Методическая статья

Электрохимическое сенсирование микро- и нанополистирола на основе молекулярно-импринтированных полимеров (МИП)

40 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70811

⸱

6 октября 2026 г.

 ,  ,  , 
1NanoBioTech Laboratory, Department of Chemistry, Florida Polytechnic University

В этой статье

Краткое содержание

В данной статье описывается метод электрохимического детектирования полистирола (микро- и наноразмерного) с использованием сенсорного подхода на основе полимеров с молекулярными импринтами (MIP).

Аннотация

Данная статья посвящена электрохимическому детектированию микро- и/или наноразмерного полистирола (м/н-ПС). В статье демонстрируется электрохимическое детектирование нанополистирола (нПС) размером 100 нм и 500 нм с использованием молекулярно-импринтированного полимера (МИП). В качестве материала МИП был выбран поли-о-фенилендиамин (ПоФД), который синтезировался электрохимически (т. е. путем электрополимеризации) на поверхности трафаретного угольного электрода (SPCE) с использованием о-фенилендиамина (оФД) в качестве мономера. Для создания МИП, селективного к м/н-ПС, в качестве темплата использовался ПС размером 100 и 500 нм. Процесс изготовления системы PoPD@MIP@SPCE для детектирования м/н-ПС был охарактеризован с помощью электрохимических методов для изучения электрохимических свойств и условий сенсоринга. Наконец, оптимизированные сенсорные чипы MIPs@PoPD/SPCE были использованы для электрохимического детектирования растворов нПС (ПС размером 100 и 500 нм) в воде в диапазоне концентраций от 4.2 x 10-9 до 2.1 x 10-4 g/L. Минимальная концентрация, определенная разработанным сенсорным чипом, составила 4.2 x 10-9 g/L при времени анализа 11 мин. Эти сенсоры также были применены для обнаружения нПС в пробах воды, отобранных из озера Флоридского политехнического университета. Предложенный метод анализа может быть использован для экспресс-диагностики (POC-анализа) нПС, что имеет большое значение для экологического мониторинга.

Введение

Производство микро- и нанопластика, то есть деградировавшего или подвергшегося травлению пластика, и его последующее попадание в человеческий биоцикл ежедневно возрастают. В то же время воздействие микро- и нанопластика на окружающую среду, воду и здоровье человека вызывает тревогу и негативно влияет на экосистемы1. В связи с этим необходимость управления соответствующими тяжелыми последствиями привлекла глобальное внимание различных агентств1. Ситуация осложняется тем, что объемы производства пластика растут (только в 2023 году было произведено 390 миллионов метрических тонн), чтобы удовлетворить спрос, обусловленный экономическим ростом (объем рынка в 2023 году составил 700 миллиардов долларов), и расширить области его применения в различных эксплуатационных условиях (температура, влажность и взаимодействие с другими химическими веществами). Кроме того, положение усугубляется ненадлежащей утилизацией использованного пластика из-за отсутствия согласованных глобальных норм регулирования. Все эти обстоятельства приводят к увеличению образования микро- и/или нанопластика, который интегрировался в человеческий цикл и оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье. В таких условиях возникает необходимость в разработке стратегий улавливания, сенсорики и деградации микро- и нанопластика1,2,3.

Среди различных микро- и нанопластиков (размером от µm до nm) микро- и/или наноразмерный полистирол (m/n-PS) является одним из наиболее опасных загрязнителей; он представляет собой продукт распада полистирола, который используется в различных областях, таких как упаковка, общественное питание, бытовая техника, изоляция и производство других товаров. Для полного разложения m/n-PS требуются тысячи лет, однако за это время m/n-PS может взаимодействовать с пищей, водой и воздухом, попадая в жизненный цикл и организм человека. Недавние отчеты подтвердили, что m/n-PS (в концентрациях ppb) связан с (1) клеточной токсичностью1,2, (2) дисфункцией щитовидной железы, (3) проникновением через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ)2, (4) изменением функций клеток мозга2, (5) нейротоксичностью2 и (6) нейродегенеративными заболеваниями1,4. Следовательно, крайне важно исследовать методологии селективного детектирования m/n-PS при очень низких концентрациях. Учитывая связь m/n-PS с экологическими факторами и состоянием здоровья, рекомендуется осуществлять детектирование в формате анализа в месте оказания медицинской помощи (PoC) и анализа в месте использования (PoU)3. Такой подход может быть изучен и внедрен для целей мониторинга. В то же время эти методы PoC- и PoU-детектирования могут быть интегрированы с методами искусственного интеллекта (ИИ) для экспресс-анализа и принятия решений4. Для реализации этих задач с технологической точки зрения предлагается разработать миниатюрный сенсор для селективного детектирования m/n-PS. Селективность является критическим параметром, поскольку m/n-PS может проявлять сродство к другим загрязнителям воды, таким как пер- и полифторалкильные соединения (PFAS), природные органические отходы и т. д.4

В настоящее время существует множество подходов к обнаружению m/n-PS, включая ИК-фурье-спектроскопию (FTIR), сканирующую электронную микроскопию (SEM) и флуоресцентную микроскопию высокого разрешения3. Эти методы эффективны, но они не являются экономически выгодными и имеют ограничения при детектировании на уровнях ppb и ppt. Другие методы, такие как пиролитическая газовая хромато-масс-спектрометрия (Py-GC/MS), также высокоэффективны, но характеризуются высокой стоимостью, необходимостью в сложном оборудовании и трудоемкостью эксплуатации, требующей высокой квалификации персонала1,3. Обнаружение PS требует подбора подходящего аналитического метода в соответствии с целевым размером частиц и их структурными свойствами. В то время как традиционные стационарные методы обеспечивают беспрецедентную аналитическую глубину, электрохимическое детектирование полистирола предлагает принципиально иной подход, обеспечивая быстрый, экономичный и переносной мониторинг субмикронных и наноразмерных пластиковых частиц непосредственно в жидких матрицах. Стандартные лабораторные методы, включая ИК-фурье- и рамановскую спектроскопию, опираются на уникальные «отпечатки пальцев» (химические или вибрационные) для точной идентификации и визуализации формы и размера неизвестных частиц вплоть до примерно 1 µm. Однако эти спектроскопические инструменты дороги, обладают низкой скоростью сканирования и требуют интенсивного высушивания образцов3. Для обеспечения соответствия законодательным или нормативным требованиям Py-GC/MS считается золотым стандартом для расчета общих массовых долей PS в сложных матрицах, таких как почва и ил, хотя этот метод разрушает образец и уничтожает все морфологические данные3. Напротив, методы электрохимического детектирования, использующие специально модифицированные поверхности электродов, например, молекулярно-импринтированные полимеры (MIPs) или функционализированный пептидами графен, могут захватывать PS посредством физической адсорбции или электростатического сродства, что вызывает мгновенные изменения электрического тока или сопротивления1,3. Сравнительная эффективность электрохимического детектирования полистирола по сравнению с другими методами, применяемыми для обнаружения полистирола, обобщена в Таблице 1.

