Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

הכנה אלקטרוכימית של פולי (3,4-אתילנדיוקסיתופין) שכבות על מיקרואלקטרודים זהב עבור יישומי חישת חומצת שתן

Published: July 28, 2021 doi: 10.3791/62707
Automatic Translation
1, 2,3, 1
1School of Chemical Sciences, The University of Auckland, 2School of Biological Sciences, The University of Auckland, 3Surgical and Translational Research Center, The University of Auckland

Summary

אנו מתארים מערכות ממס מימיות ואורגניות לאלקטרופולימריזציה של פולי(3,4-אתילנדיוקסיתופין) ליצירת שכבות דקות על פני השטח של מיקרואלקטרודים מזהב, המשמשים לחישת ניתוחי משקל מולקולרי נמוך.

Abstract

שתי שיטות שונות לסינתזה של פולי(3,4-אתילנדיוקסיתופין) (PEDOT) על אלקטרודות זהב מתוארות, באמצעות אלקטרופולימריזציה של 3,4-אתילנדיוקסייתופין (EDOT) מונומר בתמיסה מימית ואורגנית. וולטמטריה מחזורית (CV) שימשה בסינתזה של שכבות דקות PEDOT. ליתיום perchlorate (LiClO4) שימש dopant הן מימית (מימית / אצטוניטריל (ACN)) והן אורגני (פרופילן קרבונט (PC)) מערכות ממס. לאחר ששכבת ה-PEDOT נוצרה במערכת האורגנית, משטח האלקטרודה התאקלם על ידי רכיבה רצופה על אופניים בתמיסה מימית לשימוש כחיישן לדגימות מימיות.

השימוש בשיטת אלקטרופולימריזציה מבוססת מימית יש את היתרון הפוטנציאלי של הסרת שלב ההתאקלמות יש זמן הכנה חיישן קצר יותר. למרות שהשיטה המימית חסכונית וידידותית יותר לסביבה מאשר שיטת הממס האורגנית, היווצרות PEDOT מעולה מתקבלת בתמיסה האורגנית. משטחי האלקטרודה של PEDOT שהתקבלו התאפיינו בסריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM), שהראתה את הצמיחה המתמדת של PEDOT במהלך אלקטרופולימריזציה מפתרון המחשב האורגני, עם צמיחה מהירה מסוג פרקטל על מיקרואלקטרודים מזהב (Au).

Introduction

פולימרים מוליכים חשמלית הם חומרים אורגניים הנמצאים בשימוש נרחב במכשירים ביואלקטרוניים לשיפור הממשקים. בדומה לפולימרים קונבנציונליים, קל לסנתז פולימרים מוליכים והם גמישים במהלך העיבוד1. ביצוע פולימרים ניתן לסנתז באמצעות שיטות כימיות ואלקטרוכימיות; עם זאת, גישות סינתזה אלקטרוכימית הם חיוביים במיוחד. זה בעיקר בשל היכולת שלהם ליצור סרטים דקים, לאפשר סימום סימולטני, ללכוד מולקולות בפולימר המוליך, והכי חשוב, את הפשטות של תהליך הסינתזה1. בנוסף, פולימרים מוליכים יוצרים ננו-מבנים אחידים, סיביים וגבשושיים, דבקים בחוזקה במשטח האלקטרודה, מה שמגדיל את שטח הפנים הפעיל של האלקטרודה2.

בשנות השמונים פותחו פוליהטרוציקנים מסוימים, כגון פוליפירול, פוליאנילין, פוליתיופין ו- PEDOT, שהראו מוליכות טובה, קלות סינתזה ויציבות 3,4. למרות polypyrrole הוא הבין טוב יותר מאשר פולימרים אחרים (למשל, נגזרות polythiophene), הוא נוטה חמצון בלתי הפיך5. לכן, PEDOT יש יתרונות מסוימים על פני השאר כפי שיש לו מצב חמצוני יציב הרבה יותר ושומר על 89% של מוליכות שלה לעומת polypyrrole בתנאים דומים6. בנוסף, PEDOT ידועה במוליכות חשמלית גבוהה (~ 500 S/cm) ופער רצועה מתון (כלומר, פערי רצועה או פערי אנרגיה הם אזורים ללא מטען ומתייחסים להבדל האנרגיה בין החלק העליון של רצועת הערכה לתחתית רצועת הולכה)7.

