Ürik Asit Algılama Uygulamaları için Altın Mikroelektrotlar Üzerine Poli(3,4-Etilendioksitiofen) Tabakalarının Elektrokimyasal Hazırlanması

Elektriksel olarak iletken polimerler, arayüzleri geliştirmek için biyoelektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılan organik malzemelerdir. Geleneksel polimerlere benzer şekilde, iletken polimerlerin sentezlenmesi kolaydır ve işleme sırasında esnektir¹. İletken polimerler kimyasal ve elektrokimyasal yöntemler kullanılarak sentezlenebilir; Bununla birlikte, elektrokimyasal sentez yaklaşımları özellikle elverişlidir. Bunun temel nedeni, ince filmler oluşturma, eşzamanlı dopinge izin verme, iletken polimerdeki molekülleri yakalama ve en önemlisi, sentez işleminin basitliği¹. Ek olarak, iletken polimerler, elektrot yüzeyine sıkıca yapışmış, elektrot^2'nin aktif yüzey alanını artıran tekdüze, lifli ve engebeli nanoyapılar oluşturur.

1980'lerde, polipirrol, polianilin, politiyofen ve PEDOT gibi iyi iletkenlik, sentez kolaylığı ve stabilite gösteren bazı poliheterosikluslar geliştirilmiştir ^3,4. Polipirrol diğer polimerlerden (örneğin, politiyofen türevleri) daha iyi anlaşılmasına rağmen, geri dönüşümsüz oksidasyona eğilimlidir⁵. Bu nedenle, PEDOT, çok daha kararlı bir oksidatif duruma sahip olduğu ve benzer koşullar altında polipirrole kıyasla iletkenliğinin% 89'unu koruduğu için diğerlerine göre bazı avantajlara sahiptir⁶. Ek olarak, PEDOT yüksek elektroiletkenlik (~ 500 S / cm) ve orta derecede bir bant boşluğu (yani, bant boşlukları veya enerji boşlukları yüksüz bölgelerdir ve bir değerlik bandının üst kısmı ile bir iletim bandının alt kısmı arasındaki enerji farkına atıfta bulunur)⁷ ile bilinir.

Ayrıca, PEDOT elektrokimyasal özelliklere sahiptir, oksitlenmek için daha düşük potansiyellere ihtiyaç duyar ve sentezlendikten sonra zamanla polipirrolden daha kararlıdır⁷. Aynı zamanda iyi optik şeffaflığa sahiptir, yani özellikle PEDOT-polistiren sülfonat (PEDOT-PSS) formundaki optik absorpsiyon katsayısı, 400-700 nm^7'de elektromanyetik spektrumun görünür bölgesindedir. PEDOT'un elektrokimyasal olarak oluşumunda, EDOT monomerleri, elektrot yüzeyinde biriken PEDOT zincirleri oluşturmak için diğer radikal katyonlarla veya monomerlerle reaksiyona giren radikal katyonlar oluşturmak için çalışma elektrodunda oksitlenir¹.

PEDOT filmlerin elektrokimyasal oluşumunda elektrolit, elektrolit tipi, elektrot kurulumu, biriktirme süresi, dopant tipi ve çözücü sıcaklığı gibi farklı kontrol faktörleri rol oynar¹ PEDOT, akımı uygun bir elektrolit çözeltisinden geçirerek elektrokimyasal olarak üretilebilir. Sulu (örneğin, PEDOT-PSS), organik (örneğin, PC, asetonitril) ve iyonik sıvılar (örneğin, 1-bütil-3-metilimidazolyum tetrafloroborat (BMIMBF₄)) gibi farklı elektrolitler kullanılabilir⁸.

PEDOT kaplamaların avantajlarından biri, 1 kHz frekans aralığındaki bir Au elektrodunun empedansını iki veya üç büyüklük sırasına göre önemli ölçüde azaltabilmesidir, bu da nöral aktivitenin doğrudan elektrokimyasal tespitinin duyarlılığını arttırmaya yardımcı olur⁹. Ayrıca, PEDOT modifiye elektrotların yük depolama kapasitesi artar ve stimülasyon yükü PEDOT 10 üzerinden aktarıldığında daha hızlı ve daha düşük potansiyel tepkilerle^sonuçlanır. Ek olarak, polistiren sülfonat (PSS), Au mikroelektrot dizileri üzerinde PEDOT oluşumu için bir katkı maddesi olarak kullanıldığında, yüksek aktif yüzey alanına, daha düşük arayüz empedansına ve daha yüksek yük enjeksiyon kapasitesine sahip pürüzlü, gözenekli bir yüzey oluşturur¹¹. Elektropolimerizasyon adımı için, EDOT-PSS genellikle sulu bir elektrolitte bir dağılım yapar.

