Summary
O estudo demonstra o crescimento de óxido de grafeno reduzido de óxido de irídio (IRO 2 -RGO) nanohybrid filmes finos sobre substrato de carbono impresso irregular e áspera através de uma síntese eletroquímica verde, e sua implementação como um sensor de pH com uma plataforma para papel-fluídica padronizada .
Abstract
A síntese eletroquímica facile, controlável, barato e verde da IrO 2 -graphene nanohybrid filmes finos é desenvolvido para fabricar um sensor de pH easy-to-use papel integrado microfluídicos eletroquímico para contextos de recursos limitados. Levando vantagens de ambos os medidores e tiras de pH, a plataforma de detecção de pH é composto por hidrofóbico micropad papel decorado-barreira (μPAD), utilizando o polidimetilsiloxano (PDMS), eletrodo serigrafado (SPE) modificado com Iro 2 -graphene filmes e moldados de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) suporte de plástico. Repetitivo ciclismo potencial catódico foi empregada para a redução de óxido de grafeno (GO), que pode remover completamente os grupos oxigenados eletroquimicamente instáveis e gerar uma fina camada de grafeno homogênea livre de defeitos 2D com excelente estabilidade e propriedades eletrônicas. Um bom filme IrO2 uniforme e em tamanho nanoescala grão é anodicamente eletrodepositados para o filme de grafeno, sem qualquerrachaduras observável. O IrO2 -RGO eletrodo resultante mostrou respostas ligeiramente super-Nernstiana de pH 2-12, em tampões com boa linearidade, pequena histerese, tempo de resposta baixo e reprodutibilidade em diferentes tampões, bem como baixas sensibilidades de interferir diferente Britton-Robinson (BR) espécies iônicas e oxigênio dissolvido. Um medidor de pH digital portátil simples é fabricada, cujo sinal é medido com um multímetro, usando amplificador operacional de entrada de alta impedância e pilhas de consumo. Os valores de pH medidos com os sensores de pH de papel-microfluidos electroquímicos portáteis eram consistentes com aqueles medidos usando um medidor de pH laboratório comercial com um eléctrodo de vidro.
Introduction
A determinação do pH é onipresente em alimentos, fisiológica, medicinal e estudos ambientais. Duas ferramentas mais comuns para detecção de pH são tiras de pH e medidores de pH. As tiras de papel são impregnados com as moléculas indicadoras de pH que mudam de cor, mas a leitura é por vezes limitada em gamas de pH, subjectiva e semi-quantitativa com alguns desvios. Por outro lado, um medidor de pH convencionalmente equipado com um eléctrodo de vidro de pH pode medir com precisão ao nível de 0,01, e exibição por uma interface de utilizador digitais. medidores de pH baseados em laboratório não só precisam de cuidados especiais na manutenção e calibração, mas também não funcionam bem no sentido de pequenos volumes de amostras e muitas vezes exigem um recipiente limpo, como um copo para realizar medições. Apesar de sua sensibilidade, seletividade e estabilidade, eletrodos de vidro sofrem de erros de ácido / alcalinas, de alta impedância, instabilidade da temperatura e fragilidade mecânica 1. Portanto, é vantajoso ter um sistema de medição de pH que embodies a precisão do medidor de pH e os aspectos simplicidade e custo de tiras de pH.
Há sempre uma necessidade não satisfeita de tais ferramentas em condições de recursos limitados em muitas regiões em desenvolvimento onde o equipamento baseado em laboratório caro ou laboratórios comerciais estão inacessíveis. Além disso, o papel crescente das novas plataformas de detecção no local fáceis de usar é empurrado por um tal demanda para a detecção de ponto-de-cuidado. detecção eletroquímica é simples, fácil de miniaturizar e satisfatoriamente sensível, como demonstrado pelas SPEs baixo custo comercializados e vários sistemas de monitoramento de glicose no mercado. Como um material poroso leve, flexível e descartável, de papel também pode ter várias características controláveis, tais como diferentes tamanhos de poros, os grupos funcionais, e as taxas de capilaridade.