יתר על כן, PEDOT יש תכונות אלקטרוכימיות, צריך פוטנציאל נמוך יותר כדי להיות מחומצן, והוא יציב יותר לאורך זמן מאשר polypyrrole לאחר להיות מסונתז7. יש לו גם שקיפות אופטית טובה, כלומר מקדם הספיגה האופטי שלה, במיוחד בצורה של PEDOT-פוליסטירן סולפונט (PEDOT-PSS), הוא באזור הנראה של הספקטרום האלקטרומגנטי ב 400-700 ננומטר7. בהיווצרות של PEDOT אלקטרוכימי, מונומרים EDOT להתחמצן על אלקטרודה עובד כדי ליצור cations רדיקלי, אשר מגיבים עם cations רדיקליים אחרים או מונומרים כדי ליצור שרשראות PEDOT להפקיד על פני השטח אלקטרודה1.

גורמי בקרה שונים מעורבים בהיווצרות אלקטרוכימית של סרטי PEDOT, כגון אלקטרוליט, סוג אלקטרוליט, הגדרת אלקטרודה, זמן תצהיר, סוג dopant, וטמפרטורת ממס1 PEDOT יכול להיווצר אלקטרוכימית על ידי העברת זרם דרך פתרון אלקטרוליט מתאים. אלקטרוליטים שונים כגון מימית (למשל, PEDOT-PSS), אורגני (למשל, מחשב, אצטוניטריל) ונוזלים יוניים (למשל, 1-בוטיל-3-מתילמידזוליום טטרפלואורובוראט (BMIMBF4)) ניתן להשתמש8.

אחד היתרונות של ציפויי PEDOT הוא שזה יכול להפחית באופן משמעותי את העכבה של אלקטרודה Au בטווח תדרים 1 kHz על ידי שניים או שלושה סדרי גודל, מה שהופך אותו מועיל כדי להגביר את הרגישות של זיהוי אלקטרוכימי ישיר של פעילות עצבית9. יתר על כן, קיבולת אחסון המטען של האלקטרודות שעברו שינוי PEDOT עולה וכתוצאה מכך תגובות פוטנציאליות מהירות ונמוכות יותר כאשר תשלום גירוי מועבר באמצעות PEDOT10. בנוסף, כאשר פוליסטירן סולפונט (PSS) משמש dopant להיווצרות PEDOT על מערכי Microelectrode Au, הוא יוצר משטח מחוספס, נקבובי עם שטח פנים פעיל גבוה, עכבה ממשק נמוך יותר, וקיבולת הזרקת מטען גבוהה יותר11. עבור שלב האלקטרופולימריזציה, EDOT-PSS בדרך כלל עושה פיזור באלקטרוליטים מימיים.

עם זאת, EDOT הוא מסיס בכלורופורם, אצטון, ACN, וממסים אורגניים אחרים כגון מחשב. לכן, במחקר זה, תערובת של מים שימש עם נפח קטן של ACN ביחס 10:1 כדי להפוך פתרון EDOT מסיס לפני אלקטרופולימריזציה מתחילה. מטרת השימוש באלקטרוליטים מימיים אלה היא להשמיט את שלב ההתאקלמות בהכנת מיקרואלקטרודה שעבר שינוי PEDOT ולקצר את השלבים. האלקטרוליטים האורגניים האחרים המשמשים להשוואה עם אלקטרוליט מימית / ACN הוא PC. שני האלקטרוליטים מכילים LiClO4 כתרופה המסייעת לחמצן את מונומר EDOT וליצור את פולימר PEDOT.

Microelectrodes הם אלקטרודות עבודה וולטמטריות עם קוטרים קטנים יותר מאשר macroelectrodes, כ עשרות מיקרומטרים או פחות בממד. היתרונות שלהם על פני מקרואלקטרודים כוללים הובלת המונים משופרת מהפתרון לכיוון פני השטח האלקטרודה, יצירת אות מצב יציב, ירידה פוטנציאלית אוהמית נמוכה יותר, קיבוליות כפולה נמוכה יותר ויחס אות לרעש מוגבר12. בדומה לכל האלקטרודות המוצקות, יש להתנות מיקרואלקטרודים לפני הניתוח. טכניקת ההקדמה או ההפעלה המתאימה היא ליטוש מכני להשגת משטח חלק, ואחריו שלב מיזוג אלקטרוכימי או כימי, כגון רכיבה פוטנציאלית על מגוון מסוים באלקטרוליט13 מתאים.