Bununla birlikte, EDOT kloroform, aseton, ACN ve PC gibi diğer organik çözücülerde çözünür. Bu nedenle, bu çalışmada, elektropolimerizasyon başlamadan önce çözünür bir EDOT çözeltisi yapmak için 10: 1 oranında küçük bir ACN hacmi ile bir su karışımı kullanılmıştır. Bu sulu elektrolitin kullanılmasının amacı, PEDOT modifiye mikroelektrodun hazırlanmasında iklimlendirme adımını atlamak ve adımları kısaltmaktır. Sulu / ACN elektroliti ile karşılaştırmak için kullanılan diğer organik elektrolit PC'dir. Her iki elektrolit de EDOT monomerinin oksitlenmesine ve PEDOT polimerinin oluşturulmasına yardımcı olmak için bir katkı maddesi olarak LiClO₄ içerir.

Mikroelektrotlar, makroelektrotlardan daha küçük çaplara, yaklaşık onlarca mikrometre veya daha küçük boyuta sahip voltammetrik çalışma elektrotlarıdır. Makroelektrotlara göre avantajları, çözeltiden elektrot yüzeyine doğru gelişmiş kütle taşımacılığını, kararlı durum sinyali, daha düşük ohmik potansiyel düşüşü, daha düşük bir çift katmanlı kapasitans ve artan sinyal-gürültü oranı^12'yi içerir. Tüm katı elektrotlara benzer şekilde, mikroelektrotların analizden önce şartlandırılması gerekir. Uygun ön işlem veya aktivasyon tekniği, pürüzsüz bir yüzey elde etmek için mekanik parlatma, ardından uygun bir elektrolit^13'te belirli bir aralıkta potansiyel döngü gibi bir elektrokimyasal veya kimyasal koşullandırma adımıdır.

CV, PEDOT'un elektrokimyasal polimerizasyonunda, elektrotların uygun bir çözücü ve dopant elektrolit içeren bir monomer çözeltisine yerleştirilmesiyle çok yaygın olarak kullanılır. Bu elektrokimyasal teknik, iletken polimer doping işlemlerinin tersinir olması ve transfer edilen elektron sayısı, analitlerin difüzyon katsayıları ve reaksiyon ürünlerinin oluşumu gibi yön bilgilerinin sağlanmasında faydalıdır. Bu makalede, PEDOT'un elektropolimerizasyonu için kullanılan iki farklı elektrolitin, morfolojiye ve diğer içsel özelliklere bağlı olarak potansiyel bir algılama uygulamasıyla ince nanoyapı filmlerini nasıl üretebileceği açıklanmaktadır.