Como substrato de papel mal afeta a difusão do analito e detecção eletroquímica 2-4, combinação de dispositivos de papel-fluídico e técnicas eletroanalíticas tem recently recebeu interesses extensos. Uma vantagem aparente de tais combinações é a pequena quantidade de volume de amostra utilizado na medição, que pode, potencialmente, evitar interferências de vibração e de convecção durante as medições. Por exemplo, almofadas microfluídicos padronizadas foram aplicadas para pavio e entregar amostras líquidas para a área de detecção de SPEs para detecção de íons de metais pesados e glicose 2,5. Dispositivos semelhantes usando papel eletroquimioluminescência microfluídico foram estabelecidas para realizar detecção de NADH 4. Mais recentemente, dispositivos microfluídicos papel eletroquímica simples pode ser construída sobre uma lâmina de vidro com eletrodos lápis 6 ou utilizando papel de enzima e SPEs 3.
Um material de película fina nanohybrid composto de IrO2 e RGO foi preparado usando uma abordagem electroquímica fácil e eficiente. Descobrimos que na superfície de carbono SPE graphitic irregular e áspera, anodicamente eletrodepositados IrO2 película fina não podeser suave e estável sem o auxílio de RGO. A resultante IrO2 -RGO SPE foi integrado um dispositivo microfluídico de papel que tem modelado barreiras hidrofóbicos para detecção de pH. O dispositivo montado mostrou excelentes performances analíticas em sensoriamento pH com um comportamento um pouco super-Nernstiana. Os resultados são comparáveis a um medidor de pH baseado em laboratório convencional com eletrodos de vidro. Por último, miniaturizados medidores de pH baixo custo foram construídas em uma placa de ensaio para medir o sinal de saída potencial de circuito aberto com um multímetro digital. As medições do medidor de pH portátil correlaciona-se bem com os de um medidor de pH laboratório comercial.
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Protocol
1. Preparação e Aparelho μPAD
- Gravar um sulco 500 mm no suporte de plástico na parte inferior para abrigar SPE com um ABS ou folha de plástico compatível, tridimensional (3D) a máquina de trituração e moagem pouco que tem 1,6 mm de diâmetro. Segure SPE e μPAD firmemente no lugar durante o teste com o suporte (Figura 1A).
- Adicione um selo e uma tampa de vácuo utilizando comprimido resina sintética ou folha de plástico compatível com padrões convexas e côncavas, respectivamente, pela máquina de moagem em 3D, a fim de padrão PDMS hidrofóbicos barreiras em almofadas de papel.
- Prepara-se uma mistura de PDMS pré-polímero e agente de reticulação na proporção de 10: 1 ou, como sugerido pelo fabricante, misturar com uma espátula e se aplica quantidade apropriada sobre a superfície convexa do selo PDMS.
- Colocar o selo no topo de uma almofada de papel de filtro pré-cortado no tamanho desejado e, em seguida, a tampa de vácuo no lado oposto do selo ao longo do papel. aplicar Vacuhum por até 30 segundos por uma bomba de vácuo manual. Remover o bloco de papel a partir da tampa de selo e de vácuo, e cozer num forno de convecção durante 10 minutos a 80 ° C para endurecer o PDMS estampados (Figura 1B). A almofada de papel resultante tem uma região 2 de detecção de aproximadamente 0,2 cm e 1 cm x 0,4 cm da amostra região hidrofílica wicking.
Nota: tomar precauções especiais na quantidade de PDMS aplicada e tempo de vácuo a fim de evitar qualquer possível contaminação PDMS na região hidrofílica interior do papel de filtro, onde as amostras de líquidos são transferidos.
