Методическая статья

Высокая производительность импеданса на основе платформы для испарения определение скорости

DOI:

10.3791/54575

⸱

17 октября 2016 г.

 ,  ,  ,  , 
1Department of Safety, Health and Environmental Engineering, Hungkuang University, 2Institute of Materials Engineering, National Taiwan Ocean University, 3Instrument Technology Research Center, National Applied Research Laboratories, 4Department of Chemical Engineering, National United University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта статья представляет собой устройство импеданса на основе для обнаружения скорости испарения растворов. Он предлагает явные преимущества по сравнению с традиционным подходом потери веса: быстрый отклик, обнаружение высокой чувствительности, небольшое требование образца, многократные измерения образца, и простой демонтаж для очистки и повторного использования целей.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В данной статье описывается метод новой платформы на основе импеданса для обнаружения скорости испарения. Модель соединения гиалуроновой кислоты использовали здесь для демонстрационных целей. Были проведены несколько тестов упаривания на модели соединения в качестве увлажнителя с различными концентрациями в растворах для целей сравнения. Традиционный подход потеря веса известен как самый простой, но много времени, методика измерений для определения скорости испарения. Тем не менее, явный недостаток состоит в том, что большой объем образца требуется и множественные образцы тестов не могут быть проведены одновременно. Впервые в литературе, электрический чип Чувствительный импеданса успешно применяется к исследованию испарения в режиме реального времени в режиме разделения времени, непрерывным и автоматическим способом. К тому же, всего лишь 0,5 мл испытуемых образцов необходим в этом устройстве импеданса на основе, и большое изменение импеданса проявляется среди различных разбавленным Solutiдополнения. Предложенная система высокой чувствительности и датчиков импеданса быстрого отклика оказывается опережать обычный потеря веса подход с точки зрения обнаружения скорости испарения.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Испарение представляет собой тип испарении жидкости и происходит вдоль границы раздела газ-жидкость коллективного водоеме. Молекулы воды вблизи поверхности становятся способными вырваться из жидкости в результате столкновения молекул воды. Скорость испарения является важным ключевым фактором в процессе испарения. Как правило, этот баланс или объемная труба 1-3 широко используемый для обнаружения выпаривание растворов. Тем не менее, он занимает много времени, чтобы измерить скорость испарения из-за точности ограничение баланса или объемной трубки. По этой причине прибор реагирует и высокой чувствительности должны быть разработаны, чтобы исследовать в детали процесса испарения.

Электрохимический импеданс - спектроскопии (EIS) является быстрый ответ, чувствительные и эффективные экспериментальные средства с точки зрения обнаружения импеданса в месте для электрохимической характеризации системы 4. Поэтому EIS могут быть применены в различных тьфуLDS, таких , как недавние исследования на клеточном поведении 5, биоаналитической зондирования 6-7, электролиза 8, 9 проводящих полимеров и электрохимической экстракции 10. Даже если системы EIS была успешно применена в самых разных дисциплинах, существуют чрезвычайно малое количество публикаций о его применении к исследованию испарения.

Гиалуроновая кислота, высокомолекулярным полисахаридом с сильным связывающего воду потенциалом, является хорошо известным Увлажнитель для косметических применений. Одна молекула гиалуроновой кислоты может связать до 500 молекул воды 11 и достигают 1000 раз свой первоначальный объем 12. Чрезвычайно небольшое количество гиалуроновой кислоты может обладать функцией увлажнения 13-14. Из - за высокой удержания влаги, гиалуроновая кислота стала важным компонентом косметических увлажняющими продукции с высокой коммерческой ценностью во всем мире 15.

Tего исследование представляет метод устройства романа импеданса на основе характеризующуюся высокой скорости обнаружения, небольшое требование к объему образца, а также несколько измерений образцов 16-19. Она представлена ​​с акцентом на относительном сравнении скорости испарения между растворами как способ подтвердить превосходство инновационного механизма обнаружения по сравнению с обычным весом способом.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Модуль Экспериментальный чип