В то же время эти методы детектирования более селективны в отношении микро- и субмикроразмерного ПС при несколько более высоких концентрациях (mM). Однако данные методы не подходят для наноразмерного ПС (менее 100 nm) и низких концентраций нПС. Это ограничение связано с (1) свойствами и природой выбранных материалов, которые не могут усилить сигнал отклика, и (2) микроэлектроникой, которая может быть неспособна обработать слабый сигнал отклика. Более того, большинство инструментов детектирования ПС не пригодны для анализа м/н-ПС в режимах PoC (анализ по месту оказания медицинской помощи) и PoU (анализ в месте использования). В последнее время были предприняты попытки разработать электрохимическое детектирование м/н-ПС, для которого требуется сенсорный материал4,5,6,7,8,9. Известно, что электрохимические сенсоры представляют собой недорогие портативные устройства, позволяющие быстро (в течение нескольких минут) достигать субнаномолярных пределов обнаружения. Такие системы могут стать идеальным решением для высокопроизводительного экологического скрининга по месту потребности (PoN), где традиционные аналитические инструменты и лабораторная инфраструктура недоступны. Таким образом, портативная электрохимическая система для детектирования ПС может быть разработана путем подбора подходящего преобразователя, сенсорных материалов, а также подходов к обработке и анализу данных1,2,3. Такой оптимизированный сенсор с высокой чувствительностью может обнаруживать м/н-ПС в условиях PoU и PoN путем измерения электрических сигналов, устраняя необходимость в сложном оборудовании и лабораториях.

Существует несколько таких типов сенсоров, и продемонстрированные возможности детектирования отвечают требованиям приложений для наблюдения1,4. Однако механизм сенсорики и причины селективности обсуждаются недостаточно из-за отсутствия элементов селективного распознавания или сродства. Следовательно, существует острая необходимость в исследовании миниатюрных электрохимических сенсоров для селективного детектирования m/n-PS. В связи с этим в данном отчете предлагается электрохимический сенсор на основе MIP, который может селективно детектировать m/n-PS. MIP известны способностью селективно захватывать целевой аналит, который используется в качестве шаблонного материала10,11,12,13. Этот шаблон определяется размером, ориентацией и формой аналита, что создает полости, в которых целевой аналит может селективно связываться на поверхности сенсорного электрода. Благодаря этим специфическим свойствам MIP рассматриваются как искусственные антитела, необходимые для передовых биомедицинских применений, и внедряются в различных типах систем селективного детектирования. Благодаря возможности массового производства, контролю над электрическими свойствами и легкости модификации поверхности, подходы на основе MIP обладают трансляционными аспектами1,14.

Для интеграции возможностей сенсоров на основе молекулярно-импринтированных полимеров (МИП) с особенностями электрохимического детектирования в данной статье представлен метод определения m/n-PS с использованием МИП на основе поли-о-фенилендиамина (PoPD). Характеристики PoPD как материала для МИП в сенсорных приложениях обсуждались в предыдущих исследовательских публикациях. МИП из PoPD был изготовлен электрохимическим способом на трафаретном угольном электроде (SPCE), представляющем собой специализированную трехэлектродную систему, подходящую для проведения электрохимических исследований. Процесс изготовления МИП проводился с использованием в качестве шаблонных материалов частиц m/n-PS размером 100 нм и 500 нм (на двух отдельных чипах). Оба чипа, MIP@PoPD (шаблон размером 100 нм)@SPCE и MIP@PoPD (шаблон размером 500 нм)@SPCE, способны детектировать m/n-PS с помощью хроноамперометрии (CA) и дифференциальной импульсной вольтамперометрии (DPV) в диапазоне концентраций от 4.2 x 10-9 до 2.1 x 10-4 g/L. Результаты данного исследования показывают, что MIP-PoPD (изготовленный с использованием шаблона 500 нм) демонстрирует более точную математическую модель при определении nPS (500 нм) в пробах воды по сравнению с nPS размером 100 нм. Подробное описание этой статьи, посвященной методу, было опубликовано Sanchez-Almirola et al.1 и защищено патентом США15.

Протокол

Авторы заявляют, что данное исследование было проведено в соответствии с нормативными стандартами и под надзором профильного учреждения. Отходы, образовавшиеся в ходе данного исследования, хранились согласно рекомендациям университетского отдела охраны окружающей среды и техники безопасности (EHS). Впоследствии отходы регулярно собирались и утилизировались специалистами. Авторы прошли все курсы по технике безопасности в лаборатории, рекомендованные отделом EHS университета, и соблюдали все правила при проведении предлагаемого исследования. Используемые реагенты и оборудование перечислены в Таблице материалов.

1. Материалы

  1. Приобретите у коммерческих поставщиков трафаретные угольные электроды (SPCE), используемые для изготовления MIP.
    ПРИМЕЧАНИЕ: SPCE представляют собой электрохимические системы, состоящие из трех электродов: рабочего электрода (WE), вспомогательного электрода (CE) и электрода сравнения (RE). WE в SPCE (диаметром 3 mm) изготовлен из графита, CE в SPCE — из углерода, а RE в SPCE — из серебра.
  2. Приготовьте стоковый раствор PS (размером 100 nm и 500 nm), используя в качестве растворителя деионизированную (DI) воду.

2. Электрохимия и характеризация

  1. Приготовьте раствор для полимеризации, содержащий частицы PS (отдельно частицы nPS размером 100 nm и 500 nm) и о-фенилендиамин, суспендированные в деионизированной воде (DI water).
  2. После электрополимеризации проведите элюцию, погрузив SPCE в раствор, состоящий из равных частей деионизированной воды (DI water) и метанола.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Все электрохимические эксперименты и исследования характеристик проводились с использованием потенциостата.
  3. Проведите электрохимические исследования, используя в качестве окислительно-восстановительного электролита фосфатно-солевой буфер (PBS), содержащий 5 mM феррицианида калия K3[Fe(CN)6] и ферроцианида калия K4[Fe(CN)6]. Приготовьте раствор PBS, растворив одну буферную таблетку (для pH = 7) в 200 mL деионизированной воды (DI water), затем перемешивайте до полного растворения таблетки. Рабочие параметры исследований методом циклической вольтамперометрии (CV) будут рассмотрены далее.
  4. Изучите особенности изготовления, характеристики и сенсорные свойства MIP@PoPD с помощью таких электрохимических методов, как CV и дифференциальная импульсная вольтамперометрия (DPV). Рабочие параметры исследований CV и DPV будут рассмотрены далее.
  5. Проводите электрохимический анализ с использованием электрохимических анализаторов, управляя анализатором с помощью программного обеспечения PSTrace 5.9.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Подробная информация об изготовлении MIP@PoPD приведена в соответствующих предыдущих публикациях1,13.

