Nafion kaplı imalatı, mikrobiyal fermantasyon sırasında gerçek zamanlı monitör pH grafen oksit/Polyaniline Chemiresistive sensör azaltılmış
Summary
Burada, bir Nafion kaplı, polyaniline functionalized, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit chemiresistive mikro pH sensörü imalatı için protokol raporu. Bu chemiresistor tabanlı, katı hal mikro pH sensör pH değişiklikleri algılayabilir Lactococcus lactis Fermantasyon işlemi sırasında gerçek zamanlı.
Abstract
Burada, polyaniline functionalized, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit (ERGO-PA) dayalı bir katı hal mikro pH sensör mühendislik raporu. Mamüllerinin azaltılmış grafen oksit iletken katman olarak davranır ve polyaniline bir pH duyarlı katman olarak davranır. Polyaniline pH bağımlı iletkenlik delik protonation sırasında doping ve delik deprotonation sırasında dedoping oluşur. Biz bir ERGO-PA katı hal elektrot gibi fermantasyon süreçlerinde fonksiyonel değildi bulundu. Fermantasyon işlemi sırasında bakteri üretir mamüllerinin etkin türler elektrot Yanıt ile müdahale. Biz başarıyla ERGO-PA bir proton iletken katman olarak Nafion uygulanan Nafion kaplanmış elektrotlar (ERGO-PA-NA) 1,71 Ω/pH (pH 4-9) chemiresistive sensör ölçümleri için iyi bir duyarlılık gösterin. ERGO-PA-NA elektrot test gerçek zamanlı olarak Lactococcus lactisfermantasyon. L. lactis, büyüme sırasında ortamın pH, pH 7.2 4.8 ve 294.5 Ω 288.6 Ω (5.9 Ω 2.4 pH birim başına) değiştirildi ERGO-PA-NA katı hal elektrot dayanıklılığını pH için değişti. Geleneksel cam tabanlı pH elektrodu Yanıt ile karşılaştırıldığında ERGO-PA-NA elektrot pH yanıt başvuru daha az katı hal microsensor diziler başarılı bir mikrobiyolojik fermantasyon çalışması gösterir.
Introduction
pH birçok kimyasal ve biyolojik süreçlerinde önemli bir rol oynar. Hatta küçük değişiklikler olarak pH değeri süreci değiştirmek ve işleminin sonucunu olumsuz yönde. Bu nedenle, izlemek ve deneyler her aşamasında pH değeri denetlemek gereklidir. Her ne kadar bir cam elektrot kullanımı pH ölçmek için bazı sınırlamaları pozlar cam tabanlı pH elektrodu başarıyla birçok kimyasal ve Biyolojik süreçler, pH izlemek için kullanılır. Cam tabanlı pH elektrodu nispeten büyük, kırılgan ve elektrolit örnek içine küçük sızdırmazlık mümkündür. Ayrıca, elektrot ve elektronik uygulamalarında 96-şey tarama nispeten pahalı fermantasyon sistemleri. Ayrıca, elektrokimyasal sensörler invaziv ve örnek tüketmek. Bu nedenle, non-invaziv, başvuru-az sensörler kullanmak için daha avantajlıdır.
Günümüzde, bu microsystems gelişmiş işlem denetimi, kendi makro üzerinde pek çok avantajı ile birlikte sistem analogları sağlamak olarak küçültülmüş tepki sistemleri birçok Kimya Mühendisliği ve biyoteknoloji uygulamaları tercih. İzlemek ve minyatür bir sistem parametreleri denetlemek için zor bir görev, örneğin ölçmek için sensör, pH ve O2boyutları, de en aza gerekir. Biyolojik sistemler için microreactors başarılı üretim süreci izlemek için analitik araçlar farklı türleri gerektirir. Bu nedenle, akıllı microsensors gelişimi microreactors biyolojik süreçleri yürütmek önemli bir rol oynamaktadır.
Son zamanlarda, karbon nanotüpler gibi malzeme algılama ve iletken polimerler1chemiresistive kullanarak akıllı pH sensörleri geliştirmek için çeşitli girişimler olmuştur. Bu chemiresistive sensörler hiçbir referans elektrot gerektirir ve elektronik devreleri ile entegre etmek kolay. Başarılı chemiresistive sensörleri ve non-invaziv olduğundan maliyet-etkin ve basit-e doğru üretmek, test etmek için küçük bir birim gerektirir akıllı algılayıcılar üretmek mümkün olun.
Burada, bir elektrot polyaniline functionalized, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit ile geliştirmek için bir yöntem raporu. Chemiresistive elektrot bir L. lactis fermantasyon sırasında bir pH sensör çalışır. L. lactis gıda fermantasyon ve gıda koruyucu uygulamaları kullanılan laktik asit üreten bir bakteridir. Fermantasyon sırasında laktik asit üretimi pH düşürür ve bakteri düşük pH2,3,4büyüyen durur.
Peptidler, tuzları ve ile sensör yüzey5,6,7,8,9müdahale eğilimi redoks molekülleri içeren karmaşık bir kimyasal ortam fermantasyon ortamıdır. Bu çalışmada chemiresistive malzeme uygun yüzey koruma katmanı ile temel bir pH sensör karmaşık fermantasyon medya bu tür pH ölçmek için kullanılan olabilir gösterir. Bu çalışmada, başarılı bir şekilde Nafion polyaniline kaplı, mamüllerinin azaltılmış grafen oksit koruma katmanı olarak pH ölçmek için kullandığımız bir L. lactis fermantasyon sırasında gerçek zamanlı.
Protocol
Representative Results
Discussion
Git tamamen katmanlar şarttır altın elektrot tel gitmek birikimi sonra kapak. Eğer altın elektrotlar ile gitmek kapsamına girmez, polyaniline sadece ERGO aynı zamanda görünür altın elektrot teller doğrudan yatıracaktır değil. Polyaniline altın elektrot teller üzerinde birikimi elektrot performansına etkilerine sahip olabilir. ERGO gidin azaltma sonra elektrot 100 ° C’de ERGO katman ve altın elektrot teller arasındaki bağı güçlendirmek için kurutulur. Elektroda direnç üzerinde altın elektrotla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Groningen Üniversitesi finansal destek için kabul.
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).