  1. Изготовить оксид индия и олова (ITO) электрод чип фотолитографии и химических процессов влажного травления
    1. Получить ITO подложку (370 мм х 480 мм х 0,5 мм (Д х Ш х В)) с 2,600 толщиной слоя ITO на коммерческой основе (см список материалов). Нарезать подложку ITO до размеров 90 мм х 90 мм х 0,5 мм с стеклорез для электродного процесса структуризации ITO в 4 дюйма выравнивателя.
    2. С помощью ультразвуковой очиститель для очистки ITO стекла с ацетоном, а затем деионизированной водой, в течение 15 минут каждый. Протрите стекло ITO с чистым сухим воздухом.
    3. Разлить по 5 мл раствора позитивного фоторезиста на поверхность стекла ITO.
    4. С помощью устройства для нанесения покрытий отжима при 500g в течение 30 с, чтобы получить однородный слой фоторезиста. Затем выпекать на плитке при температуре 90 ° С в течение 5 мин, чтобы отогнать излишки растворителя в фоторезиста.
    5. Выставляют стекло ITO до 14 мВт ультрафиолетового света при 436 нм 3,1 с тhrough пленки фотошаблона с проектируемой рисунком (см список материалов).
    6. Погрузите образец в растворе развития 60 мл при 23 ° С в течение 30 секунд, чтобы развить узорчатые маршруты. Затем выпекать на плитке при 120 ° С в течение 10 мин, чтобы затвердеть фоторезиста и улучшить адгезию фоторезиста.
    7. Погрузить образец в течение 3 мин в 60 мл травильный раствор, при температуре 80 ° C, чтобы протравить незащищенный ITO слой.
    8. Погрузить образец в течение 1 мин в 60 мл ацетона, чтобы удалить фоторезиста на поверхности стекла ITO.
    9. Нарезать стекло ITO в размеры 62 мм х 35 мм для экспериментального ITO электродов чипа (рисунок 1) с стеклорез.

figure-protocol-1
Рисунок 1:. ITO электрод чип Сфабрикованный чип ITO с 8 парами электродов с рисунком маршрутов показан. Есть 15 электродов измерения 2 мм х 8 мм на боковой кромке, а центральные два маршрута одни и те же электрод. Расстояние между каждой парой электродов пальцев в тестовой скважины составляет 7 мм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Построить экспериментальный модуль чипа
    1. Почистите коммерческие 8-луночного силиконовую массив с ультразвуковом очистителе , как показано на рисунке 2 , с моющим средством, а затем деионизированной водой, затем 95% -ным этанолом, а затем деионизированной водой в течение 15 минут каждый.
    2. Сушат 8-луночного массив силикона, выдóвая чистый сухой воздух.
    3. Нажмите 8-луночного массив силикона в чип ITO для того , чтобы сформировать экспериментальный модуль чипа (Рисунок 3). Плотно связать массив силикона и чип ITO.

54575fig2.jpg "/>
Рис . 2: Силикон массив хорошо коммерческий массив силиконовые 8-хорошо может держать 8 испытанных образцов одновременно. Размер каждой скважины составляет 11 мм х 8 мм х 8,5 мм (Д х Ш х В ). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-protocol-2
Рис . 3: Экспериментальный модуль чип Электрод чип ITO крепится с помощью силиконового массива 8-а , чтобы сформировать экспериментальный модуль чипа. Адгезия между матрицей силикона и чипом ITO сильна. Таким образом, массив силикона и чип ITO могут связываться друг с другом для использования без каких - либо клейким веществом. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

2. Сопротивление Измерение

  1. Подключите персональный компьютер, синхронным усилителем, и переключатель реле для формирования модуля импеданса считывания , как показано на рисунке 4.

figure-protocol-3
Рисунок 4:. Схема аппарата импеданса на основе синхронному усилителю, переключатель реле и персонального компьютера включают в себя модуль импеданса считывания. Усилитель блокировки на коммерческих фазочувствительные используется для отправки и извлечения электрические сигналы. Самодельный схема переключателя реле подключения различных ITO чипов используется для указания, которые хорошо и какой чип ITO для тестирования. В общей сложности 6 микросхем могут быть подключены к коммутатору, реле с указанием 48 образцов в режиме разделения времени способом. В режиме реального времени в синфазный сопротивление и фазовый сдвиг сигнала тестируемого раствора непрерывно регистрировали на персональном компьютере для всей evaporatионный процесс. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Поместите экспериментальный модуль чип в гнездо реле переключателя.
  2. Входные параметры в компьютерной программе. Входная частота сигнала (1 кГц), числа, указанного хорошо (0-7), цикл выполнения (100), а также имя файла (HA).

