Iridium Оксид со сниженным Графен Оксид наногибридный тонка пленка Модифицированные сериграфированного электроды как Одноразовая Электрохимический бумаги микрожидком рН Датчики
Summary
Исследование демонстрирует рост иридия оксида с пониженным содержанием оксида графена (МОБ 2 -RGO) наногибридный тонких пленок на нерегулярной и шероховатой сериграфированного углерода подложки через зеленый электрохимического синтеза, а также их реализацию в качестве датчика рН с узорной бумаги-жидкостный платформы ,
Abstract
Снисходительный, управляемый, недорогой и зеленый электрохимический синтез IrO 2 -graphene наногибридный тонких пленок разработана для изготовления простой в использовании интегрированный бумаги микрожидкостных электрохимический датчик рН для условиях ограниченных ресурсов. Принимая преимущества от обоих рН – метры и полос, платформа датчиков рН состоит из гидрофобного барьерного узором бумаги micropad (μPAD) с использованием полидиметилсилоксана (PDMS), трафаретной печати электрод (SPE) , модифицированный Иро 2 -graphene пленок и формованных Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) пластиковый держатель. Серийное катодный потенциал задействуя был использован для оксида графена (GO) сокращения, которое может полностью удалить электрохимически нестабильные кислородсодержащих групп и генерировать 2D бездефектной однородное графена тонкую пленку с превосходной стабильностью и электронными свойствами. Однородная и гладкая IrO 2 пленка в наноразмерных размером зерна анодно электроосаждается на пленке графена, без каких – либонаблюдаемые трещины. Полученный IrO 2 -RGO электрод показал слегка супер-Нернста реакции от рН 2-12 в буферах с хорошей линейностью, малый гистерезис, низкое время отклика и воспроизводимостью в различных буферных растворах , а также низкой чувствительностью к различным мешая Britton-Robinson (BR) ионных частиц и растворенного кислорода. Простой портативный цифровой измеритель pH изготовлен, сигнал которого измеряется с помощью мультиметра, с помощью высокого входного импеданса операционного усилителя и потребительских батарей. Значения рН, измеренные с помощью переносных датчиков рН электрохимических бумажных Микрожидкостных согласуются с измеренными с использованием коммерческого метр лабораторный рН со стеклянным электродом.
Introduction
Определение рН является повсеместным в пищевых продуктах, физиологических, медицинских и экологических исследований. Два наиболее распространенных инструментов для обнаружения рН являются полоски рН и рН-метры. Бумажные ленты пропитаны изменяющих цвет молекул индикатора рН, но показания иногда ограничены в диапазоне рН, субъективны и полуколичественный с некоторыми отклонениями. С другой стороны, рН-метр, обычно оборудован стеклянным электродом может измерять рН точно до 0,01 уровне, и дисплей с помощью цифрового интерфейса пользователя. рН-метры Lab на основе не только нуждаются в особом уходе в обслуживании и калибровке, но и не работают хорошо на малые объемы проб и часто требуют чистый контейнер, такой как стакан для выполнения измерений. Несмотря на свою чувствительность, селективность и стабильность, стеклянные электроды страдают от кислоты / щелочных ошибок, высокий импеданс, нестабильность температуры и механической хрупкости 1. Поэтому желательно иметь систему измерения рН, что embodе годы точность рН-метра и простотой и стоимостных аспектов полос рН.
Существует всегда неудовлетворенная потребность в таких инструментов в условиях ограниченных ресурсов во многих развивающихся регионах, где дорогая лаборатория на базе оборудования или коммерческих лабораторий по карману. Кроме того, повышение роли новых простых в использовании на месте зондирования платформ толкается таким требованием для обнаружения точки оказания медицинской помощи. Электрохимический обнаружение простой, легкий в миниатюризации и удовлетворительно чувствительны, как показали коммерциализированных КСН недорогих и различных систем мониторинга глюкозы на рынке. В качестве легкого, гибкого и одноразового использования пористого материала, бумаги может также иметь различные контролируемые характеристики, такие как различные размеры пор, функциональные группы, и впитыванию ставок.
В качестве подложки бумаги едва влияет аналита диффузию и электрохимическим детектированием 2-4, сочетание бумажных жидкостный устройств и электроаналитических методов имеет recentlу получил обширные интересы. Несомненным преимуществом таких комбинаций является небольшое количество объема образца, используемый в измерении, которое потенциально может предотвратить помехи от вибрации и конвекции в процессе измерений. Например, узорчатые микрофлюидальные колодки были применены к фитилю и доставить жидких проб для чувствительной области КСН для обнаружения ионов тяжелых металлов и глюкоза 2,5. Подобные устройства , использующие бумаги микрожидкостных электрохемилюминесценции были созданы для выполнения обнаружения NADH 4. Совсем недавно, простые электрохимическая бумажные микрофлюидальные устройства могут быть построены на предметном стекле с карандашных электродами 6 или с использованием фермента бумаги и КСН 3.
Наногибридный тонкопленочный материал , состоящий из IrO 2 и РГО был подготовлен с использованием легким и эффективным электрохимический подход. Мы обнаружили , что на неровной и шероховатой SPE графитовой поверхности углерода, анодно электроосаждается IrO 2 тонкая пленка не можетбыть гладкой и стабильной без помощи РГО. Полученный IrO 2 SPE -RGO был интегрирован в бумажный микрожидком устройство , которое узорной гидрофобные барьеры для зондирования рН. Собранное устройство показало отличные аналитические представления в зондировании рН с немного супер-Нернста поведения. Результаты сравнимы с обычным лабораторным на основе рН-метра со стеклянными электродами. И наконец, рентабельные м уменьшенных рН были построены на макете для измерения потенциала выходного сигнала холостого хода с помощью цифрового мультиметра. Измерения портативного рН-метра, хорошо коррелирует с результатами коммерческого метр лабораторный рН.
Protocol
Representative Results
Discussion
Настройка устройства
Датчик рН работает путем измерения OCP между электродами рабочей и обращение, поскольку оно изменяется пропорционально отрицательный логарифм концентрации H +. Измерения могут быть достигнуты как с помощью лабораторной основе потенц…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантом от оборудования и политики (WEP) NSF Промышленность / университет Cooperative Research Center (I / UCRC) Вода. Авторы также благодарны Hjalmar Д. и Джанет В. Bruhn Объединении и Луи и Эльза Томсен Висконсин Отличаясь Graduate Fellowship предоставленного JY в 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 |
Referências
- 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).