1. Analitik çözümler hazırlama

1. Organik bir çözeltide 0,1 M EDOT hazırlanması
   1. 0,213 g LiClO₄ ağırlığında ve 20 mL hacimsel şişeye aktarın.
   2. Şişeden 20 mL PC almak için bir ölçüm silindiri kullanın.
   3. LiClO₄ içeren 20 mL hacimsel şişeye PC ekleyin. Şişeyi 30 dakika boyunca ultrasonik bir banyoya yerleştirerek çözeltiyi karıştırın. Çözeltiyi 20 mL'lik bir cam şişeye aktarın.
   4. Şişeyi alüminyum folyo ile örtün ve 10 dakika boyunca gazdan arındırmak için çözeltiye bir azot borusuna bağlı uzun bir iğne yerleştirin. Ardından, alüminyum folyoyu çıkarın ve şişeyi sıkıca kapatın.
      NOT: LiClO_4'ü deney gününde taze olarak hazırlayın.
   5. Elektrokimyasal testten önce, hazırlanan LiClO₄ çözeltisinin (0.1 M) 1 mL'sini bir elektrokimyasal hücreye aktarın ( Malzeme Tablosuna bakınız).
   6. Hazırlanan LiClO₄ çözeltisini içeren elektrokimyasal hücreye 10,68 μL EDOT monomeri (yoğunluk: 1,331 g/mL) eklemek için bir mikropipet (10-100 μL) kullanın.
   7. Tüm elektrot kurulumlarını çözeltiye yerleştirdikten sonra çıplak Au mikroelektrot yüzeyinde EDOT'un elektropolimerizasyonunu başlatmak için CV yöntemini çalıştırın (CV parametreleri için bölüm 3.4'e bakınız). Elektron mikroskobu (SEM) tarak yüzeyi karakterize etmek için bu modifiye elektrodu kullanın.
   8. Bu modifiye elektrodu algılama amacıyla kullanmak için, önce sodyum perklorat (NaClO 4) çözeltisinde CV taramaları yaparak yüzeyini sulu bir çözeltiye iklimlendirin (CV parametreleri için bölüm_3.4'e bakınız).
   9. Arka plan taraması olarak kullanılacak bir fosfat tampon çözeltisinin CV'sini (CV parametreleri için bölüm 3.4'e bakınız) çalıştırmak için bu organik olarak PEDOT modifiye edilmiş ve iklimlendirilmiş mikroelektrodu (1.1.8'den itibaren) kullanın.
      NOT: Her adımdan sonra elektrodu durulayın.
   10. Son olarak, elektrodu durulamadan tampon çözeltisinden çıkarın ve CV taramalarını çalıştırmak için derhal ürik asit çözeltilerine veya süt numunelerine yerleştirin (CV parametreleri için bölüm 3.4'e bakınız).
2. Sulu bir çözeltide 0,01 M EDOT hazırlanması
   1. 10.68 μL EDOT almak için bir mikropipet kullanın ve bir cam şişede 1 mL'ye ACN ekleyin.
   2. 10 mL 0,01 M EDOT çözeltisi hazırlamak için şişeye 9 mL deiyonize su (25 ° C'de 18,2 MΩ / cm) ekleyin.
   3. 0.1 M LiClO 4 çözeltisi elde etmek için hazırlanan EDOT çözeltisine 0.11 g LiClO₄ tozu ekleyin ve yavaşça karıştırın.
      NOT: Elektrolit çözeltilerini deney gününde taze olarak hazırlayın.
   4. Hazırlanan çözeltiyi elektrokimyasal hücreye aktarın ve elektrodu sulu / ACN çözeltisine yerleştirdikten sonra CV yöntemiyle elektrot yüzeyinde 0.01 M EDOT'un elektropolimerizasyonuna başlayın (CV parametreleri için bölüm 3.4'e bakınız).
   5. Bu modifiye elektrotun yüzeyini SEM ile karakterize edin.
3. 0.1 M sodyum perklorat çözeltisinin hazırlanması
   1. 0.245 g NaClO₄ ağırlığında ve 20 mL deiyonize su (25 ° C'de 18.2 MΩ / cm) içeren bir cam şişeye aktarın.
   2. Organik olarak modifiye edilmiş Au mikroelektrodunun yüzeyini sulu bir çözeltiye iklimlendirmek ve fazla EDOT'u gidermek için bu çözeltiyi kullanın. Bu amaçla, elektrodu durulayın ve_NaClO4 çözeltisine yerleştirin; daha sonra CV'yi 10 döngü boyunca çalıştırın (CV parametreleri için bölüm 3.4'e bakın).
4. Tampon çözeltisinin hazırlanması
   1. Bir tartım teknesinde 13,8 g sodyum dihidrojen fosfat (NaH 2 PO₄. 1H₂O) tartın. 500 mL'lik bir hacimsel şişeye (yani, gerekli son hacim) aktarın ve deiyonize suyla (25 ° C'de 18.2 MΩ / cm) hatta kadar doldurun.
   2. Şişeyi, toz suda tamamen çözünene kadar ultrasonik bir banyoya yerleştirin ve 0.2 M'lik bir çözelti ile sonuçlanır.
   3. Yeni bir tartım teknesinde, 17,8 g disodyum hidrojen fosfatı (Na 2 HPO₄._2H2O) tartın ve başka bir 500 mL hacimsel şişeye aktarın. 0,2 M'lik bir çözelti elde etmek için deiyonize suyla doldurun. Şişeyi düzgün bir şekilde çözülmesi için ultrasonik bir banyoya yerleştirin.
   4. 62.5 mL sodyum dihidrojen fosfat çözeltisini bir ölçüm silindirinde 37.5 mL disodyum hidrojen fosfat çözeltisi ile karıştırın ve karışımı 250 mL'lik bir cam şişeye aktarın ( Malzeme Tablosuna bakınız). 200 mL 0.1 M fosfat tampon çözeltisi, pH 6.6 elde etmek için 100 mL deiyonize su ile doldurun. Uzun süreli kullanım için fosfat tamponunu soğutun.
      NOT: Her deneyden önce tamponu oda sıcaklığına getirin.
5. Hedef analit çözümlerinin hazırlanması
   1. Bir tartım teknesinde 0,0084 g ürik asit (UA) tartın ve 1 mM UA çözeltisi elde etmek için hacimsel bir şişede 50 mL fosfat tamponunda (pH 6,6) çözün.
   2. 10 dakika boyunca azot temizleme ile çözeltinin gazını çözün.
      NOT: UA çözeltisinin deney gününde taze olarak hazırlanması önerilir.
6. Süt numunelerinin analiz için hazırlanması
   1. Elektroanaliz için yerel bir süpermarketten tam yağlı süt numunesi ve farklı tatlara (ör. Espresso sütü, Karamel/beyaz çikolatalı süt ve Belçika çikolatalı süt) sahip bazı süt örnekleri alın. Süt numunelerini önceden işlemeyin veya seyreltmeyin.
   2. Yeni açılan şişelerden her süt örneğinin 5 mL'sini almak için 5 mL'lik bir mikropipet kullanın.
   3. İlk olarak, fosfat tamponunun CV'sini, pH 6.6'yı arka plan sinyali olarak çalıştırın. Ardından, 5 mL süt örneğini elektrokimyasal hücreye ekleyin ve taze ve organik olarak yapılmış, PEDOT modifiye Au mikroelektrodu ve diğer elektrotları süt numunelerine yerleştirin ve CV'yi çalıştırın. Toplanan verilerin nasıl analiz edileceği hakkında bilgi için protokolün 4. bölümüne bakın.
7. Elektrot ön arıtma çözeltilerinin hazırlanması
   1. 0,2 g sodyum hidroksit (NaOH) tozunu tartın ve 0,1 M'lik bir çözelti hazırlamak için 50 mL'lik bir hacimsel şişeye aktarın.
   2. Her çalıştırmadan sonra mikroelektrot yüzeyinde oluşan PEDOT kalıntılarını gidermek için 0,1 M NaOH çözeltisini kullanın.
   3. % 98 sülfürik asit (H2_S04) şişesinden 27,2 mL çekmek için bir campipet kullanın. Yarısı deiyonize su ile doldurulmuş 1 L hacimsel şişeye çok yavaş ekleyin.
   4. 0,5 M H2_S04 çözeltisinin 1 L'sini hazırlamak için şişeyi deiyonize suyla_hattınüzerine doldurun.
      NOT: Güvenlik için bir duman başlığı altında_H2SO₄ çözeltisi hazırlayın. H2 SO₄ çözeltisini mikroelektrotun son elektrokimyasal temizleme adımında kullanın.

