使い捨て電気化学紙のマイクロ流体のpHセンサーとしてイリジウム酸化還元グラフェン酸化物ナノハイブリッド薄膜変更されたスクリーン印刷電極
Summary
研究では、緑の電気化学的合成により不規則で粗いスクリーン印刷炭素基板上に酸化イリジウム還元酸化グラフェン（のIrO 2 -RGO）ナノハイブリッド薄膜の成長を実証し、パターン化された紙流体プラットフォームとpHセンサとしての実装。
Abstract
IrO 2 -grapheneナノハイブリッド薄膜の、容易な制御可能な、安価で、緑の電気化学的合成は、リソースが制限された設定のための使いやすい統合紙マイクロ流体電気化学pHセンサを製造するために開発されています。 pHを感知プラットフォームはポリジメチルシロキサン（PDMS）を用いた疎水性バリアパターン化紙micropad（μPAD）から構成され、pH値メーターとストリップの両方の利点を取ること、のIrO 2 -grapheneフィルム成形アクリロニトリルブタジエンスチレンで変性されたスクリーン印刷電極（SPE） （ABS）プラスチックホルダー。繰り返しのカソード電位サイクリングは完全に優れた安定性と電子特性と2D欠陥のない均質なグラフェン薄膜を電気化学的に不安定な酸素基を除去し、生成することができますグラフェン酸化物（GO）削減のために使用しました。ナノスケールの粒径が均一で平滑なのIrO 2膜を陽極あらゆることなく、グラフェン膜の上に電着さ観察可能な亀裂。結果としてのIrO 2 -RGO電極は、ブリトン-ロビンソン（BR）の異なる干渉性に優れた直線性、小さなヒステリシス、低い応答時間と再現性異なる緩衝液中で、同様に低感度での緩衝液のpH 2-12からわずか超ネルンスト応答を示しましたイオン種、溶存酸素。シンプルなポータブルデジタルpHメーターは、高入力インピーダンスのオペアンプと消費者の電池を使用して、その信号マルチメータで測定され、製造されています。ポータブル電気紙マイクロ流体pHセンサで測定されたpH値は、ガラス電極を有する市販の実験室用pHメーターを用いて測定したものと一致しました。
Introduction
pH値の決意は、食品、生理学的、医学的および環境的研究に遍在です。 pH値の検出のための二つの最も一般的なツールは、pHストリップおよびpHメーターです。紙ストリップは変色pH指示薬分子を含浸されているが、読み出しは、時々いくつかの偏差と主観的及び半定量的な、pH範囲が制限されます。一方、従来のガラス電極を備えたpH計は、デジタル・ユーザー・インターフェースによって正確に0.01度、およびディスプレイへのpHを測定することができます。ラボベースのpHメーターは、メンテナンスや校正に特別な注意を必要とするだけでなく、少量の試料に向けてうまく動作しませんし、多くの場合、このような測定を行うためのビーカーのようにきれいな容器を必要としないだけ。その感度、選択性および安定性にもかかわらず、ガラス電極は、酸/アルカリ誤差、ハイインピーダンス、温度不安定性および機械的脆弱1苦しみます。したがって、embod pH測定システムを有することが有利ですpH計及びpHストリップのシンプルさとコスト面の精度をIES。
高価な実験室ベースの機器や商業研究所は手が届かない多くの開発途上地域での限られた資源の条件の下でそのようなツールのための満たされていない必要性が常にあります。また、新しい使いやすいオンサイトセンシング・プラットフォームの役割が増大は、ポイント・オブ・ケアを検出するため、このような需要に押されて。市場での商品化、低コスト化SPEと様々なグルコース監視システムによって示されるように、電気化学的検出は、単純な小型化が容易で、十分に敏感です。光、柔軟使い捨て多孔質材料としては、紙はまた、異なる孔径、官能基、及び吸上げ率等の様々な制御可能な特性を有することができます。
紙基材はほとんど検体拡散及び電気化学的検出2-4影響を与えるように、紙流体デバイスと電気分析技術の組み合わせはrecentlを有しますyは広範な関心を受けました。このような組み合わせの見かけ上の利点は、潜在的に測定中の振動や対流からの干渉を防ぐことができ、測定に使用されるサンプル容量の小さな量です。例えば、パターニングされたマイクロ流体パッドはウィッキングおよび重金属イオンを検出するためのSPEの検出領域に液体試料を提供し、2,5をグルコースに適用しました。紙のマイクロ流体電気化学発光を用いて同様のデバイスは、NADH検出4を達成するために設立されました。より最近では、単純な電気化学紙マイクロ流体デバイスは、鉛筆電極6または酵素紙とSPE 3を用いてガラススライド上に構築することができます。
IrO 2とRGOからなるナノハイブリッド薄膜材料は、容易かつ効率的な電気化学的手法を用いて調製しました。私たちは、不規則なとラフSPEグラファイト炭素表面上のことを発見した、陽極電着のIrO 2薄膜はできませんRGOの助けを借りずに滑らかで安定しています。結果としてのIrO 2 -RGO SPEは、pH感知のための疎水性の障壁をパターン化した紙マイクロ流体デバイスに統合されました。組み立てられた装置は、わずかに超ネルンスト挙動を用いてpHセンシングに優れた分析性能を示しました。結果は、ガラス電極を備えた従来の実験室ベースのpH計に匹敵します。最後に、費用対効果の高い小型化のpHメーターは、デジタルマルチメータで開回路電位出力信号を測定するためにブレッドボード上に構築されました。ポータブルpH計の測定は、市販の実験室用pH計のものとよく相関します。
Protocol
Representative Results
Discussion
デバイスのセットアップ
それはH +濃度の負の対数に比例して変化するのでpHセンサは、作業と参照電極の間にOCPを測定することによって動作します。測定は、CHI 660Dおよびマルチメータによる読み取りとブレッドボード上に構築されたシンプルなpHメーターなどのラボベースのポテンショスタットの両方によって達成することができます。二つの異な…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、水の機器と政策（WEP）NSF産業/大学共同研究センター（I / UCRC）からの助成金によってサポートされていました。著者らはまた、Hjalmar D.とジャネット・W・ブルーンフェローシップとルイに感謝しているとエルザトムセンウィスコンシン区別大学院フェローシップは、UWマディソンでJYに提供しました
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
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