A plataforma baseada em alta impedância de desempenho para a detecção Taxa de evaporação

Resumo

Este artigo apresenta um aparelho baseado em impedância para detecção de taxa de evaporação de soluções. Ele oferece vantagens claras sobre uma abordagem de perda de peso convencional: uma resposta rápida, detecção de alta sensibilidade, uma pequena exigência de exemplo, várias medidas de amostras, e de fácil desmontagem para fins de limpeza e reutilização.

Resumo

Este artigo descreve o método de uma nova plataforma baseada na impedância para a detecção da taxa de evaporação. O ácido hialurônico composto modelo foi empregado aqui para fins de demonstração. Vários testes evaporação sobre o composto modelo como um humectante com diferentes concentrações em soluções foram realizados para fins de comparação. Uma abordagem convencional a perda de peso é conhecida como a técnica mais simples, mas demorado, de medição para a detecção de velocidade de evaporação. No entanto, uma clara desvantagem é que é necessário um grande volume de amostra e vários testes de amostra não pode ser realizado ao mesmo tempo. Pela primeira vez na literatura, um chip de detecção da impedância eléctrica é aplicada com sucesso a uma investigação evaporação em tempo real em um compartilhamento de tempo, maneira contínua e automática. Além disso, tão pouco como 0,5 mL de amostras de teste é necessário nesse aparelho, com base em impedância, e uma grande variação de impedância é demonstrada pelas várias soluti diluídoons. O sistema de alta sensibilidade e de detecção de impedância fast-resposta proposta é encontrado para superar uma abordagem de perda de peso convencional em termos de detecção taxa de evaporação.

Introdução

A evaporação é um tipo de vaporização de líquido e ocorre ao longo da interface gás-líquido de um corpo de água colectiva. As moléculas de água perto da superfície tornam-se capazes de escapar do líquido devido a colisão de moléculas de água. A taxa de evaporação é um factor chave importante durante o processo de evaporação. Geralmente, um equilíbrio ou volumétrico tubo de ^3/1 é amplamente utilizado para detectar a evaporação de soluções. No entanto, é necessário um longo período de tempo para medir a taxa de evaporação, devido à limitação de precisão de um equilíbrio ou um tubo volumétrico. Por esta razão, um instrumento sensível e de alta sensibilidade deve ser desenvolvido para sondar os detalhes do processo de evaporação.

Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) é um rápido-resposta, meios experimentais sensíveis e eficazes em termos de detecção de impedância in-situ para caracterização do sistema eletroquímico ^4. Portanto, EIS pode ser aplicado em várias fields, tais como estudos recentes sobre o comportamento celular ^5, sensoriamento bioanalíticos ^6-7, electrólise ^8, polímeros condutores ⁹ e extração eletroquímica ^10. Embora os sistemas de EIE com sucesso tinha sido aplicada em uma ampla variedade de disciplinas, existem um número extremamente pequeno de publicações sobre a sua aplicação para a pesquisa de evaporação.

Ácido hialurónico, um polissacárido de elevado peso molecular com um forte potencial de ligação de água, é um humidificante conhecido para aplicações cosméticas. Uma molécula de ácido hialurônico pode ligar até 500 moléculas de água ¹¹ e chegar a 1.000 vezes o seu volume original ^{de 12.} Um extremamente pequena quantidade de ácido hialurônico pode possuir função hidratante ^13-14. Devido à alta retenção de umidade, ácido hialurônico tornou-se um componente importante dos produtos umectantes cosméticos com alto valor comercial em todo o mundo ^15.

Tseu estudo apresenta o método de um aparelho baseado em impedância romance com detecção de alta velocidade, exigência de amostra de volume pequeno, e múltiplas medições de amostra ^16-19. É apresentado com um foco na comparação de taxa de evaporação relativa entre as soluções de uma maneira como para validar a superioridade do mecanismo de detecção inovador através de uma maneira convencional de pesagem.