2. Altın mikroelektrotun ön işlemi

1. Au mikroelektrodunu (10 μm çap, 3,5 mm genişlik x 7 cm uzunluğunda), parlatma sırasında dairesel ve sekiz şekilli el hareketleriyle 30 sn'lik bir alümina bulamacı kullanarak bir cam parlatma plakasına (boyutlar: 3" x 3" kareler) yerleştirilmiş bir alümina parlatma pedi üzerinde parlatın.
2. Au mikroelektrodu deiyonize su ile durulayın, 15 mL mutlak etanol (LR sınıfı) içeren bir cam şişeye yerleştirin ve 2 dakika boyunca ultrasonikte edin.
3. Au mikroelektrodunu etanol ve su ile durulayın ve elektrot yüzeyinden fazla alümina'yı çıkarmak için deiyonize suda 4 dakika boyunca tekrar ultrasonikte edin.
4. Son olarak, 50 mV/s tarama hızında_0,4 ila 1,6 V potansiyeller (Ag/AgCl'ye kıyasla) arasındaki 20 segment için 0,5_{M H 2}S04'te çevrim yaparak ek safsızlıkları giderin. Elektrot_H2S04'te her temizlendiğinde tutarlı anodik ve katodik potansiyellerde altın oksit oluşumu ve indirgenmesi nedeniyle iki net tepe noktası olduğundan emin olun.

