تصنيع نافيون المغلفة، وخفضت الجرافين أكسيد/بوليانيليني تشيميريسيستيفي استشعار لمراقبة درجة الحموضة في "الوقت الحقيقي أثناء التخمر الميكروبية"
Summary
هنا، نحن تقرير البروتوكول المتعلق بتصنيع جهاز استشعار الأس الهيدروجيني مايكرو تشيميريسيستيفي أكسيد الجرافين المغلفة نافيون، فونكتيوناليزيد بوليانيليني، اليكتروتشيميكالي مخفضة. هذا مجس pH الجزئي على أساس تشيميريسيستور، الحالة الصلبة يمكن الكشف عن تغيرات درجة الحموضة في الوقت الحقيقي أثناء عملية تخمير لاكتيس لاكتوكوككوس .
Abstract
هنا، نحن تقرير هندسة جهاز استشعار الحالة الصلبة الأس الهيدروجيني الصغرى استناداً إلى أكسيد الجرافين فونكتيوناليزيد بوليانيليني، اليكتروتشيميكالي المخفضة (أرجو-PA). أكسيد الجرافين انخفاض اليكتروتشيميكالي بمثابة إجراء الطبقة وبوليانيليني بمثابة طبقة حساسة لدرجة الحموضة. يحدث الموصلية تعتمد على درجة الحموضة من بوليانيليني بتعاطي المنشطات من الثقوب أثناء بروتونيشن وديدوبينج من الثقوب أثناء ديبروتونيشن. وجدنا أن السلطة الفلسطينية أرجو قطب كهربائي الحالة الصلبة لم يكن الوظيفية على هذا النحو في عمليات التخمير. الأنواع اليكتروتشيميكالي النشطة التي تنتج البكتيريا أثناء عملية التخمير تتداخل مع رد القطب. نحن طبقت بنجاح نافيون كطبقة بروتون-إجراء أكثر أرجو-السلطة الفلسطينية. أقطاب كهربائية نافيون المغلفة (أرجو-السلطة الفلسطينية-نا) تظهر حساسية جيدة من 1.71 Ω/الرقم الهيدروجيني (pH 4-9) لقياسات الاستشعار تشيميريسيستيفي. لقد اختبرنا مسرى أرجو-السلطة الفلسطينية-نا في الوقت الحقيقي في تخمير لاكتيس لاكتوكوككوس. خلال نمو L. lactis، تغيير الرقم الهيدروجيني للوسط من الرقم الهيدروجيني 7.2 على درجة الحموضة 4.8 والمقاومة من قطب كهربائي الحالة الصلبة أرجو-السلطة الفلسطينية-نا تغير من 294.5 Ω إلى 288.6 Ω (5.9 Ω كل وحدة الأس الهيدروجيني 2.4). ويبين رد مسرى أرجو-السلطة الفلسطينية-نا بالمقارنة مع رد القطب التقليدية المستندة إلى الزجاج درجة الحموضة pH أن ميكروسينسور الحالة الصلبة أقل إشارة صفائف تعمل بنجاح في تخمير ميكروبيولوجية.
Introduction
الرقم الهيدروجيني دوراً حيويا في العديد من العمليات الكيميائية والبيولوجية. تغيير العملية حتى التغيرات الصغيرة في قيمة الأس الهيدروجيني وتؤثر سلبا على نتائج العملية. ومن ثم فمن الضروري رصد ومراقبة قيمة pH أثناء كل مرحلة من التجارب. مسرى الزجاج على درجة الحموضة وقد استخدمت بنجاح لرصد درجة الحموضة في العديد من العمليات الكيميائية والبيولوجية، على الرغم من أن استخدام القطب الزجاج يشكل قيودا عديدة لقياس درجة الحموضة. مسرى الزجاج على درجة الحموضة كبيرة نسبيا، وهشة، وتسربات صغيرة من الكهرباء في العينة الممكنة. وعلاوة على ذلك، بقطب كهربائي والكترونيات باهظة الثمن نسبيا للتطبيقات في فرز 96-كذلك نظم التخمير. وعلاوة على ذلك، أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية هي الغازية وتستهلك العينة. ومن ثم أكثر فائدة لاستخدام أجهزة الاستشعار غير الغازية، إشارة أقل.
