תחמוצת-מופחת אירידיום גראפן אוקסיד Nanohybrid Thin Film אלקטרודות מסך מודפס שינויים, כפי שהם פנויים אלקטרוכימיות נייר Microfluidic pH חיישנים
Summary
המחקר מדגים את הצמיחה של תחמוצת גרפן-מופחת תחמוצת אירידיום (IRO 2 -RGO) nanohybrid סרטים דקים על מצע פחמן מסך מודפס סדיר ומחוספס באמצעות סינתזה ירוקה אלקטרוכימיים, ויישומן כחיישן pH עם פלטפורמת נייר-fluidic בדוגמת .
Abstract
סינתזת אלקטרוכימי קלילה, לשליטה, זולה וירוקה של סרטי IRO 2 -graphene nanohybrid הדקים מפותחת לפברק חיישן pH קל לשימוש משולב נייר microfluidic אלקטרוכימיים עבור הגדרות משאב מוגבל. אם ניקח יתרונות משני מטרים pH ורצועות, פלטפורמת חישה pH מורכב micropad נייר מחסום בדוגמת הידרופובי (μPAD) באמצעות polydimethylsiloxane (PDMS), אלקטרודה מודפס מסך (SPE) שונה עם IRO 2 -graphene סרטים ועיצבו ניטריל גומי סינתטי בעל פלסטיק (ABS). רכיבה על אופניים פוטנציאל קתודית חוזרים הועסקו תחמוצת גרפן (GO) הפחתה אשר יכולה להסיר לחלוטין אלקטרוכימי קבוצות מחומצן יציבים וליצור שכבת דקת 2D ללא פגם הומוגנית גרפן עם יציבות מעולה מאפיינים אלקטרוניים. אחיד סרט חלקת IRO 2 בגודל גרגר ננו הוא electrodeposited anodically על סרט גרפן, ללא כלסדקים נצפים. האלקטרודה IRO 2 -RGO שהתקבלה הראתה מעט תגובות סופר-Nernstian מ pH 2-12 ב בריטון-רובינסון (BR) מאגרים עם ליניאריות טובים, היסטרזיס קטן, זמן תגובה נמוך שחזור מאגרים שונים, כמו גם רגישויות נמוכות כדי להתערב שונה מינים יוניים וחמצן מומס. מד pH דיגיטלי נייד פשוט הוא מפוברק, אות אשר נמדדת עם מודד, באמצעות מגבר מבצעי קלט עכבה גבוהה וסוללות צרכן. ערכי ה- pH נמדדו עם חיישני pH נייר-microfluidic אלקטרוכימיים הניידים היו עקביים עם אלו נמדדים באמצעות מד pH המעבדה מסחרי עם אלקטרודות זכוכית.
Introduction
קביעת pH הוא נמצא בכל מקום במזון, פיזיולוגיים, מרפא ולימודי סביבה. שני הכלים הנפוצים ביותר לגילוי pH הם רצועות pH ו pH מטר. רצועות נייר ספוגות מולקולות אינדיקטור pH צבע-שינוי אבל הקריאה לפעמים היא מוגבלת בתחומי pH, סובייקטיבי וכמותיות עם סטיות מסוימות. מצד שני, מד pH מאובזר כמקובל עם אלקטרודות זכוכית יכול למדוד pH במדויק אל 0.01 רמה, ולהציג על ידי ממשק דיגיטלי למשתמש. pH מטר מבוסס מעבדה לא רק צריך טיפול מיוחד באספקת כיול, אלא גם אינו פועל היטב לקראת כרכי מדגם קטנים ולעתים קרובות דורש במכל נקי כמו מבחנה לבצע מדידות. למרות הרגישות, סלקטיביות ויציבותה, אלקטרודות זכוכית סובלות שגיאות חומצה / אלקליין, עכבה גבוהה, חוסר יציבות טמפרטורת 1 השבריריות מכאניות. לכן זה יתרון יש מערכת מדידת pH כי embodIES הדיוק של מד pH ואת היבטי פשטות ועלות של רצועות pH.
