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Chemistry

पॉली की इलेक्ट्रोकेमिकल तैयारी (3,4-Ethylenedioxythiophene) यूरिक एसिड-सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए गोल्ड माइक्रोइलेक्ट्रोड्स पर परतें

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

हम पॉली (3,4-ethylenedioxythiophene) के इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन के लिए जलीय और कार्बनिक विलायक प्रणालियों का वर्णन करते हैं ताकि सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड्स की सतह पर पतली परतें बनाई जा सकें, जिनका उपयोग कम आणविक वजन एनालिट्स को संवेदी करने के लिए किया जाता है।

Abstract

सोने के इलेक्ट्रोड पर पॉली (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) के संश्लेषण के लिए दो अलग-अलग तरीकों का वर्णन किया गया है, एक जलीय और एक कार्बनिक समाधान में 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) मोनोमर के इलेक्ट्रोपोलीमराइजेशन का उपयोग करके। चक्रीय वोल्टमेट्री (सीवी) का उपयोग पीईडीओटी पतली परतों के संश्लेषण में किया गया था। लिथियम परक्लोरेट (LiClO4) का उपयोग जलीय (जलीय / एसिटोनिट्राइल (एसीएन)) और कार्बनिक (प्रोपलीन कार्बोनेट (पीसी)) विलायक प्रणालियों दोनों में एक डोपंत के रूप में किया गया था। कार्बनिक प्रणाली में पीईडीओटी परत बनाने के बाद, इलेक्ट्रोड सतह को जलीय नमूनों के लिए एक सेंसर के रूप में उपयोग के लिए एक जलीय समाधान में लगातार साइकिल चलाकर अनुकूलित किया गया था।

एक जलीय-आधारित इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन विधि के उपयोग से एक छोटा सेंसर तैयारी समय रखने के लिए अनुकूलन चरण को हटाने का संभावित लाभ होता है। यद्यपि जलीय विधि कार्बनिक विलायक विधि की तुलना में अधिक किफायती और पर्यावरण के अनुकूल है, कार्बनिक समाधान में बेहतर पीईडीओटी गठन प्राप्त किया जाता है। परिणामी PEDOT इलेक्ट्रोड सतहों को स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) की विशेषता थी, जिसने कार्बनिक पीसी समाधान से इलेक्ट्रोपॉलिमराइजेशन के दौरान PEDOT की निरंतर वृद्धि को दिखाया, जिसमें सोने (Au) माइक्रोइलेक्ट्रोड्स पर तेजी से भग्न-प्रकार की वृद्धि हुई।

Introduction

विद्युत रूप से संचालित पॉलिमर कार्बनिक सामग्री हैं जो इंटरफेस को बेहतर बनाने के लिए बायोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। पारंपरिक पॉलिमर के समान, पॉलिमर का संचालन करना आसान है और प्रसंस्करण1 के दौरान लचीला होता है। संचालन पॉलिमर को रासायनिक और विद्युत रासायनिक विधियों का उपयोग करके संश्लेषित किया जा सकता है; हालांकि, इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषण दृष्टिकोण विशेष रूप से अनुकूल हैं। यह मुख्य रूप से पतली फिल्मों को बनाने की उनकी क्षमता के कारण है, एक साथ डोपिंग की अनुमति देता है, संचालन बहुलक में अणुओं को कैप्चर करता है, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि संश्लेषण प्रक्रियाकी सादगी 1। इसके अलावा, पॉलिमर का संचालन एक समान, रेशेदार और ऊबड़-खाबड़ नैनोस्ट्रक्चर बनाते हैं, जो इलेक्ट्रोड सतह के दृढ़ता से अनुयायी होते हैं, जो इलेक्ट्रोड2 के सक्रिय सतह क्षेत्र को बढ़ाता है।

1980 के दशक में, कुछ पॉलीहेटेरोसाइकिल, जैसे पॉलीपाइरोल, पॉलीएनिलिन, पॉलीथिओफेन और पीईडीओटी, विकसित किए गए थे, जिन्होंने अच्छी चालकता, संश्लेषण में आसानी और स्थिरता 3,4 दिखाई थी। हालांकि पॉलीपाइरोल को अन्य पॉलिमर (जैसे, पॉलीथिओफेन डेरिवेटिव) की तुलना में बेहतर समझा जाता है, यह अपरिवर्तनीय ऑक्सीकरण5 के लिए प्रवण है। इस प्रकार, PEDOT के बाकी हिस्सों पर कुछ फायदे हैं क्योंकि इसमें बहुत अधिक स्थिर ऑक्सीडेटिव राज्य है और समान परिस्थितियों में पॉलीपाइरोल की तुलना में इसकी चालकता का 89% बरकरार रखताहै। इसके अलावा, PEDOT को उच्च विद्युतचालकता (~ 500 S / cm) और एक मध्यम बैंड गैप (यानी, बैंड अंतराल या ऊर्जा अंतराल बिना किसी चार्ज के क्षेत्र हैं और एक वैलेंस बैंड के शीर्ष और एक चालन बैंड के नीचे के बीच ऊर्जा अंतर को संदर्भित करते हैं) 7 के लिए जाना जाता है।

इसके अलावा, पीईडीओटी में इलेक्ट्रोकेमिकल गुण होते हैं, ऑक्सीकरण के लिए कम क्षमता की आवश्यकता होती है, और संश्लेषित होने के बाद पॉलीपायरोल की तुलना में समय के साथ अधिक स्थिर होताहै। इसमें अच्छी ऑप्टिकल पारदर्शिता भी है, जिसका अर्थ है कि इसका ऑप्टिकल अवशोषण गुणांक, विशेष रूप से PEDOT-polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS) के रूप में, 400-700 एनएम7 पर विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में है। PEDOT के गठन में इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से, EDOT मोनोमर्स रेडिकल धनायन बनाने के लिए काम करने वाले इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण करते हैं, जो अन्य कट्टरपंथी धनायनों या मोनोमर्स के साथ प्रतिक्रिया करते हैं ताकि PEDOT चेन बनाया जा सके जो इलेक्ट्रोड सतह1 पर जमा होते हैं।

विभिन्न नियंत्रण कारक पीईडीओटी फिल्मों के इलेक्ट्रोकेमिकल गठन में शामिल होते हैं, जैसे इलेक्ट्रोलाइट, इलेक्ट्रोलाइट प्रकार, इलेक्ट्रोड सेटअप, जमाव समय, डोपंत प्रकार, और विलायक तापमान1 पीईडीओटी को एक उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट समाधान के माध्यम से वर्तमान पारित करके इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से उत्पन्न किया जा सकता है। विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स जैसे जलीय (जैसे, PEDOT-PSS), कार्बनिक (जैसे, PC, acetonitrile), और आयनिक तरल पदार्थ (जैसे, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF4)) का उपयोग किया जा सकताहै।