في الوقت الحاضر، هي تفضل نظم رد فعل المنمنمة في العديد من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية والهندسة الكيميائية هذه microsystems توفر تعزيز عملية مراقبة، جنبا إلى جنب مع العديد من المزايا الأخرى على الماكرو على نظام النظير. رصد ومراقبة المعلمات في نظام المنمنمة مهمة صعبة كما أحجام استشعار لقياس، على سبيل المثال، ودرجة الحموضة ويا2، تحتاج إلى أدنى حد، وكذلك. النجاح في إنتاج ميكروريكتورس للنظم البيولوجية تتطلب أنواعاً مختلفة من الأدوات التحليلية لعملية الرصد. ومن ثم تطوير ميكروسينسورس الذكية تلعب دوراً هاما في الاضطلاع بالعمليات البيولوجية في ميكروريكتورس.
في الآونة الأخيرة، كانت هناك عدة محاولات لتطوير أجهزة الاستشعار الذكية الأس الهيدروجيني باستخدام تشيميريسيستيفي الاستشعار عن مواد مثل الأنابيب النانوية الكربونية وإجراء البوليمرات1. تتطلب لا القطب مرجع هذه المجسات تشيميريسيستيفي وهي سهلة للتكامل مع الدوائر الإلكترونية. تجعل من الممكن إنتاج أجهزة الاستشعار الذكية التي فعالة من حيث التكلفة وسهولة صنعها، وتتطلب وحدة تخزين صغيرة لاختبار أجهزة الاستشعار تشيميريسيستيفي ناجحة، وغير الغازية.
هنا، نحن التقرير وسيلة لتطوير قطب كهربائي مع أكسيد الجرافين فونكتيوناليزيد بوليانيليني، وانخفاض اليكتروتشيميكالي. الكهربائي تشيميريسيستيفي تعمل كجهاز استشعار درجة حموضة أثناء تخمير لاكتيس لام . لاكتيس لام بكتيريا إنتاج حمض اللبن المستخدمة في تخمير الأغذية والأغذية عمليات الحافظة. أثناء التخمير، يخفض إنتاج حمض اللبن درجة الحموضة، وتوقف البكتيريا تنمو في درجة حموضة منخفضة2،3،4.
متوسطة تخمير هو بيئة كيميائية معقدة تحتوي على الببتيدات وأملاح وجزيئات الأكسدة والاختزال التي تميل إلى التدخل مع استشعار السطحية5،6،7،،من89. وتبين هذه الدراسة أنه يمكن استخدام جهاز استشعار درجة حموضة استناداً إلى مواد تشيميريسيستيفي مع طبقة حماية سطحية الملائمة لقياس درجة الحموضة في هذا النوع من وسائل الإعلام التخمير المعقدة. في هذه الدراسة، ونحن بنجاح استخدام نافيون كطبقة حماية لأكسيد الجرافين المغلفة بوليانيليني، وانخفاض اليكتروتشيميكالي لقياس درجة الحموضة في الوقت الحقيقي أثناء تخمير لاكتيس L. .
Protocol
Representative Results
Discussion
فمن الضروري أن تذهب طبقات تماما تغطي الأسلاك الكهربائي الذهب بعد خلع الذهاب. إذا لم تشمل أقطاب الذهب بالذهاب، بوليانيليني سوف لا إيداع فقط على أرجو ولكن أيضا على الأسلاك الكهربائي الذهب مرئية مباشرة. قد آثار ترسب بوليانيليني على الأسلاك الكهربائي الذهب على أداء القطب. بعد الحد الذهاب لار?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب تعترف جامعة غروننغن للدعم المالي.
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) |
References
- Gou, P., et al. Carbon Nanotube Chemiresistor for Wireless pH Sensing. Scientific Reports. 4, 4468 (2014).
- Hols, P., et al. Conversion of Lactococcus lactis from homolactic to homoalanine fermentation through metabolic engineering. Nature Biotechnology. 17, 588-592 (1999).
- Luedeking, R., Piret, E. L. A kinetic study of the lactic acid fermentation. Batch process at controlled pH. Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering. 1, 393-412 (1959).
- Britton, H. T. S., Robinson, R. A. Universal buffer solutions and the dissociation constant of veronal. Journal of the Chemical Society. , 1456-1462 (1931).
- Ambrosi, A., Chua, C. K., Bonanni, A., Pumera, M. Electrochemistry of Graphene and Related Materials. Chemical Reviews. 114, 7150-7188 (2014).
- Xie, F., Cao, X., Qu, F., Asiri, A. M., Sun, X. Cobalt nitride nanowire array as an efficient electrochemical sensor. Sensors and Actuators B. 255, 1254-1261 (2018).
- Xie, F., Liu, T., Xie, L., Sun, X., Luo, Y. Metallic nickel nitride nanosheet: An efficient catalyst electrode for sensitive and selective non-enzymatic glucose sensing. Sensors and Actuators B. 255, 2794-2799 (2018).