תמיד יש צורך בטיפולי כלים כאלה בתנאי משאבים מוגבלים באזורים רבים מתפתחים בן ציוד מבוסס מעבדה יקר או מעבדות מסחריות הם מעבר להישג יד. כמו כן, התפקיד הגדל וההולך של פלטפורמות חישה באתר קלות לשימוש חדשות נדחף על ידי דרישה כזו לגילוי נקודת הטיפול. זיהוי אלקטרוכימי הוא פשוט, קל miniaturize משביעים רצון רגיש, כפי שהוכח על ידי הנהלת ה בעלות הנמוכה הממוסחרת ומערכות ניטור הגלוקוז שונות קיימים בשוק. כתוצאת חומר נקבובי אור, גמישים חד פעמי, נייר יכול להיות גם שונה המאפיין לשליטה, כגון גודל נקבובי שונה, קבוצות פונקציונליות, ושיעורי פתילה.
כמו מצע נייר בקושי משפיע דיפוזיה אנליטי וזיהוי אלקטרוכימיים 2-4, שילוב של תקני fluidic נייר וטכניקות electroanalytical יש recently קיבל אינטרסים נרחבים. יתרון ברור של שילובים כאלה הוא הכמות הזעירה של נפח דגימה המשמשת למדידה אשר באופן פוטנציאלי יכולה למנוע הפרעות מן רטט הסעה במהלך מדידות. לדוגמא, רפידות microfluidic בדוגמת יושמו פתיל ולספק דגימות נוזלות לאזור חישה של ישויות כאמורות לגילוי של יונים של מתכות כבדות וגלוקוז 2,5. התקנים דומים באמצעות electrochemiluminescence נייר microfluidic הוקמו כדי להשיג NADH זיהוי 4. לאחרונה, מכשירי microfluidic נייר אלקטרוכימי פשוט יכולים להיבנות על זכוכית שקופית עם אלקטרודות עיפרון 6 או שימוש בנייר אנזים SPEs 3.
חומר סרט דק nanohybrid המורכב IRO 2 ו RGO הוכן באמצעות גישת אלקטרוכימיים קלילה ויעילה. מצאנו כי על פני שטח פחמן graphitic SPE הסדירים ומחוספסים, electrodeposited anodically IRO 2 סרט דק לא יכוללהיות חלק ויציב ללא סיוע של RGO. IRO 2 וכתוצאה מכך -RGO SPE שולבה מכשיר microfluidic נייר אשר בדוגמת מחסומים הידרופובי עבור חישה pH. המכשיר התאסף הראה הופעות אנליטיים מצוינות חישת pH עם התנהגות סופר-Nernstian מעט. התוצאות הן להשוות מד pH מבוסס מעבדה קונבנציונלי עם אלקטרודות זכוכית. לבסוף, pH מטר מיניאטורי חסכוני נבנה על קרש חיתוך למדוד פתוח מעגל אות תוצר פוטנציאלי עם מודד דיגיטלי. המדידות של מד pH הנייד וקושרות היטב עם אלה של מטר pH המעבדה מסחרי.
Protocol
Representative Results
Discussion
התקנת מכשיר
חיישן pH עובד על ידי מדידת OCP בין האלקטרודות העבודה ועיון, שכן הוא משתנה באופן יחסי ללוגריתם השלילי של ריכוז H +. המדידות ניתן להשיג היא על ידי potentiostat מבוסס מעבדה כגון CHI 660D מטר pH פשוט בנוי על קרש חיתוך עם הק…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מטעם ציוד מים ומדיניות (WEP) NSF תעשיה / אוניברסיטת שיתופית מרכז המחקר (I / UCRC). המחברים הם גם אסיר תודה על היילמאר ד וג'נט וו Bruhn אחוות ולואי ואלזה תומסן ויסקונסין נכבדים בוגרת מלגת הניתן JY ב UW-Madison
Materials
| Screen-printed electrodes | Zensor | TE100 | 3-electrode integrated |
| acrylonitrile butadiene styrene (ABS) | |||
| Polydimethylsiloxane (PDMS) prepolymer and cross linker mixture | Dow-Corning Co. | Sylgard 184 | 10:1 mixture w/w |
| Whatman No. 1 filter paper | GE Healthcare co. | ||
| 3D milling system | Roland DGA Co. | iModela IM-01 | |
| PDMS stamp and vacuum cover | Roland DGA co. | Sanmodur | Synthetic resin tablet |
| hand-operated vacuum pump | Cole-Parmer co. | ||
| Electrochemical workstation | CH Instruments | CHI 660D | |
| LF356N operational amplifiers | Texas Instruments Inc. | ||
| INA111 high speed field-effect transistor (FET)-input instrumentation amplifier | Burr-Brown Inc. | ||
| DMM914 digital multimeter | Tektronix Inc. | 70979101 | |
| From Fisher or Sigma: | |||
| iridium tetrachloride (IrCl4) | |||
| 50% (w/w) hydrogen peroxide (H2O2) | |||
| oxalic acid dihydrate | |||
| potassium carbonate (K2CO3) | |||
| phosphoric acid | |||
| acetic acid | |||
| boric acid | |||
| sodium hydroxide (NaOH) | |||
| Na2HPO4 | |||
| NaH2PO4 |
References
- Greenblatt, M., Shuk, P. Solid-state humidity sensors. Solid State Ionics. , 995-1000 (1996).
