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

Modyfikując powierzchnię złotej mikroelektrody cienką warstwą PEDOT wykonaną w rozpuszczalniku organicznym, możemy uzyskać większą powierzchnię i zwiększyć czułość czujnika. Procedura mikroelektrody polega na szybkiej analizie przeciwutleniaczy w różnych mediach. Można to zastosować w różnych kontekstach, począwszy od monitorowania napojów, a skończywszy na natychmiastowej ocenie stanu hospitalizowanych pacjentów.

Użyj odpowiedniego potencjostatu do przeprowadzenia cyklicznej woltamperometrii jako techniki elektrochemicznej będącej przedmiotem zainteresowania. Włącz potencjostat i podłączony do niego komputer. Aby przetestować komunikację między komputerem a urządzeniem, uruchom oprogramowanie, a następnie w menu ustawień wybierz polecenie testu sprzętu.

Po usłyszeniu kilku dźwięków z potencjostatu, wyniki testów sprzętowych są wyświetlane w osobnym oknie. Kliknij przycisk OK i kontynuuj przeprowadzanie eksperymentu. Czasami po kliknięciu polecenia testu sprzętu pojawia się błąd niepowodzenia łącza.

Sprawdź ustawienia połączenia i portu. Po przetestowaniu połączeń kliknij w menu ustawień, wybierz technikę, a następnie z otwierającego się okna wybierz metodę woltamperometrii cyklicznej. Następnie wróć do menu ustawień i kliknij parametry, aby wprowadzić odpowiednie parametry eksperymentalne.

Na przykład, aby przeprowadzić elektropolimeryzację EDOT o natężeniu 0,1 mola w elektrolicie organicznym na mikroelektrodzie z gołego złota, ustaw potencjał początkowy na minus 0,3 wolta, potencjał końcowy na minus 0,3 wolta, wysoki potencjał na 1,2 wolta, liczbę segmentów na osiem, szybkość skanowania na 100 miliwoltów na sekundę i kierunek na dodatni. Po wprowadzeniu odpowiednich parametrów woltamperometrii cyklicznej należy przygotować trzy zestawy elektrod w szklanym ogniwie elektrochemicznym, w tym elektrodę roboczą, elektrodę odniesienia i przeciwelektrodę z drutu platynowego. Przełóż te czyste i wysuszone elektrody przez otwory uchwytu elektrody przymocowanego do stojaka, a następnie umieść uchwyt nad ogniwem elektrochemicznym, aby wprowadzić elektrody do docelowego roztworu lub próbki.

Upewnij się, że na powierzchniach elektrod nie ma pęcherzyków. Jeśli są bąbelki, wyjmij elektrody, ponownie spłucz je wodą dejonizowaną i osusz chusteczką. Następnie umieść elektrody z powrotem w uchwycie stojaka i w roztworze.

Jeśli wokół elektrody odniesienia znajdują się pęcherzyki, delikatnie postukaj w końcówkę. Jeśli po rozpoczęciu skanowania wokół przeciwelektrody pojawią się pęcherzyki, wyczyść przeciwelektrodę. Jeśli skanowanie cyklicznego woltamperometrii stanie się głośne, wyczyść powierzchnię elektrody i sprawdź połączenia systemowe, przewody i zaciski.

Po upewnieniu się, że wszystkie trzy połączenia przewodów dla elektrod referencyjnych, roboczych i przeciwelektrod są prawidłowo połączone, rozpocznij eksperyment, klikając uruchom. Aby wstępnie poddać złotej mikroelektrodzie, poleruj ją przez 30 sekund zawiesiną tlenku glinu na gąbce polerskiej z tlenku glinu umieszczonej na szklanej płycie polerskiej, wykonując okrężne i ośmiokątne ruchy dłoni, a następnie spłucz mikroelektrodę wodą dejonizowaną. Włóż go do szklanego naczynia zawierającego 15 mililitrów absolutnego etanolu i ultra sonikate na dwie minuty.

Następnie przepłucz mikroelektrodę etanolem i wodą i ponownie poddaj ją ultrasonizacji przez cztery minuty w wodzie dejonizowanej, aby usunąć nadmiar tlenku glinu z powierzchni elektrody. Na koniec usuń dodatkowe zanieczyszczenia, wprowadzając cyklicznie 0,5 molowy kwas siarkowy przez 20 segmentów między ujemnym potencjałem 0,4 a dodatnim 1,6 V z szybkością skanowania 50 miliwoltów na sekundę. 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 kwasem siarkowym.