2. Modificação do SPEs com IrO 2 -RGO Nanohybrid Filmes Finos
- Gota fundido 3 ul de como preparados 1 mg ∙ ml -1 GO solução no eletrodo de trabalho de carbono grafite da SPE com uma micropipeta e deixe secar à temperatura ambiente em uma placa de Petri. Purifica um tampão PBS a pH 5,0 com N 2 durante 20 min, a SPE mergulhar em 10 ml de tampão PBS desarejado, mantendo N <sub> 2 corrente, e realizar 100 ciclos de ciclismo potencial catódico repetitivo de 0,0 para -1,5 V para reduzir eletroquimicamente entrar em RGO. Lavar o SPE com água DI em uma garrafa de esguicho e seco à temperatura ambiente.
Nota: folhas vão bem-esfoliada, estabilizadas por repulsão eletrostática, são de pó de grafite usando o método de Hummer modificado conforme relatado em outros lugares 7. A homogeneidade da película RGO tal como sintetizada é importante, porque serve como o suporte de carbono para crescimento adicional de IrO2 filmes finos. - Adicione 100 ml de solução IrO 2 deposição composta de 0,15 g de tetracloreto de irídio (IrCl 4), 0,6 ml de 50% (w / w) de peróxido de hidrogénio (H 2 O 2) e 0,5 g de ácido oxálico desidratado, adicionando-os em água Dl. Gradualmente adicionar uma pequena quantidade de carbonato de potássio anidro, com agitação até o pH atingir 10,5, verificada por meio de um medidor de pH à base de laboratório. Em seguida, solução tornou-se amarelada. Envelhecimento da solução durante 48 horas à temperatu quartore, em seguida, sua cor é eventualmente se tornando azul pálido.
- Coloque o RGO-SPE em toda a solução de deposição acima e aplicar um potencial constante de 0,6 V, durante 5 min. A espessura de IrO2 películas finas pode ser precisamente controlada pelo potencial de deposição e do tempo.
- Confirmam a estrutura da área de leitura por SEM. Adquirir imagens SEM seguindo as instruções no Centro de Ciência dos Materiais na Universidade de Wisconsin-Madison, como fizemos antes 7.
3. Construção de medidores de pH digital barata e portátil
- Construir um medidor de pH barato e miniaturizado com display digital, conectando em qualquer uma série de dois amplificadores única LF356N operacionais (opamps) ou um INA111 alta velocidade transistor de efeito de campo (FET) -input amplificador de instrumentação (alta impedância de entrada> 10 12 Ω) na placa de ensaio para alcançar suficientemente alta impedância interna para medições estáveis.
Nota: Todas as peças são facilmente accessible em lojas de eletrônicos e pode ser facilmente montado. - Use o IrO2 -RGO-SPE como a sonda de pH e amplificadores operacionais como o buffer de ganho unitário. Conectar dois aterradas pilhas de consumo alcalina de 9 V em série para alimentar o medidor de pH e ligue os fios na placa de ensaio com base na disposição do pin opamps.
- Ligue o cátodo eo ânodo de pinos 7 e 4. Ligue também as sondas positivos e negativos de um multímetro digital com os pinos 6 e 5 de opamps, respectivamente, para medir as leituras de tensão de saída e exibição. Referência e eletrodos de trabalho da SPE são conectados aos pinos 2 e 3 correspondente. Conexões detalhadas são mostrados na Figura 1D.
4. As medições de pH
- Preparação de 100 ml de tampões BR com M de ácido fosfórico 0,04 equimolar, ácido acético e ácido bórico e misturar com diferentes volumes (5, 25, 42, 60, 78 e 98) de hidróxido de sódio 0,2 M (NaOH) para obter diferentes valores de pH a partir de 2- 12 para a calibração.
- Loccomeu modelado μPAD no topo da área de detecção. Montagem de 60 ul As amostras líquidas directamente por uma micropipeta para a zona hidrófila do μPAD para wicking. O μPAD pode ser mantido no lugar com ou sem cobertura ABS, quando é molhado.