3. Döngüsel voltametri tekniği

1. CV'yi ilgilenilen elektrokimyasal teknik olarak çalıştırmak için uygun bir potansiyostat kullanın.
2. Potansiyostatı ve ona bağlı bilgisayarı açın. Sistemin bağlı olduğundan emin olun.
3. Bilgisayar ve cihaz arasındaki iletişimi test etmek için, yazılımı başlatın ve cihazı açın. Kurulum menüsü altındaki Donanım Testi komutunu kullanın. Bağlantı Başarısız hatası görüntülenirse, bağlantı ve bağlantı noktası ayarlarını kontrol edin.
4. Bilgisayarda potansiyostat yazılımını açın ve Kurulum menüsünde Teknik'i seçin. Açılış penceresinden döngüsel voltametriyi (CV) seçin. Yine, Kurulum menüsüne geri dönün ve CV çalışması için deneysel parametreleri girmek üzere Parametreler'e tıklayın.
   1. PEDOT elektropolimerizasyonunu çıplak Au mikroelektrot üzerindeki organik bir elektrolitte çalıştırmak için aşağıdaki CV parametrelerini kullanın: başlangıç potansiyeli: -0,3 V, son potansiyel: -0,3 V, yüksek potansiyel: 1,2 V, segment sayısı: 8, tarama hızları: 100 mV/sn, yön: pozitif.
   2. PEDOT elektropolimerizasyonunu çıplak Au mikroelektrot üzerinde sulu/ACN elektrolitinde çalıştırmak için aşağıdaki CV parametrelerini kullanın: başlangıç potansiyeli: -0,3 V, son potansiyel: -0,3 V, yüksek potansiyel: 1,2 V, segment sayısı: 20, tarama hızları: 100 mV/s, yön: pozitif.
   3. Organik olarak modifiye edilmiş PEDOT modifiye Au mikroelektrodunun iklimlendirme adımını çalıştırmak için aşağıdaki CV parametrelerini kullanın: başlangıç potansiyeli: -0,2 V, son potansiyel: -0,2 V, yüksek potansiyel: 0,8 V, segment sayısı: 20, tarama hızları: 100 mV/sn, yön: pozitif.
   4. UA standart çözeltileri ve fosfat tamponu (pH 6.6) için çıplak Au mikroelektrot ile aşağıdaki CV parametrelerini kullanın: başlangıç potansiyeli: 0 V, son potansiyel: 0 V, yüksek potansiyel: 1 V, segment sayısı: 2, tarama hızları: 100 mV / s ve yön: pozitif.
   5. Organik olarak yapılmış, PEDOT modifiye Au mikroelektrot üzerinde UA standart çözeltileri ve fosfat tamponu (pH 6.6) için aşağıdaki CV parametrelerini kullanın: başlangıç potansiyeli: 0 V, son potansiyel: 0 V, yüksek potansiyel: 0,6 V, segment sayısı: 2, tarama hızları: 100 mV / s ve yön: pozitif.
   6. Organik olarak yapılmış, PEDOT modifiye Au mikroelektrot üzerindeki süt numuneleri ve fosfat tamponu (pH 6.6) için aşağıdaki CV parametrelerini kullanın: başlangıç potansiyeli: 0 V, son potansiyel: 0 V, yüksek potansiyel: 0,8 V, segment sayısı: 2, tarama hızları: 100 mV/sn, yön: pozitif.
5. Bir cam elektrokimyasal hücrede, bir çalışma elektrodu (Au mikroelektrot (10 μm çap)), bir referans elektrodu (örneğin, 3 M sodyum klorürde (NaCl) gümüş / gümüş klorür (Ag / AgCl) ve bir platin tel sayaç elektrodu dahil olmak üzere üç elektrot kurulumu hazırlayın.
6. Bu temiz ve kurutulmuş elektrotları bir standa bağlı bir elektrot tutucunun deliklerinden geçirin. Ardından, elektrotları hedef çözeltiye veya numuneye yerleştirmek için tutucuyu elektrokimyasal hücrenin üzerine yerleştirin.
7. Elektrot yüzeylerinde kabarcık olmadığından emin olun.
   1. Kabarcıklar varsa, elektrotları çıkarın, tekrar deiyonize suyla durulayın ve bir mendille kurulayın. Elektrotları tekrar stand tutucuya ve çözeltiye yerleştirin.
   2. Referans elektrodunun etrafında kabarcıklar varsa, uca hafifçe dokunun.
   3. Çalışmaya başladıktan sonra sayaç elektrodunun etrafında kabarcıklar varsa, sayaç elektrodunu temizleyin. CV taraması gürültülü hale gelirse, elektrot yüzeyini temizleyin ve sistem bağlantılarını, telleri ve klipsleri kontrol edin.
8. Referans, çalışma ve sayaç elektrotları için üç kablo bağlantısının tümünün doğru şekilde bağlandığından emin olun ve ardından alttaki Çalıştır'a tıklayarak denemeyi başlatın.
9. Tüm denemeleri oda sıcaklığında çalıştırın. Süt numuneleri için, CV'yi çalıştırmadan önce süt numunelerinin sıcaklığının ortam sıcaklığına ulaşmasına izin verin.

4. Veri toplama ve analizi

1. CV'yi çalıştırdıktan sonra, verileri istediğiniz biçimde (CSV veya Kutu) bir klasöre kaydedin ve ardından toplamak için bir USB bellek çubuğu kullanın. Uygun yazılımı kullanarak verileri analiz edin. Daha kolay analiz için CSV dosyalarını e-tablolara dönüştürün.
   NOT: Veriler İkili dosya biçiminde kaydedilmişse, USB bellek çubuğunda veri toplanmadan önce Metin Virgülü biçimine dönüştürün.
2. Süt numunelerinin CV'sini analiz etmek için, süt profili oksidasyonuna bağlı eğriler oluşturmak üzere sütün CV'sini arka plan CV'sinden (yani, her süt numunesini çalıştırmadan önce alınan fosfat tamponunun CV'sinden (pH 6.6) çıkarın.

