Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

التحضير الكهروكيميائي لطبقات البولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) على الأقطاب الكهربائية الدقيقة الذهبية لتطبيقات استشعار حمض اليوريك

Published: July 28, 2021 doi: 10.3791/62707
Automatic Translation
1, 2,3, 1
1School of Chemical Sciences, The University of Auckland, 2School of Biological Sciences, The University of Auckland, 3Surgical and Translational Research Center, The University of Auckland

Summary

نحن نصف أنظمة المذيبات المائية والعضوية للبلمرة الكهربائية للبولي (3,4-ethylenedioxythiophene) لإنشاء طبقات رقيقة على سطح الأقطاب الكهربائية الدقيقة الذهبية ، والتي تستخدم لاستشعار تحليلات الوزن الجزيئي المنخفض.

Abstract

يتم وصف طريقتين مختلفتين لتخليق بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) (PEDOT) على أقطاب الذهب ، باستخدام البلمرة الكهربائية لمونومر 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) في محلول مائي وعضوي. تم استخدام قياس الفولتامتر الدوري (CV) في تخليق الطبقات الرقيقة PEDOT. تم استخدام بيركلورات الليثيوم (LiClO4) كجرعة في كل من أنظمة المذيبات المائية (المائية / الأسيتونيتريل (ACN)) والعضوية (كربونات البروبيلين (PC)) . بعد إنشاء طبقة PEDOT في النظام العضوي ، تم تأقلم سطح القطب الكهربائي عن طريق الدوران المتتالي في محلول مائي للاستخدام كمستشعر للعينات المائية.

إن استخدام طريقة البلمرة الكهربائية القائمة على الماء له فائدة محتملة تتمثل في إزالة خطوة التأقلم للحصول على وقت إعداد أقصر للمستشعر. على الرغم من أن الطريقة المائية أكثر اقتصادا وصديقة للبيئة من طريقة المذيبات العضوية ، إلا أنه يتم الحصول على تكوين PEDOT متفوق في المحلول العضوي. تميزت أسطح قطب PEDOT الناتجة بالمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ، والذي أظهر النمو المستمر ل PEDOT أثناء البلمرة الكهربائية من محلول الكمبيوتر العضوي ، مع نمو سريع من النوع الكسري على الأقطاب الدقيقة الذهبية (Au).

Introduction

البوليمرات الموصلة كهربائيا هي مواد عضوية تستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية الحيوية لتحسين الواجهات. على غرار البوليمرات التقليدية ، فإن البوليمرات الموصلة سهلة التوليف ومرنة أثناء المعالجة1. يمكن تصنيع البوليمرات الموصلة باستخدام الطرق الكيميائية والكهروكيميائية ؛ ومع ذلك ، فإن نهج التوليف الكهروكيميائي مواتية بشكل خاص. ويرجع ذلك أساسا إلى قدرتها على تشكيل أغشية رقيقة ، والسماح بالمنشطات المتزامنة ، والتقاط الجزيئات في البوليمر الموصل ، والأهم من ذلك ، بساطة عملية التوليف1. بالإضافة إلى ذلك ، تشكل البوليمرات الموصلة هياكل نانوية موحدة وليفية ووعرة ، تلتصق بقوة بسطح القطب الكهربائي ، مما يزيد من مساحة السطح النشطة للقطب2.

في 1980s ، تم تطوير بعض الدورات المتعددة ، مثل polypyrrole و polyaniline و polythiophene و PEDOT ، والتي أظهرت الموصلية الجيدة وسهولة التوليف والاستقرار 3,4. على الرغم من أن polypyrrole مفهوم بشكل أفضل من البوليمرات الأخرى (على سبيل المثال ، مشتقات polythiophene) ، إلا أنه عرضة للأكسدة التي لا رجعة فيها5. وبالتالي ، فإن PEDOT له مزايا معينة على البقية لأنه يتمتع بحالة تأكسدية أكثر استقرارا ويحتفظ بنسبة 89٪ من الموصلية مقارنة ب polypyrrole في ظل ظروف مماثلة6. بالإضافة إلى ذلك ، تشتهر PEDOT بالموصلية الكهربية العالية (~ 500 S / cm) وفجوة النطاق المعتدلة (أي أن فجوات النطاق أو فجوات الطاقة هي مناطق بدون شحنة وتشير إلى فرق الطاقة بين الجزء العلوي من نطاق التكافؤ وأسفل نطاق التوصيل)7.

علاوة على ذلك ، فإن PEDOT له خصائص كهروكيميائية ، ويحتاج إلى إمكانات أقل للأكسدة ، وهو أكثر استقرارا بمرور الوقت من polypyrrole بعد تصنيعه7. كما أن لديها شفافية بصرية جيدة ، مما يعني أن معامل امتصاصها البصري ، خاصة في شكل سلفونات PEDOT-polystyrene (PEDOT-PSS) ، موجود في المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي عند 400-700 نانومتر7. في تشكيل PEDOT كهروكيميائيا ، تتأكسد مونومرات EDOT في القطب العامل لتشكيل كاتيونات جذرية ، والتي تتفاعل مع الكاتيونات الجذرية الأخرى أو المونومرات لإنشاء سلاسل PEDOT التي تترسب على سطح القطب1.

تشارك عوامل تحكم مختلفة في التكوين الكهروكيميائي لأغشية PEDOT ، مثل المنحل بالكهرباء ، ونوع المنحل بالكهرباء ، وإعداد القطب الكهربائي ، ووقت الترسيب ، ونوع الدوبانت ، ودرجة حرارة المذيب1 يمكن توليد PEDOT كهروكيميائيا عن طريق تمرير التيار من خلال محلول إلكتروليت مناسب. يمكن استخدام الإلكتروليتات المختلفة مثل المائية (على سبيل المثال ، PEDOT-PSS) ، العضوية (على سبيل المثال ، PC ، acetonitrile) ، والسوائل الأيونية (على سبيل المثال ، 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF4))8.

واحدة من مزايا طلاء PEDOT هي أنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من مقاومة قطب Au في نطاق تردد 1 كيلو هرتز بمقدار مرتبتين أو ثلاث أوامر من الحجم ، مما يجعل من المفيد زيادة حساسية الكشف الكهروكيميائي المباشر للنشاط العصبي9. علاوة على ذلك ، فإن سعة تخزين الشحنة للأقطاب الكهربائية المعدلة بواسطة PEDOT تزيد وتؤدي إلى استجابات محتملة أسرع وأقل عند نقل شحنة التحفيز من خلال PEDOT10. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم استخدام سلفونات البوليسترين (PSS) كجرعة لتشكيل PEDOT على صفائف Au microelectrode ، فإنه يخلق سطحا خشنا مسامية مع مساحة سطح نشطة عالية ، ومقاومة واجهة أقل ، وقدرة حقن شحنة أعلى11. بالنسبة لخطوة البلمرة الكهربائية ، عادة ما تقوم EDOT-PSS بعمل تشتت في إلكتروليت مائي.