קורות חיים משמשים בדרך כלל פילמור אלקטרוכימי של PEDOT על ידי החדרת אלקטרודות בפתרון מונומר הכולל אלקטרוליט ממס מתאים ו dopant. טכניקה אלקטרוכימית זו מועילה במתן מידע כיווני כגון הפיך של ניהול תהליכי סימום פולימריים ומספר האלקטרונים המועברים, מקדמי דיפוזיה של ניתוחים, ויצירת מוצרי תגובה. מאמר זה מתאר כיצד שני אלקטרוליטים שונים המשמשים לאלקטרופולימריזציה של PEDOT יכולים ליצור סרטי ננו-מבנה דקים עם יישום חישה פוטנציאלי התלוי במורפולוגיה ובמאפיינים מהותיים אחרים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת פתרונות אנליטיים

  1. הכנת 0.1 M EDOT בתמיסה אורגנית
    1. שקול 0.213 גרם של LiClO4 והעבר אותו לבקבוק נפחי של 20 מ"ל.
    2. השתמש צילינדר מדידה לקחת 20 מ"ל של מחשב מהבקבוק.
    3. הוסף מחשב לבקבוק נפחי של 20 מ"ל המכיל LiClO4. מערבבים את הפתרון על ידי הצבת הבקבוקון באמבטיה קולית במשך 30 דקות. העבר את הפתרון לבקבוקון זכוכית 20 מ"ל.
    4. מכסים את הבקבוקון בנייר אלומיניום ומכניסים מחט ארוכה המחוברת לצינור חנקן לתמיסה לדגה במשך 10 דקות. לאחר מכן, להסיר את רדיד האלומיניום לכסות את הבקבוקון בחוזקה.
      הערה: הכינו את LiClO4 טרי ביום הניסוי.
    5. לפני הבדיקה האלקטרוכימית, העבר 1 מ"ל של פתרון LiClO4 המוכן (0.1 M) לתא אלקטרוכימי (ראה טבלת החומרים).
    6. השתמש micropipette (10-100 μL) כדי להוסיף 10.68 μL של מונומר EDOT (צפיפות: 1.331 g / mL) לתא האלקטרוכימי המכיל את הפתרון מוכן LiClO4 .
    7. הפעל את שיטת CV (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי קורות חיים) כדי להתחיל אלקטרופולימריזציה של EDOT על פני השטח החשוף Au microelectrode לאחר החדרת כל הגדרות אלקטרודה בפתרון. השתמש באלקטרודה מותאמת זו כדי לאפיין את פני השטח על ידי סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM).
    8. כדי להשתמש באלקטרודה שונה זו למטרות חישה, תחילה התאקלם פני השטח שלה לפתרון מימי על ידי הפעלת סריקות CV בפתרון נתרן perchlorate (NaClO4) (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי CV).
    9. השתמש במיקרו-אלקטרוניקה אורגנית זו שעברה שינוי PEDOT והתאקלם (מ- 1.1.8) כדי להפעיל קורות חיים (ראה סעיף 3.4 לפרמטרי קורות החיים שלה) של פתרון מאגר פוספט שישמש כסריקת רקע.
      הערה: יש לשטוף את האלקטרודה לאחר כל שלב.
    10. לבסוף, הוציאו את האלקטרודה מתמיסת החיץ ללא שטיפה, והכניסו אותה מיד לפתרונות חומצות שתן או דגימות חלב להפעלת סריקות קורות חיים (ראו סעיף 3.4 לפרמטרי קורות חיים).
  2. הכנת 0.01 M EDOT בפתרון מימי
    1. השתמש micropipette לקחת 10.68 μL של EDOT ולהוסיף 1 מ"ל של ACN בבקבוקון זכוכית.
    2. הוסף 9 מ"ל של מים deionized (18.2 MΩ / ס"מ ב 25 °C (65 °F) לבקבוקון כדי להכין 10 מ"ל של פתרון EDOT 0.01 M.
    3. הוסיפו 0.11 גרם אבקת LiClO4 לפתרון EDOT המוכן כדי להשיג פתרון LiClO4 בגודל 0.1 מ' M, וערבבו בעדינות.
      הערה: הכינו את פתרונות האלקטרוליטים טריים ביום הניסוי.
    4. העבר את הפתרון המוכן לתא האלקטרוכימי והתחל אלקטרופולימריזציה של 0.01 M EDOT על פני השטח האלקטרודה בשיטת CV (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי CV) לאחר החדרת האלקטרודה בפתרון מימית / ACN.