- Medir o sinal de tensão entre o IrO2 -RGO eletrodo de trabalho eo eletrodo de referência Ag / AgCl ao longo do tempo com qualquer um CHI 660D analisador eletroquímico baseado em laboratório ou o medidor de pH digital portátil, quando os potenciais circuito aberto (OCP) tornam-se estável (potencial variações <5%).
- Manter a região de detecção molhados por imersão do bloco de papel, em amostras líquidas a ser testado, se necessário, para conseguir um melhor contacto eléctrico, bem como leituras estáveis e reprodutíveis em operação a longo prazo. valores OCP steady-state gravados são em média de cada valor de pH para determinar uma curva de calibração.
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Representative Results
A configuração do eletroquímico IrO2 -RGO-SPE sensor de pH incorporando microfluídica papel é mostrado na Figura 1A. A almofada de papel com padrão com barreiras hidrofóbicos PDMS foi colocado no topo da área de leitura de IrO2 -RGO-SPE que localizado no suporte de plástico ABS. A zona de detecção de bloco de papel foi cuidadosamente alinhados com a superfície do eletrodo. Uma solução de corante azul de metileno aquosa foi usada para testar o bloco de papel e modelado como observado, as amostras de pavio para as regiões hidrofílicas (Figura 1B) com o percurso de fluidos regulada pelas barreiras hidrofóbicos. MEV mostra uma formação de 2D película fina grafeno homogênea livre de defeitos pela técnica de redução eletroquímica, e também uma síntese de uniforme e suave filme IrO2 sem nenhuma rachadura observáveis por eletrodeposição (Figura 2A e C). O eletrodo -RGO IrO2 resultante mostrou ligeiramente suprespostas ER-nernstiana de pH 2-12 em Britton-Robinson (BR) tampões com boa linearidade, tanto de solução a granel e de papel (Figura 3A), pequenas larguras de histerese (Figura 4B) e baixa sensibilidade a oxigénio dissolvido (Figura 3B). Os valores de pH medidos com os sensores de pH de papel-microfluidos electroquímicos portáteis eram consistentes com o medidor de pH laboratório comercial utilizando um eléctrodo de vidro (Figura 5A).
Figura 1: (A) Diagrama esquemático da instalação para detecção de pH eletroquímico papel microfluídico: (1) IrO2 -RGO-SPE, (2) bloco de papel microfluídico de amostragem e de detecção, (3) a habitação titular plástico ABS SPE. (B) Fotografia do bloco de papel microfluídico mau por uma solução de corante: (1) Região de amostragem hidrofílico para absorção (2) paper canal microfluídico para a entrega da amostra (3) região sensor de SPEs (4) barreiras hidrofóbicas estampados por PDMS (5) região para segurar dispositivo. (C) Dois dispositivos de medição de pH portáteis com diferentes circuitos construídos em placa de ensaio (circuitos detalhados são mostrados em informações suplementares): (1) a trabalhar eletrodo (2) eletrodo de referência (3) sonda positiva (4) sonda negativa de um multímetro (5) cátodo da bateria (6) ânodo (7) bateria (8) 10 mohms ganho de resistência (9) 10 mohms resistência de carga aterrado (10) ligado à terra. (D) Esquemas de ligação do sensor de pH portátil eletroquímico papel fluídico construído com INA111 e de RI 2 -RGO-SPE. (E) leituras digitais típicos de potenciais de circuito aberto utilizando o dispositivo microfluídico de papel pH eletroquímico portátil com circuitos LF365N integrados em diferentes valores de pH. Por favor clique aqui para ver uma versão maior destafigura.
Figura 2: imagens SEM de (A) RGO (B) IrO2 e (C) RGO-iro 2 -Modified SPEs. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3:.. Respostas de pH de RGO-iro 2 SPEs em diferentes pHs (A) em solução em massa de tampão BR ou utilizando papel microfluídico (B) em tampões BR saturadas com ar ou N2 (C) em diferentes sistemas tampão favor clique aqui para ver umaversão maior desta figura.