5. PEDOT'u karakterize etme teknikleri

1. Farklı elektrolitlerden yapılmış PEDOT katmanlarını karakterize etmek için belirli bir yüksek performanslı SEM türü kullanın.
   NOT: Burada FEI Quanta 200 ESEM FEG kullanılmıştır; daha iyi mekansal çözünürlük için Schottky alan emisyon tabancası (FEG) ile donatılmıştır. Bu cihaz, yüksek vakum, düşük vakum ve çevresel SEM modları gibi farklı çalışma modları sağlar ve bir SiLi (Lityum sürüklenmiş) Süper Ultra İnce Pencere EDS dedektörü ile donatılmıştır.
2. Organik ve sulu çözeltilerde PEDOT elektropolimerizasyonundan sonra hem çıplak hem de PEDOT modifiye Au (PEDOT-Au) mikroelektrotlarının yüzey morfolojisini SEM ile kontrol edin. PEDOT elektropolimerizasyonunu, SEM tarafından kontrol edilmeden hemen önce sulu / ACN ve organik çözeltilerdeki çıplak Au mikroelektrotları üzerinde gerçekleştirin.
3. Yeni hazırlanmış elektrotları (bir çıplak Au mikroelektrodu ve iki PEDOT-Au mikroelektrodu) SEM sahnesine yatay olarak, başları sahnenin üzerinde belirli bir açıyla yerleştirin.

Siklik voltametri, hedef analitlerin elektrokimyasal algılanması sırasında elektrot iletkenliğini ve hassasiyetini arttırmak için bir Au mikroelektrot yüzeyinde ince bir PEDOT tabakası oluşturmak için kolay bir tekniktir. Bu protokol, sulu bir elektrolit çözeltisinden 0.01 M EDOT'a kıyasla organik bir çözeltiden 0.1 M EDOT'un elektropolimerizasyon yöntemini göstermektedir. Sulu / ACN çözeltisinde 10 döngü çalıştırmak,LiClO 4 / PC çözeltisindeki 4 döngü ile gözlemlenenle karşılaştırılabilir orta derecede bir PEDOT büyümesine neden olur. Şekil 1, sulu / ACN ve organik çözeltilerde elektropolimerize EDOT arasında, CV uygulanarak oluşturulan sonraki PEDOT katmanları arasında belirgin bir fark göstermektedir. 100 mV/s tarama hızında -0,3 ila +1,2 V (3 M NaCl'de Ag/AgCl'ye karşı) döngü yapıldıktan sonra, polimerin her iki elektrolit çözeltisinde (Şekil 1A ve Şekil 1C) 0,9 V'ta oksitlenmeye başladığı ve sulu / ACN çözeltisinde 1 V'ta bir oksidasyon zirvesinin görüldüğü açıktır.

Daha yakından incelendiğinde, 4 döngüden sonra organik çözeltide yapılan PEDOT katmanları, sulu / ACN çözeltisinde bu potansiyelde oluşan PEDOT katmanları için görülen akım değerine (0.23 μA) kıyasla 1.2 V'ta daha yüksek akım değerleri (~ 2.9 μA) gösterir. CV çalışmaları sırasında elektropolimerizasyon döngülerinin sayısı arttığında, katmanların kalınlığını artırmak için elektrot yüzeyinde kademeli olarak yeni PEDOT katmanları yapılır. Bunun nedeni, iç PEDOT'ta 0 ila 0.7 V potansiyel aralığı arasında meydana gelen redoks reaksiyonları olabilir (Şekil 1B ve Şekil 1D). Şekil 1B ve Şekil 1D, PEDOT büyümesini doğru göstermek için daha dar bir potansiyel aralığı göstermektedir. Her grafiğin sağ tarafındaki akım yoğunluğu değerleri, grafiğin sol tarafındaki akım değerlerinin, değiştirilmemiş Au mikroelektrodunun geometrik yüzey alanına bölünmesiyle hesaplanmıştır (78.5 × 10-8cm2, r = 5 × 10-4 cm).

İki elektrolit çözeltisinde elektropolimerizasyon ile PEDOT tabakası oluşumunun etkinliğini doğrulamak için SEM analizi yapılmıştır (Şekil 2A-F). SEM tarafından çekilen görüntüler farklı büyütmelerde (4000x, 30000x ve 60000x) seçildi. Çıplak ve PEDOT-Au mikroelektrotlarının geometrik yüzey alanı bu görüntüler kullanılarak belirlenebilir. Şekil 2A, çıplak altın mikroelektrot için ~ 10 μm'lik bir çapı doğrulamaktadır; Bu nedenle, yüzey alanı ~ 78.5 × 10-8 cm2 olarak hesaplanır. Au mikroelektrodunun yüzeyinde 4 döngüden sonra organik çözeltide oluşan PEDOT nanoyapısının çapı ~ 40 μm idi (Şekil 2C, D). Buna karşılık, elektrot yüzeyindeki PEDOT büyümesi, 10 döngü elektropolimerizasyondan sonra daha düşüktü. Elektrot çevresinde merkezde çöküntü olan dağlık polimerik özellikler olarak görülmektedir (Şekil 2E,F).