PEDOT कोटिंग्स के फायदों में से एक यह है कि यह परिमाण के दो या तीन आदेशों द्वारा 1 kHz आवृत्ति सीमा में एक Au इलेक्ट्रोड की प्रतिबाधा को काफी कम कर सकता है, जो इसे तंत्रिका गतिविधि9 के प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोकेमिकल डिटेक्शन की संवेदनशीलता को बढ़ाने में सहायक बनाता है। इसके अलावा, पीईडीओटी-संशोधित इलेक्ट्रोड की चार्ज स्टोरेज क्षमता बढ़ जाती है और इसके परिणामस्वरूप तेजी से और कम संभावित प्रतिक्रियाएं होती हैं जब उत्तेजना चार्ज को पीईडीओटी10 के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। इसके अलावा, जब polystyrene sulfonate (PSS) Au microelectrode सरणियों पर PEDOT गठन के लिए एक dopant के रूप में प्रयोग किया जाता है, यह एक उच्च सक्रिय सतह क्षेत्र, कम इंटरफ़ेस प्रतिबाधा, और उच्च चार्ज इंजेक्शन क्षमता11 के साथ एक किसी न किसी, झरझरा सतह बनाता है। इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन चरण के लिए, ईडीओटी-पीएसएस आमतौर पर एक जलीय इलेक्ट्रोलाइट में एक फैलाव बनाता है।

हालांकि, ईडीओटी क्लोरोफॉर्म, एसीटोन, एसीएन और पीसी जैसे अन्य कार्बनिक सॉल्वैंट्स में घुलनशील है। इसलिए, इस अध्ययन में, पानी के मिश्रण का उपयोग 10: 1 अनुपात में एसीएन की एक छोटी मात्रा के साथ किया गया था ताकि इलेक्ट्रोपॉलिमराइजेशन शुरू होने से पहले घुलनशील ईडीओटी समाधान बनाया जा सके। इस जलीय इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करने का उद्देश्य PEDOT-संशोधित माइक्रोइलेक्ट्रोड की तैयारी में acclimatization चरण को छोड़ना और चरणों को छोटा करना है। जलीय / एसीएन इलेक्ट्रोलाइट के साथ तुलना करने के लिए उपयोग किया जाने वाला अन्य कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट पीसी है। दोनों इलेक्ट्रोलाइट्स में ईडीओटी मोनोमर को ऑक्सीकरण करने और पीईडीओटी बहुलक बनाने में मदद करने के लिए डोपंत के रूप में LiClO4 होता है।

माइक्रोइलेक्ट्रोड मैक्रोइलेक्ट्रोड्स की तुलना में छोटे व्यास के साथ वोल्टमेट्रिक काम करने वाले इलेक्ट्रोड हैं, लगभग दसियों माइक्रोमीटर या आयाम में कम। मैक्रोइलेक्ट्रोड्स पर उनके फायदों में इलेक्ट्रोड सतह की ओर समाधान से बढ़े हुए द्रव्यमान परिवहन शामिल हैं, जो एक स्थिर-राज्य संकेत, एक कम ओहमिक संभावित ड्रॉप, एक कम डबल-लेयर धारिता, और एक बढ़े हुए सिग्नल-टू-शोर अनुपात12 उत्पन्न करते हैं। सभी ठोस इलेक्ट्रोड के समान, माइक्रोइलेक्ट्रोड्स को विश्लेषण से पहले वातानुकूलित करने की आवश्यकता होती है। उपयुक्त pretreatment या सक्रियण तकनीक एक चिकनी सतह प्राप्त करने के लिए यांत्रिक चमकाने है, एक इलेक्ट्रोकेमिकल या रासायनिक कंडीशनिंग चरण के बाद, जैसे कि एक उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट13 में एक विशेष सीमा पर संभावित साइकिल चलाना।

सीवी का उपयोग आमतौर पर पीईडीओटी के इलेक्ट्रोकेमिकल पोलीमराइजेशन में एक मोनोमर समाधान में इलेक्ट्रोड डालकर किया जाता है जिसमें एक उपयुक्त विलायक और डोपंत इलेक्ट्रोलाइट शामिल होता है। यह इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक दिशा की जानकारी प्रदान करने में फायदेमंद है जैसे कि बहुलक डोपिंग प्रक्रियाओं के संचालन की उत्क्रमणता और स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या, एनालिस्ट के प्रसार गुणांक, और प्रतिक्रिया उत्पादों का गठन। यह पेपर वर्णन करता है कि कैसे पीईडीओटी के इलेक्ट्रोपोलीमराइजेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले दो अलग-अलग इलेक्ट्रोलाइट्स एक संभावित संवेदन अनुप्रयोग के साथ पतली नैनोस्ट्रक्चर फिल्में उत्पन्न कर सकते हैं जो आकृति विज्ञान और अन्य आंतरिक गुणों पर निर्भर करता है।