3. Испарение Эксперименты

  1. Подготовьте четыре 2,5 мл растворов гиалуроновой кислоты при 0, 0,05, 0,5 и 1% вес / об в воде. Поместите каждый раствор 2,5 мл образца в пробирку для измерения 14,75 мм х 45 мм х 8 мм (внешний диаметр х высота х ID).
  2. Для каждого раствора, добавляют раствор 0,5 мл образца в одной лунке модуля микросхемы ITO.
  3. Взвешивают и записывают начальный вес каждого флакона с помощью электронного баланса машины.
  4. Выполнить компьютерную программу для автоматического измерения и регистрации в режиме реального времени в синфазный сопротивление, а сигнал рHase сдвиг указанных скважин на чипе ITO.
  5. Начало экспериментов испарения одновременно в том же месте, как методом взвешивания и метод импеданса.
  6. Взвешивают и записывают вес каждого флакона с помощью электронных весов машины в назначенное моменты времени.
  7. Анализ собранных данных в методе взвешивания и импеданса метода. 19

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Во время процесса выпаривания, проводящие ионы в растворе испытуемого сосредоточивались с уменьшением объема раствора, и полное сопротивление этого раствора снизилась. Были измерены скорости потери веса и снижения импеданса в прогрессе испарения для каждого испытуемого раствора. Для сравнения, данные в скоростях потери веса и снижению импеданса были нормализованы к воде , а затем нанесены вместе на рисунке 5. Как показано на рисунке 5, потеря веса демонстрирует ту же тенденцию, что и по...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Важным шагом для измерения испарения в этом обнаружения импеданса на основе является подготовка испытуемых растворов. Деионизированная вода не может быть использована из-за его огромного импеданса. Вместо того, чтобы, водопроводная вода, содержащая проводящие ионы, используют для получения растворов гиалуроновой кислоты для экспериментов. Тем не менее, электрические свойства водопроводной воды не было постоянным для использования. Таким образом, нормализация, такие как относительная скорость ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была организована Министерством науки и техники, Тайвань, под номерами грантов НАИБОЛЕЕ 104-2221-E-241-001-MY3 и МОСТ 105-2627-B-005-002.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
95% этанолEcho Chemical Co., Ltd., Мяоли, Тайвань484000001103C-00EC
АцетонAvantor Performance Materials Inc., Сентер-Вэлли, Пенсильвания, СШАJTB-9005-68
Решение для разработкиKemitek Industrial Crop., Синьчжу, Тайвань12F01031Решение для травления KTD-1
eSolv Technology Co., Тайбэй, ТайваньEG-462
Гиалуроновая кислотаШаньдун Freda Biopharm Co., Ltd., Цзинань, Китай1010212Молекулярная масса 980k, раствор
фоторезистаAZ Electronic Materials Taiwan Co., Ltd., Синьчжу, Тайвань65101M19AZ6112
8-луночный силиконовый массивGreiner bio-one Inc., Фрикенхаузен, Баден-Wü рттемберг, ГерманияFlexiPERM
ITO стеклоGemTech Optoelectronics Co., Таоюань, Тайвань
VialSigma-Aldrich Co. LLC., Сент-Луис, Миссури, США854190
Пленочный фотошаблонTaiwan Mesh Co., Ltd, Таоюань, Тайвань
Блокирующий усилительStanford Research Systems, Inc., Пало-Альто, Калифорния, СШАSR830
Переключатели релеНаучно-исследовательский центр приборных технологий, Национальные прикладные исследовательские лаборатории, Синьчжу, Тайвань
Электронная весовая машинаRadwag Inc., Радом, ПольшаAS 60/220/C/2
косметического класса