ومع ذلك ، فإن EDOT قابل للذوبان في الكلوروفورم والأسيتون و ACN والمذيبات العضوية الأخرى مثل الكمبيوتر الشخصي. لذلك ، في هذه الدراسة ، تم استخدام خليط من الماء مع حجم صغير من ACN بنسبة 10: 1 لصنع محلول EDOT قابل للذوبان قبل بدء البلمرة الكهربائية. الغرض من استخدام هذا المنحل بالكهرباء المائية هو حذف خطوة التأقلم في إعداد القطب الدقيق المعدل بواسطة PEDOT وتقصير الخطوات. المنحل بالكهرباء العضوي الآخر المستخدم للمقارنة مع المنحل بالكهرباء المائي / ACN هو PC. يحتوي كلا الشوارد على LiClO4 كدوبانت للمساعدة في أكسدة مونومر EDOT وتشكيل بوليمر PEDOT.

الأقطاب الكهربائية الدقيقة هي أقطاب كهربائية عاملة فولتاميرية ذات أقطار أصغر من الأقطاب الكهربائية الكبيرة ، حوالي عشرات الميكرومترات أو أقل في الأبعاد. وتشمل مزاياها على الأقطاب الكهربائية الكبيرة تعزيز النقل الجماعي من المحلول نحو سطح القطب ، وتوليد إشارة حالة ثابتة ، وانخفاض جهد أومي أقل ، وسعة طبقة مزدوجة أقل ، وزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء12. على غرار جميع الأقطاب الكهربائية الصلبة ، يجب تكييف الأقطاب الكهربائية الدقيقة قبل التحليل. تقنية المعالجة المسبقة أو التنشيط المناسبة هي التلميع الميكانيكي للحصول على سطح أملس ، تليها خطوة تكييف كهروكيميائية أو كيميائية ، مثل الدوران المحتمل على نطاق معين في إلكتروليت مناسب13.

يستخدم CV بشكل شائع جدا في البلمرة الكهروكيميائية ل PEDOT عن طريق إدخال أقطاب كهربائية في محلول مونومر يتضمن مذيبا مناسبا وإلكتروليت دوبانت. هذه التقنية الكهروكيميائية مفيدة في توفير معلومات الاتجاه مثل انعكاس إجراء عمليات المنشطات البوليمر وعدد الإلكترونات المنقولة ، ومعاملات الانتشار للتحليلات ، وتشكيل منتجات التفاعل. تصف هذه الورقة كيف يمكن لاثنين من الإلكتروليتات المختلفة المستخدمة في البلمرة الكهربائية ل PEDOT توليد أفلام بنية نانوية رقيقة مع تطبيق استشعار محتمل يعتمد على المورفولوجيا والخصائص الجوهرية الأخرى.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد الحلول التحليلية