3. Очистка электрода

  1. Погрузите SPCE в 1 M раствор соляной кислоты (HCl), чтобы обеспечить чистоту поверхности для полимеризации. Хранение и работа с HCl осуществлялись в соответствии с руководством1.
  2. Для очистки электрода подключите SPCE к потенциостату и проведите циклическую вольтамперометрию (CV) в диапазоне потенциалов от -1 V до 1 V при скорости развертки 100 mV/s в течение 10 циклов.
  3. После этого промойте поверхность SPCE деионизированной (DI) водой и оставьте до высыхания на воздухе.
  4. Проведите характеристику системы SPCE, выполнив CV в диапазоне от -1 V до 1 V при скорости развертки 50 mV/s в течение 3 циклов, а также дифференциально-пульсвольтомперометрию (DPV) от -1 V до 1 V с потенциалом импульса 0,01 V и временем импульса 0,01 s.

4. Изготовление MIP@PoPD

  1. Для приготовления раствора для полимеризации смешайте 1 mM o-фенилендиамина (oPD) и 10 µL частиц nPS целевого аналита размером [500 nm (2.1 × 10-4 g/L) или 100 nm (2.1 × 10-4 g/L)] в 15 mL деионизированной воды. В данном случае рассматриваются два различных состава растворов для полимеризации.
  2. С помощью микропипетки нанесите 100 µL раствора для полимеризации на рабочий электрод системы SPCE.
  3. Для изготовления MIP на основе PoPD после подключения SPCE к потенциостату проведите циклическую вольтамперометрию (CV) в диапазоне потенциалов от 0 V до 1 V при скорости сканирования 50 mV/s в течение 30 циклов. Здесь рассматривается изготовление двух типов MIP: одного со специфичностью к шаблону размером 100 nm и другого — к шаблону размером 500 nm.
  4. Как и прежде, промойте SPCE деионизированной водой и высушите на воздухе.
  5. Как и прежде, охарактеризуйте систему SPCE, проведя CV в диапазоне от -1 V до 1 V при скорости сканирования 50 mV/s в течение 3 циклов, а также дифференциально-импульсную вольтамперометрию (DPV) от -1 V до 1 V с потенциалом импульса 0.01 V и временем импульса 0.01 s.
  6. Проведите элюирование (при 25 °C) системы PoPD@SPCE, погрузив электрод в раствор метанола и деионизированной воды в соотношении 50/50 на 30 min.
  7. Снова промойте элюированный SPCE деионизированной водой и высушите на воздухе.
  8. Как и прежде, охарактеризуйте систему SPCE, проведя CV в диапазоне от -1 V до 1 V при скорости сканирования 50 mV/s в течение трех циклов, а также DPV от -1 V до 1 V с потенциалом импульса 0.01 V и временем импульса 0.01 s.

5. Электрохимическое детектирование нПЧ

  1. С помощью микропипетки нанесите 100 µL раствора выбранного аналита (nPS размером 100 нм или 500 нм) на рабочий электрод; выдержите время инкубации 10 мин (при 25 °C) для связывания аналита с слоем MIP.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для проведения сенсинга были выбраны следующие концентрации растворов: 2.1 × 10-4 g/L, 4.2 × 10-6 g/L, 2.1 × 10-7 g/L, 4.2 × 10-8 g/L, 4.2 × 10-9 g/L и 0 g/L.
  2. По истечении периода инкубации промойте систему SPCE деионизированной водой, чтобы удалить несвязавшиеся nPS из слоя MIP.
  3. После повторного подключения системы SPCE к потенциостату проведите характеризацию электрода с помощью циклической вольтамперометрии (ЦВА) в диапазоне от -1 V до 1 V при скорости сканирования 50 mV/s в течение трех циклов, дифференциальной импульсной вольтамперометрии (ДИВ) от -1 V до 1 V с потенциалом импульса 0.01 V и временем импульса 0.01 s в течение трех циклов, а также выполните три цикла хроноамперометрии (ХА) при 10 V в течение 30 min. Исследования методом ХА проводились при различных напряжениях, но усиленный сигнал был достигнут при 10 V.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Все электрохимические измерения проводились в трехкратной повторности (n=3), для анализа использовались графики с идентичными значениями.

6. Анализ данных

  1. Проанализируйте все полученные данные в MATLAB (версия R2022b).
    ПРИМЕЧАНИЕ: При дифференциально-импульсной вольтамперометрии (ДИВ) электроды генерируют электрохимические сигналы с разными базовыми линиями. Поэтому для анализа электрохимического поведения и построения калибровочного графика выбирается параметр выраженности (prominence). Расчет выраженности выполняется непосредственно с помощью программного обеспечения PSTrace 5.9, что происходит автоматически. Данные ДИВ, собранные с помощью ПО PSTrace 5.9, в дальнейшем были построены в виде графиков с использованием MATLAB. PSTrace 5.9 — это удобное программное обеспечение для управления электрохимическим потенциостатом при проведении электрохимических экспериментов, включая исследования методом циклической вольтамперометрии (ЦВ) и ДИВ. Параметры проведения исследований ЦВ и ДИВ указаны выше в соответствующих разделах. Данные, полученные с помощью PSTrace 5.9, использовались для построения графиков в MATLAB с целью более качественного представления результатов.

Результаты

Сенсорная электродная система MIP@PoPD@SPCE, рассматриваемая в данной статье, представляет собой два молекулярно-импринтированных полимера на основе PoPD, синтезированных на SPCE с использованием наносфер полистирола размером 100 нм и 500 нм в качестве шаблонного материала. В рамках данного исследования были разработаны два типа сенсорных чипов MIP@PoPD@SPCE: один — с использованием наносфер полистирола размером 100 нм в качестве шаблона, другой — с использованием наносфер размером 500 нм в качестве шаблонного материала. Эти системы MIP@PoPD@SPCE применялись для обнаружения наносфер полистирола определённого размера (например, отдельно 100 нм и 500 нм) в типичных образцах воды с использованием предложенного метода.

В процессе сенсинга важно знать электрохимическое поведение сенсирующего электрода, электролита и наночастиц (нЧ) на различных этапах и при различных условиях. Поэтому характер поведения модифицированного печатного углеродного электрода (SPCE) и нЧ исследовали с помощью электрохимических методов, включая циклическую вольтамперометрию (CV) и дифференциальную импульсную вольтамперометрию (DPV). Чтобы понять влияние нЧ на электрохимические результаты, мы провели CV и DPV SPCE с использованием буфера фосфатного солевого раствора (PBS) в качестве электролита, а также в комбинации PBS и нЧ. Понимание поверхностных свойств SPCE и MIP@SPCE также имеет большое значение, что было оценено с помощью раманской спектроскопии.