- Nie, Z., Nijhuis, C. A., Gong, J., Chen, X., Kumachev, A., Martinez, A. W., Narovlyansky, M., Whitesides, G. M. Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 10, 477-483 (2010).
- Yang, J., Nam, Y. G., Lee, S. -. K., Kim, C. -. S., Koo, Y. -. M., Chang, W. -. J., Gunasekaran, S. Paper-fluidic electrochemical biosensing platform with enzyme paper and enzymeless electrodes. Sens. Actuators, B. 203, 44-53 (2014).
- Delaney, J. L., Hogan, C. F., Tian, J., Shen, W. Electrogenerated chemiluminescence detection in paper-based microfluidic sensors. Anal. Chem. 83, 1300-1306 (2011).
- Lankelma, J., Nie, Z., Carrilho, E., Whitesides, G. M. Paper-based analytical device for electrochemical flow-injection analysis of glucose in urine. Anal. Chem. 84, 4147-4152 (2012).
- Dossi, N., Toniolo, R., Pizzariello, A., Impellizzieri, F., Piccin, E., Bontempelli, G. Pencil-drawn paper supported electrodes as simple electrochemical detectors for paper-based fluidic devices. Electrophoresis. 34, 2085-2091 (2013).
- Yang, J., Gunasekaran, S. Electrochemically reduced graphene oxide sheets for use in high performance supercapacitors. Carbon. 51, 36-44 (2013).
- Yamanaka, K. Anodically electrodeposited iridium oxide films (AEIROF) from Alkaline Solutions for Electrochromic Display Devices. Jpn. J. Appl. Phys. 28, 632-637 (1989).
- Yamanaka, K. The electrochemical behavior of anodically electrodeposited iridium oxide films and the reliability of transmittance variable cells. Jpn. J. Appl. Phys. 30, 1285-1289 (1991).
- Fog, A., Buck, R. P. Electronic semiconducting oxides as pH sensors. Sens. & Act. 5, 137-146 (1984).
- Bezbaruah, A. N., Zhang, T. C. Fabrication of anodically electrodeposited iridium oxide film pH microelectrodes for microenvironmental studies. Anal. Chem. 74, 5726-5733 (2002).
- Marzouk, S. A. M., Ufer, S., Buck, R. P., Johnson, T. A., Dunlap, L. A., Cascio, W. E. Electrodeposited iridium oxide pH electrode for measurement of extracellular myocardial acidosis during acute ischemia. Anal. Chem. 70, 5054-5061 (1998).
- Prats-Alfonso, E., Abad, L., Casañ-Pastor, N., Gonzalo-Ruiz, J., Baldrich, E. Iridium oxide pH sensor for biomedical applications. Case urea-urease in real urine samples. Biosens. Bioelectron. 39, 163-169 (2013).
- Bitziou, E., O’Hare, D., Patel, B. A. Simultaneous detection of pH changes and histamine release from oxyntic glands in isolated stomach. Anal. Chem. 80, 8733-8740 (2008).