  1. تحضير 0.1 M EDOT في محلول عضوي
    1. وزن 0.213 غرام من LiClO4 ونقله إلى قارورة حجمية 20 مل.
    2. استخدم أسطوانة قياس لأخذ 20 مل من الكمبيوتر الشخصي من الزجاجة.
    3. أضف الكمبيوتر الشخصي إلى القارورة الحجمية سعة 20 مل التي تحتوي على LiClO4. امزج المحلول عن طريق وضع القارورة في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة. انقل المحلول إلى قارورة زجاجية سعة 20 مل.
    4. قم بتغطية القارورة بورق الألومنيوم وأدخل إبرة طويلة متصلة بأنبوب نيتروجين في المحلول لإزالة الغاز لمدة 10 دقائق. ثم ، قم بإزالة رقائق الألومنيوم وقم بتغطية القارورة بإحكام.
      ملاحظة: قم بإعداد LiClO4 طازجا في يوم التجربة.
    5. قبل الاختبار الكهروكيميائي ، انقل 1 مل من محلول LiClO4 المحضر (0.1 م) إلى خلية كهروكيميائية (انظر جدول المواد).
    6. استخدم ماصة دقيقة (10-100 ميكرولتر) لإضافة 10.68 ميكرولتر من مونومر EDOT (الكثافة: 1.331 جم / مل) إلى الخلية الكهروكيميائية التي تحتوي على محلول LiClO4 المحضر.
    7. قم بتشغيل طريقة CV (انظر القسم 3.4 للحصول على معلمات CV) لبدء البلمرة الكهربائية ل EDOT على سطح القطب الدقيق Au العاري بعد إدخال جميع إعدادات القطب الكهربائي في المحلول. استخدم هذا القطب المعدل لتوصيف السطح عن طريق المسح المجهري الإلكتروني (SEM).
    8. لاستخدام هذا القطب المعدل لأغراض الاستشعار ، قم أولا بتأقلم سطحه مع محلول مائي عن طريق تشغيل مسح CV في محلول بيركلورات الصوديوم (NaClO 4) (انظر القسم3.4 للحصول على معلمات CV).
    9. استخدم هذا القطب الدقيق المعدل عضويا والمتأقلم مع PEDOT (من 1.1.8) لتشغيل CV (انظر القسم 3.4 للحصول على معلمات CV) من محلول عازل للفوسفات لاستخدامه كمسح ضوئي في الخلفية.
      ملاحظة: شطف القطب الكهربائي بعد كل خطوة.
    10. أخيرا ، أخرج القطب الكهربائي من المحلول العازل دون شطف ، وأدخله على الفور في محاليل حمض اليوريك أو عينات الحليب لتشغيل عمليات مسح السيرة الذاتية (انظر القسم 3.4 للحصول على معلمات CV).
  2. تحضير 0.01 M EDOT في محلول مائي
    1. استخدم ماصة دقيقة لأخذ 10.68 ميكرولتر من EDOT وإضافة إلى 1 مل من ACN في قارورة زجاجية.
    2. أضف 9 مل من الماء منزوع الأيونات (18.2 مللي متر مكعب / سم عند 25 درجة مئوية) إلى القارورة لإعداد 10 مل من محلول EDOT 0.01 M.
    3. أضف 0.11 جم من مسحوق LiClO 4 إلى محلول EDOT المحضر للحصول على محلول 0.1 M LiClO4 ، واخلطه بلطف.
      ملاحظة: قم بإعداد محاليل المنحل بالكهرباء طازجة في يوم التجربة.
    4. انقل المحلول المحضر إلى الخلية الكهروكيميائية وابدأ البلمرة الكهربائية ل 0.01 M EDOT على سطح القطب الكهربائي بطريقة CV (انظر القسم 3.4 للحصول على معلمات CV) بعد إدخال القطب الكهربائي في محلول مائي / ACN.
    5. توصيف سطح هذا القطب المعدل بواسطة SEM.
  3. تحضير محلول بيركلورات الصوديوم 0.1 م
    1. وزن 0.245 غرام من NaClO4 ونقله إلى قارورة زجاجية تحتوي على 20 مل من الماء منزوع الأيونات (18.2 MΩ / سم عند 25 درجة مئوية).
    2. استخدم هذا الحل للتأقلم مع سطح القطب الاصطناعي Au المعدل عضويا إلى محلول مائي ولإزالة EDOT الزائد. لهذا الغرض ، شطف القطب الكهربائي وإدخاله في محلول NaClO4 ؛ ثم قم بتشغيل CV لمدة 10 دورات (انظر القسم 3.4 للحصول على معلمات CV).
  4. إعداد حل المخزن المؤقت
    1. وزن 13.8 جم من فوسفات ثنائي هيدروجين الصوديوم (NaH 2 PO4. 1H2O) في قارب وزن. انقله إلى قارورة حجمية سعة 500 مل (أي الحجم النهائي المطلوب) وقم برفعه إلى الخط بالماء منزوع الأيونات (18.2 ميجا بايت / سم عند 25 درجة مئوية).
    2. ضع القارورة في حمام بالموجات فوق الصوتية حتى يذوب المسحوق تماما في الماء ، مما يؤدي إلى محلول 0.2 متر.
    3. في قارب وزن جديد ، قم بوزن 17.8 جم من فوسفات الهيدروجين ثنائي الصوديوم (Na 2 HPO4. 2H2O) وانقلهإلى قارورة حجمية أخرى سعة 500 مل. قم بتعبئته بالماء منزوع الأيونات للحصول على محلول 0.2 متر. ضع القارورة في حمام بالموجات فوق الصوتية لتذوب بشكل صحيح.
    4. امزج 62.5 مل من محلول فوسفات ثنائي هيدروجين الصوديوم مع 37.5 مل من محلول فوسفات الهيدروجين ثنائي الصوديوم في أسطوانة قياس وانقل الخليط إلى زجاجة زجاجية سعة 250 مل (انظر جدول المواد). قم بتعبئته ب 100 مل أخرى من الماء منزوع الأيونات للحصول على 200 مل من 0.1 متر من محلول الفوسفات العازل ، درجة الحموضة 6.6. قم بتبريد المخزن المؤقت للفوسفات للاستخدام على المدى الطويل.
      ملاحظة: أحضر المخزن المؤقت إلى درجة حرارة الغرفة قبل كل تجربة.
  5. إعداد حلول التحليل المستهدفة
    1. وزن 0.0084 غرام من حمض اليوريك (UA) في قارب وزن ، وإذابته في 50 مل من الفوسفات العازل (الرقم الهيدروجيني 6.6) في قارورة حجمية للحصول على محلول UA 1 mM.
    2. قم بتفريغ المحلول عن طريق تطهير النيتروجين لمدة 10 دقائق.
      ملاحظة: من المستحسن إعداد حل UA طازجا في يوم التجربة.
  6. إعداد عينات الحليب لتحليلها
    1. احصل على عينة حليب كامل الدسم وبعض عينات الحليب بنكهات مختلفة (مثل حليب الإسبريسو وحليب الكراميل / الشوكولاتة البيضاء وحليب الشوكولاتة البلجيكي) من سوبر ماركت محلي للتحليل الكهربائي. لا تعالج عينات الحليب مسبقا أو تخففها.
    2. استخدم ماصة دقيقة سعة 5 مل لأخذ 5 مل من كل عينة حليب من الزجاجات المفتوحة حديثا.
    3. أولا ، قم بتشغيل CV من المخزن المؤقت للفوسفات ، الرقم الهيدروجيني 6.6 ، كإشارة خلفية. ثم ، أضف عينة الحليب سعة 5 مل إلى الخلية الكهروكيميائية ، وأدخل القطب الدقيق Au الطازج والعضوي المصنوع من قبل PEDOT والأقطاب الكهربائية الأخرى في عينات الحليب وقم بتشغيل CV. انظر القسم 4 من البروتوكول لمعرفة كيفية تحليل البيانات التي تم جمعها.
  7. تحضير حلول المعالجة المسبقة بالقطب الكهربائي
    1. وزن 0.2 غرام من مسحوق هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ونقله إلى قارورة حجمية 50 مل لإعداد محلول 0.1 متر.
    2. استخدم محلول 0.1 M NaOH لإزالة بقايا PEDOT التي تشكلت على سطح القطب الدقيق بعد كل تشغيل.
    3. استخدم ماصة زجاجية لسحب 27.2 مل من زجاجة حمض الكبريتيك بنسبة 98٪ (H2SO4). أضفه ببطء شديد إلى قارورة حجمية سعة 1 لتر نصف مملوءة بالماء منزوع الأيونات.
    4. قم بتعبئة القارورة إلى الخط بالماء منزوع الأيونات لإعداد 1 لتر من محلول 0.5 M H2SO4 .
      ملاحظة: قم بإعداد محلول H2SO4 تحت غطاء الدخان للسلامة. استخدم محلول H2SO4 في خطوة التنظيف الكهروكيميائية النهائية للإلكترود الدقيق.

2. المعالجة المسبقة للقطب الدقيق الذهبي

  1. قم بتلميع القطب الكهربائي Au microelectrode (قطره 10 ميكرومتر ، عرضه 3.5 مم × طوله 7 سم) على وسادة تلميع الألومينا الموضوعة على لوحة تلميع زجاجية (الأبعاد: 3 "× 3 "مربعات) باستخدام ملاط الألومينا لمدة 30 ثانية مع حركات يدوية دائرية وثمانية الأشكال أثناء التلميع.
  2. شطف القطب الدقيق Au بالماء منزوع الأيونات ، وأدخله في قارورة زجاجية تحتوي على 15 مل من الإيثانول المطلق (درجة LR) ، والموجات فوق الصوتية لمدة 2 دقيقة.
  3. شطف القطب الكهربائي الدقيق Au مع الإيثانول والماء ومرة أخرى بالموجات فوق الصوتية لمدة 4 دقائق في الماء منزوع الأيونات لإزالة الألومينا الزائدة من سطح القطب الكهربائي.
  4. وأخيرا، قم بإزالة الشوائب الإضافية عن طريق ركوب الدراجات في 0.5 M H2SO 4 ل 20 شريحة بين إمكانات0.4 و 1.6 V (مقابل Ag / AgCl) بمعدل مسح 50 mV / s. تأكد من وجود قمتين واضحتين بسبب تكوين وتقليل أكسيد الذهب عند إمكانات أنودية وكاثودية متسقة في كل مرة يتم فيها تنظيف القطب الكهربائي في H2SO4.