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Protocol

1. विश्लेषणात्मक समाधान तैयार करना

  1. एक कार्बनिक समाधान में 0.1 M EDOT तैयार करना
    1. LiClO4 के 0.213 ग्राम वजन और यह एक 20 mL वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में स्थानांतरित.
    2. बोतल से पीसी के 20 मिलीलीटर लेने के लिए एक मापने सिलेंडर का उपयोग करें।
    3. LiClO4 युक्त 20 mL वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क के लिए पीसी जोड़ें। 30 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक स्नान में फ्लास्क रखकर समाधान मिश्रण। एक 20 मिलीलीटर कांच की शीशी के लिए समाधान स्थानांतरित करें।
    4. एल्यूमीनियम पन्नी के साथ शीशी को कवर करें और 10 मिनट के लिए degas करने के लिए समाधान में एक नाइट्रोजन पाइप से जुड़ी एक लंबी सुई डालें। फिर, एल्यूमीनियम पन्नी निकालें और शीशी को कसकर कैप करें।
      नोट: प्रयोग के दिन LiClO4 ताजा तैयार करें।
    5. इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण से पहले, तैयार LiClO4 समाधान (0.1 M) के 1 मिलीलीटर को एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में स्थानांतरित करें ( सामग्री की तालिका देखें)।
    6. तैयार LiClO 4 समाधान युक्त इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के लिए EDOT मोनोमर (घनत्व: 1.331 g / mL) के 10.68 μL जोड़ने के लिए एक माइक्रोपिपेट (10-100 μL)का उपयोग करें।
    7. CV विधि चलाएँ (CV पैरामीटर के लिए अनुभाग 3.4 देखें) समाधान में सभी इलेक्ट्रोड सेटअप डालने के बाद नंगे Au microelectrode सतह पर EDOT के electropolymerization शुरू करने के लिए। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) को स्कैन करके सतह को चिह्नित करने के लिए इस संशोधित इलेक्ट्रोड का उपयोग करें।
    8. संवेदन उद्देश्यों के लिए इस संशोधित इलेक्ट्रोड का उपयोग करने के लिए, पहले सोडियम पर्क्लोरेट (NaClO4) समाधान में CV स्कैन चलाकर इसकी सतह को एक जलीय समाधान में acclimatize करें (CV पैरामीटर के लिए अनुभाग 3.4 देखें)।
    9. एक पृष्ठभूमि स्कैन के रूप में उपयोग किया जा करने के लिए एक फॉस्फेट बफर समाधान के सीवी (इसके सीवी पैरामीटर के लिए अनुभाग 3.4 देखें) चलाने के लिए इस organically PEDOT-संशोधित और acclimatized microelectrode (1.1.8 से) का उपयोग करें।
      नोट: प्रत्येक चरण के बाद इलेक्ट्रोड कुल्ला।
    10. अंत में, बिना कुल्ला किए बफर समाधान से इलेक्ट्रोड को बाहर निकालें, और तुरंत इसे सीवी स्कैन चलाने के लिए यूरिक एसिड समाधान या दूध के नमूनों में डालें (सीवी पैरामीटर के लिए अनुभाग 3.4 देखें)।
  2. एक जलीय विलयन में 0.01 M EDOT तैयार करना
    1. EDOT के 10.68 μL लेने के लिए एक माइक्रोपिपेट का उपयोग करें और एक कांच की शीशी में एसीएन के 1 मिलीलीटर में जोड़ें।
    2. 0.01 M EDOT समाधान के 10 mL तैयार करने के लिए शीशी में 9 mL विआयनीकृत पानी (25 °C पर 18.2 MΩ/cm) जोड़ें।
    3. 0.1 M LiClO4 समाधान प्राप्त करने के लिए तैयार EDOT समाधान के लिए LiClO4 पाउडर के 0.11 ग्राम जोड़ें, और धीरे से मिश्रण।
      नोट: प्रयोग के दिन इलेक्ट्रोलाइट समाधान ताजा तैयार करें।
    4. तैयार समाधान को इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में स्थानांतरित करें और जलीय / एसीएन समाधान में इलेक्ट्रोड डालने के बाद सीवी विधि (सीवी पैरामीटर के लिए अनुभाग 3.4 देखें) द्वारा इलेक्ट्रोड सतह पर 0.01 एम ईडीओटी का इलेक्ट्रोपोलीमराइजेशन शुरू करें।
    5. SEM द्वारा इस संशोधित इलेक्ट्रोड की सतह को चिह्नित करें।
  3. 0.1 M सोडियम पर्क्लोरेट घोल तैयार करना
    1. NaClO 4 के0.245 ग्राम वजन और इसे एक कांच की शीशी में स्थानांतरित करें जिसमें 20 मिलीलीटर विआयनीकृत पानी (25 डिग्री सेल्सियस पर 18.2 MΩ / सेमी) होता है।
    2. इस समाधान का उपयोग एक जलीय समाधान के लिए जैविक रूप से बनाए गए PEDOT-संशोधित Au microelectrode की सतह को अनुकूलित करने और अतिरिक्त EDOT को हटाने के लिए करें। इस उद्देश्य के लिए, इलेक्ट्रोड को कुल्ला करें और इसे NaClO4 समाधान में डालें; फिर 10 चक्रों के लिए CV चलाएँ (CV पैरामीटर के लिए अनुभाग 3.4 देखें)।
  4. बफ़र समाधान तैयार कर रहा है
    1. एक वजन नाव में 13.8 ग्राम सोडियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट (NaH2PO4. 1H2O) का वजन करें। इसे 500 मिलीलीटर वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क (यानी, आवश्यक अंतिम मात्रा) में स्थानांतरित करें और इसे विआयनीकृत पानी (25 डिग्री सेल्सियस पर 18.2 MΩ / सेमी) के साथ लाइन तक ऊपर रखें।
    2. एक अल्ट्रासोनिक स्नान में फ्लास्क रखें जब तक कि पाउडर पानी में पूरी तरह से घुल न जाए, जिसके परिणामस्वरूप 0.2 एम समाधान हो।
    3. एक नई वजन वाली नाव में, 17.8 ग्राम डिसोडियम हाइड्रोजन फॉस्फेट (Na 2 HPO4.2H2O) का वजन करें और इसे एक और 500 मिलीलीटर वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में स्थानांतरित करें। एक 0.2 एम समाधान प्राप्त करने के लिए विआयनीकृत पानी के साथ इसे ऊपर उठाएं। ठीक से भंग करने के लिए एक अल्ट्रासोनिक स्नान में फ्लास्क जगह।
    4. एक मापने वाले सिलेंडर में 37.5 मिलीलीटर डिसोडियम हाइड्रोजन फॉस्फेट समाधान के साथ सोडियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट समाधान के 62.5 मिलीलीटर मिलाएं और मिश्रण को 250 मिलीलीटर कांच की बोतल में स्थानांतरित करें ( सामग्री की तालिका देखें)। फॉस्फेट बफर समाधान, पीएच 6.6 के 0.1 एम के 200 मिलीलीटर 200 मिलीलीटर प्राप्त करने के लिए विआयनीकृत पानी के एक और 100 मिलीलीटर के साथ इसे ऊपर उठाएं। लंबे समय तक उपयोग के लिए फॉस्फेट बफर को ठंडा करें।
      नोट:: प्रत्येक प्रयोग से पहले कमरे के तापमान के लिए बफ़र लाओ।
  5. लक्ष्य विश्लेषक समाधान तैयार करना
    1. वजन नाव में यूरिक एसिड (यूए) के 0.0084 ग्राम का वजन करें, और इसे 1 एमएम यूए समाधान प्राप्त करने के लिए वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में फॉस्फेट बफर (पीएच 6.6) के 50 मिलीलीटर में भंग करें।
    2. 10 मिनट के लिए नाइट्रोजन शुद्ध करके समाधान degas.
      नोट: प्रयोग के दिन यूए समाधान को ताजा तैयार करने की सलाह दी जाती है।
  6. विश्लेषण के लिए दूध के नमूने तैयार करना
    1. इलेक्ट्रोएनालिसिस के लिए एक स्थानीय सुपरमार्केट से एक पूरे दूध का नमूना और विभिन्न स्वादों (जैसे, एस्प्रेसो दूध, कारमेल / सफेद चॉकलेट दूध, और बेल्जियम चॉकलेट दूध) के साथ कुछ दूध के नमूने प्राप्त करें। दूध के नमूनों को प्रीट्रीट या पतला न करें।
    2. ताजा खुली बोतलों से प्रत्येक दूध के नमूने के 5 मिलीलीटर लेने के लिए 5 एमएल माइक्रोपिपेट का उपयोग करें।
    3. सबसे पहले, फॉस्फेट बफर के सीवी, पीएच 6.6, पृष्ठभूमि संकेत के रूप में चलाएं। फिर, इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में 5 एमएल दूध के नमूने को जोड़ें, और ताजा और व्यवस्थित रूप से बनाए गए, PEDOT-संशोधित Au microelectrode और अन्य इलेक्ट्रोड को दूध के नमूनों में डालें और CV चलाएं। एकत्रित डेटा का विश्लेषण करने के तरीके के लिए प्रोटोकॉल का अनुभाग 4 देखें.
  7. इलेक्ट्रोड pretreatment समाधान तैयार करना
    1. सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) पाउडर के 0.2 ग्राम का वजन करें और इसे 0.1 एम समाधान तैयार करने के लिए 50 मिलीलीटर वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में स्थानांतरित करें।
    2. प्रत्येक रन के बाद माइक्रोइलेक्ट्रोड सतह पर गठित PEDOT के अवशेषों को हटाने के लिए 0.1 M NaOH समाधान का उपयोग करें।
    3. 98% सल्फ्यूरिक एसिड (एच 2 एसओ4) बोतल से 27.2 मिलीलीटर निकालने के लिए एक ग्लासपिपेट का उपयोग करें। इसे बहुत धीरे-धीरे एक 1 एल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में जोड़ें जो आधा विआयनीकृत पानी से भरा हुआ है।
    4. एक 0.5 एम एच2SO4 समाधान के 1 एल तैयार करने के लिए विआयनीकृत पानी के साथ लाइन के लिए फ्लास्क ऊपर।
      नोट: सुरक्षा के लिए एक धुएं हुड के तहत एच2एसओ4 समाधान तैयार करें। माइक्रोइलेक्ट्रोड के अंतिम इलेक्ट्रोकेमिकल सफाई चरण में एच2एसओ4 समाधान का उपयोग करें।