SEM görüntüleri, organik çözeltideki PEDOT büyümesinin sulu / ACN sistemine kıyasla üstünlüğüne ve karnabahar benzeri bir şekilde mikroelektrottan uzanan çok gözenekli bir nanoyapının oluşturulmasına kanıt sağlar. Organik bir çözelti içinde hazırlanan bu PEDOT mikroelektrodu, özellikle standart çözeltilerde ve süt numunelerinde UA tespiti için algılama uygulamaları için kullanılmıştır. Şekil 3 , çıplak bir Au mikroelektrot ve PEDOT sensöründe standart bir çözeltide UA'nın algılanması için CV'yi göstermektedir. UA tespiti için çıplak Au mikroelektrodunun performansı, UA'nın elektrot yüzeyine radyal difüzyonu nedeniyle 0.8 V'tan daha yüksek potansiyellerde elde edilen kararlı durum akımları ile karakterize edilir (Şekil 3A). Üç replika CV çalışmasından sonra 62,5 ila 1000 μM UA konsantrasyon aralığı için 0,8 V'taki ortalama akımlara dayanarak doğrusal bir kalibrasyon eğrisi çizilmiştir (Şekil 3B).

Kalibrasyon eğrisi denklemlerinin eğimi karşılaştırıldığında, PEDOT mikroelektrodunun çıplak mikroelektrottan 100 kat daha yüksek hassasiyete sahip olduğu bulunmuştur. İlginç bir şekilde, organik bir çözeltide yapılan PEDOT sensörü kullanılarak tespit edilen UA aralığı, keskin anodik zirvenin ucundaki mevcut değerin ölçülmesiyle hesaplanan 6.25 ila 200 μM arasında daha düşüktü (Şekil 3C, D). PEDOT elektrodu için kalibrasyon eğrisi verileri, modifiye elektrot için UA'nın algılama sınırını (LOD) ve niceleme sınırını (LOQ) ölçmek için kullanıldı. Kalibrasyon eğrisi denkleminin eğimi (b) ve kesişme (ler) in değerlendirilen standart hatası, LOD ve LOQ değerlerini (% 95 güven seviyesi)-7 μM ve 24 μM14) denklemleri kullanılarak ölçmek için kullanıldı - denklemler (1) ve (2).

LOD= 3s/b (1)

LOQ= 10 sn/b (2)

Organik olarak modifiye edilmiş PEDOT modifiye sensörün hassasiyeti önemli bir faktördür. Bu, kalibrasyon eğrisi eğiminin, çalışma elektrodunun 397 μA μM-1 cm-2 olan geometrik yüzey alanına bölünmesiyle hesaplanır.

Organik çözeltide sentezlenen PEDOT sensörünün bir başka uygulaması, normal taze süt ve seçilmiş aromalı süt örnekleri gibi gerçek numunelerdeki UA içeriğini analiz etmekti (Şekil 4). Bu tekniğin avantajı, süt numunelerindeki UA seviyelerinin herhangi bir ön işlem veya seyreltme olmadan ölçülebilmesidir. Bu PEDOT-Au mikroelektrot sensörünün performansı, organik çözelti15'te aynı yöntemle hazırlanan PEDOT modifiye camsı karbon makroelektrodu (PEDOT-GC) ile karşılaştırılmıştır. PEDOT mikroelektrodu kullanılarak normal sütte 0.35 V'ta (Ag / AgCl'ye karşı) UA için anodik tepe akımı ~ 28.4 nA idi, bu da Şekil 3D'deki kalibrasyon eğrisinin denklemi kullanılarak 82.7 μM'ye eşdeğerdir (y = 0.3x + 2.6, R2 = 0.993). Bu değer, PEDOT-GC15 kullanılarak belirlenen normal sütte UA için ~ 83.4 μM idi. Normal sütün CV taramasında 0.65 V'ta ikinci büyük oksidasyon zirvesi (Şekil 4A), sistein, triptofan ve tirozin15,16 gibi elektroaktif amino asitler de dahil olmak üzere oksitlenebilir bileşiklerle ilgilidir. Bu zirvenin normal sütten gelen mevcut yoğunluğu, daha önce bildirilen bir PEDOT-GC15 kullanılarak elde edilenden 200 kat daha büyüktür. Bu, PEDOT katmanları tarafından kaplanan mikroelektrotun, PEDOT modifiye makroelektroduna kıyasla daha hassas bir tepkisini gösterir.