3. تقنية قياس الفولتاميتر الدوري

  1. استخدم بوتينتيستات مناسبة لتشغيل CV كتقنية كهروكيميائية ذات أهمية.
  2. قم بتشغيل potentiostat والكمبيوتر المرفق به. تأكد من توصيل النظام.
  3. لاختبار الاتصال بين الكمبيوتر والجهاز ، ابدأ تشغيل البرنامج وقم بتشغيل الجهاز. استخدم الأمر اختبار الأجهزة ضمن القائمة إعداد . إذا ظهر خطأ فشل الارتباط ، فتحقق من إعدادات الاتصال والمنفذ.
  4. افتح برنامج potentiostat على الكمبيوتر، وفي قائمة الإعداد، اختر تقنية. من النافذة الافتتاحية ، اختر قياس الجهد الدوري (CV). مرة أخرى ، ارجع إلى قائمة الإعداد وانقر فوق المعلمات لإدخال المعلمات التجريبية لتشغيل السيرة الذاتية.
    1. استخدم معلمات CV التالية لتشغيل البلمرة الكهربائية PEDOT في إلكتروليت عضوي على القطب الصغير Au العاري: الجهد الأولي: -0.3 V ، الجهد النهائي: -0.3 V ، الجهد العالي: 1.2 V ، عدد الأجزاء: 8 ، معدلات المسح: 100 mV / s ، الاتجاه: موجب.
    2. استخدم معلمات CV التالية لتشغيل البلمرة الكهربائية PEDOT في إلكتروليت مائي / ACN على القطب الصغير Au العاري: الجهد الأولي: -0.3 V ، الجهد النهائي: -0.3 V ، الجهد العالي: 1.2 V ، عدد الشرائح: 20 ، معدلات المسح: 100 mV / s ، الاتجاه: موجب.
    3. استخدم معلمات CV التالية لتشغيل خطوة التأقلم للقطب الدقيق Au المعدل عضويا: الجهد الأولي: -0.2 V ، الجهد النهائي: -0.2 V ، الجهد العالي: 0.8 V ، عدد الشرائح: 20 ، معدلات المسح: 100 mV / s ، الاتجاه: موجب.
    4. استخدم معلمات CV التالية للحلول القياسية UA والمخزن المؤقت للفوسفات (الرقم الهيدروجيني 6.6) مع القطب الدقيق Au العاري: الجهد الأولي: 0 V ، الجهد النهائي: 0 V ، الجهد العالي: 1 V ، عدد الشرائح: 2 ، معدلات المسح: 100 mV / s ، والاتجاه: موجب.
    5. استخدم معلمات CV التالية للحلول القياسية UA والمخزن المؤقت للفوسفات (الرقم الهيدروجيني 6.6) على القطب الدقيق Au المعدل عضويا: الجهد الأولي: 0 V ، الجهد النهائي: 0 V ، الجهد العالي: 0.6 V ، عدد الشرائح: 2 ، معدلات المسح: 100 mV / s ، والاتجاه: إيجابي.
    6. استخدم معلمات CV التالية لعينات الحليب والمخزن المؤقت للفوسفات (الرقم الهيدروجيني 6.6) على القطب الاصطناعي Au microelectrode المعدل عضويا: الجهد الأولي: 0 V ، الجهد النهائي: 0 V ، الجهد العالي: 0.8 V ، عدد الأجزاء: 2 ، معدلات المسح: 100 mV / s ، الاتجاه: موجب.
  5. قم بإعداد ثلاثة إعدادات قطب كهربائي في خلية كهروكيميائية زجاجية بما في ذلك قطب كهربائي عامل (Au microelectrode (قطره 10 ميكرومتر))، وقطب كهربائي مرجعي (على سبيل المثال، كلوريد الفضة / الفضة (Ag/AgCl) في كلوريد الصوديوم 3 M (NaCl)، وقطب كهربائي مضاد لأسلاك البلاتين.
  6. مرر هذه الأقطاب الكهربائية النظيفة والمجففة من خلال ثقوب حامل قطب كهربائي متصل بحامل. ثم ضع الحامل فوق الخلية الكهروكيميائية لإدخال الأقطاب الكهربائية في المحلول أو العينة المستهدفة.
  7. تأكد من عدم وجود فقاعات على أسطح القطب الكهربائي.
    1. إذا كانت هناك فقاعات ، فقم بإزالة الأقطاب الكهربائية ، وشطفها بالماء منزوع الأيونات مرة أخرى وجففها بمنديل. ضع الأقطاب الكهربائية مرة أخرى في حامل الحامل وفي المحلول.
    2. إذا كانت هناك فقاعات حول القطب المرجعي ، فانقر فوق الطرف بلطف.
    3. إذا كانت هناك فقاعات حول القطب المضاد بعد بدء تشغيله ، فقم بتنظيف القطب المضاد. إذا أصبح فحص السيرة الذاتية صاخبا، فقم بتنظيف سطح القطب الكهربائي وتحقق من اتصالات النظام والأسلاك والمقاطع.
  8. تأكد من توصيل جميع وصلات الأسلاك الثلاثة للإشارة والأقطاب الكهربائية العاملة والمضادة بشكل صحيح ، ثم ابدأ التجربة بالنقر فوق تشغيل في الأسفل.
  9. قم بإجراء جميع التجارب في درجة حرارة الغرفة. بالنسبة لعينات الحليب، دع درجة حرارة عينات الحليب تصل إلى درجة الحرارة المحيطة قبل تشغيل CV.

4. جمع البيانات وتحليلها

  1. بعد تشغيل CV ، احفظ البيانات بالتنسيق المطلوب (CSV أو Bin) في مجلد ، ثم استخدم عصا ذاكرة USB لجمعها. تحليل البيانات باستخدام البرامج المناسبة. قم بتحويل ملفات CSV إلى جداول بيانات لتسهيل التحليل.
    ملاحظة: إذا تم حفظ البيانات بتنسيق ملف ثنائي، قم بتحويلها إلى تنسيق فاصلة نصية قبل جمع البيانات في ذاكرة USB.
  2. لتحليل السيرة الذاتية لعينات الحليب ، اطرح السيرة الذاتية للحليب من السيرة الذاتية الخلفية (أي السيرة الذاتية للمخزن المؤقت للفوسفات (الرقم الهيدروجيني 6.6) المأخوذة قبل تشغيل كل عينة حليب) لإنتاج منحنيات بسبب أكسدة ملف تعريف الحليب.