    5. לאפיין את פני השטח של אלקטרודה שונה זו על ידי SEM.
  3. הכנת פתרון 0.1 M נתרן פרכלורט
    1. שקול 0.245 גרם של NaClO4 והעבר אותו לבקבוקון זכוכית המכיל 20 מ"ל של מים deionized (18.2 MΩ / ס"מ ב 25 °C (25 °F).
    2. השתמש בפתרון זה כדי להתאקלם על פני השטח של microelectrode Au שעבר שינוי אורגני PEDOT לתמיסה מימית ולהסיר EDOT עודף. לשם כך, לשטוף את האלקטרודה ולהכניס אותו לתוך פתרון NaClO4 ; לאחר מכן הפעל קורות חיים במשך 10 מחזורים (ראה סעיף 3.4 עבור פרמטרי קורות חיים).
  4. מכין פתרון מאגר
    1. לשקול 13.8 גרם של נתרן דיהידרוגן פוספט (NaH2PO4. 1H2O) בסירת שקילה. מעבירים אותו לבקבוק נפחי של 500 מ"ל (כלומר, הכרך הסופי הנדרש) ומעליו עד לקו עם מים שעברו דה-יוניזציה (18.2 MΩ/ס"מ ב-25°C).
    2. מניחים את הבקבוקון באמבטיה קולית עד האבקה מתמוססת לחלוטין במים, וכתוצאה מכך פתרון 0.2 M.
    3. בסירת שקילה חדשה, שקול 17.8 גרם של דיסודיום מימן פוספט (Na 2HPO4. 2H2O) והעבר אותו לבקבוק נפחי נוסף של 500 מ"ל. מלאו אותו במים שעברו דה-יוניזציה כדי להשיג פתרון של 0.2 מ'. מניחים את הבקבוקון באמבטיה קולית כדי להתמוסס כראוי.
    4. ערבבו 62.5 מ"ל של תמיסת נתרן דיהידרוגן פוספט עם תמיסת דיסודיום מימן פוספט של 37.5 מ"ל בגליל מדידה והעבירו את התערובת לבקבוק זכוכית של 250 מ"ל (ראו טבלת החומרים). למעלה אותו עם עוד 100 מ"ל של מים deionized כדי לקבל 200 מ"ל של 0.1 M של תמיסת חיץ פוספט, pH 6.6. יש לשמור בקירור את מאגר הפוספט לשימוש ארוך טווח.
      הערה: הביאו את המאגר לטמפרטורת החדר לפני כל ניסוי.
  5. מכין פתרונות ניתוח יעד
    1. שקול 0.0084 גרם של חומצת שתן (UA) בסירת שקילה, ולהמיס אותו ב 50 מ"ל של חיץ פוספט (pH 6.6) בבקבוק נפחי כדי לקבל פתרון 1 מ"מ UA.
    2. Degas הפתרון על ידי טיהור חנקן במשך 10 דקות.
      הערה: מומלץ להכין את הפתרון של איחוד האמירויות הערביות טרי ביום הניסוי.
  6. הכנת דגימות חלב לניתוח
    1. קבל דגימת חלב מלאה וכמה דגימות חלב עם טעמים שונים (למשל, חלב אספרסו, שוקו קרמל / שוקו לבן, ושוקו בלגי) מסופרמרקט מקומי עבור אלקטרואנליזה. אין לטפל מראש או לדלל את דגימות החלב.
    2. השתמש micropipette 5 מ"ל לקחת 5 מ"ל של כל דגימת חלב מן הבקבוקים שנפתחו טריים.
    3. ראשית, הפעל קורות חיים של מאגר פוספט, pH 6.6, כאות רקע. לאחר מכן, מוסיפים את דגימת החלב 5 מ"ל לתא האלקטרוכימי, ומכניסים טריים ואורגניים, מיקרואלקטרודה Au שונה PEDOT ואלקטרודות אחרות לתוך דגימות החלב ולהפעיל קורות חיים. עיין בסעיף 4 של הפרוטוקול לקבלת אופן הניתוח של הנתונים שנאספו.
  7. הכנת פתרונות טיפול מקדים אלקטרודות
    1. שקול 0.2 גרם של אבקת נתרן הידרוקסיד (NaOH) והעבר אותו לבקבוק נפחי של 50 מ"ל כדי להכין פתרון של 0.1 M.
    2. השתמש בתמיסת 0.1 M NaOH כדי להסיר את שאריות ה- PEDOT שנוצרו על משטח המיקרואלקטרודה לאחר כל ריצה.
    3. השתמש פיפטה זכוכית כדי למשוך 27.2 מ"ל מבקבוק חומצה גופרתית 98% (H2SO4). מוסיפים אותו לאט מאוד לבקבוק נפח 1 L חצי מלא במים deionized.
    4. למעלה את הבקבוקון לקו עם מים deionized כדי להכין 1 L של פתרון 0.5 M H2SO4 .
      הערה: הכן פתרון H2SO4 תחת מכסה מנוע אדים לבטיחות. השתמש בפתרון H2SO4 בשלב הניקוי האלקטרוכימי הסופי של המיקרואלקטרודה.

