Iridium grafeno óxido nanohíbrido Thin Film Modificados electrodos serigrafiados reducida de óxido-como Papel desechable de microfluidos electroquímico de pH Sensores
Summary
El estudio demuestra el crecimiento de óxido de grafeno reducido-óxido de iridio (IRO 2 -RGO) nanohíbrido películas delgadas sobre sustrato de carbono serigrafiado irregular y rugosa a través de una síntesis electroquímica verde, y su aplicación como un sensor de pH con una plataforma de papel-fluídico modelado .
Abstract
Una síntesis electroquímica fácil y controlable, de bajo costo y verde de IrO 2 -graphene nanohíbrido películas delgadas se desarrolla para fabricar un sensor de pH fácil de usar papel de microfluidos integrado electroquímico para entornos con recursos limitados. Tomando ventajas de ambos medidores de pH y las tiras, la plataforma de detección de pH se compone de hidrófobo micropad papel de barrera con dibujos (μPAD) usando polidimetilsiloxano (PDMS), el electrodo serigrafiado (SPE) modificado con IRO 2 -graphene películas y moldeado de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) soporte de plástico. Repetitivo ciclismo potencial catódico se empleó para la reducción de óxido de grafeno (GO), que puede eliminar por completo los grupos oxigenados electroquímicamente inestables y generar una fina capa de grafeno homogénea libre de defectos en 2D con una excelente estabilidad y propiedades electrónicas. Una película uniforme y lisa IrO 2 en tamaño de grano nanoescala se electrodeposición anódica sobre la película de grafeno, sin ningúngrietas observables. La IRO 2 -RGO electrodo resultante mostró respuestas ligeramente super-Nernstiana de pH 2-12 en tampones con buena linealidad, pequeña histéresis, bajo tiempo de respuesta y reproducibilidad en diferentes tampones, así como bajas sensibilidades a diferentes intromisión Britton-Robinson (BR) especies iónicas y oxígeno disuelto. Un simple medidor de pH digital portátil está fabricado, cuya señal se mide con un multímetro, el uso de alta impedancia de entrada del amplificador operacional y pilas de consumo. Los valores de pH medidos con los sensores de pH de papel-microfluidos electroquímicos portátiles fueron consistentes con los medidos usando un medidor de pH laboratorio comercial con un electrodo de vidrio.
Introduction
La determinación del pH es ubicua en los alimentos, fisiológicas, medicinales y estudios ambientales. Dos herramientas más comunes para la detección de pH son tiras de pH y medidores de pH. tiras de papel se impregnan con moléculas indicadoras de pH que cambian de color, pero la lectura es a veces limitado en rangos de pH, subjetiva y semi-cuantitativa con algunas desviaciones. Por otro lado, un medidor de pH convencional equipado con un electrodo de vidrio se puede medir el pH con precisión al nivel 0,01, y la pantalla de una interfaz de usuario digital. Los medidores de pH basados en laboratorio no sólo necesitan un cuidado especial en el mantenimiento y calibración, pero también no funcionan bien hacia volúmenes de muestra pequeños y con frecuencia requieren un recipiente limpio, como un vaso de precipitados para realizar mediciones. A pesar de su sensibilidad, selectividad y estabilidad, electrodos de vidrio sufren de errores ácido / alcalino, de alta impedancia, inestabilidad de la temperatura y la fragilidad mecánica 1. Por lo tanto, es ventajoso tener un sistema de medición de pH que embodies la precisión de medidor de pH y los aspectos simplicidad y costo de tiras de pH.
Siempre hay una necesidad insatisfecha de este tipo de herramientas virtud limitadas por alimento en muchas regiones en desarrollo donde equipos a base de laboratorio cara o laboratorios comerciales se inasequibles. Además, el papel cada vez mayor de nuevas plataformas de sensores fáciles de usar en el lugar es empujado por tal demanda para la detección de punto de cuidado. Detección electroquímica es simple, fácil de miniaturizar y satisfactoriamente sensible, como se demuestra por los SPEs de bajo coste comercializados y varios sistemas de monitorización de glucosa en el mercado. Como un material poroso ligero, flexible y desechable, papel también puede tener diversas características controlables, tales como diferentes tamaños de poro, grupos funcionales, y las tasas de capilaridad.
Como sustrato de papel apenas afecta a la difusión de analito y la detección electroquímica 2-4, combinación de dispositivos de papel-fluídico y técnicas electroanalíticas tiene recently recibió amplios intereses. Una ventaja evidente de tales combinaciones es la pequeña cantidad de volumen de la muestra utilizada en la medición que potencialmente puede evitar interferencias de la vibración y de convección durante las mediciones. Por ejemplo, se aplicaron los cojines de microfluidos con dibujos para absorber y entregar muestras líquidas a la zona de detección de SPE para la detección de iones de metales pesados y glucosa 2,5. Se establecieron dispositivos similares utilizando papel de electroquimioluminiscencia de microfluidos para llevar a cabo la detección de NADH 4. Más recientemente, los dispositivos de microfluidos de papel electroquímica simples se pueden construir en un portaobjetos de vidrio con electrodos lápiz 6 o el uso de papel de la enzima y SPEs 3.
Un material de película delgada compuesta de nanohíbrido IrO 2 y RGO se preparó usando un método electroquímico fácil y eficiente. Se encontró que en la superficie de carbono grafítico SPE irregular y rugosa, anódicamente electrodepositado IrO 2 de película delgada no puedeser suave y estable sin la ayuda de RGO. La IRO 2 resultante -RGO SPE se haya integrado en un dispositivo de microfluidos papel que ha modelado barreras hidrofóbicas para sensor de pH. El dispositivo montado mostró excelentes características analíticas de detección del pH con un comportamiento ligeramente super-Nernstiana. Los resultados son comparables a un metro de pH basado en laboratorio convencional con electrodos de vidrio. Por último, los medidores de pH rentables miniaturizados fueron construidas en un circuito para medir el potencial de la señal de salida del circuito abierto con un multímetro digital. Las mediciones de la metro pH portátil se correlaciona bien con las de un medidor de pH de laboratorio comercial.
Protocol
Representative Results
Discussion
Configuración de dispositivo
El sensor de pH funciona midiendo la OCP entre los electrodos de trabajo y de referencia, ya que cambia proporcionalmente al logaritmo negativo de la concentración de H +. Las mediciones se pueden lograr tanto por un potenciostato a base de laboratorio tales como CHI 660D y metro pH sencillo construido en placa con la lectura por multímetro. Dos medidores de pH portátil diferentes se construyeron de manera similar en placas univers…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por una beca del Equipo y Política (WEP) NSF Industria / Universidad Centro de Investigación Cooperativa (I / UCRC) de agua. Los autores también están agradecidos a la Hjalmar D. y Janet W. Bruhn Fellowship y Luis y Elsa Thomsen Wisconsin graduado distinguido Fellowship suministrada JY en la 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
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