5. تقنيات لتوصيف PEDOT

  1. استخدم نوعا معينا من SEM عالي الأداء لتوصيف طبقات PEDOT المصنوعة في إلكتروليتات مختلفة.
    ملاحظة: هنا ، تم استخدام FEI Quanta 200 ESEM FEG ؛ وهي مجهزة بمسدس الانبعاثات الميدانية Schottky (FEG) للحصول على دقة مكانية أفضل. يوفر هذا الجهاز أوضاع عمل مختلفة مثل أوضاع الفراغ العالي والفراغ المنخفض وأوضاع SEM البيئية وهو مجهز بكاشف EDS للنافذة الرقيقة للغاية من SiLi (الليثيوم المنحرف).
  2. تحقق من التشكل السطحي لكل من الأقطاب الكهربائية الدقيقة Au (PEDOT-Au) العارية والمعدلة بواسطة PEDOT بواسطة SEM بعد البلمرة الكهربائية PEDOT في المحاليل العضوية والمائية. قم بإجراء البلمرة الكهربائية PEDOT على الأقطاب الكهربائية العارية Au في المحاليل المائية / ACN والعضوية مباشرة قبل فحصها بواسطة SEM.
  3. ضع الأقطاب الكهربائية المحضرة حديثا (قطب Au دقيق عار واثنان من الأقطاب الكهربائية الدقيقة PEDOT-Au) على مرحلة SEM أفقيا ، مع رأسها فوق المرحلة بزاوية معينة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

قياس الفولتامتر الدوري هو تقنية سهلة لتشكيل طبقة PEDOT رقيقة على سطح القطب الدقيق Au لزيادة الموصلية والحساسية القطب أثناء الاستشعار الكهروكيميائي للتحليلات المستهدفة. يوضح هذا البروتوكول طريقة البلمرة الكهربائية ل 0.1 M EDOT من محلول عضوي مقارنة ب 0.01 M EDOT من محلول إلكتروليت مائي. يؤدي تشغيل 10 دورات في محلول مائي / ACN إلى نمو معتدل ل PEDOT مماثل لتلك التي لوحظت مع 4 دورات في حل LiClO4 / PC. يوضح الشكل 1 اختلافا واضحا بين EDOT المبلمر الكهربائي في المحاليل المائية / ACN والمحاليل العضوية ، مع طبقات PEDOT اللاحقة التي تم تشكيلها من خلال تطبيق CV. من الواضح أنه عند ركوب الدراجات من -0.3 إلى +1.2 فولت (مقابل Ag / AgCl في 3 M NaCl) بمعدل مسح 100 mV / s ، بدأ البوليمر في الأكسدة عند 0.9 V في كل من محاليل المنحل بالكهرباء (الشكل 1A والشكل 1C) ، مع ذروة أكسدة شوهدت عند 1 V في محلول مائي / ACN.

عند الفحص الدقيق ، تعرض طبقات PEDOT المصنوعة في المحلول العضوي بعد 4 دورات قيما تيارية أعلى (~ 2.9 μA) عند 1.2 V مقارنة بالقيمة الحالية (0.23 μA) التي شوهدت لطبقات PEDOT التي تشكلت عند هذا الجهد في محلول مائي / ACN. عندما يزداد عدد دورات البلمرة الكهربائية أثناء تشغيل CV ، يتم تصنيع الطبقات الجديدة من PEDOT تدريجيا على سطح القطب الكهربائي لزيادة سمك الطبقات. يمكن أن يكون هذا بسبب تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث في PEDOT الداخلي بين النطاق المحتمل من 0 إلى 0.7 V (الشكل 1B والشكل 1D). ويصور الشكل 1 باء والشكل 1 دال نطاقا أضيق نطاقا محتملا لإظهار نمو PEDOT بشكل صحيح. تم حساب قيم الكثافة الحالية على الجانب الأيمن من كل رسم بياني بقسمة القيم الحالية على الجانب الأيسر من الرسم البياني على مساحة السطح الهندسية للقطب الدقيق Au غير المعدل (78.5 × 10-8 سم2 ، r = 5 × 10-4 cm).

تم إجراء تحليل SEM لتأكيد كفاءة تكوين طبقة PEDOT عن طريق البلمرة الكهربائية في محلولين للكهارل (الشكل 2A-F). تم اختيار الصور التي التقطتها SEM بتكبيرات مختلفة (4000x و 30000x و 60000x). يمكن تحديد مساحة السطح الهندسية للأقطاب الكهربائية الدقيقة العارية و PEDOT-Au باستخدام هذه الصور. يؤكد الشكل 2A قطرا ~ 10 ميكرومتر للقطب الدقيق الذهبي العاري. وبالتالي ، يتم حساب مساحة السطح لتكون ~ 78.5 × 10-8 سم2. كان قطر البنية النانوية PEDOT التي تشكلت في المحلول العضوي بعد 4 دورات على سطح القطب الدقيق Au ~ 40 ميكرومتر (الشكل 2C ، D). على النقيض من ذلك ، كان نمو PEDOT على سطح القطب أقل بعد 10 دورات من البلمرة الكهربائية. وينظر إليه على أنه ميزات بوليمرية جبلية على محيط القطب الكهربائي مع انخفاض في الوسط (الشكل 2E ، F).

توفر صور SEM دليلا على تفوق نمو PEDOT في المحلول العضوي مقارنة بنظام aqueous / ACN وإنشاء بنية نانوية مسامية للغاية تمتد من القطب الدقيق في شكل يشبه القرنبيط. تم استخدام هذا القطب الدقيق PEDOT المحضر في محلول عضوي لتطبيقات الاستشعار ، خاصة للكشف عن UA في المحاليل القياسية وعينات الحليب. يوضح الشكل 3 السيرة الذاتية للكشف عن UA في حل قياسي في قطب Au الصغير العاري ومستشعر PEDOT. يتميز أداء القطب الميكروالكهربائي Au العاري للكشف عن UA بتيارات الحالة المستقرة التي تم الحصول عليها بإمكانات أعلى من 0.8 V بسبب الانتشار الشعاعي ل UA على سطح القطب الكهربائي (الشكل 3A). تم رسم منحنى معايرة خطي استنادا إلى متوسط التيارات عند 0.8 فولت لنطاق تركيز UA من 62.5 إلى 1000 ميكرومتر بعد ثلاثة أشواط CV مكررة (الشكل 3B).

من خلال مقارنة ميل معادلات منحنى المعايرة ، وجد أن القطب الدقيق PEDOT لديه حساسية أعلى 100 مرة من القطب الدقيق العاري. ومن المثير للاهتمام أن نطاق UA المكتشف باستخدام مستشعر PEDOT المصنوع في محلول عضوي كان أقل ، من 6.25 إلى 200 ميكرومتر ، محسوبا عن طريق قياس القيمة الحالية عند طرف قمة الأنوديك الحادة (الشكل 3C ، D). تم استخدام بيانات منحنى المعايرة لقطب PEDOT لقياس حد الكشف (LOD) والحد من القياس الكمي (LOQ) ل UA للقطب المعدل. تم استخدام ميل معادلة منحنى المعايرة (b) والخطأ القياسي المقيم للاعتراض (الاعتراضات) لقياس قيم LOD و LOQ (مستوى ثقة 95٪) -7 μM و 24 μM14 ، على التوالي - باستخدام المعادلتين (1) و (2).

LOD = 3s / b (1)

LOQ = 10s / b (2)

تعد حساسية المستشعر المعدل عضويا بواسطة PEDOT عاملا مهما. يتم حساب ذلك عن طريق قسمة ميل منحنى المعايرة على مساحة السطح الهندسية للقطب العامل ، والتي تبلغ 397 μA μM-1 cm-2.