Aby przygotować 0,1 mola EDOT w roztworze organicznym, najpierw przenieś jeden mililitr przygotowanego 0,1 molowego roztworu nadchloranu litu do ogniwa elektrochemicznego. Następnie za pomocą mikropipety dodaj 10,68 mikrolitra monomeru EDOT do ogniwa elektrochemicznego. Aby przeprowadzić elektropolimeryzację EDOT na powierzchni mikroelektrody z gołego złota, należy włożyć wszystkie zestawy elektrod do roztworu i uruchomić cykliczną woltamperometrię.

Następnie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej scharakteryzuj powierzchnię tej zmodyfikowanej elektrody. Opłucz elektrody wodą dejonizowaną i osusz je chusteczką. Następnie, aby użyć tej zmodyfikowanej złotej mikroelektrody PEDOT do celów detekcyjnych, zaaklimatyzuj jej powierzchnię do roztworu wodnego, zanurzając elektrodę w 0,1-molowym roztworze nadchloranu sodu i przeprowadzając cykliczne skany woltamperologiczne.

Następnie, po spłukaniu wodą dejonizowaną, zanurz tę organicznie zmodyfikowaną i zaaklimatyzowaną mikroelektrodę PEDOT w roztworze buforu fosforanowego i uruchom cykliczną woltamperometrię, aby wygenerować skan tła. Na koniec wyjmij elektrodę z roztworu buforowego i bez spłukiwania natychmiast włóż ją do roztworów kwasu moczowego lub mleka w celu przeprowadzenia cyklicznych skanów woltamperometrycznych. Następnie, aby przygotować 0,01 mola EDOT w wodnym roztworze acetonitrylu, użyj mikropipety i dodaj 10,68 mikrolitra EDOT do jednego mililitra acetonitrylu w szklanej fiolce, a następnie dodaj dziewięć mililitrów dejonizowanej wody do fiolki, aby przygotować 10 mililitrów 0,01 molowego roztworu EDOT.

Dodać 110 miligramów nadchloranu litu w proszku do przygotowanego roztworu EDOT, aby uzyskać 0,1 molowy roztwór nadchloranu litu i delikatnie wymieszać. Przenieś przygotowany roztwór do ogniwa elektrochemicznego. Umieść elektrody w wodnym roztworze acetonitrylu i elektropolimeryzuj 0,01 mola EDOT na powierzchni elektrody, przeprowadzając cykliczną woltamperometrię, a następnie scharakteryzuj powierzchnię tej zmodyfikowanej elektrody za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

Analiza zawartości kwasu moczowego w zwykłym świeżym mleku przy użyciu czujnika PEDOT zsyntetyzowanego w roztworze organicznym wykazała szczytowy prąd anodowy o natężeniu 28,4 nanoampera przy napięciu 0,35 wolta, co odpowiada stężeniu 82,7 mikromoli. Drugi duży pik utleniania w cyklicznym skanowaniu woltamperometrycznym zwykłego mleka o napięciu 0,65 V jest związany ze związkami ulegającymi utlenieniu, w tym elektroaktywnymi aminokwasami, takimi jak cysteina, tryptofan i tyrozyna. Cykliczne skany woltamperometryczne uzyskane dla próbek mleka karmelowego i białej czekolady wykazują wyraźny pik przy 0,36 V dla kwasu moczowego, wraz z dodatkowym pikiem przy 0,5 V, który może być związany z obecnością kwasu wanilinowego, jednego ze składników mleka smakowego.

Cykliczna woltamperometria próbki belgijskiego mleka czekoladowego wykazuje pik utleniania katechiny przy 0,26 V i pik redukcji katechiny przy 0,22 wolta. Prąd szczytowy 0,3 V pojawiający się jako ostry szczyt na końcu piku katechiny jest spowodowany utlenianiem kwasu moczowego. Cykliczna woltamperometria próbki kolumbijskiego mleka espresso wykazuje szerokie anodowe i katodowe prądy szczytowe odpowiednio o napięciu 0,35 V i 0,23 V ze względu na główne przeciwutleniacze fenolowe w kawie, a mianowicie kwas chlorogenowy i kawowy.

Czyszczenie i perturyzacja elektrody jest najważniejszą częścią tego eksperymentu, która może wpływać na uzyskiwane sygnały prądowe. Potrzebna jest bardziej szczegółowa analiza związków przeciwutleniających, wtedy możemy zwrócić się do metod chromatograficznych, takich jak LCMS. Jest to jednak czasochłonne i nie jest potrzebne dla każdej próbki.