2. सोने के microelectrode के Pretreatment

  1. एक एल्यूमिना पॉलिशिंग पैड पर एक एल्यूमिना पॉलिशिंग पैड पर Au microelectrode (10 μm व्यास, 3.5 मिमी चौड़ाई x 7 सेमी लंबा) पोलिश एक ग्लास पॉलिशिंग प्लेट (आयाम: 3 "x 3"वर्गों) पर रखा गया है, जो चमकाने के दौरान परिपत्र और आठ आकार के हाथ की गति के साथ 30 s के लिए एल्यूमिना घोल का उपयोग करता है।
  2. विआयनीकृत पानी के साथ एयू माइक्रोइलेक्ट्रोड को कुल्ला करें, इसे एक ग्लास शीशी में डालें जिसमें 15 मिलीलीटर पूर्ण इथेनॉल (एलआर ग्रेड) होता है, और 2 मिनट के लिए ultrasonicate होता है।
  3. इथेनॉल और पानी के साथ Au microelectrode कुल्ला और फिर से इलेक्ट्रोड सतह से अतिरिक्त एल्यूमिना को हटाने के लिए विआयनीकृत पानी में 4 मिनट के लिए यह ultrasonicate।
  4. अंत में, 0.5MV /s स्कैन दर पर0.4 और 1.6 V क्षमता (बनाम Ag / AgCl) के बीच 20 खंडों के लिए 0.5 M H 2 SO 4 में साइकिल चलाकर अतिरिक्त अशुद्धियों को हटा दें। सुनिश्चित करें कि हर बार इलेक्ट्रोड को एच2एसओ4 में साफ करने पर लगातार एनोडिक और कैथोडिक क्षमता पर सोने के ऑक्साइड के गठन और कमी के कारण दो स्पष्ट चोटियां हैं।

3. चक्रीय वोल्टमेट्री तकनीक

  1. ब्याज की विद्युत रासायनिक तकनीक के रूप में सीवी चलाने के लिए एक उपयुक्त potentiostat का उपयोग करें।
  2. potentiostat और उससे जुड़े कंप्यूटर को चालू करें। सुनिश्चित करें कि सिस्टम कनेक्ट डे है।
  3. कंप्यूटर और उपकरण के बीच संचार का परीक्षण करने के लिए, सॉफ़्टवेयर शुरू करें और उपकरण पर स्विच करें। सेटअप मेनू के अंतर्गत हार्डवेयर परीक्षण आदेश का उपयोग करें। यदि कोई लिंक विफल त्रुटि प्रकट होती है, तो कनेक्शन और पोर्ट सेटिंग्स की जाँच करें।
  4. कंप्यूटर पर potentiostat सॉफ़्टवेयर खोलें, और सेटअप मेनू में, तकनीक चुनें। शुरुआती विंडो से, चक्रीय वोल्टमेट्री (CV) चुनें। फिर से, सेटअप मेनू पर वापस जाएँ और CV चलाने के लिए प्रयोगात्मक पैरामीटर दर्ज करने के लिए पैरामीटर पर क्लिक करें।
    1. नंगे Au microelectrode पर एक कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट में PEDOT electropolymerization चलाने के लिए निम्नलिखित CV पैरामीटर का उपयोग करें: प्रारंभिक क्षमता: -0.3 V, अंतिम क्षमता: -0.3 V, उच्च क्षमता: 1.2 V, खंडों की संख्या: 8, स्कैन दरें: 100 mV / s, दिशा: सकारात्मक।
    2. नंगे Au microelectrode पर एक जलीय / ACN इलेक्ट्रोलाइट में PEDOT इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन चलाने के लिए निम्नलिखित CV पैरामीटर का उपयोग करें: प्रारंभिक क्षमता: -0.3 V, अंतिम क्षमता: -0.3 V, उच्च क्षमता: 1.2 V, खंडों की संख्या: 20, स्कैन दरें: 100 mV / s, दिशा: सकारात्मक।
    3. जैविक रूप से बनाए गए PEDOT-संशोधित Au microelectrode के acclimatization चरण को चलाने के लिए निम्न CV पैरामीटर का उपयोग करें: प्रारंभिक क्षमता: -0.2 V, अंतिम क्षमता: -0.2 V, उच्च क्षमता: 0.8 V, खंडों की संख्या: 20, स्कैन दरें: 100 mV/s, दिशा: सकारात्मक।
    4. नंगे Au microelectrode के साथ UA मानक समाधान और फॉस्फेट बफर (pH 6.6) के लिए निम्नलिखित CV पैरामीटर का उपयोग करें: प्रारंभिक क्षमता: 0 V, अंतिम क्षमता: 0 V, उच्च क्षमता: 1 V, खंडों की संख्या: 2, स्कैन दरें: 100 mV / s, और दिशा: सकारात्मक।
    5. यूए मानक समाधान और फॉस्फेट बफर (पीएच 6.6) के लिए निम्नलिखित सीवी मापदंडों का उपयोग करें, जैविक रूप से निर्मित, PEDOT-संशोधित Au microelectrode पर: प्रारंभिक क्षमता: 0 V, अंतिम क्षमता: 0 V, उच्च क्षमता: 0.6 V, खंडों की संख्या: 2, स्कैन दरें: 100 mV / s, और दिशा: सकारात्मक।
    6. दूध के नमूनों और फॉस्फेट बफर (पीएच 6.6) के लिए निम्नलिखित सीवी मापदंडों का उपयोग करें जैविक रूप से बनाए गए, PEDOT-संशोधित Au microelectrode पर: प्रारंभिक क्षमता: 0 V, अंतिम क्षमता: 0 V, उच्च क्षमता: 0.8 V, खंडों की संख्या: 2, स्कैन दर: 100 mV / s, दिशा: सकारात्मक।
  5. एक ग्लास इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में तीन इलेक्ट्रोड सेटअप तैयार करें जिसमें एक काम करने वाले इलेक्ट्रोड (एयू माइक्रोइलेक्ट्रोड (10 μm व्यास)), एक संदर्भ इलेक्ट्रोड (उदाहरण के लिए, चांदी / चांदी क्लोराइड (एजी / एजीसीएल) 3 एम सोडियम क्लोराइड (NaCl) में, और एक प्लैटिनम वायर काउंटर इलेक्ट्रोड शामिल हैं।
  6. एक स्टैंड से जुड़े इलेक्ट्रोड धारक के छेद के माध्यम से इन साफ और सूखे इलेक्ट्रोड को पास करें। फिर, लक्ष्य समाधान या नमूने में इलेक्ट्रोड डालने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के ऊपर धारक को रखें।
  7. सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रोड सतहों पर कोई बुलबुले नहीं हैं।
    1. यदि बुलबुले हैं, तो इलेक्ट्रोड को हटा दें, विआयनीकृत पानी के साथ फिर से कुल्ला करें और एक ऊतक के साथ सूखी पैट करें। इलेक्ट्रोड को स्टैंड होल्डर में और समाधान में वापस रखें।
    2. यदि संदर्भ इलेक्ट्रोड के चारों ओर बुलबुले हैं, तो टिप को धीरे से टैप करें।
    3. यदि काउंटर इलेक्ट्रोड के चारों ओर बुलबुले चलने के बाद शुरू होते हैं, तो काउंटर इलेक्ट्रोड को साफ करें। यदि सीवी स्कैन शोर हो जाता है, तो इलेक्ट्रोड सतह को साफ करें और सिस्टम कनेक्शन, तारों और क्लिप की जांच करें।
  8. सुनिश्चित करें कि संदर्भ, काम करने और काउंटर इलेक्ट्रोड के लिए सभी तीन तार कनेक्शन सही ढंग से जुड़े हुए हैं, और फिर नीचे चलाएँ पर क्लिक करके प्रयोग शुरू करें ।
  9. कमरे के तापमान पर सभी प्रयोगों को चलाएं। दूध के नमूनों के लिए, दूध के नमूनों का तापमान सीवी चलाने से पहले परिवेश के तापमान तक पहुंचने दें।