تطبيق آخر لمستشعر PEDOT الذي تم تصنيعه في المحلول العضوي هو تحليل محتوى UA في عينات حقيقية ، على سبيل المثال ، الحليب الطازج العادي وعينات الحليب النكهة المختارة (الشكل 4). ميزة هذه التقنية هي أنه يمكن قياس مستويات UA في عينات الحليب دون أي معالجة مسبقة أو تخفيف. تمت مقارنة أداء مستشعر القطب الدقيق PEDOT-Au هذا بالقطب الضخم الكربوني الزجاجي المعدل بواسطة PEDOT (PEDOT-GC) الذي تم إعداده بنفس الطريقة في الحل العضوي15. كان تيار الذروة الأنودي ل UA في الحليب العادي عند 0.35 V (مقابل Ag / AgCl) باستخدام القطب الكهربائي الدقيق PEDOT ~ 28.4 nA ، وهو ما يعادل 82.7 μM باستخدام معادلة منحنى المعايرة في الشكل 3D (y = 0.3x + 2.6 ، R2 = 0.993). كانت هذه القيمة ~ 83.4 ميكرومتر ل UA في الحليب العادي المحدد باستخدام PEDOT-GC15. ترتبط ذروة الأكسدة الكبيرة الثانية في فحص CV للحليب العادي عند 0.65 V (الشكل 4A) بالمركبات القابلة للأكسدة ، بما في ذلك الأحماض الأمينية النشطة كهربائيا مثل السيستين والتريبتوفان والتيروزين15,16. الكثافة الحالية لهذه الذروة من الحليب العادي أكبر بأكثر من 200 مرة من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام PEDOT-GC15 المبلغ عنه سابقا. يظهر هذا استجابة أكثر حساسية للقطب الدقيق الذي تغطيه طبقات PEDOT مقارنة بالقطب الكبير المعدل بواسطة PEDOT.

يمكن رؤية فحوصات السيرة الذاتية التي تم الحصول عليها لعينات حليب الكراميل والشوكولاته البيضاء في الشكل 4A. يظهر ذروة واضحة عند 0.36 فولت ل UA ، إلى جانب تيار ذروة إضافي يبلغ ~ 42 نانو أمبير عند 0.56 فولت يتم دمجه مع الذروة عند 0.66 فولت. يمكن أن ترتبط هذه الذروة الإضافية عند 0.56 فولت بوجود حمض الفانيليك ، أحد مكونات الحليب المنكه. تشير السيرة الذاتية لعينة حليب الشوكولاتة البلجيكية إلى مجموعة جديدة من قمم الأنوديك عند 0.26 فولت و 0.36 فولت و 0.66 فولت وذروة كاثودية عند 0.22 فولت. يشبه ملف تعريف الشوكولاتة ملف تعريف الأكسدة والاختزال الكاتشين جنبا إلى جنب مع مضادات الأكسدة البوليفينولية الأخرى الموجودة في الشوكولاتة أو الكاكاو15. وهكذا ، تظهر قمم أكسدة الكاتشين واختزاله عند 0.26 فولت و 0.22 فولت ، على التوالي. يرجع تيار الذروة 0.36 فولت ، الذي يظهر كذروة حادة في ذيل قمة الكاتشين ، إلى أكسدة UA. ويبين الشكل 4 باء سيرة ذاتية لعينة حليب الإسبريسو الكولومبية، التي تظهر تيارات ذروة أنودية وكاثودية واسعة عند 0.35 فولت و 0.23 فولت، على التوالي، في PEDOT-Au، والتي ترجع إلى مضادات الأكسدة الفينولية الرئيسية في القهوة، وهي أحماض الكلوروجينيك والكافيين. نظرا لأن مساحة السطح الهندسي للقطب الدقيق PEDOT أعلى من مساحة القطب الكبير PEDOT ، فإن الكثافات الحالية لقمم UA في عينات الحليب هذه أكبر ب 150 إلى 500 مرة في PEDOT-Au15.

Figure 1
الشكل 1: البلمرة الكهربائية ل PEDOT على قطب دقيق ذهبي. PEDOT المحضر بواسطة (A ، B) 10 CV مسح في محلول مائي (0.01 M EDOT في 1 مل ACN + 9 مل ماء منزوع الأيونات + 0.1 M LiClO4) ؛ و (C ، D) باستخدام 4 عمليات مسح CV في محلول إلكتروليت عضوي (0.1 M EDOT في 1 مل من 0.1 M LiClO4 / PC). B و D هما إصداران موسعان من A و C لتصور تيارات PEDOT بوضوح. معدل المسح الضوئي = 100 mV/s. وقد عدل هذا الرقم من15. الاختصارات: PEDOT = بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين); CV = قياس الفولتام الدوري; EDOT = 3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين; ACN = الأسيتونيتريل; LiClO4 = بيركلورات الليثيوم. Ag = الفضة; AgCl = كلوريد الفضة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: صور SEM. (A و B) القطب الدقيق الذهبي العاري (Au). الأقطاب الكهربائية الدقيقة الذهبية المعدلة من قبل PEDOT المحضرة في محلول عضوي (C و D) بعد 4 دورات من البلمرة الكهربائية و (E و F) محلول مائي بعد 10 دورات من البلمرة الكهربائية عند تكبيرات مختلفة. وقد عدل هذا الرقم من15. الاختصارات: SEM = المجهر الإلكتروني الماسح; PEDOT = بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: التصوير الموسع الدوري لتركيزات مختلفة من UA في المخزن المؤقت للفوسفات، الرقم الهيدروجيني 6.6. (أ) القطب الدقيق الذهبي العاري (الخلفية مطروحة) و (ج) القطب الدقيق الذهبي المعدل ب PEDOT (تم طرح الخلفية) ، القياسات المأخوذة مباشرة بعد إدخال القطب الكهربائي في المحلول بمعدل مسح 100 mV / s. (B) مخطط الحد من التيار عند 0.8 V مقابل تركيز UA على القطب الدقيق الذهبي العاري. (د) مخطط تيار الذروة الأنودي (Ip.a/μA) مقابل تركيز UA على القطب الدقيق الذهبي المعدل بواسطة PEDOT. (ن = 3). وقد عدل هذا الرقم من15. الاختصارات: UA = حمض اليوريك; PEDOT = بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: الفولتاموغرام الدوري (تم طرح الخلفية). (أ) الحليب العادي وحليب الشوكولاتة البلجيكي والكراميل وحليب الشوكولاتة البيضاء ، و (ب) الحليب العادي وحليب الإسبريسو الكولومبي على قطب دقيق ذهبي معدل بواسطة PEDOT (قطره 10 ميكرومتر) عند 100 mV / s. وقد عدل هذا الرقم من15. اختصار: PEDOT = بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تسمح طريقة CV بقياس سريع وبسيط للتحليلات المختلفة في الأطعمة والنبيذ والمشروبات والمستخلصات النباتية وحتى العينات البيولوجية. تنتج هذه التقنية مجموعة واسعة من البيانات ، بما في ذلك إمكانات ذروة الأكسدة / الاختزال ، وقيم ذروة التيار للتحليل المستهدف (بما يتناسب مع التركيز) ، وجميع القيم الحالية والمحتملة الأخرى بعد كل تشغيل CV. على الرغم من أن استخدام CV سهل نسبيا ، إلا أن البيانات التي تم جمعها تحتاج في بعض الأحيان إلى تحويلها من الملفات الثنائية إلى تنسيق فاصلة النص ، اعتمادا على نظام potentiostat المستخدم. على سبيل المثال ، في حالة أداة CH ، يمكن حفظ البيانات بتنسيقات فاصلة نصية أو CSV مباشرة بعد كل تشغيل. وهذا يجعل تحليل البيانات أسهل في جدول البيانات بعد تحويل النصوص إلى أعمدة. بعد الحصول على مسح السيرة الذاتية للحليب أو العينات القياسية UA في نفس النطاقات المحتملة ، تم رسمها على رسم بياني واحد للمقارنة المباشرة. لتقديم بيانات المنشورات ، يمكن أيضا رسم الرسوم البيانية في Origin أو SigmaPlot ثم تصديرها ك TIF أو أنواع الملفات الرسومية المطلوبة.