Figura 4: (A) curvas de tempo Potencial de RGO-iro 2 SPEs com pH de 4, 8 e 10 em tampão BR. (B) A largura de histerese de RGO-iro 2 SPEs em tampões BR em pH diferente com ciclos de rotina de 2-12-2 e 12-2-12. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: respostas de RGO-iro 2 SPEs em tampão BR em diferentes pHs de pH (A) correlação com um medidor de pH comercial padrão com eletrodo de vidro (B) comparação das medições por dev diferente.ices. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Configuração de dispositivo
O sensor de pH funciona por medição da OCP entre os eléctrodos de trabalho e de referência, uma vez que altera de forma proporcional ao logaritmo negativo da concentração de H +. As medições pode ser alcançado tanto por um potenciostato baseado em laboratório, como CHI 660D e medidor de pH simples construído em placa de ensaio com a leitura pelo multímetro. Dois medidores de pH portátil diferentes foram construídas de forma semelhante em breadboards usando dois 9 V pilhas alcalinas, um multímetro digital, tal como sintetizada IrO2 -RGO-SPE e diferentes opamps, que é de dois LF356N serial ou um INA111. Todo o custo de tais medidores de pH é tipicamente menos de US $ 25 incluindo cerca de US $ 1 cada de IrO pH descartável 2 -RGO-SPEs custando (custo e tempo para realizar a preparação química e depoimentos eletroquímicos não estão incluídos). Figura 1C mostra os diagramas de circuitos e conexões com dois LF356N ou um INA111. Esquemática de todaDispositivo de acordo com as cavilhas de ligação de INA111 é mostrado na Figura 1D. Dois 9 V baterias foram usadas para criar uma dupla oferta de +/- 9 V para alimentar os amplificadores operacionais, conectando-se os pinos de entrada 2 e 3. A resistência de ganho de 1/4-W 4-band (R G) de 10 mohms (5% de tolerância) está ligado entre os pinos 1 e 8, resultando em um ganho desejado (G) perto de 1, calculada a partir da Equação (1). Devido à relativamente baixa resistência interna do multímetro, uma suficientemente grande resistência de carga está ligado à terra e ligados entre os pinos em curto 5 e 6, que conectam ainda mais as sondas negativos e positivos de multímetros para leituras OCP estáveis. Como resultado, a tensão de saída, que pode ser calculada a partir da equação (2) é exactamente igual à diferença de potencial entre IrO2 -RGO eléctrodo de trabalho e o eléctrodo de referência de Ag / AgCl, que corresponde ao pH da solução.
Quando G é o GAin da INA111, V é a saída do sensor (V), e V e V + na - na são voltagem no não-inversora e invertendo as entradas dos amplificadores operacionais, respectivamente.