4. डेटा संग्रह और विश्लेषण

  1. CV चलाने के बाद, डेटा को किसी फ़ोल्डर में इच्छित स्वरूप (CSV या Bin) में सहेजें, और फिर इसे एकत्र करने के लिए USB मेमोरी स्टिक का उपयोग करें। उपयुक्त सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके डेटा का विश्लेषण करें। आसान विश्लेषण के लिए CSV फ़ाइलों को स्प्रेडशीट में कनवर्ट करें.
    नोट:: यदि डेटा किसी बाइनरी फ़ाइल के स्वरूप में सहेजे जाते हैं, तो USB स्मृति छड़ी में डेटा संग्रह से पहले इसे पाठ अल्पविराम के स्वरूप में कनवर्ट करें।
  2. दूध के नमूनों के सीवी का विश्लेषण करने के लिए, दूध प्रोफ़ाइल ऑक्सीकरण के कारण घटता का उत्पादन करने के लिए पृष्ठभूमि सीवी (यानी, प्रत्येक दूध के नमूने को चलाने से पहले लिया गया फॉस्फेट बफर (पीएच 6.6) का सीवी) से दूध के सीवी को घटाएं।

5. PEDOT को चिह्नित करने के लिए तकनीक

  1. विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स में बनाई गई PEDOT परतों को चिह्नित करने के लिए एक विशिष्ट प्रकार के उच्च-प्रदर्शन SEM का उपयोग करें।
    नोट: यहाँ, FEI क्वांटा 200 ESEM FEG का उपयोग किया गया था; यह बेहतर स्थानिक संकल्प के लिए एक Schottky क्षेत्र उत्सर्जन बंदूक (FEG) के साथ सुसज्जित है. यह उपकरण उच्च वैक्यूम, कम वैक्यूम, और पर्यावरण यी SEM मोड जैसे विभिन्न कामकाजी मोड प्रदान करता है और एक SiLi (लिथियम बहाव) सुपर अल्ट्रा-थिन विंडो ईडीएस डिटेक्टर से सुसज्जित है।
  2. नंगे और PEDOT-संशोधित Au (PEDOT-Au) माइक्रोइलेक्ट्रोड्स दोनों की सतह आकृति विज्ञान की जांच करें जो कार्बनिक और जलीय समाधानों में PEDOT इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन के बाद SEM द्वारा है। SEM द्वारा उनकी जाँच करने से तुरंत पहले जलीय / ACN और कार्बनिक समाधानों में नंगे Au microelectrodes पर PEDOT electropolymerization निष्पादित करें।
  3. ताजा तैयार इलेक्ट्रोड (एक नंगे Au microelectrode और PEDOT-Au microelectrodes के दो) को SEM चरण पर क्षैतिज रूप से रखें, एक निश्चित कोण पर मंच के ऊपर उनके सिर के साथ।

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Representative Results

चक्रीय वोल्टमेट्री एक एयू माइक्रोइलेक्ट्रोड सतह पर एक पतली पीईडीओटी परत बनाने के लिए एक आसान तकनीक है ताकि लक्ष्य एनालिस्ट के इलेक्ट्रोकेमिकल संवेदन के दौरान इलेक्ट्रोड चालकता और संवेदनशीलता को बढ़ाया जा सके। यह प्रोटोकॉल एक जलीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान से 0.01 M EDOT की तुलना में एक कार्बनिक समाधान से 0.1 M EDOT के इलेक्ट्रोपोलीमराइजेशन की विधि को दर्शाता है। जलीय /एसीएन समाधान में 10 चक्रचलाने के परिणामस्वरूप PEDOT की एक मध्यम वृद्धि होती है जो LiClO 4/PC समाधान में 4चक्रों के साथ देखी जाती है। चित्रा 1 जलीय / एसीएन और कार्बनिक समाधानों में ईडीओटी इलेक्ट्रोपॉलिमराइज्ड के बीच एक अलग अंतर दिखाता है, जिसमें सीवी लागू करके बाद में पीईडीओटी परतें बनती हैं। यह स्पष्ट है कि 100 mV / s स्कैन दर पर -0.3 से +1.2 V (बनाम Ag / AgCl in 3 M NaCl) से साइकिल चलाने पर, बहुलक ने इलेक्ट्रोलाइट समाधानों (चित्रा 1A और चित्रा 1C) दोनों में 0.9 V पर ऑक्सीकरण करना शुरू कर दिया, जिसमें जलीय / ACN समाधान में 1 V पर एक ऑक्सीकरण शिखर देखा गया।

करीब निरीक्षण पर, 4 चक्रों के बाद कार्बनिक समाधान में बनाई गई PEDOT परतें जलीय / ACN समाधान में इस क्षमता पर गठित PEDOT परतों के लिए देखे गए वर्तमान मूल्य (0.23 μA) की तुलना में 1.2 V पर उच्च वर्तमान मूल्य (~ 2.9 μA) प्रदर्शित करती हैं। जब सीवी रन के दौरान इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन चक्रों की संख्या बढ़ जाती है, तो परतों की मोटाई बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोड सतह पर धीरे-धीरे पीईडीओटी की नई परतें बनाई जाती हैं। यह 0 से 0.7 V (चित्रा 1B और चित्रा 1D ) की संभावित सीमा के बीच आंतरिक PEDOT में होने वाली रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के कारण हो सकता है। चित्रा 1B और चित्रा 1D PEDOT विकास को सही ढंग से दिखाने के लिए एक संकीर्ण संभावित रेंज को दर्शाते हैं। प्रत्येक ग्राफ के दाईं ओर वर्तमान घनत्व मूल्यों की गणना ग्राफ के बाईं ओर वर्तमान मूल्यों को असंशोधित एयू माइक्रोइलेक्ट्रोड के ज्यामितीय सतह क्षेत्र से विभाजित करके की गई थी (78.5 × 10-8 सेमी2, आर = 5 × 10-4 सेमी)।

