Tek Elektrokimyasal Kağıt mikroakışkan pH Sensörler olarak iridyum Oksit azaltılmış Grafen Oksit nanohibrit İnce Film Modifiye Ekran baskılı Elektrotlar
Summary
Çalışma desenli kağıt-akışkan platform iridyum oksit azaltılmış grafen oksit büyüme (IRO 2 -RGO) nanohibrit yeşil elektrokimyasal sentez yoluyla düzensiz ve kaba ekran baskılı karbon tabaka üzerinde ince filmler ve pH sensörü olarak uygulanmasını gösteriyor .
Abstract
IRO 2 -graphene nanohibrit ince filmlerin A, kolay kontrol edilebilir, ucuz ve yeşil elektrokimyasal sentez kaynak sınırlı ayarları için kolay kullanımlı entegre kağıt mikroakışkan elektrokimyasal pH sensörü imal etmek geliştirilmiştir. Her iki pH metre ve şerit faydalanma pH algılama platformu hidrofobik bariyer desenli kağıt MicroPad (μPAD) polidimetilsiloksan (PDMS) ile oluşmaktadır, serigrafi baskılı elektrot (SPE) iro 2 -graphene filmler ile değiştirilebilir ve akrilonitril bütadien stiren kalıplanmış (ABS) plastik tutucu. Tekrarlanan katodik potansiyel bisiklet tamamen mükemmel stabilite ve elektronik özelliklere sahip bir 2D hatasız homojen grafen ince film elektrokimyasal kararsız oksijenli grupları kaldırmak ve üretebilirsiniz grafen oksit (GO) azaltılması için istihdam edildi. Nano tane boyutunda bir üniforma ve pürüzsüz IRO 2 filmi anodik olmadan herhangi bir grafen film üzerine elektrobirikimli edilirgözlemlenebilir çatlaklar. Ortaya çıkan IRO 2 -RGO elektrot Britton-Robinson (BR) farklı müdahale iyi doğrusallık, küçük histerezis, düşük tepki süresi ve tekrarlanabilirlik farklı tamponlar, yanı sıra düşük hassasiyetleri ile tamponlarda pH 2-12 biraz süper Nernst yanıtları gösterdi iyonik türlerin ve çözünmüş oksijen. Basit bir taşınabilir dijital pH metre yüksek giriş empedanslı operasyonel amplifikatör ve tüketici pilleri kullanarak, kimin sinyal multimetre ile ölçülür, imal edilir. Taşınabilir elektrokimyasal kağıt mikroakışkan pH sensörü ile ölçülen pH değeri, bir cam elektrot ile, ticari bir laboratuvar pH metre ile ölçülmüştür ile tutarlı olmuştur.
Introduction
pH tayini, gıda, fizyolojik, tıbbi ve çevresel çalışmalarda her yerde olduğunu. pH tespiti için en yaygın iki araç pH şeritleri ve pH metre. Kağıt şeritler renk değiştiren pH göstergesi molekülleri ile emprenye edilir, ancak okuma zaman pH aralıklarında, sübjektif ve yarı-kantitatif bir sapma ile sınırlıdır. Öte yandan, geleneksel olarak bir cam elektrot ile donatılmış bir pH metre, bir dijital-kullanıcı arabirimi tarafından doğru 0.01 seviyesi ve ekran pH ölçebilir. Laboratuvar tabanlı pH metre bakım ve kalibrasyon özel bakıma ihtiyaç değil, aynı zamanda küçük bir örnek hacimleri yönelik iyi çalışmaz ve genellikle bu tür ölçümleri gerçekleştirmek için bir beher olarak temiz bir konteyner gerektirir sadece. Duyarlılığı, seçiciliği ve istikrar rağmen, cam elektrotlar asit / alkali hataları, yüksek empedans, sıcaklık istikrarsızlık ve mekanik kırılganlık 1 muzdarip. Nedenle embod pH ölçümü için avantajlıdırpH metre ve pH şeritleri basitliği ve maliyet yönlerinden doğruluğunu ies.