Protocolo

1. Experimental Module Chip

1. Fabricar o óxido de índio-estanho (ITO) chip de eletrodo por fotolitografia e processos de corrosão molhadas químicos
   1. Obter um substrato de ITO (370 mm x 480 mm x 0,5 mm (L x W x H)) com uma camada de 2.600 Å ITO comercialmente (Veja Lista de Materiais). Cortar o substrato de ITO com as dimensões de 90 mm x 90 milímetros x 0,5 mm, com um cortador de vidro para o processo de padronização do eléctrodo ITO em um alinhador de 4 polegadas.
   2. Use um limpador ultra-sônico para limpar o vidro ITO com acetona e depois com água deionizada, por 15 minutos cada. Seque o vidro ITO com ar limpo e seco.
   3. Pipetar 5 ml de solução de foto-resistente positiva sobre a superfície do vidro ITO.
   4. Use revestidor de rotação a 500 xg durante 30 segundos para produzir uma camada foto-resistente uniforme. Então assar numa placa de aquecimento a 90 ° C durante 5 min para retirar o excesso de solvente no fotorresistente.
   5. Expor o vidro ITO a 14 mW de luz ultravioleta em 436 nm por 3,1 seg through um photomask filme com o padrão projetado (Veja Lista de Materiais).
   6. Imergir a amostra de solução de desenvolvimento de 60 ml a 23 ° C durante 30 seg para desenvolver as rotas modelado. Então assar numa placa de aquecimento a 120 ° C durante 10 minutos para endurecer o fotorresistente e melhorar a adesão fotorresistente.
   7. Imergir a amostra durante 3 minutos em 60 ml de solução de gravação a 80 ° C para gravar a camada de ITO desprotegido.
   8. Imergir a amostra durante 1 min em 60 ml de acetona para remover o material fotosensitivo sobre a superfície do vidro ITO.
   9. Cortar o vidro ITO para as dimensões de 62 mm x 35 mm para o chip eletrodo ITO experimental (Figura 1) com um cortador de vidro.

Figura 1:. Chip de eletrodo ITO O fabricada chip de ITO com 8 pares de rotas modelado eletrodos é mostrado. Há 15 eletrodos medindo 2 mm x 8 milímetros no bordo lateral, e as centrais de duas vias partilhar o mesmo eléctrodo. A distância entre cada par de dedos de eletrodos em um poço de teste é de 7 mm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Construir o módulo de chip experimental
   1. Limpar a matriz de silicone de 8 poços comercial com um produto de limpeza de ultra-sons, como mostrado na Figura 2, com detergente, seguida de água desionizada, em seguida, 95% de etanol, e água desionizada, em seguida, durante 15 minutos cada.
   2. Secar a matriz de silicone de 8 poços soprando ar limpo e seco.
   3. Pressionar a matriz de silicone de 8 poços para o chip de ITO, a fim de formar o módulo de chip experimental (Figura 3). Firmemente ligar a matriz de silicone e chip ITO.

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Figura 2:. Matriz bem Silicone A matriz comercial de silicone de 8 poços pode armazenar 8 amostras testadas simultaneamente. O tamanho de cada poço é de 11 mm x 8 mm x 8,5 mm (L x W x H). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3:. Módulo de chip Experimental O chip eléctrodo ITO está ligado com a matriz de silicone de 8 poços para formar o módulo de chip experimental. A aderência entre a matriz de silicone e o chip de ITO é forte. Portanto, a matriz de silicone e o chip de ITO podem se ligar para uso sem qualquer substância adesiva. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Medição 2. Impedância

1. Ligue o computador pessoal, amplificador lock-in, e interruptor de relê, para formar o módulo de leitura da impedância como mostrado na Figura 4.