SEM विश्लेषण दो इलेक्ट्रोलाइट समाधानों (चित्रा 2A-F) में electropolymerization द्वारा PEDOT परत गठन की दक्षता की पुष्टि करने के लिए किया गया था। SEM द्वारा ली गई छवियों को विभिन्न आवर्धन (4000x, 30000x, और 60000x) पर चुना गया था। नंगे और PEDOT-Au microelectrodes के ज्यामितीय सतह क्षेत्र इन छवियों का उपयोग करके स्थापित किया जा सकता है। चित्रा 2A नंगे सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड के लिए ~ 10 μm के व्यास की पुष्टि करता है; इसलिए, सतह के क्षेत्रफल की गणना ~ 78.5 × 10-8 सेमी2 होने के लिए की जाती है। Au microelectrode की सतह पर 4 चक्रों के बाद कार्बनिक समाधान में गठित PEDOT nanostructure का व्यास ~ 40 μm (चित्रा 2C, D) था। इसके विपरीत, इलेक्ट्रोड सतह पर पीईडीओटी वृद्धि इलेक्ट्रोपॉलिमराइजेशन के 10 चक्रों के बाद कम थी। इसे केंद्र में अवसाद के साथ इलेक्ट्रोड परिधि पर पहाड़ी बहुलक विशेषताओं के रूप में देखा जाता है (चित्रा 2 ई, एफ)।

SEM छवियां जलीय / एसीएन प्रणाली की तुलना में कार्बनिक समाधान में PEDOT विकास की श्रेष्ठता के लिए सबूत प्रदान करती हैं और एक फूलगोभी जैसे आकार में माइक्रोइलेक्ट्रोड से विस्तारित एक बहुत ही झरझरा नैनोस्ट्रक्चर का निर्माण करती हैं। एक कार्बनिक समाधान में तैयार इस पीईडीओटी माइक्रोइलेक्ट्रोड का उपयोग संवेदन अनुप्रयोगों के लिए किया गया था, विशेष रूप से मानक समाधानों और दूध के नमूनों में यूए का पता लगाने के लिए। चित्रा 3 एक नंगे Au microelectrode और PEDOT सेंसर पर एक मानक समाधान में यूए का पता लगाने के लिए CV से पता चलता है. यूए का पता लगाने के लिए नंगे एयू माइक्रोइलेक्ट्रोड के प्रदर्शन को इलेक्ट्रोड सतह (चित्रा 3 ए) के लिए यूए के रेडियल प्रसार के कारण 0.8 वी से अधिक क्षमता पर प्राप्त स्थिर-राज्य धाराओं की विशेषता है। तीन प्रतिकृति CV रन (चित्रा 3B) के बाद 62.5 से 1000 μM की UA एकाग्रता सीमा के लिए 0.8 V पर औसत धाराओं के आधार पर एक रैखिक अंशांकन वक्र प्लॉट किया गया था।

अंशांकन वक्र समीकरणों की ढलान की तुलना करके, PEDOT माइक्रोइलेक्ट्रोड को नंगे माइक्रोइलेक्ट्रोड की तुलना में 100 गुना अधिक संवेदनशीलता पाई गई थी। दिलचस्प बात यह है कि एक कार्बनिक समाधान में बनाए गए पीईडीओटी सेंसर का उपयोग करके पता लगाया गया यूए रेंज 6.25 से 200 μM तक कम था, जो तेज एनोडिक चोटी (चित्रा 3 सी, डी) की नोक पर वर्तमान मूल्य को मापकर गणना की गई थी। PEDOT इलेक्ट्रोड के लिए अंशांकन वक्र डेटा का उपयोग संशोधित इलेक्ट्रोड के लिए यूए का पता लगाने की सीमा (LOD) और परिमाणीकरण (LOQ) की सीमा को मापने के लिए किया गया था। अंशांकन वक्र समीकरण (b) की ढलान और इंटरसेप्ट (s) की मूल्यांकन मानक त्रुटि का उपयोग LOD और LOQ मानों (95% आत्मविश्वास स्तर) -7 μM और 24 μM14 को मापने के लिए किया गया था, क्रमशः समीकरण (1) और (2) का उपयोग करके।

LOD = 3s/b (1)

LOQ = 10s/b (2)

जैविक रूप से बनाए गए पीईडीओटी-संशोधित सेंसर की संवेदनशीलता एक महत्वपूर्ण कारक है। इसकी गणना अंशांकन वक्र ढलान को काम करने वाले इलेक्ट्रोड के ज्यामितीय सतह क्षेत्र द्वारा विभाजित करके की जाती है, जो 397 μA μM-1 सेमी-2 है।

कार्बनिक समाधान में संश्लेषित PEDOT सेंसर का एक और आवेदन वास्तविक नमूनों में यूए सामग्री का विश्लेषण करना था, उदाहरण के लिए, नियमित रूप से ताजा दूध और चयनित स्वाद वाले दूध के नमूने (चित्रा 4)। इस तकनीक का लाभ यह है कि दूध के नमूनों में यूए के स्तर को किसी भी pretreatment या कमजोर पड़ने के बिना मापा जा सकता है। इस PEDOT-Au माइक्रोइलेक्ट्रोड सेंसर के प्रदर्शन की तुलना PEDOT-संशोधित ग्लासी कार्बन मैक्रोइलेक्ट्रोड (PEDOT-GC) से की गई थी, जो कार्बनिक समाधान15 में एक ही विधि द्वारा तैयार किया गया था। PEDOT माइक्रोइलेक्ट्रोड का उपयोग करके 0.35 V (बनाम Ag/AgCl) पर नियमित दूध में UA के लिए एनोडिक पीक करंट ~ 28.4 nA था, जो चित्र 3D में अंशांकन वक्र के समीकरण का उपयोग करके 82.7 μM के बराबर है (y = 0.3x + 2.6, R2 = 0.993)। यह मान PEDOT-GC15 का उपयोग करके निर्धारित नियमित दूध में UA के लिए ~ 83.4 μM था। 0.65 V (चित्रा 4A) पर नियमित दूध के CV स्कैन में दूसरा बड़ा ऑक्सीकरण शिखर ऑक्सीकरण योग्य यौगिकों से संबंधित है, जिसमें सिस्टीन, ट्रिप्टोफैन औरटायरोसिन 15,16 जैसे इलेक्ट्रोएक्टिव अमीनो एसिड शामिल हैं। नियमित दूध से इस चोटी का वर्तमान घनत्व पहले से रिपोर्ट किए गए PEDOT-GC15 का उपयोग करके प्राप्त की तुलना में 200 गुना अधिक है। यह PEDOT-संशोधित मैक्रोइलेक्ट्रोड की तुलना में PEDOT परतों द्वारा कवर किए गए microelectrode की अधिक संवेदनशील प्रतिक्रिया दिखाता है।

