Grafeno Oxide Nanohybrid Thin Film eléctrodos modificados serigrafado reduzida de óxido de irídio como papel Electrochemical descartável microfluídicos pH Sensores
Summary
O estudo demonstra o crescimento de óxido de grafeno reduzido de óxido de irídio (IRO 2 -RGO) nanohybrid filmes finos sobre substrato de carbono impresso irregular e áspera através de uma síntese eletroquímica verde, e sua implementação como um sensor de pH com uma plataforma para papel-fluídica padronizada .
Abstract
A síntese eletroquímica facile, controlável, barato e verde da IrO 2 -graphene nanohybrid filmes finos é desenvolvido para fabricar um sensor de pH easy-to-use papel integrado microfluídicos eletroquímico para contextos de recursos limitados. Levando vantagens de ambos os medidores e tiras de pH, a plataforma de detecção de pH é composto por hidrofóbico micropad papel decorado-barreira (μPAD), utilizando o polidimetilsiloxano (PDMS), eletrodo serigrafado (SPE) modificado com Iro 2 -graphene filmes e moldados de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) suporte de plástico. Repetitivo ciclismo potencial catódico foi empregada para a redução de óxido de grafeno (GO), que pode remover completamente os grupos oxigenados eletroquimicamente instáveis e gerar uma fina camada de grafeno homogênea livre de defeitos 2D com excelente estabilidade e propriedades eletrônicas. Um bom filme IrO2 uniforme e em tamanho nanoescala grão é anodicamente eletrodepositados para o filme de grafeno, sem qualquerrachaduras observável. O IrO2 -RGO eletrodo resultante mostrou respostas ligeiramente super-Nernstiana de pH 2-12, em tampões com boa linearidade, pequena histerese, tempo de resposta baixo e reprodutibilidade em diferentes tampões, bem como baixas sensibilidades de interferir diferente Britton-Robinson (BR) espécies iônicas e oxigênio dissolvido. Um medidor de pH digital portátil simples é fabricada, cujo sinal é medido com um multímetro, usando amplificador operacional de entrada de alta impedância e pilhas de consumo. Os valores de pH medidos com os sensores de pH de papel-microfluidos electroquímicos portáteis eram consistentes com aqueles medidos usando um medidor de pH laboratório comercial com um eléctrodo de vidro.
Introduction
A determinação do pH é onipresente em alimentos, fisiológica, medicinal e estudos ambientais. Duas ferramentas mais comuns para detecção de pH são tiras de pH e medidores de pH. As tiras de papel são impregnados com as moléculas indicadoras de pH que mudam de cor, mas a leitura é por vezes limitada em gamas de pH, subjectiva e semi-quantitativa com alguns desvios. Por outro lado, um medidor de pH convencionalmente equipado com um eléctrodo de vidro de pH pode medir com precisão ao nível de 0,01, e exibição por uma interface de utilizador digitais. medidores de pH baseados em laboratório não só precisam de cuidados especiais na manutenção e calibração, mas também não funcionam bem no sentido de pequenos volumes de amostras e muitas vezes exigem um recipiente limpo, como um copo para realizar medições. Apesar de sua sensibilidade, seletividade e estabilidade, eletrodos de vidro sofrem de erros de ácido / alcalinas, de alta impedância, instabilidade da temperatura e fragilidade mecânica 1. Portanto, é vantajoso ter um sistema de medição de pH que embodies a precisão do medidor de pH e os aspectos simplicidade e custo de tiras de pH.
Há sempre uma necessidade não satisfeita de tais ferramentas em condições de recursos limitados em muitas regiões em desenvolvimento onde o equipamento baseado em laboratório caro ou laboratórios comerciais estão inacessíveis. Além disso, o papel crescente das novas plataformas de detecção no local fáceis de usar é empurrado por um tal demanda para a detecção de ponto-de-cuidado. detecção eletroquímica é simples, fácil de miniaturizar e satisfatoriamente sensível, como demonstrado pelas SPEs baixo custo comercializados e vários sistemas de monitoramento de glicose no mercado. Como um material poroso leve, flexível e descartável, de papel também pode ter várias características controláveis, tais como diferentes tamanhos de poros, os grupos funcionais, e as taxas de capilaridade.
Como substrato de papel mal afeta a difusão do analito e detecção eletroquímica 2-4, combinação de dispositivos de papel-fluídico e técnicas eletroanalíticas tem recently recebeu interesses extensos. Uma vantagem aparente de tais combinações é a pequena quantidade de volume de amostra utilizado na medição, que pode, potencialmente, evitar interferências de vibração e de convecção durante as medições. Por exemplo, almofadas microfluídicos padronizadas foram aplicadas para pavio e entregar amostras líquidas para a área de detecção de SPEs para detecção de íons de metais pesados e glicose 2,5. Dispositivos semelhantes usando papel eletroquimioluminescência microfluídico foram estabelecidas para realizar detecção de NADH 4. Mais recentemente, dispositivos microfluídicos papel eletroquímica simples pode ser construída sobre uma lâmina de vidro com eletrodos lápis 6 ou utilizando papel de enzima e SPEs 3.
Um material de película fina nanohybrid composto de IrO2 e RGO foi preparado usando uma abordagem electroquímica fácil e eficiente. Descobrimos que na superfície de carbono SPE graphitic irregular e áspera, anodicamente eletrodepositados IrO2 película fina não podeser suave e estável sem o auxílio de RGO. A resultante IrO2 -RGO SPE foi integrado um dispositivo microfluídico de papel que tem modelado barreiras hidrofóbicos para detecção de pH. O dispositivo montado mostrou excelentes performances analíticas em sensoriamento pH com um comportamento um pouco super-Nernstiana. Os resultados são comparáveis a um medidor de pH baseado em laboratório convencional com eletrodos de vidro. Por último, miniaturizados medidores de pH baixo custo foram construídas em uma placa de ensaio para medir o sinal de saída potencial de circuito aberto com um multímetro digital. As medições do medidor de pH portátil correlaciona-se bem com os de um medidor de pH laboratório comercial.
Protocol
Representative Results
Discussion
Configuração de dispositivo
O sensor de pH funciona por medição da OCP entre os eléctrodos de trabalho e de referência, uma vez que altera de forma proporcional ao logaritmo negativo da concentração de H +. As medições pode ser alcançado tanto por um potenciostato baseado em laboratório, como CHI 660D e medidor de pH simples construído em placa de ensaio com a leitura pelo multímetro. Dois medidores de pH portátil diferentes foram construídas de fo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por uma concessão do Equipamento e Política (WEP) NSF Indústria / Universidade Cooperative Research Center (I / UCRC) de água. Os autores também são gratos ao Hjalmar D. e Janet W. Bruhn Fellowship e Louis e Elsa Thomsen Wisconsin Distinguished Graduate Fellowship fornecido a JY na 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
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