En High Performance Impedans-baserede Platform for Fordampningshastighed Detection
Summary
Denne artikel præsenterer en impedans-baserede apparater til fordampning sats detektion af løsninger. Det giver klare fordele i forhold til en konventionel vægttab tilgang: en hurtig respons, høj følsomhed afsløring, en lille krav prøve, flere prøve-målinger, og let adskillelse for rengøring og genbrug formål.
Abstract
Dette papir beskriver fremgangsmåden ifølge en hidtil ukendt impedans-baseret platform til påvisning af fordampningshastigheden. Modellen sammensatte hyaluronsyre blev ansat her til demonstration. Flere fordampning tests på modellen forbindelse som et fugtighedsbevarende middel med forskellige koncentrationer i opløsninger blev udført til sammenligning. En konventionel vægttab tilgang er kendt som den mest ligetil, men tidskrævende, måling teknik til fordampningshastigheden detektion. Men en klar ulempe er, at en stor mængde prøve er påkrævet, og multiple sample test kan ikke udføres på samme tid. For første gang i litteraturen, er en elektrisk impedans sensing chip anvendt med succes til en real-time fordampning undersøgelse i en tid deling, kontinuerlig og automatisk måde. Endvidere så lidt som 0,5 ml af prøver er påkrævet i denne impedans-baserede apparater, og en stor impedans variation påvises blandt forskellige fortyndet solutions. Den foreslåede høj følsomhed og hurtig respons impedans sensorsystem findes at outperforme en konventionel vægttab tilgang i form af fordampning sats afsløring.
Introduction
Fordampning er en type af væskefordampningssystem og forekommer langs gas-væske-grænsefladen af en kollektiv vandmasse. Vandmolekylerne nær overfladen bliver i stand til at undslippe fra væsken på grund af kollision af vandmolekyler. Fordampningshastigheden er en vigtig nøglefaktor under processen med fordampning. Generelt er en balance eller en volumetrisk rør 1-3 er udbredt til påvisning af fordampning af løsninger. Men det tager lang tid at måle fordampningshastigheden som følge af den præcision begrænsning af en balance eller en volumetrisk rør. Derfor skal en responsiv og høj følsomhed instrument udvikles til sonde i detaljer med fordampningsprocessen.
Elektrokemisk impedans spektroskopi (EIS) er en hurtig-respons, følsomme og effektive eksperimentelle midler i form af in-situ impedans detektion til elektrokemisk system, karakterisering 4. Derfor kan EIS anvendes i forskellige fieLDS, såsom de seneste undersøgelser på cellulær adfærd 5, bioanalytisk sensing 6-7, elektrolyse 8, ledende polymerer 9 og elektrokemiske udvinding 10. Selvom EIS-systemer med succes var blevet anvendt i en lang række forskellige discipliner, der findes et meget lille antal publikationer om dens anvendelse til fordampning forskning.
Hyaluronsyre, et polysaccharid med høj molekylvægt med stærk vand-bindende potentiale, er en velkendt fugtighedsbevarende middel til kosmetiske anvendelser. En hyaluronsyre molekyle kan binde op til 500 vandmolekyler 11 og nå 1.000 gange dens oprindelige volumen 12. En ekstremt lille mængde af hyaluronsyre kan besidde fugtgivende funktion 13-14. På grund af den høje tilbageholdelse fugtighed er hyaluronsyre blevet en vigtig bestanddel af kosmetiske fugtighedsbevarende produkter med høj kommerciel værdi verdensplan 15.
Thans undersøgelse præsenteres metoden til en ny impedans-baserede apparater med høj hastighed afsløring, små krav prøvevolumen, og flere prøve målinger 16-19. Den præsenteres med fokus på den relative fordampning sats sammenligning blandt løsninger som en måde at validere overlegenhed innovative afsløring mekanisme over en konventionel vejer måde.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det kritiske skridt for fordampning måling i denne impedans-baseret detektion er forberedelsen af de testede løsninger. Deioniseret vand kan ikke anvendes på grund af dens enorme impedans. I stedet blev ledningsvand indeholdende ledende ioner anvendes til fremstilling af hyaluronsyreopløsninger til eksperimenter. Imidlertid er de elektriske egenskaber af ledningsvand var ikke konstant til brug. Derfor normalisering, såsom den relative fordampningshastighed til vand i denne undersø…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev sponsoreret af Ministeriet for Videnskab og Teknologi, Taiwan, under tilskud numre MEST 104-2221-E-241-001-My3 og MEST 105-2627-B-005-002.
Materials
| 95 % ethanol | Echo Chemical Co., Ltd., Miaoli, Taiwan | 484000001103C-00EC | |
| Acetone | Avantor Performance Materials Inc., Center Valley, PA, USA | JTB-9005-68 | |
| Development solution | Kemitek Industrial Crop., Hsinchu, Taiwan | 12F01031 | KTD-1 |
| Etching solution | eSolv Technology Co., Taipei, Taiwan | EG-462 | |
| Hyaluronic acid | Shandong Freda Biopharm Co., Ltd., Jinan, China | 1010212 | Molecular weight 980k, Cosmetic Grade |
| Photoresist solution | AZ Electronic Materials Taiwan Co., Ltd., Hsinchu, Taiwan | 65101M19 | AZ6112 |
| 8-well silicone array | Greiner bio-one Inc., Frickenhausen, Baden-Württemberg, Germany | FlexiPERM | |
| ITO glass | GemTech Optoelectronics Co., Taoyuan, Taiwan | ||
| Vial | Sigma-Aldrich Co. LLC., St. Louis, MO, USA | 854190 | |
| Film photomask | Taiwan Mesh Co., Ltd, Taoyuan, Taiwan | ||
| Lock-in amplifier | Stanford Research Systems, Inc., Palo Alto, CA, USA | SR830 | |
| Switch relay | Instrument Technology Research Center, National Applied Research Laboratories, Hsinchu, Taiwan | ||
| Electronic balance machine | Precisa Co., Dietikon, Switzerland | XS225A |
References
- Francis, G. W., Bui, Y. T. H. Changes in the composition of aromatherapeutic Citrus oils during evaporation. Evid.-based Complement Altern. Med. 2015 (421695), 1-6 (2015).