Очищенные и оптимизированные SPCE использовали для изготовления систем MIP@PoPD@SPCE с применением наночастиц полистирола размером как 100 нм, так и 500 нм в качестве шаблонных материалов. Поверхностные функциональные характеристики SPCE были тщательно изучены; все SPCE подвергали обработке для получения MIP@PoPD с использованием электрохимических методов. Все сенсорные чипы MIP@PoPD/SPCE изготавливали с использованием одинаковых растворов полимеризации, разбавленных образцов, раствора для очистки и электролита. Для электрохимической очистки электрода SPCE применяли метод циклической вольтамперометрии (CV), как показано в Рисунок 1A. После очистки эти электроды СПУЭ использовали для создания МИП на рабочем электроде СПУЭ через электрополимеризация PoPD с использованием методик ЦВ, как показано в Рисунок 1B. CV (Рисунок 1C) и DPV (Рисунок 1D) также использовались методы для изучения электрохимического поведения УСИЭ на различных этапах, например, после очистки, после полимеризации и после элюции.

Чипы MIP@PoPD@SPCE были изготовлены с использованием наночастиц размером 500 нм в качестве шаблонного материала для электрохимического определения концентраций наночастиц (наночастиц размером 500 нм) в диапазоне от 4,2 × 10-9 к 2,1 × 10-4 г/л). В этом подходе используются электрохимические методы, включая ДИВ (Рисунок 2) и CA (Рисунок 3), использовались для выполнения селективного определения нПС. На этом этапе несколько чипов сенсоров MIP@PoPD@SPCE, специфичных к нПС размером 500 нм, использовались однократно. Это означает, что новый сенсорный электрод должен использоваться для определения каждой концентрации нПС (размером 500 нм) с применением метода ДПВРисунок 2A). Как и ожидалось, электрический сигнал, основанный на ДИВ, увеличивался в зависимости от концентрации нЧС. Величина электрического сигнала в зависимости от каждой концентрации была использована для построения калибровочного графика, отражающего зависимость концентраций нЧС от величины пикового тока, с учётом выраженности пика (Рисунок 2B). Таким образом, построенный калибровочный график представляется математически приемлемым и демонстрирует чувствительность 0,037169 µА/лог(г/л), коэффициент регрессии (R2) 0,902, предел обнаружения 4,2 × 10-9 г/л и значимость pзначение < 0.015

Для исследования многофункционального электрохимического детектирования нПС (500 нм) использовали сенсорные чипы MIP@PoPD@SPCE для определения нПС (500 нм, в диапазоне от 4,2 × 10-9 к 2,1 × 10-4 г/л) с использованием метода CA (Рисунок 3), при постоянном напряжении 10 В в течение 30 мин. Величина токового отклика каждого сенсора стабилизировалась примерно через 3 мин. Следовательно, для анализа данных сенсинга отображались и использовались первые 180 с каждого записи. Таким образом, для анализа данных сенсинга отображались и выбирались только первые 180 с (Рисунок 3A). Результаты исследований CA также показали, что ток, протекающий через каждую сенсорную микросхему, устойчиво снижается в течение первых 70 с, после чего наблюдается резкое падение перед выходом тока на плато. Скорость изменения тока (Рисунок 3B) был обработан с использованием фильтра нижних частот. Затем средние значения скоростей изменения тока для каждой исследованной концентрации усредняли и откладывали против логарифма соответствующей концентрации. Эти результаты использовали для построения калибровочной кривой (Рисунок 3C). Результаты электрохимического сигнала на основе КА в зависимости от концентраций нЧС продемонстрировали весьма перспективный метод. Это подтверждается очень хорошо аппроксимированной калибровочной кривой, для которой коэффициент детерминации R2 0,994 и очень высокая корреляция между средней скоростью изменения тока и концентрацией nPS. Кроме того, широкий диапазон обнаружения от 4,2 × 10-9 к 2,1 × 10-4 г/л, наименьшая обнаруженная концентрация составила 4,2 × 10-9 г/л и статистически значимый результат при p < Были также обнаружены уровни 0,001.

Следуя той же методике, сенсорный электрод MIP@PoPD@SPCE, изготовленный с использованием наночастиц SiO₂ размером 100 нм в качестве шаблонного материала, был применён для электрохимического определения наночастиц SiO₂ (размером 100 нм) методом ДПВРисунок 4) и CA (Рисунок 5) методиками в диапазоне концентраций от 4,2 × 10-9 к 2,1 x 10-4 г/л. Увеличение величины сигнала чипа MIP@PoPD@SPCE наблюдалось с ростом концентрации наночастиц полистирола размером 100 нм, как показано на Рисунок 4A. Результаты данного исследования (Рисунок 4A) были использованы для построения калибровочной кривой (Рисунок 4B), величина электрического сигнала по отношению к определённой концентрации. Таким образом, построенная калибровочная кривая демонстрировала линейную регрессию R2 0,738, чувствительность 0,0533 µA/лог(г/л), широкий диапазон детектирования (от 4,2 × 10-9 к 2,1 × 10-4 г/л), предел обнаружения 4,2 × 10-9 г/л и статистическая значимость (p < 0,05). Подход, основанный на CA, был также исследован для многорежимного электрохимического детектирования наночастиц (нЧ, размером 100 нм) с использованием сенсорного электродного чипа MIP@PoPD@SPCE, как показано на Рисунок 5Для проведения исследований КА здесь использовали те же параметры, что и при детектировании нПС (наночастиц нПС размером 500 нм) с применением метода КА.

Рисунок 5A, B представляют результаты детектирования, связанные с детектированием нПС на основе КА (частицы нПС размером 100 нм) с использованием сенсирующего электрода МИП@PoPD@УСУЭ, специфичного к частицам нПС размером 100 нм. Кроме того, результаты этих экспериментов были использованы для построения градуировочного графика (Рисунок 5C) между скоростью изменения тока и различной концентрацией нПС (100 нм). На этом калибровочном графике наблюдалась хорошая сходимость кривой калибровки, построенной на основе метода CA (т.е. R2 = 0,746) и корреляция (p-значение < 0,05). Эта калибровочная кривая также показала чувствительность 5,09 × 10-4 dA/dt /log(г/л), широкий диапазон обнаружения от 4,2 × 10-9 к 2,1 × 10-4 г/л и предел обнаружения 4,2 × 10-9 г/л. Исследования методами DPV и CA, связанные с детектированием наночастиц полистирола размером 100 нм, неприемлемы из-за низкого значения r2 значение. Однако чипы MIP@PoPD@SPCE, изготовленные с использованием наночастиц полистирола размером 100 нм в качестве шаблонного материала, могут применяться для выявления наночастиц полистирола размером 100 нм в образцах воды.

