarczy niewielka ilość cieczy, ponieważ próbka przemieszcza się wzdłuż papieru mikrofluidycznego w kierunku sensora.Na przedstawionym obrazie próbkę roztworu niebieskiego barwnika umieszczono u podstawy papieru, skąd została ona wciągnięta w kierunku czujnika, barwiąc cały arkusz. Czas potrzebny do uzyskania stabilnego odczytu różni się w zależności od pH próbki. Podobnie jak w przypadku każdego pH-metru, ważne jest odczekanie do osiągnięcia stanu stabilnego przed dokonaniem pomiaru.Po osiągnięciu stanu stacjonarnego wartości uzyskane za pomocą mikroprzepływowego czujnika pH korelują liniowo z wartościami uzyskanymi z typowego pH-metru. Hybrydowy pH-metr z cienkiej warstwy tlenku irydu i grafenu charakteryzuje się niewielką histerezą, krótkim czasem odpowiedzi, powtarzalnością wyników oraz dobrą korelacją z komercyjną elektrodą szklaną laboratoryjnego pH-metru. Po opanowaniu techniki pomiary pH mogą być przeprowadzane szybko, w czasie rzędu kilku sekund.Zgodnie z tą procedurą, inne hybrydowe cienkie warstwy tlenku bateryjnego węgla reagujące na pH mogą zostać zsyntetyzowane w podobny sposób na dowolnych podłożach przewodzących lub półprzewodzących, takich jak węgiel klasy E, szkło powlekane tlenkiem indu i cyny oraz krzemionka. Elektrochemiczny czujnik mikroprzepływowy łączy zalety pehametrów i pasków wskaźnikowych pH. Stanowi on obiecującą platformę dla przyszłych pomiarów pH w terenie oraz w punkcie opieki (point-of-care) w warunkach ograniczonych zasobów.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Organiczny tranzystor elektrochemiczny jest zintegrowany z żywymi komórkami i służy do monitorowania przepływu jonów przez barierę nabłonkową przewodu pokarmowego. W tym badaniu mierzony jest wzrost strumienia jonów, związany z rozerwaniem połączeń ścisłych, wywołany obecnością chelatora wapnia EGTA (glikol etylenowy-bis(beta-aminoetylowy eter)-N,N,N',N'-tetraoctowy kwas).

Wykrywanie przerwania tkanki barierowej za pomocą organicznego tranzystora elektrochemicznego

Mikrourządzenie o wysokim potencjale przepustowości jest używane do demonstracji trójwymiarowej (3D) dielektroforezy (DEP) z wykorzystaniem nowych materiałów. Papier z nanopłytek grafenu i taśma dwustronna były na przemian układane w stosy; Wykonano mikrostudnię o średnicy 700 μm w kierunku poprzecznym do warstw. W mikrostudzience wykazano zachowanie DEP kulek polistyrenowych.

Opracowanie urządzenia dielektroforetycznego do elektrod grafenowych 3D

Platforma mikroprzepływowego biosensoru została zaprojektowana i wykonana przy użyciu taniej technologii fotorezystu z suchą folią do szybkiej i czułej kwantyfikacji różnych analitów. Ten jednorazowy system pozwala na elektrochemiczny odczyt testów enzymatycznych immobilizowanych na chipie za pomocą techniki stop-flow.

Elektrochemiczna platforma biosensorów mikroprzepływowych oparta na suchym filmie fotorezystu: produkcja urządzenia, przygotowanie testu na chipie i obsługa systemu

Tutaj przedstawiamy protokół produkcji chemicznie zredukowanego mikroczujnika pH z powłoką Nafion, funkcjonalizowanego polianiliną, elektrochemicznie zredukowanego tlenku grafenu. Ten półprzewodnikowy czujnik pH oparty na chemiorezystorze może wykrywać zmiany pH w czasie rzeczywistym podczas procesu fermentacji Lactococcus lactis.

Produkcja powlekanego nafionem, zredukowanego tlenku grafenu/polianiliny czujnika chemiorezystancyjnego do monitorowania pH w czasie rzeczywistym podczas fermentacji mikrobiologicznej

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.

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

Obecny protokół demonstruje rozwój biosensora grafenowego tranzystora polowego (EGGFET) bramkowanego elektrolitem i jego zastosowanie w wykrywaniu biomarkerów immunoglobuliny G (IgG).

Opracowanie i funkcjonalizacja grafenowego tranzystora polowego bramkowanego elektrolitem do detekcji biomarkerów

Ten protokół opisuje prosty proces, który wykorzystuje wygodne plastikowe mikro-formy do prostych operacji mikrotłoczenia w celu wytworzenia mikrokanałów na nanofibrylowanym papierze celulozowym, osiągając minimalną szerokość 200 μm.

Mikrotłoczenie: wygodny proces wytwarzania mikrokanalików na mikrofluidyce na bazie papieru nanocelulozowego

W artykule przedstawiono protokoły procesu utleniania o konstrukcji kaskadowej oraz wysoce podstawowej reakcji redukcji do innowacyjnej, skalowalnej konwersji grafitu w wielowarstwowy proszek tlenku grafitu, nanoarkuszy tlenku grafenu, supramolekularnego zredukowanego hydrożelu tlenku grafenu oraz zredukowanych nanomateriałów tlenku grafenu.

Skalowalne syntezy tlenku grafenu i zredukowanego tlenku grafenu przy użyciu kaskadowego projektowania utleniania i wysoce zasadowych reakcji redukcji

Głównym celem tego artykułu jest pomoc naukowcom i naukowcom w zrozumieniu procesu wykrywania glukozy za pomocą elektrochemii oraz optymalizacja parametrów w celu maksymalizacji odpowiedzi wykrywania glukozy. Proces wytwarzania czujnika glukozy jest szczegółowo opisany wraz z wytycznymi dotyczącymi uzyskania jego najlepszej reakcji chronoamperometrycznej.

Nanokwiaty NiO do wykrywania glukozy nieenzymatycznymi amperometrycznie

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Poznaj elektrochemiczną syntezę nanohybrydowych cienkich warstw tlenku irydu i grafenu do budowy przenośnych, jednorazowych czujników pH z platformą papierową. Ta metoda umożliwia szybkie i dokładne pomiary w warunkach terenowych.

Tlenek grafenu o obniżonej zawartości tlenku irydu Nanohybrydowe cienkowarstwowe modyfikowane elektrody z sitodrukiem jako jednorazowe elektrochemiczne papierowe mikroprzepływowe czujniki pH (Wideo) | JoVE Journal

Tlenek grafenu o obniżonej zawartości tlenku irydu Nanohybrydowe cienkowarstwowe modyfikowane elektrody z sitodrukiem jako jednorazowe elektrochemiczne papierowe mikroprzepływowe czujniki pH

Przeglądaj więcej filmów