2. טיפול מקדים של מיקרואלקטרודה זהב

  1. יש ללטש את המיקרואלקטרודה Au (קוטר 10 מיקרומטר, רוחב של 3.5 מ"מ x 7 ס"מ אורך) על כרית ליטוש אלומינה המונחת על צלחת ליטוש זכוכית (מידות: 3 אינץ' x ריבועים בגודל 3 אינץ') באמצעות תרחיף אלומינה למשך 30 שניות עם תנועות ידיים עגולות ושמונה צורות במהלך הליטוש.
  2. לשטוף את microelectrode Au עם מים deionized, להכניס אותו בקבוקון זכוכית המכיל 15 מ"ל של אתנול מוחלט (כיתה LR), ו ultrasonicate במשך 2 דקות.
  3. לשטוף את microelectrode Au עם אתנול ומים ושוב ultrasonicate אותו במשך 4 דקות במים deionized כדי להסיר אלומינה עודף מפני השטח אלקטרודה.
  4. לבסוף, להסיר זיהומים נוספים על ידי רכיבה על אופניים ב 0.5 M H2SO4 עבור 20 מקטעים בין פוטנציאל 0.4 ו 1.6 V (לעומת Ag / AgCl) בקצב סריקה של 50 mV / s. ודא שיש שתי פסגות ברורות עקב היווצרות והפחתת תחמוצת זהב בפוטנציאלים אנודיים וקתודיים עקביים בכל פעם שהאלקטרודה מנוקה ב- H2SO4.