Для оценки селективности сенсорных электродов были проведены исследования методом дифференциальной импульсной вольтамперометрии (ДИВ) с использованием специфического сенсорного чипа MIP@PoPD@SPCE в отношении частиц нПС размером 100 нм и 500 нм. На данном этапе два матрикса MIP@PoPD были получены с применением частиц нПС размером 100 нм и 500 нм в качестве шаблонного материала для формирования специфических полостей. Эти чипы использовались для ДИВ-детекции нПС относительно нПС (2,1 × 10-4 г/л) как 100 нм, так и 500 нм PS в воде (данные не показаны). В данном исследовании перекрёстной реактивности MIP@PoPD (полученный с использованием PS размером 500 нм) демонстрировал различия в выраженности сигналов при инкубации с наночастицами полистирола размером 100 нм и 500 нм. Отмечено, что сенсорный элемент MIP@PoPD@SPCE, изготовленный с использованием шаблона размером 500 нм, реагирует на частицы размером 500 нм. В этом случае изменение сигнала, то есть разница в выраженности пиков между сенсорным электродом и сенсорным электродом с целевым образцом, оказалось значительно более выраженным. В то же время была оценена селективность сенсорных чипов на основе MIP@PoPD при использовании в качестве сенсорного чипа неимпринтированного полимера (NIP) PoPD. Электроды NIP@PoPD@SPCE были изготовлены в идентичных экспериментальных условиях, оптимизированных для получения сенсорных электродов MIP@PoPD@SPCE. Для сенсинг-эксперимента на основе ДПВ 2,1 × 10-4 Концентрация 500 нм nPS в г/л была выбрана для инкубации в сенсорных электродных системах NIP@PoPD@SPCE и MIP@PoPD@SPCE (данные не показаны). Результаты данного исследования показывают, что система NIP@PoPD@SPCE не продемонстрировала значительных электрохимических изменений (по выраженности сигнала) при низкой концентрации частиц nPS размером 500 нм. Однако сенсорный электрод на основе MIP@PoPD@SPCE показал значительное изменение тока отклика (по выраженности, с 4,155–4.492 µА).

Для изучения аспектов реального применения предложенные сенсорные электроды MIP@PoPD@SPCE (специфичные к частицам нанополистирола размером 100 нм) использовали для обнаружения частиц нанополистирола размером 100 нм в искусственно приготовленных образцах воды. Для подготовки проб использовали воду из озера при Флоридском политехническом университете в Лейкленде, штат Флорида, США. Исследование проводили методами циклической вольтамперометрии (CV) и дифференциальной импульсной вольтамперометрии (DPV) в образцах воды, содержащих 2,1 × 10-4 г/л наночастиц размером 100 нм и сенсорных чипов, специфичных к наночастицам размером 100 нм (данные не показаны). Эти эксперименты проводили только в PBS (pH = 7) и в PBS, содержащем 5 мМ смеси феррицианида/ферроцианида (Fe (II)/Fe (III)) (данные не показаны). Такая производительность, сенсоры без медиатора и с использованием медиатора демонстрируют широкую применимость предложенных сенсоров. Наблюдаемый специфический всплеск сигнала только при добавлении нПС указывает на селективность сенсорного чипа. Величина увеличения тока в обоих случаях — в PBS и в Fe(II)/Fe(III) — практически одинакова, что позволяет предположить возможность использования любого из этих растворов для сенсорных применений. В заключение, предложенные чипы MIP@PoPD@SPCE могут быть адаптированы для определения нПС в водных образцах в условиях точечной диагностики (POC).

figure-results-1
Рисунок 1Электрохимическое изготовление сенсорного электродного чипа MIP@PoPD@SPCE (A) очистка на основе циклической вольтамперометрии, (Bэлектрохимическая полимеризация оPD до PoPD методом циклической вольтамперометрии в присутствии nPS на SPCE,C) Характеристика PoPD@SPCE методом циклической вольтамперометрии на различных этапах, включая после очистки, после полимеризации и после элюции, и (DХарактеристика чипа на основе ДВП, включая стадии после элюции, полимеризации и очистки. Все измерения проводили в трех повторностях (n = 3), для анализа использовали графики идентичных сигналов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Этот рисунок адаптирован из работы Санчес-Альмиролы и соавт.1.