Pahalı laboratuar bazlı ekipman veya ticari laboratuarlar satın alınacak birçok gelişmekte olan bölgelere sınırlı kaynaklar koşullar altında bu tür araçlar için karşılanmamış bir ihtiyaç her zaman vardır. Ayrıca, yeni kolay kullanımlı bünyesinde algılama platformları artan rolü noktası bakım tespiti için böyle bir talep tarafından itilir. Piyasada ticari düşük maliyetli SPE'lere ve çeşitli glikoz izleme sistemleri tarafından gösterildiği gibi elektrokimyasal algılama, basit minyatürünü kolay ve tatmin edici hassastır. A, hafif, esnek ve tek gözenekli bir malzeme olarak, kağıt aynı zamanda, farklı gözenek boyutları, işlevsel gruplar ve fitilleme oranı gibi çeşitli kontrol özelliklerine sahip olabilir.
Kağıt alt-tabaka zorlukla analit yayılmasının ve elektrokimyasal algılama 2-4, kağıt-akışkan cihazlar ve Elektroanalitik tekniklerin kombinasyonu recentl sahip etki dey geniş ilgi aldı. Bu tür kombinasyonların belirgin bir avantajı potansiyel ölçümleri sırasında titreşim ve konveksiyon gelen arızaları önlemek için ölçümünde kullanılan örnek hacminin küçük miktarıdır. Örneğin, desenli mikroakışkan yastıkları fitil ve ağır metal iyonlarının tespiti için SPE'ler algılama alanına sıvı örnekleri sağlar ve 2,5 glikoz uygulanmıştır. Kağıt mikroakışkan elektrokemikuminensans kullanarak benzer cihazlar NADH tespiti 4 gerçekleştirmek için kurulmuştur. Daha yakın zamanlarda, basit elektrokimyasal kağıt mikroakışkan cihazlar kalem elektrotlar 6 veya enzim kağıt ve SPE'leri 3 kullanarak bir bardak slayt üzerine inşa edilebilir.
Iro 2 ve Rso oluşan bir nanohibrit ince film malzemesi basit ve etkin bir elektrokimyasal yaklaşım kullanılarak elde edilmiştir. Biz düzensiz ve kaba SPE grafit karbon yüzeyinde bulundu, anotsal elektrobirikimli IRO 2 ince film yapamamRGO yardımı olmadan pürüzsüz ve istikrarlı. Ortaya çıkan IRO 2 -RGO SPE pH algılama hidrofobik engelleri desenli bir kağıt mikroakışkan cihaza entegre edilmiştir. monte cihaz biraz süper Nernst davranışları ile pH algılama mükemmel analitik performansları gösterdi. Sonuçlar, cam elektrot ile, geleneksel bir laboratuar bazlı pH metre ile karşılaştırılabilir. Son olarak, maliyet-etkin minyatür pH metre dijital multimetre ile açık devre potansiyeli çıkış sinyalini ölçmek için bir breadboard üzerine inşa edilmiştir. portatif pH metre ölçümleri de ticari bir laboratuvar pH metre olanlar ile ilişkilidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
cihaz Kurulumu
O H + konsantrasyonunun negatif logaritması ile orantılı değişir çünkü pH sensörü, çalışma ve referans elektrotlar arasındaki OCP ölçerek çalışır. Ölçümler gibi CHI 660D ve multimetre ile okuma breadboard üzerine inşa basit bir pH metre olarak bir laboratuar bazlı potansiyostatla hem elde edilebilir. İki farklı portatif pH metre iki seri LF356N ya da bir INA111 olan IRO 2 -RGO-SPE ve farklı OPAMP'lar, olar…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Su Ekipmanları ve Politikası (WEP) NSF Sanayi / Üniversite Kooperatif Araştırma Merkezi (I / UCRC) bir hibe ile desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca Yüksek Lisans Burs UW-Madison JY sağlanan Üstün Hjalmar D. ve Janet W. Bruhn Bursu ve Louis ve Elsa Thomsen Wisconsin müteşekkiriz
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).