कारमेल और सफेद चॉकलेट दूध के नमूनों के लिए प्राप्त सीवी स्कैन को चित्र 4 ए में देखा जा सकता है। यह यूए के लिए 0.36 वी पर एक स्पष्ट शिखर दिखाता है, साथ ही 0.56 वी पर ~ 42 एनए की एक अतिरिक्त पीक करंट के साथ जो 0.66 वी पर चोटी के साथ विलय हो जाता है। 0.56 वी पर यह अतिरिक्त चोटी वैनिलिक एसिड की उपस्थिति से संबंधित हो सकती है, जो स्वाद वाले दूध की सामग्री में से एक है। बेल्जियम चॉकलेट दूध के नमूने का सीवी 0.26 V, 0.36 V, और 0.66 V पर एनोडिक चोटियों के एक नए सेट और 0.22 V पर एक कैथोडिक चोटी को इंगित करता है। चॉकलेट प्रोफ़ाइल चॉकलेट या कोको15 में मौजूद अन्य पॉलीफेनोलिक एंटीऑक्सिडेंट के साथ कैटेचिन रेडॉक्स प्रोफ़ाइल जैसा दिखता है। इस प्रकार, कैटेचिन ऑक्सीकरण और कमी की चोटियां क्रमशः 0.26 वोल्ट और 0.22 वोल्ट पर दिखाई देती हैं। 0.36 वी पीक करंट, जो कैटेचिन चोटी की पूंछ पर एक तेज चोटी के रूप में दिखाई देता है, यूए ऑक्सीकरण के कारण होता है। चित्रा 4 बी कोलंबियाई एस्प्रेसो दूध के नमूने का एक सीवी दिखाता है, जो पीईडीओटी-एयू में क्रमशः 0.35 वी और 0.23 वी पर व्यापक एनोडिक और कैथोडिक पीक धाराओं को प्रदर्शित करता है, जो कॉफी में प्रमुख फेनोलिक एंटीऑक्सिडेंट के कारण होते हैं, अर्थात्, क्लोरोजेनिक और कैफेइक एसिड। क्योंकि PEDOT माइक्रोइलेक्ट्रोड का ज्यामितीय सतह क्षेत्र PEDOT मैक्रोइलेक्ट्रोड की तुलना में अधिक है, इन दूध के नमूनों में यूए चोटियों के वर्तमान घनत्व PEDOT-Au 15 पर ~150 से 500 गुना बड़े हैं।

Figure 1
चित्रा 1: एक सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड पर पीईडीओटी का इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन। (A, B) द्वारा तैयार PEDOT एक जलीय घोल में 10 CV स्कैन (0.01 M EDOT 1 mL ACN + 9 mL विआयनीकृत पानी + 0.1 M LiClO4 में); और (सी, डी) एक कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट समाधान में 4 सीवी स्कैन का उपयोग कर (0.1 एम EDOT 0.1 M LiClO4 / PC के 1 mL में)। B और D A और C के विस्तारित संस्करण हैं ताकि PEDOT धाराओं को स्पष्ट रूप से विज़ुअलाइज़ किया जा सके। स्कैन दर = 100 mV/ इस आंकड़े को15 से संशोधित किया गया है। संक्षिप्त रूप: PEDOT = poly(3,4-ethylenedioxythiophene); CV = चक्रीय वोल्टमेट्री; EDOT = 3,4-ethylenedioxythiophene; एसीएन = एसिटोनिट्रिल; LiClO4 = लिथियम perchlorate; एजी = चांदी; AgCl = चांदी क्लोराइड। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: SEM छवियों. (ए और बी) नंगे सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड (एयू)। PEDOT-संशोधित सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड्स (सी और डी) कार्बनिक समाधान में इलेक्ट्रोपॉलिमराइजेशन के 4 चक्रों के बाद तैयार किए जाते हैं और (ई और एफ) विभिन्न आवर्धन पर इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन के 10 चक्रों के बाद जलीय समाधान। इस आंकड़े को15 से संशोधित किया गया है। संक्षेप: SEM = स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी; PEDOT = poly(3,4-ethylenedioxythiophene)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: फॉस्फेट बफर में यूए की विभिन्न सांद्रता के लिए चक्रीय वोल्टामोग्राम, पीएच 6.6। (ए) नंगे सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड (पृष्ठभूमि घटाया गया) और (सी) पीईडीओटी-संशोधित सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड (पृष्ठभूमि घटाया गया), 100 एमवी / एस की स्कैन दर पर समाधान में इलेक्ट्रोड डालने के तुरंत बाद किए गए माप (बी) नंगे सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड पर 0.8 वी बनाम यूए एकाग्रता पर वर्तमान को सीमित करने का प्लॉट। (घ) पीईडीओटी-संशोधित सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड पर एनोडिक पीक करंट (आईपी ए / μए) बनाम यूए एकाग्रता का प्लॉट। (n = 3)। इस आंकड़े को15 से संशोधित किया गया है। संक्षेप: यूए = यूरिक एसिड; PEDOT = poly(3,4-ethylenedioxythiophene)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र4: चक्रीय वोल्टामोग्राम (पृष्ठभूमि घटाया गया)। (ए) नियमित दूध, बेल्जियम चॉकलेट दूध, कारमेल, और सफेद चॉकलेट दूध, और (बी) नियमित दूध और कोलम्बियाई एस्प्रेसो दूध एक पीईडीओटी-संशोधित सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड (10 μm व्यास) पर 100 mV / s पर। इस आंकड़े को15 से संशोधित किया गया है। संक्षिप्त नाम: PEDOT = poly(3,4-ethylenedioxythiophene)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

सीवी विधि खाद्य पदार्थों, शराब और पेय पदार्थों, पौधे के अर्क और यहां तक कि जैविक नमूनों में विभिन्न analytes के तेजी से और सरल माप के लिए अनुमति देता है। यह तकनीक विभिन्न प्रकार के डेटा का उत्पादन करती है, जिसमें ऑक्सीकरण / कमी चोटी की क्षमता, लक्ष्य विश्लेषक के शिखर वर्तमान मूल्य (एकाग्रता के आनुपातिक), और प्रत्येक सीवी चलाने के बाद अन्य सभी वर्तमान और संभावित मूल्य शामिल हैं। यद्यपि CV का उपयोग करना अपेक्षाकृत आसान है, एकत्र किए गए डेटा को कभी-कभी बाइनरी फ़ाइलों से टेक्स्ट अल्पविराम प्रारूप में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है, जो उपयोग किए जाने वाले potentiostat सिस्टम पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, CH साधन के मामले में, डेटा को प्रत्येक रन के बाद सीधे टेक्स्ट कॉमा या CSV स्वरूपों में सहेजा जा सकता है। यह पाठों को स्तंभों में कनवर्ट करने के बाद स्प्रेडशीट में डेटा विश्लेषण को आसान बनाता है। दूध या यूए मानक नमूनों के सीवी स्कैन के बाद एक ही संभावित श्रेणियों पर प्राप्त किए गए थे, उन्हें प्रत्यक्ष तुलना के लिए एक ही ग्राफ पर प्लॉट किया गया था। प्रकाशनों के लिए डेटा प्रस्तुत करने के लिए, ग्राफ़ को ओरिजिन या सिग्माप्लॉट में भी प्लॉट किया जा सकता है और फिर TIF या आवश्यक ग्राफ़िक फ़ाइल प्रकारों के रूप में निर्यात किया जा सकता है।