figure-results-2
Рисунок 2: Электрохимическое определение наночастиц методом инверсионной вольтамперометрии (с использованием шаблона размером 500 нм). (A) Электрохимические исследования методом дифференциальной импульсной вольтамперометрии в зависимости от концентраций 500 нм в присутствии PBS, содержащего 5 мМ редокс-активных компонентов, а именно Fe(II)/Fe(III).BКалибровочная кривая, построенная по зависимости величины пикового тока отклика (высоты пика) от логарифма концентрации нПС. Все измерения проводили в трех повторностях (n = 3), при анализе использовали графики идентичных сигналов. Высота пика при сканировании методом ДИВ отложена по оси ординат в зависимости от логарифма концентрации с построением линейной регрессии (R2 = 0.902, p-значение = 0,0135, RMSE = 0,0596). Данные демонстрируют чувствительность 0,037169 µА/лог(г/л), диапазон обнаружения от 4,2 × 10-9 до 2,1 × 10-4 г/л, погрешность 5% и предел обнаружения 4,2 × 10-9 г/л. Этот рисунок адаптирован из работы Sanchez-Almirola et al.1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-results-3
Рисунок 3: Исследования на основе CA, связанные с электрохимическим зондированием нЧПС (с учетом частиц нЧПС размером 500 нм). (A) Зависимость картины КА от концентрации нЧР (размером 500 нм) (при 10 В в течение 180 с) в присутствии PBS, содержащего 5 мМ редокс-активных компонентов [Fe(II)/Fe(III)], (B) скорость изменения силы тока в ответ на каждую из испытанных концентраций, и (Cкалибровочная кривая, построенная по средним значениям изменения тока для каждой концентрации нПС (размером 500 нм). Все измерения проводили в трех повторностях (n = 3), в анализе использовали графики идентичных сигналов. Средняя скорость изменения тока для каждой концентрации нПС размером 500 нм, испытанных совместно с линейной регрессией (R2 = 0.994, pp-значение = 0,000177, RSME = 9,05 × 10-5) с чувствительностью – 5.09 × 10-4 dA/dt /log(г/л), широкий диапазон обнаружения от 4,2 × 10-9 - 2.1 × 10-4 г/л и предел обнаружения 4,2 × 10-9 г/л. Этот рисунок адаптирован из работы Sanchez-Almirola et al.1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-results-4
Рисунок 4: Электрохимическое определение наночастиц полистирола методом дифференциальной импульсной вольтамперометрии (с привязкой к наночастицам полистирола размером 100 нм). (AЭлектрохимические исследования методом дифференциальной импульсной вольтамперометрии в зависимости от концентрации наночастиц размером 100 нм в присутствии PBS, содержащего 5 мМ редокс-активных соединений, а именно Fe(II)/Fe(III).BКалибровочный график, построенный по зависимости тока пикового отклика (высоты пика) от логарифма концентрации нПС. Все измерения проводили в трех повторностях (n = 3), при анализе использовали графики идентичных сигналов. Калибровочный график: высота пика при сканировании ДИВ, отложенная по оси ординат, и логарифм концентрации — по оси абсцисс, с линейной регрессией (R2 = 0.738, p-value = 0,0284, RMSE = 0,081) с использованием шаблона MIP размером 100 нм. Таким образом, построенный калибровочный график демонстрирует чувствительность 0,0533 µA/лог(г/л), широкий диапазон обнаружения от 4,2 × 10-9 до 2,1 × 10-4 г/л, погрешность 5% и предел обнаружения 4,2 × 10-9 г/л. Этот рисунок адаптирован из работы Санчес-Альмиролы и др.1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-results-5
Рисунок 5: Исследования, основанные на ЦА, связанные с электрохимическим зондированием нЧПС (с учетом частиц нЧПС размером 100 нм). (A) Паттерн КА как функция концентраций nPS (наночастиц размером 100 нм) (зарегистрированный при 10 В в течение 180 с) в присутствии PBS, содержащего 5 мМ редокс-активных компонентов [Fe(II)/Fe(III)], (B) скорость изменения силы тока в зависимости от каждой из испытанных концентраций, и (C) калибровочная кривая, построенная по средним значениям изменения тока для каждой концентрации нПС (наночастицы размером 100 нм). Все измерения проводили в трех повторностях (n = 3), в анализе использовали графики идентичных сигналов. Средняя скорость изменения тока для каждой концентрации 100 нм, испытанной параллельно с линейной регрессией (R2 = 0.746, p-значение = 0,0266, RMSE = 0,00281) с чувствительностью 5,09 × 10-4 dA dt /log(г/л), диапазон обнаружения от 4,2 × 10-9 г/л до 2,1 × 10-4 г/л, погрешность 5 %, предел обнаружения 4,2 × 10-9 г/л. Этот рисунок адаптирован из работы Санчес-Альмиролы и др.1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

МетрикаЭлектрохимическое зондированиеИК-спектроскопияРамановская спектроскопияПиролиз-ГХ/МС
Выход данныхКонцентрация / Количество частицКоличество частиц, размер & Химический идентификаторКоличество частиц, размер & Химический идентификаторОбщая полимерная масса & Добавки
Ограничение размера целисубмикронныйМикромасштабМикромасштаб Независимо от размера (массозависимый)
<100 нм>10 µм>1 µм
Скорость анализаМинуты (в реальном времени)Часы (сканирование + обработка)Часы (картографирование + обработка)Часы (термическая экстракция)
Стоимость оборудованияНизкий Высокий Высокий Чрезвычайно высокий
<$1,00040 000 - 150 000 долл. США50 000 - 200 000 долларов США150 000 - 300 000 долл. США

Таблица 1: Сравнительная характеристика аналитических показателей электрохимического определения полистирола в сравнении с другими методами, используемыми для обнаружения полистирола.

Обсуждение

В данном исследовании продемонстрированы проектирование и разработка электрохимического сенсора на основе молекулярно-импринтированных полимеров (МИП) для определения нПС в пробах воды. Были созданы два отдельных чипа: (1) MIP@PoPD@SPCE с использованием нПС размером 100 nm в качестве темплатов и (2) MIP@PoPD@SPCE с использованием нПС размером 500 nm в качестве темплатов. В ходе работы проводилась пошаговая характеристика процесса изготовления каждого МИП и детектирования нПС с помощью электрохимических исследований методами циклической вольтамперометрии (ЦВА) и дифференциально-импульсной вольтамперометрии (ДИВ). Особое внимание было уделено изучению электрохимической природы SPCE, PoPD и нПС. Результаты исследований ЦВА и ДИВ показывают, что величина отклика SPCE увеличивается при добавлении нПС в электролит. Это подтверждает электроактивную природу нПС. В целом микропластики (МП) считаются диэлектрическими материалами; однако для м/н-ПС наблюдается, что их присутствие, напротив, увеличивает величину электрохимического сигнала в системе MIP@PoPD@SPCE. Данное поведение может быть связано с улучшением свойств нПС при воздействии электрического поля, что обосновано тщательным анализом и обсуждением литературы. Эти нПС (размером 100 nm и 500 nm) обладают различными свойствами, такими как регулируемый поверхностный заряд и радикализация при определенных условиях (например, в электрическом поле), и способствуют переносу электронов. В электрохимических исследованиях nPS@PBS@MIP@SPCE методом ЦВА наблюдается смещение положения пика и увеличение величины тока. Кроме того, при проведении исследований методом ДИВ величина электрохимического сигнала nPS@PBS@MIP@SPCE увеличивается примерно в 4 раза по сравнению с PBS без нПС. Эти результаты подтверждают, что нПС ведет себя как электроактивный материал в присутствии разности потенциалов и раствора электролита.

Электрополимеризация oPD приводит к образованию полимерной сети PoPD. Электрополимеризация oPD в присутствии nPS позволяет создать полимерную систему, в которую встроены частицы nPS (размером 100 нм и 500 нм). Последующее удаление nPS из системы PoPD + nPS путем элюирования приводит к формированию в PoPD специфических полостей. Эти полости специфичны по размеру, ориентации и общей форме частиц nPS. После элюирования на SPCE создается MIP из PoPD (который специфично распознает исходные молекулы-шаблоны частиц nPS размером 100 нм и 500 нм). Для подтверждения успешного изготовления сенсорной электродной системы MIP@PoPD@SPCE были систематически проведены различные электрохимические исследования. Результаты этих экспериментов анализировались относительно чистого SPCE. Аналитическая оценка показала, что на каждом этапе изготовления MIP@PoPD@SPCE происходит изменение электрохимического отклика. Основным наблюдением стало увеличение величины электрохимического отклика PoPD (с nPS)@SPCE из-за присутствия nPS на поверхности электрода. Кроме того, величина электрохимического отклика MIP@PoPD@SPCE немного снизилась по сравнению с PoPD (с nPS)@SPCE, что было вызвано удалением электроактивных nPS из полимерной (PoPD) матрицы. Такое наблюдаемое электрохимическое поведение подтвердило создание чипа MIP@PoPD@SPCE, который будет использоваться для электрохимического определения nPS в пробах воды.