Figura 4:. Esquemático do aparelho com base em impedância O amplificador lock-in, relé de interruptor, e o computador pessoal compreendem o módulo de leitura de impedância. O amplificador de bloqueio sensível à fase em comercial é utilizado para enviar e extrair os sinais eléctricos. O circuito interruptor do relé caseiro conectar vários chips de ITO é usado para especificar quais bem e qual chip ITO a ser testado. Um total de 6 chips podem ser ligados ao interruptor de relê especificando 48 amostras de um modo de partilha de tempo. O tempo real em-fase de resistência e o deslocamento de fase do sinal da solução testada são registadas continuamente num computador pessoal para toda a evaporatprocesso de ion. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Coloque o módulo de chip experimental no soquete do relé de switch.
3. parâmetros de entrada no programa de computador. Entrada a frequência do sinal (1 kHz), o número bem especificado (0-7), o ciclo de execução (100), e o nome do arquivo (HA).

3. Experiências de evaporação

1. Preparar quatro soluções de 2,5 ml de ácido hialurónico, a 0, 0,05, 0,5 e 1 w / v% de água. Coloque cada solução 2,5 ml de amostra em um frasco de medição 14,75 mm x 45 mm x 8 mm (OD x H x ID).
2. Para cada solução, adicionar uma solução de 0,5 ml de amostra para um único poço do módulo de chip de ITO.
3. Pesar e registrar o peso inicial de cada frasco pela máquina balança eletrônica.
4. Execute o programa de computador para medir e registrar o tempo real da resistência em fase automaticamente eo sinal de pmudança hase de poços especificados no chip ITO.
5. Iniciar as experiências de evaporação simultaneamente no mesmo local, tanto o método de pesagem e método de impedância.
6. Pesar e registrar o peso de cada frasco pela máquina balança eletrônica em pontos de tempo programados.
7. Analisar os dados coletados no método método e impedância de pesagem. ¹⁹

Resultados

Durante o processo de evaporação, os iões condutores na solução testada tornou-se concentrado com o volume da solução a diminuir, e a impedância de esta solução diminuída. As taxas de perda de peso e a diminuição da impedância no progresso evaporação para cada solução teste foram medidos. Para fins de comparação, os dados das taxas de perda de peso e a diminuição da impedância foram normalizados para a água e, em seguida representada graficamente em conjunto na Figura 5. Tal como ilustrado na Fi...

Discussão

O passo crítico para a medição evaporação nesta detecção baseada em impedância é a preparação das soluções testadas. água desionizada não pode ser usado devido à sua enorme impedância. Em vez disso, a água da torneira que contém iões condutores foi utilizado para preparar soluções de ácido hialurónico para experiências. No entanto, as propriedades eléctricas de água da torneira não foi constante para uso. Portanto, normalização, tais como a taxa de evaporação relativa à água no presente estud...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
95% etanol	Echo Chemical Co., Ltd., Miaoli, Taiwan	484000001103C-00EC
Acetona	Avantor Performance Materials Inc., Center Valley, PA, EUA	JTB-9005-68
Solução de desenvolvimento	Kemitek Industrial Crop., Hsinchu, Taiwan	12F01031	KTD-1
Solução de gravação	eSolv Technology Co., Taipei, Taiwan		EG-462
Ácido hialurônico	Shandong Freda Biopharm Co., Ltd., Jinan, China	1010212	Peso molecular 980k,
solução fotorresistente	AZ Electronic Materials Taiwan Co., Ltd., Hsinchu, Taiwan	65101M19	AZ6112
Matriz de silicone de 8 poços	Greiner bio-one Inc., Frickenhausen, Baden-Wü rttemberg, Alemanha	Vidro FlexiPERM
ITO	GemTech Optoelectronics Co., Taoyuan, Taiwan
Vial	Sigma-Aldrich Co. LLC., St. Louis, MO, USA	854190
Fotomáscara de filme	Taiwan Mesh Co., Ltd, Taoyuan, Taiwan
Amplificador de bloqueio	Stanford Research Systems, Inc., Palo Alto, CA, EUA	SR830
Centro	de Pesquisa de Tecnologia de Instrumentos de Relé de Comutação, Laboratórios Nacionais de Pesquisa Aplicada, Hsinchu, Taiwan
Máquina de equilíbrio eletrônico	Radwag Inc., Radom, Polônia	AS 60/220/C/2