- Xie, L., Asiri, A. M., Sun, X. Monolithically integrated copper phosphide nanowire: An efficient electrocatalyst for sensitive and selective nonenzymatic glucose detection. Sensors and Actuators B. 244, 11-16 (2017).
- Wang, Z., et al. Ternary NiCoP nanosheet array on a Ti mesh: A high-performance electrochemical sensor for glucose detection. Chemical Communications. 52, 14438-14441 (2016).
- Hummers, W. S., Offeman, R. E. Preparation of Graphitic oxide. Journal of the American Chemical Society. 80, 1339 (1958).
- Kumar, S., Chinnathambi, S., Munichandraiah, N., Scanlon, L. G. Gold nanoparticles anchored reduced graphene oxide as catalyst for oxygen electrode of rechargeable Li-O2 cells. RSC Advances. 3, 21706-21714 (2013).
- Guo, H. L., Wang, X. F., Qian, Q. Y., Wang, F. B., Xia, X. H. A green approach to the synthesis of graphene nanosheets. ACS Nano. 3, 2653-2659 (2009).
- Ramesha, G. K., Sampath, S. Electrochemical Reduction of Oriented Graphene Oxide Films: An in Situ Raman Spectroelectrochemical Study. The Journal of Physical Chemistry C. 113, 7985-7989 (2009).
- Amal Raj, A., Abraham John, S. Fabrication of Electrochemically Reduced Graphene Oxide Films on Glassy Carbon Electrode by Self-Assembly Method and Their Electrocatalytic Application. The Journal of Physical Chemistry C. 177, 4326-4335 (2013).
- Bhadani, S. N., Gupta, M. K., Sen Gupta, S. K. Cyclic voltammetry and conductivity investigations of polyaniline. Journal of Applied Polymer Science. 49, 397-403 (1993).
- Genies, E. M., Tsintavis, C. Redox mechanism and electrochemical behaviour or polyaniline deposits. Journal of Electroanalytical Chemistry. 195, 109-128 (1985).
- Jannakoudakis, P. D., Pagalos, N. Electrochemical characteristics of anodically prepared conducting polyaniline films on carbon fibre supports. Synthetic Metals. 68, 17-31 (1994).
- Deshmukh, M. A., Celiesiute, R., Ramanaviciene, A., Shirsat, M. D., Ramanavicius, A. EDTA_PANI/SWCNTs Nanocomposite Modified Electrode for Electrochemical Determination of Copper (II), Lead (II) and Mercury (II) Ions. Electrochimica Acta. 259, 930-938 (2018).
- Deshmukh, M. A., et al. EDTA-Modified PANI/SWNTs Nanocomposite for Differential Pulse Voltammetry Based Determination of Cu(II) Ions. Sensors and Actuators B Chemical. 260, 331-338 (2018).
- Deshmukh, M. A., Shirsat, M. D., Ramanaviciene, A., Ramanavicius, A. Composites Based on Conducting Polymers and Carbon Nanomaterials for Heavy Metal Ion Sensing (Review). Critical Reviews in Analytical Chemistry. 48, 293-304 (2018).
- Deshmukh, M. A., et al. A Hybrid Electrochemical/Electrochromic Cu(II) Ion Sensor Prototype Based on PANI/ITO-Electrode. Sensors and Actuators B Chemical. 248, 527-535 (2017).
- Chinnathambi, S., Euverink, G. J. W. Polyaniline functionalized electrochemically reduced graphene oxide chemiresistive sensor to monitor the pH in real time during microbial fermentations. Sensors and Actuators B Chemical. 264, 38-44 (2018).
- Sha, R., Komori, K., Badhulika, S. Amperometric pH Sensor Based on Graphene-Polyaniline Composite. IEEE Sensors Journal. 17 (16), 5038-5043 (2017).
- Huai-Ping, C., Xiao-Chen, R., Ping, W., Shu-Hong, Y. Flexible graphene-polyaniline composite paper for high-performance supercapacitor. Energy & Environmental Science. 6, 1185-1191 (2013).
- Xiang, J., Drzal, L. T. Templated growth of polyaniline on exfoliated graphene nanoplatelets (GNP) and its thermoelectric properties. Polymer. 53, 4202-4210 (2012).
- Xiangnan, C., et al. One-step synthesis of graphene/polyaniline hybrids by in situ intercalation polymerization and their electromagnetic properties. Nanoscale. 6, 8140-8148 (2014).
- Azzarelli, J. M., Mirica, K. A., Ravnsbæk, J. B., Swager, T. M. Wireless gas detection with a smartphone via rf communication. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (51), 18162-18166 (2014).