Полный процесс изготовления систем PoPD и MIP@PoPD включает различные изменения и модификации поверхности, и такие вариации были подтверждены на основании результатов рамановской спектроскопии и рамановской визуализации. В случае с PoPD кривые рамановской спектроскопии показали все пики, связанные с функциональными группами полимерных систем PoPD, что согласуется с литературой по PoPD (данные не представлены). Кривая рамановской спектроскопии MIP@PoPD продемонстрировала все пики, связанные с функциональностью PoPD и nPS (данные не представлены). Это подтверждает, что все nPS, встроенные в матрицу PoPD, не были удалены в процессе элюирования. Была исследована природа nPS при воздействии света. Такая особенность также наблюдалась при рамановской визуализации MIP@PoPD и определении расположения nPS внутри MIP@PoPD, что подтвердило наличие nPS на сенсорном чипе.

В данном исследовании при проведении детектирования PS с использованием платформы MIP@PoPD с применением методов CA и DPV было замечено, что амплитуда электрического сигнала возрастает по мере увеличения концентрации nPS на поверхности чипа. Наблюдаемый электрохимический сигнал связан с присутствием nPS в PBS, что создает микросреду, облегчающую транспорт и увеличивающую амплитуду сигнала SPCE. Одновременно с этим, при электрохимическом детектировании nPS (частиц nPS размером 100 нм и 500 нм) с использованием соответствующего сенсорного чипа MIP@PoPD@SPCE, также наблюдалось увеличение амплитуды электрического сигнала чипа MIP@PoPS@SPCE после инкубации nPS внутри сети MIP@PoPD.

Для обоснования такого усиленного электрохимического отклика нами был проведен тщательный обзор литературы. Было замечено, что nPS становятся электроактивными при воздействии электрического поля. Наблюдается увеличение электрического сигнала по сравнению с MIP@PoPD, что связано с ориентацией nPS внутри полостей MIP, а также с возможным взаимодействием nPS с PoPD. Как обсуждалось выше, приложенное электрическое поле может создавать электроактивные центры на nPS, что способствует транспорту электронов в ходе электрохимических измерений. Кроме того, роль nPS в увеличении амплитуды электрического сигнала чипа MIP@PoPD@SPCE может быть обоснована несколькими факторами. В то же время взаимодействие nPS с полимерной матрицей также играет значительную роль в научном обосновании электрохимического процесса. В связи с этим смешивание nPS и PoPD создает π-π стекинг-взаимодействия, которые могут усилить транспорт электронов. Эта расширенная π-π сеть облегчает окисление при воздействии электрического поля в процессе электрохимического анализа. Дополнительно приложенное электрическое поле генерирует различные электроактивные центры в nPS и nPS@MIP@PoPD, что в целом может поддерживать транспорт электронов.

Электрохимическое определение nPS (частиц nPS размером 500 nm) с помощью MIP@PoPD@SPCE, изготовленного с использованием nPS размером 500 nm в качестве темплатного материала, продемонстрировало приемлемую математическую модель (с точки зрения значения коэффициента регрессии) в диапазоне концентраций от 4.2 x 10-9 до 2.1 x 10-4 g/L. В то же время электрохимическое определение nPS (частиц nPS размером 100 nm) с использованием MIP@PoPD@SPCE, изготовленного с использованием nPS размером 100 nm в качестве темплатного материала, показало отчетливое изменение сигнала в зависимости от концентрации в диапазоне от 4.2 x 10-9 до 2.1 x 10-4 g/L. Однако полученная математическая модель является неприемлемой из-за низких коэффициентов регрессии. Селективность обоих типов разработанных сенсоров оценивали двумя способами: 1) с помощью метода DPV на каждом сенсорном чипе оценивали влияние 100 nm PS и 500 nm nPS. Результаты подтвердили, что сенсорный чип MIP@PoPD@SPCE, специфичный для полостей nPS размером 500 nm, продемонстрировал очень хороший отклик на nPS размером 500 nm и изменение электрохимического сигнала по отношению к nPS размером 100 nm. Эти наблюдения позволяют предположить, что MIP@PoPD@SPCE против 500 nm nPS является подходящим сенсорным чипом для селективного обнаружения 500 nm nPS и скрининга nPS размером 100 nm.

В данном подходе сенсирование nPS является селективным главным образом благодаря специфическим полостим, созданным внутри PoPD, и не связано с взаимодействием между nPS и PoPD. Следовательно, для оценки электрохимического поведения в зависимости от концентрации nPS (концентрация 2.1 x 10-4 g/L частиц nPS размером 500 nm) был использован неимпринтированный полимер (NIP), при создании которого на SPCE наносился только PoPD. Результаты исследований методом DPV (с точки зрения выраженности пиков) подтвердили, что MIP@PoPD более чувствителен к nPS, чем NIP. Это означает, что подход с использованием MIP является более селективным и адаптивным, позволяя проводить селективное сенсирование nPS за счет специфического захвата nPS в специальных полостях, сформированных в соответствии с формой, размером и ориентацией nPS.

Для демонстрации практического применения в качестве подтверждения концепции изготовленные датчики были протестированы с использованием образцов озерной воды, содержащих 2,1 × 10-4 g/L частиц nPS размером 100 nm. Результаты исследований методом CV и DPV подтвердили, что каждый образец влияет на электрохимический сигнал, однако образцы с nPS оказывают значительное влияние на сигнал, что подтверждает селективность разработанных датчиков по отношению к nPS. Предложенный метод основан на опубликованных исследованиях прототипа; валидация разработанных сенсорных систем все еще продолжается и является частью второго этапа исследований в рамках проекта. Результаты второго этапа проекта будут опубликованы в будущем в другом источнике.

В заключение, данный метод успешно демонстрирует электрохимическое определение частиц nPS размером 100 нм и 500 нм с использованием подхода на основе молекулярно-импринтированных полимеров (МИП). В данном методе анализа МИП из PoPD были электрохимически синтезированы на модифицированном SPCE с использованием oPD в качестве мономера и nPS (размером 100 нм и 500 нм) в качестве темплатов. Каждый этап изготовления MIP@PoPD выполнялся систематически и характеризовался с помощью современных аналитических методов, включая CV, DPV, CA и рамановскую спектроскопию. Результаты этих исследований позволяют изучить электрические свойства сенсорного чипа, соответствующие изменения поверхности и механизм детектирования. Оба сенсорных электрода, а именно MIP@PoPD@SPCE (специфичные к частицам nPS размером 100 нм и 500 нм), используются для селективного определения конкретных частиц nPS в диапазоне концентраций 4.2 x 10-9 – 2.1 x 10-4 g/L при времени анализа в несколько минут. Анализ результатов детектирования показывает, что система MIP@PoPD@SPCE, специфичная к nPS размером 500 нм, является более приемлемой с математической точки зрения. Для сравнения, сенсорный чип, специфичный к частицам nPS размером 100 нм, может быть использован для скрининга nPS 100 нм.