morfologia da superfície
Imagem Figura 2A microscopia eletrônica de varredura (SEM) mostra a morfologia da superfície do filme intermitente RGO formado com uma textura enrugada típica composta de folhas de grafeno flexíveis e ultrafinas que espalham através da superfície do eletrodo de carbono impresso áspero. A redução GO ocorre em potenciais mais negativos do que -0,65 V e é rápida e irreversível e controlável, sem reduzir reagentes 7. Após IrO2 deposição, a película preta RGO visualmente e, nomeadamente, virou roxo escuro, mostrando a característica eletrocrômico característica da IrO anodicamente eletrodepositados 2. IrO2 -RGO nanohybrid película fina (Figura 2C) em mm-range thickness é observado com cristalitos nanoescala homogeneamente dispersos em toda a superfície. O filme parece ser uniforme e lisa, sem rachaduras visíveis ou estruturas lama. Além disso, um achado interessante neste estudo é que IrO 2 filmes não podem formar sobre os substratos de carbono grafite serigrafados sem a assistência de RGO nas mesmas condições (Figura 2B). Além disso, a boa capacidade de formação de filme de grafeno é concebido o componente essencial no processo de deposição de filmes finos. Os oxalatos na solução de deposição pode provocar a formação do complexo e evitar a precipitação de irídio em meio alcalino. A deposição é obtida por oxidação anódica de oxalated IV (IV) com compostos de CO 2 e Ir libertação (IV), óxido de formação concomitante na superfície do ânodo, tal como descrito por Yamanaka 8,9
[Ir (COO) 2 (OH) 4] 2- ⇔ IrO2 + 2CO 2 + 2H 2 O + 2e ̵1;
Performance Measurement pH
Um mecanismo geral de óxidos de metais na detecção pH foi indicado pela névoa e Buck para ser associado com os processos de permuta de iões dentro da superfície de rolamento do grupo-OH 10. Diferentes IrO2 baseados em eléctrodos existem na natureza, devido às diferenças nos seus mecanismos de síntese. Um número de possíveis mecanismos são propostos envolvendo equilíbrio redox intercalação dependente do pH entre dois estados de oxidação de óxidos Ir 11. Tal como no caso dos óxidos de Ir-electroquimicamente sintetizados, o estado predominante é a forma hidratada 8, que proporciona respostas super-nernstiana com uma sensibilidade superior do que a das formas anidra a 59 mV / pH. O mecanismo pode ser explicada através da seguinte equação 8,9:
2 [IrO2 (OH) 2 · 2H 2 O)] 2- + 3H + + 2e - ⇔ 2 [IrO2 (OH) 2 · 2H 2 O)] 2- + 3H 2 O
Como mostrado na Figura 3A (preto), o IrO2 -RGO eléctrodo mostrava uma característica linear bem definida ao longo de um largo intervalo de pH de 2 a 12, com uma inclinação ligeiramente super-Nernstiana de -61,71 mV / pH, que está mais perto de anodicamente eletrodepositados IrO 2 filmes com respostas quase Nerstian 11,12 e não aqueles com super Nernstiana 13,14. Possivelmente isto acontece devido às diferentes condições de electrodeposição substratos e em cada caso. É possível que uma mistura de IrO2 filme anidro e hidratado é formada sobre grafeno durante a electrodeposição anódica. A diferença insignificante de pH medido entre modelado dispositivo microfluídico de papel (Figura 3A, vermelho) e solução a granel indica a matriz de papel de celulose fibrosa não impede a difusão de iões de hidrogénio em qualquer grau perceptível. Dissolverd oxigénio atmosférico existe ubiquamente em amostras de, por vezes, pode influenciar grandemente potenciais leituras devido aos seus processos redox, especialmente em sistemas biológicos 12. Quando o eléctrodo é colocado em N 2 - ou uma solução tampão saturado de ar, existem apenas pequenas diferenças (Figura 3B). Entretanto, uma vez que as forças iónicas e as composições são diferentes dependendo tampões, uma série de tampões de pH foram testados, incluindo tampão de pH comercial de calibração, tampão BR, solução salina tamponada com fosfato (PBS) e NaOH / HCl água Dl ajustados (Figura 3C). As sensibilidades (mV) por unidade de pH são quase idênticos em todos os tampões. No entanto, um desvio apreciável potencial foi observada em tampão de PBS, que tem uma gama de pH relativamente mais estreita. Isto pode ser atribuída a diferentes potenciais padrão condicionais (termo e 0 'na equação de equilíbrio de Nernst) de IrO2 -RGO eléctrodo de pH em PBS.