- Ochiai, N., et al. Extension of a dynamic headspace multi-volatile method to milliliter injection volumes with full sample evaporation: application to green tea. J. Chromatogr. A. 1421, 103-113 (2015).
- Zribi, W., Aragues, R., Medina, E., Faci, J. M. Efficiency of inorganic and organic mulching materials for soil evaporation control. Soil Tillage Res. 148, 40-45 (2015).
- Chang, B. Y., Park, S. M. Electrochemical impedance spectroscopy. Annu. Rev. Anal. Chem. 3, 207-229 (2010).
- Brooks, E. K., Tobias, M. E., Yang, S., Bone, L. B., Ehrensberger, M. T. Influence of MC3T3-E1 preosteoblast culture on the corrosion of a T6-treated AZ91 alloy. J. Biomed. Mater. Res. Part B. 104 (2), 253-262 (2016).
- Tabrizi, M. A., Shamsipur, S., Farzin, L. A high sensitive electrochemical aptasensor for the determination of VEGF165 in serum of lung cancer patient. Biosens. Bioelectron. 74, 764-769 (2015).
- Tran, T. B., Nguyen, P. D., Baek, C., Min, J. Electrical dual-sensing method for real-time quantitative monitoring of cell-secreted MMP-9 and cellular morphology during migration process. Biosens. Bioelectron. 77, 631-637 (2016).
- Kruger, A. J., Krieg, H. M., van der Merwe, J., Bessarabov, D. Evaluation of MEA manufacturing parameters using EIS for SO2 electrolysis. Int. J. Hydrog. Energy. 39 (32), 18173-18181 (2014).
- Guler, Z., Sarac, A. S. Electrochemical impedance and spectroscopy study of the EDC/NHS activation of the carboxyl groups on poly(ε-caprolactone)/poly(m-anthranilic acid) nanofibers. Express Polym. Lett. 10 (2), 96-110 (2016).
- Xi, X., Si, G., Nie, Z., Ma, L. Electrochemical behavior of tungsten ions from WC scrap dissolution in a chloride melt. Electrochim. Acta. 184, 233-238 (2015).
- Olejnik, A., Goscianska, J., Zielinska, A., Nowak, I. Stability determination of the formulations containing hyaluronic acid. Int. J. Cosmetic Sci. 37, 401-407 (2015).
- Marcellin, E., Steen, J. A., Nielsen, L. K. Insight into hyaluronic acid molecular weight control. Appl. Microbiol. Biotechnol. 98, 6947-6956 (2014).
- Laurent, T. C., Laurent, U. B. G., Fraser, J. R. E. The structure and function of hyaluronan: An overview. Immunol. Cell Biol. 74 (2), A1-A7 (1996).
- Papakonstantinou, E., Roth, M., Karakiulakis, G. Hyaluronic acid: A key molecule in skin aging. Derm.-Endocrinol. 4 (3), 253-258 (2012).
- Sze, J. H., Brownlie, J. C., Love, C. A. Biotechnological production of hyaluronic acid: A mini review. 3 Biotech. 6, 67 (2016).
- Lin, C. Y., et al. Real-time detection of β1 integrin expression on MG-63 cells using electrochemical impedance spectroscopy. Biosens. Bioelectron. 28 (1), 221-226 (2011).
- Hsiao, S. Y., et al. Chemical-free and reusable cellular analysis: Electrochemical impedance spectroscopy with a transparent ITO culture chip. Int. J. Technol. Hum. Interact. 8 (3), 1-9 (2012).
- Lin, Y. S., et al. A real-time impedance-sensing chip for the detection of emulsion phase separation. Electrophoresis. 34 (12), 1743-1748 (2013).
- Lin, Y. S., Chen, C. Y. A novel evaporation detection system using an impedance sensing chip. Analyst. 139 (22), 5781-5784 (2014).
- Tseng, S. F., et al. Graphene-based chips fabricated by ultraviolet laser patterning for anelectrochemical impedance spectroscopy. Sens. Actuator B-Chem. 226, 342-348 (2016).
- Pavicic, T., et al. Efficacy of cream-based novel formulations of hyaluronic acid of different molecular weights in anti-wrinkle treatment. J. Drugs Dermatol. 10 (9), 990-1000 (2011).
- Gotoh, S., et al. Effects of the molecular weight of hyaluronic acid and its action mechanisms on experimental joint pain in rats. Ann. Rheum. Dis. 52 (11), 817-822 (1993).
- Saettone, M. F., Nannipieri, E., Cervetto, L., Eschini, N., Carelli, V. Electrical impedance changes and water content in O/W emulsions during evaporation. Int. J. Cosmetic Sci. 2 (2), 63-75 (1980).
- Fernandez-Sanchez, C., McNeil, C. J., Rawson, K. Electrochemical impedance spectroscopy studies of polymer degradation: application to biosensor development. Trac-Trends Anal. Chem. 24 (1), 37-48 (2005).