Результаты детектирования, полученные с помощью CA и DPV, согласуются между собой, и любой из этих методов может быть использован в реальных приложениях. В то же время электрохимический сигнал MIP существенно отличается от сигнала, наблюдаемого в случае NIP. Следовательно, сенсинг на основе MIP обеспечивает ожидаемую селективность. Для изучения применимости в реальных условиях в качестве доказательства концепции электрохимическое детектирование на базе MIP@PoPD было проведено с использованием искусственных образцов, приготовленных с известным содержанием nPS, и озерной воды из Флоридского политехнического университета. Наблюдаемый сигнал является очень четким, что подтверждает селективность разработанных сенсорных электродов.

Описанное здесь электрохимическое определение может быть выполнено с использованием портативной электрохимической рабочей станции, которой можно управлять с помощью смартфона или планшета; следовательно, предлагаемая система может быть адаптирована для применения в анализе по месту оказания медицинской помощи (PoC) и по месту использования (PoU). В будущем будут предприняты усилия по внедрению данной методики анализа с использованием ультракомпактной микроэлектрохимической платформы (МЭП). Такая ручная МЭП может управляться через смартфон, что позволит осуществлять анализ PoC, PoN или PoU, осуществлять необходимый сбор данных, проводить быстрый анализ и принимать решения по протоколам14,15.

Раскрытие информации

Авторы данной статьи заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

В данной статье выражается благодарность за финансирование (AW-2000022, GR-23SUMR-AK и GR-24SUMR-AK), полученное от Florida Polytechnic University и Fulbright Foreign Scholarship Board в рамках программы Fulbright Specialist Program Award. Авторы заявляют, что данный метод основан на опубликованной исследовательской статье и выданном патенте США (US 12,523,590B1). Авторы также благодарят г-на Mustapha Achoubane, старшего сотрудника по международным связям Florida Polytechnic University, за помощь в получении гранта Fulbright Specialist Award.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Анализ данныхMATLAB
Деионизированная водаMillipore в Университете политехники Флориды
Электрохимический анализаторпотенциостат PalmSens4 (Хутен, Нидерланды)
ЭтанолSigma Aldrich459836
Соляная кислота (HCl)Sigma Aldrich7647-01-0
МетанолSigma Aldrich423950010
О-фенилендиамин (oPD)Sigma Aldrich615-28-1
таблетки фосфатно-солевого буферного раствора (PBS)Sigma AldrichMFCD00131855
Полистирол в качестве микропластика (100 нм)Sigma Aldrich43302
Полистирол в качестве микропластика (размером 500 нм)Sigma Aldrich59769
Феррицианид калияSigma Aldrich13746-66-2
Ферроцианид калияSigma Aldrich14459-95-1
Рамановские спектрофотометры и микроскопыLabRAM HR Evolution, Horiba Scientific
Углеродный электрод, изготовленный методом трафаретной печатиОборудование BASi Instrumentation PALM-IS-C U/M EA — угольные электроды ItalSens 

Ссылки

  1. Sanchez-Almirola J, Orr R, Mujawar M, Casals-Terré J, Voronine DV, Kaushik A. MIP-assisted electrochemical sensing of micro/nano-microplastic (polystyrene) for environmental surveillance. Sens Actuators A Phys. 2026;398:117305.
  2. Kaushik A, Singh A, Gupta VK, Mishra YK. Nano/micro-plastic, an invisible threat getting into the brain. Chemosphere. 2024;361:142380.
  3. Sharma B, Mangla S, Aery S, Sharma C, Kaushik A, Kumar S, Chaudhary GR. Advanced tools and methodologies for identification, characterization, and quantification of micro/nano plastics in environmental matrices. Adv Colloid Interface Sci. 2026;347:103716.
  4. Lee A, Orr R, Sanchez-Almirola J, Casals-Terré J, Kaushik A. Can smart electrochemical sensors sustainably tackle PFAS-@microplastics? ECS Sens Plus. 2025;4(3):033402.
  5. Noumani A, Verma D, Kaushik A, Khosla A, Solanki PR. Electrochemically microplastic detection using chitosan-magnesium oxide nanosheet. Environ Res. 2024;252:118894.
  6. Motalebizadeh A, Fardindoost S, Hoorfar M. Selective on-site detection and quantification of polystyrene microplastics in water using fluorescence-tagged peptides and electrochemical impedance spectroscopy. J Hazard Mater. 2024;480:136004.
  7. Du H, Chen G, Wang J. Highly selective electrochemical impedance spectroscopy-based graphene electrode for rapid detection of microplastics. Sci Total Environ. 2023;862:160873.
  8. Xiao Z, Chen Y, Zhang Y. Self-powered portable photoelectrochemical sensor based on dual-photoelectrode for microplastics detection. Environ Res. 2025;271:121084.
  9. Surucu O. Electrochemical analysis of PET microplastics and detection of elements in PET bottles. Microchem J. 2025;208:112422.
  10. Ben Moussa F, Beduk T, Sena-Torralba A, Beduk D, Ait Lahcen A, Kutner W, Kaushik A. Beyond single-analyte detection: advancing molecularly imprinted polymers for simultaneous multi-target sensing. TrAC Trends Anal Chem. 2025;185:118177.
  11. Dixit CK, Bhakta S, Reza KK, Kaushik A. Exploring molecularly imprinted polymers as artificial antibodies for efficient diagnostics and commercialization: a critical overview. Hybrid Adv. 2022;1:100001.
  12. Ahmed S, Ansari A, Li Z, Mazumdar H, Siddiqui MA, Khan A, et al. Point-of-care health diagnostics and food quality monitoring by molecularly imprinted polymers-based histamine sensors. Adv Sens Res. 2024;4(2):2400132.
  13. Sanchez-Almirola J, Gage A, Lopez R, Yapell D, Mujawar M, Kamat V, Kaushik A. Label and bio-active free electrochemical detection of testosterone hormone using MIP-based sensing platform. Mater Sci Eng B. 2023;296:116670.
  14. Kaushik A, Soundappan T, Mujawar M, Bhansali S. Standing of electrochemical sensors on the 250th anniversary of the USA. J Electrochem Soc. 2026;173(9):097509.
  15. Kaushik AK, Almirola JSS. Sensing plastics with electrode sensor to monitor fluid environments. United States Patent US 12,523,590. 2026.

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Микрополистиролтрафаретный угольный электродполи-о-фенилендиаминэлектрополимеризацияэкологический мониторингэкспресс-диагностикаопределение в пробах воды

Эта статья была опубликована

Видео скоро будет доступно

Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.