tempo de resposta, a f-chaveAtor em qualquer aplicação de detecção, é geralmente definida como o tempo necessário alcançar certas percentagens de OCP equilíbrio. Tempo de resposta típico é inferior a 250 segundos sob todas de pH mas pode ser fortemente dependente do pH 11. A histerese, ou o chamado efeito de memória, é um fenómeno bem conhecido com o vidro e eléctrodos de óxido metálico pH durante a usos repetidos do mesmo eléctrodo. Este fenómeno de eléctrodos selectivos de iões de hidrogénio é considerado como o resultado de respostas atrasadas para a alteração do pH. O eletrodo -RGO pH IrO2 foi testado em tampões de pH de alto a baixo, e por sua vez de alto a baixo. A ciclos de rotina de pH 2-12-2 e 12-2-12 foram avaliados por medição sucessivamente OCP de diferentes tampões de pH nos ciclos (Figura 4B). As larguras de histerese são calculados para ser em torno de 13 mV em ambos os ciclos, que são aceitáveis e precisas em medições de pH de rotina, particularmente em relação à ampla faixa de pH estudada aqui.
Para mais validate o -RGO nanohybrid sensor de pH película fina IrO 2, o desempenho foi testado em paralelo com um eléctrodo de vidro padrão com um pH / mV / Ion / medidor de condutividade (Figura 5A). Os resultados correlacionam-se bem uns aos outros, sugerindo a alta precisão e desempenho de confiança do sensor de pH desenvolvido. Para alcançar verdadeiramente no local medições de pH que caracterizam o dispositivo microfluídico de papel eletroquímico portátil, dois medidores de pH digital simples foram construídos com um pouco diferentes configurações. pH medido usando ambos os medidores era altamente consistente com o analisador electroquimico baseado em laboratório. A reprodutibilidade foi testado várias vezes com o mesmo eléctrodo em diferentes tampões de pH Br, e também com diferentes eléctrodos. Os valores de desvio padrão relativo (RSD) foram tipicamente todos <15%.
Em conclusão, um método eletroquímico rápida, controlável e verde é desenvolvido para a síntese de uniforme e de RI lisa 2 -RGO nanohybrid filmes finos Ssuperfície SPE n áspero, assistida pelos bons filmes de Formação e apoio a capacidades de RGO. O eléctrodo em estado sólido resultante exibiu uma resposta ligeiramente super-Nernstiana com uma elevada sensibilidade de -62 mV / pH e com boa linearidade numa vasta gama de pH de 2 a 12. Os eléctrodos também têm pequena histerese, tempo de resposta rápido, reprodutibilidade e bons acordos com eletrodo de vidro comercial medidor de pH baseado em laboratório equipado. Um bloco de papel microfluídico miniaturizados foi fabricado por PDMS padronização barreira hidrofóbica. Um medidor de pH simples foi fabricado usando dois 9 V pilhas alcalinas, um multímetro digital e opamps. Resultados de medição de pH a partir do sensor bem correlacionados com os resultados obtidos utilizando técnicas baseadas em laboratório. Assim, o sensor que combina as vantagens de ambos os medidores de pH e tiras de pH é uma plataforma promissora para o futuro no local ou medições de pH point-of-care, especialmente sob o status de recursos limitados.
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Disclosures
Os autores não têm interesses financeiros concorrentes.
Acknowledgments
Este trabalho foi apoiado por uma concessão do Equipamento e Política (WEP) NSF Indústria / Universidade Cooperative Research Center (I / UCRC) de água. Os autores também são gratos ao Hjalmar D. e Janet W. Bruhn Fellowship e Louis e Elsa Thomsen Wisconsin Distinguished Graduate Fellowship fornecido a JY na UW-Madison
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Screen-printed electrodes | Zensor | TE100 | 3-electrode integrated |
| Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) | |||
| Polydimethylsiloxane (PDMS) prepolymer and cross linker mixture | Dow-Corning Co. | Sylgard 184 | 10:1 mixture w/w |
| Whatman No. 1 filter paper | GE Healthcare Co. | ||
| 3D milling system | Roland DGA Co. | iModela IM-01 | |
| PDMS stamp and vacuum cover | Roland DGA Co. | Sanmodur | Synthetic resin tablet |
| Hand-operated vacuum pump | Cole-Parmer Co. | ||
| Electrochemical workstation | CH Instruments | CHI 660D | |
| LF356N operational amplifiers | Texas Instruments Inc. | ||
| INA111 high speed field-effect transistor (FET)-input instrumentation amplifier | Burr-Brown Inc. | ||
| DMM914 digital multimeter | Tektronix Inc. | 70979101 | |
| From Fisher or Sigma: | |||
| Iridium tetrachloride (IrCl4) | |||
| 50% (w/w) hydrogen peroxide (H2O2) | |||
| Oxalic acid dihydrate | |||
| Potassium carbonate (K2CO3) | |||
| Phosphoric acid | |||
| Acetic acid | |||
| Boric acid | |||
| Sodium hydroxide (NaOH) | |||
| Na2HPO4 | |||
| NaH2HPO4 |
References
- Greenblatt, M., Shuk, P. Solid-state humidity sensors. Solid State Ionics. , 86-88, Part 2 995-1000 (1996).