Karamel ve beyaz çikolatalı süt örnekleri için elde edilen CV taramaları Şekil 4A'da görülebilir. UA için 0,36 V'ta net bir tepe noktası ve 0,56 V'ta ~ 42 nA'lık ek bir tepe akımı ile birlikte 0,66 V'ta tepe noktasıyla birleştirilir. 0.56 V'daki bu ek zirve, aromalı sütün bileşenlerinden biri olan vanillik asidin varlığı ile ilişkili olabilir. Belçika çikolatalı süt örneğinin CV'si, 0.26 V, 0.36 V ve 0.66 V'ta yeni bir anodik tepe seti ve 0.22 V'ta bir katodik tepe noktası olduğunu göstermektedir. Çikolata profili, çikolata veya kakao15'te bulunan diğer polifenolik antioksidanlarla birlikte kateşin redoks profiline benzer. Böylece, kateşin oksidasyonu ve indirgeme zirveleri sırasıyla 0.26 V ve 0.22 V'ta görünür. Kateşin zirvesinin kuyruğunda keskin bir tepe noktası olarak görünen 0.36 V tepe akımı, UA oksidasyonundan kaynaklanmaktadır. Şekil 4B , PEDOT-Au'da sırasıyla 0.35 V ve 0.23 V'ta geniş anodik ve katodik tepe akımları sergileyen Kolombiyalı espresso süt örneğinin CV'sini göstermektedir; bu, kahvedeki başlıca fenolik antioksidanlardan, yani klorojenik ve kafeik asitlerden kaynaklanmaktadır. PEDOT mikroelektrodunun geometrik yüzey alanı PEDOT makroelektrodundan daha yüksek olduğundan, bu süt numunelerindeki UA piklerinin akım yoğunlukları PEDOT-Au 15'te ~150 ila 500 kat daha büyüktür.

Resim 1: PEDOT'un altın mikroelektrot üzerinde elektropolimerizasyonu. Sulu bir çözeltide (A, B) 10 CV taraması ile hazırlanan PEDOT (1 mL ACN + 9 mL deiyonize suda 0,01 M EDOT + 0,1 M LiClO4); ve (C, D) organik bir elektrolit çözeltisinde 4 CV taraması kullanarak (0,1 M LiClO4/PC'nin 1 mL'sinde 0,1 M EDOT). B ve D, PEDOT akımlarını net bir şekilde görselleştirmek için A ve C'nin genişletilmiş versiyonlarıdır. Tarama hızı = 100 mV/sn. Bu rakam15'ten değiştirilmiştir. Kısaltmalar: PEDOT = poli(3,4-etilendioksitiyofen); CV = siklik voltametri; EDOT = 3,4-etilendioksitiyofen; ACN = asetonitril; LiClO4 = lityum perklorat; Ag = gümüş; AgCl = gümüş klorür. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: SEM görüntüleri. (A ve B) Çıplak altın mikroelektrot (Au). PEDOT modifiye altın mikroelektrotlar, 4 döngü elektropolimerizasyondan sonra (C ve D) organik çözeltide ve farklı büyütmelerde 10 döngü elektropolimerizasyondan sonra (E ve F) sulu çözeltide hazırlanır. Bu rakam15'ten değiştirilmiştir. Kısaltmalar: SEM = taramalı elektron mikroskobu; PEDOT = poli(3,4-etilendioksitiyofen). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Fosfat tamponunda farklı UA konsantrasyonları için siklik voltammogramlar, pH 6.6. (A) Çıplak altın mikroelektrot (arka plan çıkarılmış) ve (C) PEDOT modifiye altın mikroelektrot (arka plan çıkarılmış), elektrot çözeltiye 100 mV / s tarama hızında yerleştirildikten hemen sonra alınan ölçümler. (B) Çıplak altın mikroelektrot üzerindeki UA konsantrasyonuna karşı 0,8 V'ta sınırlayıcı akımın grafiği. (D) PEDOT modifiye altın mikroelektrot üzerindeki UA konsantrasyonuna karşı anodik tepe akımının (Ip.a/μA) grafiği. (n=3). Bu rakam15'ten değiştirilmiştir. Kısaltmalar: UA = ürik asit; PEDOT = poli(3,4-etilendioksitiyofen). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Döngüsel voltammogramlar (arka plan çıkarılmıştır). (A) Normal süt, Belçika çikolatalı süt, karamel ve beyaz çikolatalı süt ve (B) 100 mV/s'de PEDOT modifiye altın mikroelektrot (10 μm çapında) üzerinde normal süt ve Kolombiya espresso sütü. Bu rakam15'ten değiştirilmiştir. Kısaltma: PEDOT = poli(3,4-etilendioksitiyofen). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.