इस विधि के साथ आम समस्याएं सीवी ट्रेस में कलाकृतियां हो सकती हैं। ये विद्युत कनेक्शन त्रुटियों से उत्पन्न हो सकते हैं, संभवतः कनेक्शन क्लिप (यानी, क्लिप जो प्रत्येक इलेक्ट्रोड में तारों को संलग्न करते हैं) के कारण जो जंग लग गए हैं या सोने के माइक्रोइलेक्ट्रोड को ठीक से साफ नहीं किए जाने के कारण। क्लिप से जंग को हटाने या उन्हें बदलने के लिए सैंडपेपर का उपयोग करना, और एच 2 एसओ4 समाधान में डालने के बाद माइक्रोइलेक्ट्रोड और फिर से चलने वाले सीवीचक्रोंको फिर से साफ करना इस समस्या को हल कर सकता है।

माइक्रोइलेक्ट्रोड को साफ करना इस प्रयोग में एक महत्वपूर्ण कदम है, जिसके परिणामस्वरूप अन्यथा कम वर्तमान संकेत या शोर हो सकता है। माइक्रोइलेक्ट्रोड की सफाई भी बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि बुलबुले तब बन सकते हैं जब माइक्रोइलेक्ट्रोड बहुत साफ नहीं होता है। जब सोने के ऑक्सीकरण और कमी चोटियों के स्थान और प्राप्त चोटी की ऊंचाई सुसंगत और सही होती है, तो इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन को चलाने के लिए तैयार होता है। जब potentiostat या इलेक्ट्रोड कनेक्शन दोषपूर्ण होते हैं, तो CV स्कैन में शोर होगा, या आउटपुट डॉट्स फैलाने की तरह दिखाई देगा। एक रन से पहले, यह जांचना महत्वपूर्ण है कि सभी इलेक्ट्रोड कनेक्शन सही ढंग से जुड़े हुए हैं, कि एजी / एजीसीएल संदर्भ इलेक्ट्रोड की नोक के पास कोई गैस बुलबुला नहीं है, और इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में स्पर्श नहीं कर रहे हैं। क्लिप और कनेक्शन तारों का प्रतिस्थापन या एक उंगली के साथ संदर्भ इलेक्ट्रोड टिप को टैप करना एक उपयोगी समस्या निवारण दृष्टिकोण हो सकता है।

एक PEDOT इलेक्ट्रोड के गठन के दौरान, चुने हुए संचालन बहुलक के रूप में, कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट (PC में LiClO4 ) और जलीय NaClO4 समाधानों को इलेक्ट्रोपोलीमराइज़ेशन चलाने से पहले degassed किया जाना चाहिए। एक ईडीओटी रसायन का उपयोग करना आवश्यक है जो समाप्त या ऑक्सीकरण नहीं हुआ है या अन्य विश्लेषणात्मक ग्रेड रसायनों से दूषित नहीं हुआ है। ताजा PEDOT परतें जो इलेक्ट्रोड सतह पर हर बार बनती हैं, वर्तमान विकास के संदर्भ में अलग-अलग होती हैं। यदि प्रक्रिया को स्थिर रखा जाता है और इलेक्ट्रोड को पर्याप्त रूप से साफ किया जाता है, तो इलेक्ट्रोपॉलीमराइजेशन के सीवी चक्र हर बार एक ही वर्तमान मूल्य से बढ़ेंगे, जो विधि की सटीकता और स्थिरता की पुष्टि करते हैं। यह भी ध्यान देने योग्य है कि कार्बनिक समाधान में उपयोग किए जाने वाले ईडीओटी मोनोमर की मात्रा जलीय / एसीएन समाधान में ईडीओटी मोनोमर की तुलना में 10 गुना अधिक थी। हालांकि यह तुलनीय नहीं लग सकता है, इसे बेहतर माना जाता था क्योंकि हमारे प्रारंभिक प्रयोगों से पता चला है कि एक जलीय 0.1 एम ईडीओटी समाधान एक जलीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान में कम घुलनशीलता के कारण एक स्थिर पीईडीओटी परत नहीं बनाता है। इसके विपरीत, एक कार्बनिक समाधान में 0.01 M EDOT का उपयोग करके गठित PEDOT परत में जलीय 0.1 M EDOT समाधान की तुलना में इलेक्ट्रोड सतह पर पर्याप्त वृद्धि नहीं हुई थी। इसलिए, इस अध्ययन के लिए कार्बनिक और जलीय इलेक्ट्रोपोलीमराइजेशन के लिए उपयोग की जाने वाली उन ईडीओटी मात्राओं को चुना गया था।

जब नंगे इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है तो सीवी विधि की सीमाओं में से एक हस्तक्षेप एजेंटों के मौजूद होने पर चोटियों को अलग करने में कठिनाई होती है। हालांकि, यह समस्या हल हो गई थी जब PEDOT इलेक्ट्रोड सतह को संशोधित करने के लिए उपयोग किया गया था। उदाहरण के लिए, जब यूए दूध में पता लगाने के लिए लक्ष्य विश्लेषक था, तो इसे अपने हस्तक्षेप एजेंट, एस्कॉर्बिक एसिड से अलग से पहचाना गया था, क्योंकि पीईडीओटी की रेडॉक्स मध्यस्थता भूमिका के कारण, एस्कॉर्बिक एसिड के लिए पहले और अच्छी तरह से अलग चोटी के लिए अग्रणी था। उसी समय, यहां तक कि पीईडीओटी इलेक्ट्रोड के साथ, स्वाद वाले दूध का विश्लेषण करते समय, यूए चोटी को अन्य अवयवों से ठीक से अलग करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है जिसमें यूए के करीब ऑक्सीकरण क्षमता होती है, जिससे चोटियों का विलय होता है।

निष्कर्ष निकालने के लिए, हालांकि समस्या निवारण की आवश्यकता हो सकती है रुक-रुक कर, इलेक्ट्रोड सतह पर CV और PEDOT nanolayers का उपयोग मानक समाधान और जटिल मैट्रिक्स समाधानों में यूए जैसे लक्ष्य analytes का पता लगाने के लिए फायदेमंद है, जैसे कि दूध के नमूने, बिना किसी pretreatments के। उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी तकनीक की तुलना में, यह सीवी विधि तेज है और दूध के नमूनों से वसा या प्रोटीन को हटाने के लिए समय लेने वाले pretreatment चरणों की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, पीईडीओटी माइक्रोइलेक्ट्रोड को अत्यधिक चयनात्मक और संवेदनशील बनाता है, जिससे यूए विश्लेषण के लिए एक तेज चोटी मिलती है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

"उच्च प्रदर्शन सेंसर" कार्यक्रम के भीतर न्यूजीलैंड के व्यापार, नवाचार और रोजगार (MBIE) मंत्रालय द्वारा प्रदान किए गए धन के लिए धन्यवाद।

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

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References

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रसायन विज्ञान अंक 173 पॉली (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) चक्रीय वोल्टमेट्री लिथियम perchlorate सोने microelectrode propylene कार्बोनेट स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी स्वाद दूध इलेक्ट्रोड स्थिति
पॉली की इलेक्ट्रोकेमिकल तैयारी (3,4-Ethylenedioxythiophene) यूरिक एसिड-सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए गोल्ड माइक्रोइलेक्ट्रोड्स पर परतें
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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).

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