يمكن أن تكون المشاكل الشائعة في هذه الطريقة عبارة عن قطع أثرية في تتبع السيرة الذاتية. يمكن أن تنشأ هذه من أخطاء التوصيل الكهربائي ، على الأرجح بسبب مشابك الاتصال (أي المشابك التي تربط الأسلاك بكل قطب) التي أصبحت صدئة أو بسبب عدم تنظيف الأقطاب الكهربائية الدقيقة الذهبية بشكل صحيح. قد يؤدي استخدام ورق الصنفرة لإزالة الصدأ من المشابك أو استبدالها ، وإعادة تنظيف القطب الدقيق وإعادة تشغيل دورات CV بعد إدخاله في محلول H2SO4 إلى حل المشكلة.

يعد تنظيف القطب الدقيق خطوة مهمة في هذه التجربة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى إشارة أو ضوضاء منخفضة التيار. تنظيف القطب الدقيق مهم جدا أيضا حيث يمكن أن تتشكل الفقاعات عندما لا يكون القطب الدقيق نظيفا جدا. عندما تكون مواقع أكسدة الذهب واختزاله وارتفاعات الذروة التي تم الحصول عليها متسقة وصحيحة ، يكون القطب جاهزا لتشغيل البلمرة الكهربائية. عندما تكون وصلات potentiostat أو القطب الكهربائي معيبة ، سيكون هناك ضوضاء في فحص CV ، أو سيظهر الإخراج مثل نقاط الانتشار. قبل الجري ، من المهم التحقق مرة أخرى من توصيل جميع توصيلات القطب بشكل صحيح ، وعدم وجود فقاعة غاز بالقرب من طرف القطب المرجعي Ag / AgCl ، وأن الأقطاب الكهربائية لا تلمس في الخلية الكهروكيميائية. يمكن أن يكون استبدال المشابك وأسلاك الاتصال أو النقر على طرف القطب المرجعي بإصبع طريقة مفيدة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها.

أثناء تكوين قطب PEDOT ، مثل البوليمر الموصل المختار ، يجب إزالة الغاز من المنحل بالكهرباء العضوي (LiClO 4 في الكمبيوتر الشخصي) ومحاليل NaClO4 المائية قبل تشغيل البلمرة الكهربائية. من الضروري استخدام مادة كيميائية EDOT لم تنته صلاحيتها أو تتأكسد أو تلوثت بمواد كيميائية تحليلية أخرى. تختلف طبقات PEDOT الجديدة التي تتشكل في كل مرة على سطح القطب الكهربائي من حيث النمو الحالي. إذا تم الحفاظ على الإجراء ثابتا وتم تنظيف القطب الكهربائي بشكل كاف ، فإن دورات CV للبلمرة الكهربائية ستنمو بنفس القيمة الحالية في كل مرة ، مما يؤكد دقة واتساق الطريقة. تجدر الإشارة أيضا إلى أن كمية مونومر EDOT المستخدمة في المحلول العضوي كانت أعلى 10 مرات من مونومر EDOT في محلول مائي / ACN. على الرغم من أن هذا قد يبدو غير قابل للمقارنة ، إلا أنه اعتبر أفضل لأن تجاربنا الأولية أظهرت أن محلول EDOT المائي 0.1 M لم يشكل طبقة PEDOT مستقرة بسبب انخفاض قابلية الذوبان في محلول إلكتروليت مائي. في المقابل ، لم يكن لطبقة PEDOT التي تشكلت باستخدام 0.01 M EDOT في محلول عضوي نمو كاف على سطح القطب الكهربائي مقارنة بمحلول EDOT المائي 0.1 M. وبالتالي ، تم اختيار كميات EDOT المستخدمة في البلمرة الكهربائية العضوية والمائية لهذه الدراسة.

أحد قيود طريقة CV عند استخدام الأقطاب الكهربائية العارية هو صعوبة فصل القمم عند وجود عوامل متداخلة. ومع ذلك، تم حل هذه المشكلة عند استخدام PEDOT لتعديل سطح القطب الكهربائي. على سبيل المثال ، عندما كان UA هو التحليل المستهدف الذي يجب اكتشافه في الحليب ، تم تحديده بشكل منفصل عن العامل المتداخل ، حمض الأسكوربيك ، بسبب دور الوساطة في الأكسدة والاختزال ل PEDOT ، مما أدى إلى ذروة مبكرة ومنفصلة جيدا لحمض الأسكوربيك. في الوقت نفسه ، حتى مع قطب PEDOT ، عند تحليل الحليب المنكه ، قد يكون من الصعب فصل ذروة UA بشكل صحيح عن المكونات الأخرى التي لديها إمكانات أكسدة قريبة من UA ، مما يؤدي إلى دمج القمم.

في الختام ، على الرغم من أن استكشاف الأخطاء وإصلاحها قد يكون مطلوبا بشكل متقطع ، فإن استخدام الطبقات النانوية CV و PEDOT على سطح القطب الكهربائي مفيد للكشف عن التحليلات المستهدفة مثل UA في الحلول القياسية وحلول المصفوفة المعقدة ، مثل عينات الحليب ، دون أي معالجة مسبقة. بالمقارنة مع تقنية الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء ، فإن طريقة CV هذه سريعة ولا تحتاج إلى خطوات معالجة مسبقة تستغرق وقتا طويلا لإزالة الدهون أو البروتينات من عينات الحليب. علاوة على ذلك ، يجعل PEDOT القطب الدقيق انتقائيا وحساسا للغاية ، مما يعطي ذروة حادة لتحليل UA.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

بفضل التمويل المقدم من وزارة الأعمال والابتكار والتوظيف النيوزيلندية (MBIE) ضمن برنامج "أجهزة الاستشعار عالية الأداء".