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Francis, G. W., Bui, Y. T. H. Changes in the composition of aromatherapeutic Citrus oils during evaporation. Evid.-based Complement Altern. Med. 2015 (421695), 1-6 (2015).
  2. Ochiai, N., et al. Extension of a dynamic headspace multi-volatile method to milliliter injection volumes with full sample evaporation: application to green tea. J. Chromatogr. A. 1421, 103-113 (2015).
  3. Zribi, W., Aragues, R., Medina, E., Faci, J. M. Efficiency of inorganic and organic mulching materials for soil evaporation control. Soil Tillage Res. 148, 40-45 (2015).
  4. Chang, B. Y., Park, S. M. Electrochemical impedance spectroscopy. Annu. Rev. Anal. Chem. 3, 207-229 (2010).
  5. Brooks, E. K., Tobias, M. E., Yang, S., Bone, L. B., Ehrensberger, M. T. Influence of MC3T3-E1 preosteoblast culture on the corrosion of a T6-treated AZ91 alloy. J. Biomed. Mater. Res. Part B. 104 (2), 253-262 (2016).
  6. Tabrizi, M. A., Shamsipur, S., Farzin, L. A high sensitive electrochemical aptasensor for the determination of VEGF165 in serum of lung cancer patient. Biosens. Bioelectron. 74, 764-769 (2015).
  7. Tran, T. B., Nguyen, P. D., Baek, C., Min, J. Electrical dual-sensing method for real-time quantitative monitoring of cell-secreted MMP-9 and cellular morphology during migration process. Biosens. Bioelectron. 77, 631-637 (2016).
  8. Kruger, A. J., Krieg, H. M., van der Merwe, J., Bessarabov, D. Evaluation of MEA manufacturing parameters using EIS for SO2 electrolysis. Int. J. Hydrog. Energy. 39 (32), 18173-18181 (2014).
  9. Guler, Z., Sarac, A. S. Electrochemical impedance and spectroscopy study of the EDC/NHS activation of the carboxyl groups on poly(ε-caprolactone)/poly(m-anthranilic acid) nanofibers. Express Polym. Lett. 10 (2), 96-110 (2016).
  10. Xi, X., Si, G., Nie, Z., Ma, L. Electrochemical behavior of tungsten ions from WC scrap dissolution in a chloride melt. Electrochim. Acta. 184, 233-238 (2015).
  11. Olejnik, A., Goscianska, J., Zielinska, A., Nowak, I. Stability determination of the formulations containing hyaluronic acid. Int. J. Cosmetic Sci. 37, 401-407 (2015).
  12. Marcellin, E., Steen, J. A., Nielsen, L. K. Insight into hyaluronic acid molecular weight control. Appl. Microbiol. Biotechnol. 98, 6947-6956 (2014).
  13. Laurent, T. C., Laurent, U. B. G., Fraser, J. R. E. The structure and function of hyaluronan: An overview. Immunol. Cell Biol. 74 (2), A1-A7 (1996).
  14. Papakonstantinou, E., Roth, M., Karakiulakis, G. Hyaluronic acid: A key molecule in skin aging. Derm.-Endocrinol. 4 (3), 253-258 (2012).
  15. Sze, J. H., Brownlie, J. C., Love, C. A. Biotechnological production of hyaluronic acid: A mini review. 3 Biotech. 6, 67(2016).
  16. Lin, C. Y., et al. Real-time detection of β1 integrin expression on MG-63 cells using electrochemical impedance spectroscopy. Biosens. Bioelectron. 28 (1), 221-226 (2011).
  17. Hsiao, S. Y., et al. Chemical-free and reusable cellular analysis: Electrochemical impedance spectroscopy with a transparent ITO culture chip. Int. J. Technol. Hum. Interact. 8 (3), 1-9 (2012).
  18. Lin, Y. S., et al. A real-time impedance-sensing chip for the detection of emulsion phase separation. Electrophoresis. 34 (12), 1743-1748 (2013).
  19. Lin, Y. S., Chen, C. Y. A novel evaporation detection system using an impedance sensing chip. Analyst. 139 (22), 5781-5784 (2014).
  20. Tseng, S. F., et al. Graphene-based chips fabricated by ultraviolet laser patterning for anelectrochemical impedance spectroscopy. Sens. Actuator B-Chem. 226, 342-348 (2016).
  21. Pavicic, T., et al. Efficacy of cream-based novel formulations of hyaluronic acid of different molecular weights in anti-wrinkle treatment. J. Drugs Dermatol. 10 (9), 990-1000 (2011).
  22. Gotoh, S., et al. Effects of the molecular weight of hyaluronic acid and its action mechanisms on experimental joint pain in rats. Ann. Rheum. Dis. 52 (11), 817-822 (1993).
  23. Saettone, M. F., Nannipieri, E., Cervetto, L., Eschini, N., Carelli, V. Electrical impedance changes and water content in O/W emulsions during evaporation. Int. J. Cosmetic Sci. 2 (2), 63-75 (1980).
  24. Fernandez-Sanchez, C., McNeil, C. J., Rawson, K. Electrochemical impedance spectroscopy studies of polymer degradation: application to biosensor development. Trac-Trends Anal. Chem. 24 (1), 37-48 (2005).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Impedance based PlatformEvaporation Rate DetectionHyaluronic Acid SolutionsElectrical Impedance SensingWeight Loss ApproachITO Glass SubstrateLock in AmplifierSilicone Array ModulePrecision Balance MeasurementReal time Data Collection

Похожие статьи