- Nie, Z., Nijhuis, C. A., Gong, J., Chen, X., Kumachev, A., Martinez, A. W., Narovlyansky, M., Whitesides, G. M. Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 10, 477-483 (2010).
- Yang, J., Nam, Y. G., Lee, S. -K., Kim, C. -S., Koo, Y. -M., Chang, W. -J., Gunasekaran, S. Paper-fluidic electrochemical biosensing platform with enzyme paper and enzymeless electrodes. Sens. Actuators, B. 203, 44-53 (2014).
- Delaney, J. L., Hogan, C. F., Tian, J., Shen, W. Electrogenerated chemiluminescence detection in paper-based microfluidic sensors. Anal. Chem. 83, 1300-1306 (2011).
- Lankelma, J., Nie, Z., Carrilho, E., Whitesides, G. M. Paper-based analytical device for electrochemical flow-injection analysis of glucose in urine. Anal. Chem. 84, 4147-4152 (2012).
- Dossi, N., Toniolo, R., Pizzariello, A., Impellizzieri, F., Piccin, E., Bontempelli, G. Pencil-drawn paper supported electrodes as simple electrochemical detectors for paper-based fluidic devices. Electrophoresis. 34, 2085-2091 (2013).
- Yang, J., Gunasekaran, S. Electrochemically reduced graphene oxide sheets for use in high performance supercapacitors. Carbon. 51, 36-44 (2013).
- Yamanaka, K. Anodically electrodeposited iridium oxide films (AEIROF) from Alkaline Solutions for Electrochromic Display Devices. Jpn. J. Appl. Phys. 28, 632-637 (1989).
- Yamanaka, K. The electrochemical behavior of anodically electrodeposited iridium oxide films and the reliability of transmittance variable cells. Jpn. J. Appl. Phys. 30, 1285-1289 (1991).
- Fog, A., Buck, R. P. Electronic semiconducting oxides as pH sensors. Sens. & Act. 5, 137-146 (1984).
- Bezbaruah, A. N., Zhang, T. C. Fabrication of anodically electrodeposited iridium oxide film pH microelectrodes for microenvironmental studies. Anal. Chem. 74, 5726-5733 (2002).
- Marzouk, S. A. M., Ufer, S., Buck, R. P., Johnson, T. A., Dunlap, L. A., Cascio, W. E. Electrodeposited iridium oxide pH electrode for measurement of extracellular myocardial acidosis during acute ischemia. Anal. Chem. 70, 5054-5061 (1998).
- Prats-Alfonso, E., Abad, L., Casañ-Pastor, N., Gonzalo-Ruiz, J., Baldrich, E. Iridium oxide pH sensor for biomedical applications. Case urea-urease in real urine samples. Biosens. Bioelectron. 39, 163-169 (2013).
- Bitziou, E., O'Hare, D., Patel, B. A. Simultaneous detection of pH changes and histamine release from oxyntic glands in isolated stomach. Anal. Chem. 80, 8733-8740 (2008).