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetonitrile Baker Analyzed HPLC Ultra Gradient Solvent 75-05-8 HPLC grade
Alumina polishing pad BASi, USA MF-1040 tan/velvet color
Belgian chocolate milk Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ _ Buy from local supermarket
Caramel/white chocolate milk Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ _ Buy from local supermarket
CH instrument CH instruments, Inc. USA _ Model CHI660E
Counter electrode BASi, USA MW-1032 7.5 cm long platinum wire (0.5 mm diameter) auxiliary/counter electrode, 99.95% purity
Disodium hydrogen phosphate (Na2HPO4, 2H2O) Scharlau Chemie SA, Barcelona, Spain 10028-24-7 Weigh 17.8 g
DURAN bottle University of Auckland _ The glasswares were made locally at the University of Auckland
Electrochemical cell BASi, USA MF-1208  5-15 mL volume, glass
Electrode Polishing Alumina Suspension BASi, USA CF-1050 7 mL of 0.05 µm particle size alumina polish
Espresso milk Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ _ Buy from local supermarket
3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT), 97% Sigma-Aldrich 126213-50-1 Take 10.68 μL from bottle
FEI ESEM Quanta 200 FEG USA _ SEM equipped with a Schottky field emission gun (FEG) for optimal spatial resolution. The instrument can be used in high vacuum mode (HV), low-vacuum mode (LV) and the so called ESEM (Environmental SEM) mode. 
Gold microelectrode BASi, USA MF-2006 Working electrode (10 μm diameter)
Lithium perchlorate, ACS reagent, ≥95% Sigma-Aldrich 7791-03-9 Make 0.1 M solution
Micropipettes Eppendorf _ 10-100 μL and 100-1000 volumes
MilliQ water Thermo Scientific, USA _ 18.2 MΩ/cm at 25°C, Barnstead Nanopure Diamond Water Purification System
Propylene carbonate, Anhydrous, 99.7% Sigma-Aldrich 108-32-7 Take 20 mL from bottle
Reference electrode BASi, USA MF-2052 Silver/silver chloride (Ag/AgCl) electrode to be kept in 3 M sodium chloride
Replacement glass polishing plate BASi, USA MF-2128 Glass plate as a stand to attach the polishing pad on it
Sodium dihydrogen phosphate  (NaH2PO4, 1H2O) Sigma-Aldrich 10049-21-5 Weigh 13.8 g
Sodium hydroxide pearls, AR ECP-Analytical Reagent 1310-73-2 Make 0.1 M solution
Sodium perchlorate, ACS reagent, ≥98% Sigma-Aldrich 7601-89-0 Make 0.1 M solution
Sulfuric acid (98%) Merck 7664-93-9 Make 0.5 M solution
Uric acid Sigma-Aldrich 69-93-2 Make 1 mM solution
Whole milk Anchor dairy company, Auckland, NZ Blue cap milk, buy from local supermarket

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Guimard, N. K., Gomez, N., Schmidt, C. E. Conducting polymers in biomedical engineering. Progress in Polymer Science. 32 (8), 876-921 (2007).
  2. Cui, X., Martin, D. C. Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).
  3. Hong, S. Y., Marynick, D. S. Understanding the conformational stability and electronic structures of modified polymers based on polythiophene. Macromolecules. 25 (18), 4652-4657 (1992).
  4. Kundu, K., Giri, D. Evolution of the electronic structure of cyclic polythiophene upon bipolaron doping. Journal of Chemical Physics. 105 (24), 11075-11080 (1996).
  5. Thomas, C. A., Zong, K., Schottland, P., Reynolds, J. R. Poly(3,4-alkylenedioxypyrrole)s as highly stable aqueous-compatible conducting polymers with biomedical implications. Advanced Materials. 12 (3), 222-225 (2000).
  6. Yamato, H., Ohwa, M., Wernet, W. Stability of polypyrrole and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) for biosensor application. Journal of Electroanalytical Chemistry. 397 (1-2), 163-170 (1995).
  7. Latonen, R. -M., et al. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) based enzyme-electrode configuration for enhanced direct electron transfer type biocatalysis of oxygen reduction. Electrochimica Acta. 68, 25-31 (2012).
  8. Liu, K., Xue, R., Hu, Z., Zhang, J., Zhu, J. J. Electrochemical synthesis of acetonitrile-soluble poly(3,4-ethylenedioxythiophene) in ionic liquids and its characterizations. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 9 (4), 2364-2367 (2009).
  9. Cui, X., Martin, D. C. Fuzzy gold electrodes for lowering impedance and improving adhesion with electrodeposited conducting polymer films. Sensors and Actuators A: Physical. 103 (3), 384-394 (2003).
  10. Wilks, S. J., Richardson-Burn, S. M., Hendricks, J. L., Martin, D., Otto, K. J. Poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) as a micro-neural interface material for electrostimulation. Frontiers in Neuroengineering. 2, 7 (2009).
  11. Pranti, A. S., Schander, A., Bödecker, A., Lang, W. Highly stable PEDOT:PSS coating on gold microelectrodes with improved charge injection capacity for chronic neural stimulation. Proceedings. 1 (4), 492 (2017).
  12. Štulík, K., Amatore, C., Holub, K., Marecek, V., Kutner, W. Microelectrodes: Definitions, characterization, and applications (Technical report). Pure and Applied Chemistry. 72 (8), 1483-1492 (2000).
  13. Štulík, K. Activation of solid electrodes. Electroanalysis. 4 (9), 829-834 (1992).
  14. Motshakeri, M., Travas-Sejdic, J., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Rapid electroanalysis of uric acid and ascorbic acid using a poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-modified sensor with application to milk. Electrochimica Acta. 265, 184-193 (2018).
  15. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Travas-Sejdic, J., Kilmartin, P. A. Electrochemical study of gold microelectrodes modified with PEDOT to quantify uric acid in milk samples. Electroanalysis. 32 (9), 2101-2111 (2020).
  16. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Application of cyclic voltammetry to analyse uric acid and reducing agents in commercial milks. Food Chemistry. 293, 23-31 (2019).

Tags

الكيمياء، العدد 173، بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) (PEDOT)، قياس الفولتام الدوري، بيركلورات الليثيوم، قطب الذهب الدقيق، كربونات البروبيلين، المجهر الإلكتروني الماسح، الحليب المنكه، الترسيب الكهربائي
التحضير الكهروكيميائي لطبقات البولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) على الأقطاب الكهربائية الدقيقة الذهبية لتطبيقات استشعار حمض اليوريك
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Motshakeri, M., Phillips, A. R. J.,… More

Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Electrochemical Preparation of Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications. J. Vis. Exp. (173), e62707, doi:10.3791/62707 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter