Nafion 코팅의 제조, 미생물 발효 하는 동안 실시간 산도 모니터에 그래 핀 산화물/폴리아닐린 Chemiresistive 센서 감소

Summary

여기, 우리는 Nafion 코팅, 폴리아닐린 공업화, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물 chemiresistive 마이크로 pH 센서의 제조에 대 한 프로토콜을 보고합니다. 이 chemiresistor 기반, 고체 마이크로 pH 센서에 pH 변화를 감지할 수 있습니다 Lactococcus lactis 발효 과정 실시간.

Abstract

여기, 우리는 폴리아닐린 공업화, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물 (ERGO-펜 실바 니 아)에 따라 고체 마이크로 pH 센서의 엔지니어링을 보고 합니다. 화학적 감소 된 그래 핀 산화물 역할 전도 층 및 폴리아닐린 pH에 민감한 계층으로 역할 합니다. PH-종속 전도성 폴리아닐린의 protonation 동안 구멍의도 핑에 의해 deprotonation 동안 구멍의 dedoping에 의해 발생 합니다. 우리 ERGO PA 고체 전극 발효 프로세스에 따라서 작동 되지 않았음을 발견. 박테리아는 발효 과정에서 생산 하는 화학적 활성 종 전극 응답을 방해 합니다. 우리가 성공적으로 적용 된 Nafion 양성자 전도성 층으로 ERGO 실바에 Nafion 코팅 전극 (ERGO-펜 실바 니 아-나) chemiresistive 센서 측정 1.71 Ω/pH (pH 4-9)의 좋은 감도 보여줍니다. 우리 테스트에서 ERGO 파 나 전극 Lactococcus lactis의 발효에 실시간. L. lactis 의 성장 동안 매체의 pH에서에서 변경 pH 7.2 pH 4.8와 288.6 Ω (2.4 pH 단위 당 5.9 Ω) 294.5 Ω에서 변경 ERGO 파 나 고체 전극의 저항. 기존의 유리 기반 pH 전극의 응답에 비해 ERGO 파 나 전극의 pH 응답 참조 없는 고체 microsensor 배열 미생물 발효에서 성공적으로 작동 보여줍니다.

Introduction

pH는 많은 화학 및 생물 학적 과정에 중요 한 역할을 한다. PH 값에도 작은 변화 과정을 변경 하 고 프로세스의 결과 부정적인 영향을 미칠. 따라서, 그것은 모니터 및 실험의 모든 단계 동안 pH 값을 제어 하는 데 필요한입니다. PH 유리 전극은 성공적으로 사용 되었습니다 많은 화학 및 생물 공정에서 pH를 모니터링 하는 유리 전극의 사용 pH를 측정 하는 몇 가지 제한이 크지는 않지만. PH 유리 전극은 상대적으로 큰, 깨지기 쉬운, 그리고 샘플으로 전해질의 작은 누설 수 있습니다. 또한, 전극과 전자는 96-잘 심사에서 응용 프로그램에 대 한 상대적으로 비싼 발효 시스템. 또한, 전기 화학 센서는 침략 적 이며 소비 샘플. 따라서, 그것은 비 침략 적, 참조-이 센서를 사용 하 여 더 유리입니다.

요즘, 소형된 반응 시스템은 이러한 마이크로시스템즈 제공 향상 된 프로세스 관리, 다른 많은 이점이 그들의 매크로 시스템 아날로그 많은 화학 공학 및 생명 공학 응용 프로그램에서 선호 됩니다. 모니터링 하 고 제어 매개 변수는 소형된 시스템은 어려운 작업으로 센서 측정, 예를 들면, pH와 O₂의 크기, 또한 최소화 해야 합니다. 생물 학적 시스템에 대 한 microreactors의 성공적인 생산 프로세스 모니터링을 위한 다양 한 분석 도구를 필요 합니다. 따라서, 스마트 microsensors 개발 microreactors에 생물학 과정 수행에 중요 한 역할을 하고있다.

최근에, chemiresistive 탄소 나노튜브와 같은 자료를 감지 하 고 고분자¹를 사용 하 여 스마트 pH 센서를 개발 하기 위해 여러 번 시도 되었습니다. 이러한 chemiresistive 센서 필요 없음 참조 전극 그리고 전자 회로와 통합 하기 쉽다. 성공적인 chemiresistive 센서 생산 비용 효율적이 고 쉽게 제조, 테스트, 작은 볼륨을 필요로 하는 스마트 센서를 가능 하 게 그리고 비-침략 적 있습니다.

여기, 우리는 폴리아닐린 공업화, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물을 전극 개발 하는 방법을 보고 합니다. Chemiresistive 전극 L. lactis 발효 하는 동안 pH 센서로 동작 한다. L. lactis 젖 산 생성 박테리아 음식 발효 식품 방부 제 프로세스에 사용 되는. 발효 중 젖 산의 생산 pH을 박테리아 중지 낮은 pH^2,,34에서 성장.

발효 매체는 펩 티 드, 소금, 그리고 산화 환 원 분자 센서 표면^5,6,7,,89방해 하는 경향이 있는 복잡 한 화학 환경입니다. 이 연구에서는 적절 한 표면 보호 층을 가진 chemiresistive 물자에 따라 pH 센서 복잡 한 발효 미디어의이 종류에 있는 pH를 측정 하는 데 사용 될 수 보여 줍니다. 이 연구 성공적으로 사용 하 여 Nafion 폴리아닐린 코팅, 화학적 감소 된 그래 핀 산화물에 대 한 보호 계층에서 pH를 측정 하는 L. lactis 발효 하는 동안 실시간.

Protocol

1입니다. 흑연 산화물의 준비 참고: 흑연 산화물 Hummers의 방법10,11에 따르면 준비 된다. 4 고 볶음 흑연까지 솔루션은 완전히 분산 된 집중된 H2의 69 mL으로 흑연의 3 세대 추가. 나트륨 아 질산염의 1.5 g을 추가 하 고 교 반 하면서 1 시간 동안 그것을 둡니다. 다음, 얼음 목욕에서 컨테이너를 놓습니다. 분…

Representative Results

(그림 3)의 강한 감소 피크 약-1.0 V 모양 그림의 감소 ERGO12,13,,1422에. 피크의 강도 전극에 이동 층 수에 따라 달라 집니다. 두꺼운 검은 영화는 완전히 골드 와이어 전극에 덮여. 그 시점에서, 2 개의 절연 된 골드 전극 이동 두 개의 골드 전극 와이어를 연결…

Discussion

그것은 필수적인 이동 완전히 레이어 이동의 증 착 후 골드 전극 와이어를 커버. 골드 전극 이동 적용 되지 않습니다, 만약 폴리아닐린 것만 입금 하지 보이는 금 전극 철사에 뿐만 아니라 ERGO에 직접. 골드 전극 와이어에 폴리아닐린의 증 착 전극의 성능에 영향을 있을 수 있습니다. ERGO에 이동의 감소 후 전극 ERGO 레이어와 골드 전극 와이어 사이의 결합을 강화 하기 위해 100 ° C에서 건조 됩니다. ?…

Materials

Graphite flakes	Sigma Aldrich
Sulfuric acid (H2SO4)	Merck
Sodium nitrite (NaNO2)	Sigma Aldrich
Potassium permanganate (KMnO4)	Sigma Aldrich
30 % H2O2	Sigma Aldrich
HCL	Merck
Aniline	Sigma Aldrich
5wt % Nafion	Sigma Aldrich
M17 powder	BD Difco
Phosphoric acid (H3PO4)	Sigma Aldrich
Boric acid (HBO3)	Merck
Acetic acid	Merck
Sodium Hydroxide	Sigma Aldrich
Potassium dihydrogen phosphate	Sigma Aldrich
Dipostassium hydrogen phosphate	Sigma Aldrich
Au Interdigitated electrodes	BVT technology – CC1 W1
Potentiostat	CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)