3. טכניקת וולטמטריה מחזורית

  1. השתמש potentiostat מתאים כדי להפעיל קורות חיים כטכניקה אלקטרוכימית של עניין.
  2. הפעל את potentiostat ואת המחשב המחובר אליו. ודא שהמערכת מחוברת.
  3. כדי לבדוק את התקשורת בין המחשב למכשיר, הפעל את התוכנה והפעל את המכשיר. השתמש בפקודה בדיקת חומרה תחת תפריט התקנה . אם מופיעה שגיאת קישור שנכשלה , בדוק את הגדרות החיבור והיציאה.
  4. פתח את תוכנת potentiostat במחשב, ובתפריט התקנה, בחר טכניקה. מחלון הפתיחה, בחר את הוולטמטריה המחזורית (CV). שוב, חזור לתפריט ההתקנה ולחץ על פרמטרים כדי להזין את הפרמטרים הניסיוניים עבור הפעלת קורות החיים.
    1. השתמש בפרמטרי קורות החיים הבאים כדי להפעיל אלקטרופולימריזציה PEDOT באלקטרוליטים אורגניים על microelectrode Au חשוף: פוטנציאל ראשוני: -0.3 V, פוטנציאל סופי: -0.3 V, פוטנציאל גבוה: 1.2 V, מספר מקטעים: 8, שיעורי סריקה: 100 mV / s, כיוון: חיובי.
    2. השתמש בפרמטרי CV הבאים כדי להפעיל אלקטרופולימריזציה של PEDOT באלקטרוליטים מימיים / ACN במיקרואלקטרודה Au החשופה: פוטנציאל ראשוני: -0.3 V, פוטנציאל סופי: -0.3 V, פוטנציאל גבוה: 1.2 V, מספר מקטעים: 20, קצב סריקה: 100 mV/ s, כיוון: חיובי.
    3. השתמש בפרמטרי CV הבאים כדי להפעיל את שלב ההתאקלמות של microelectrode Au שעבר שינוי אורגני של PEDOT: פוטנציאל ראשוני: -0.2 V, פוטנציאל סופי: -0.2 V, פוטנציאל גבוה: 0.8 V, מספר מקטעים: 20, שיעורי סריקה: 100 mV/s, כיוון: חיובי.
    4. השתמש בפרמטרי קורות החיים הבאים עבור פתרונות סטנדרטיים של איחוד האמירויות הערביות ומאגר פוספט (pH 6.6) עם microelectrode Au חשוף: פוטנציאל ראשוני: 0 V, פוטנציאל סופי: 0 V, פוטנציאל גבוה: 1 V, מספר מקטעים: 2, שיעורי סריקה: 100 mV/s, וכיוון: חיובי.
    5. השתמש בפרמטרי קורות החיים הבאים עבור פתרונות סטנדרטיים של איחוד האמירויות הערביות ומאגר פוספט (pH 6.6) במיקרואלקטרודה Au המיוצרת באופן אורגני, שעבר שינוי PEDOT: פוטנציאל ראשוני: 0 V, פוטנציאל סופי: 0 V, פוטנציאל גבוה: 0.6 V, מספר מקטעים: 2, שיעורי סריקה: 100 mV/s, וכיוון: חיובי.
    6. השתמש בפרמטרים הבאים של קורות החיים עבור דגימות החלב ומאגר הפוספט (pH 6.6) על מיקרואלקטרודה Au המיוצרת באופן אורגני, שעבר שינוי PEDOT: פוטנציאל ראשוני: 0 V, פוטנציאל סופי: 0 V, פוטנציאל גבוה: 0.8 V, מספר מקטעים: 2, שיעורי סריקה: 100 mV/s, כיוון: חיובי.
  5. הכן שלוש תצורות אלקטרודה בתא אלקטרוכימי זכוכית כולל אלקטרודה עובדת (Au microelectrode (קוטר 10 מיקרומטר)), אלקטרודת ייחוס (למשל, כלוריד כסף / כסף (Ag / AgCl) ב 3 M נתרן כלורי (NaCl), ואלקטרודה מונה חוט פלטינה.
  6. העבירו את האלקטרודות הנקיות והמיובשות האלה דרך חורים של מחזיק אלקטרודה המחובר למעמד. לאחר מכן, מקם את המחזיק מעל התא האלקטרוכימי כדי להכניס את האלקטרודות בתמיסת המטרה או המדגם.
  7. ודא כי אין בועות על משטחי האלקטרודה.
    1. אם יש בועות, להסיר את האלקטרודות, לשטוף עם מים deionized שוב לטפוח יבש עם רקמה. מחזירים את האלקטרודות למחזיק הדוכן ובתמיסה.
    2. אם יש בועות סביב אלקטרודת הייחוס, הקש על הקצה בעדינות.
    3. אם יש בועות סביב אלקטרודת הדלפק לאחר שהוא מתחיל לרוץ, לנקות את אלקטרודת הדלפק. אם סריקת קורות החיים הופכת לרעשנית, נקה את משטח האלקטרודה ובדוק את חיבורי המערכת, החוטים והקליפים.
  8. ודא שכל שלושת חיבורי החוטים לעיון, עבודה ואלקטרודות מונה מחוברים כראוי ולאחר מכן התחל את הניסוי על-ידי לחיצה על הפעל בתחתית.
  9. תריץ את כל הניסויים בטמפרטורת החדר. עבור דגימות חלב, תן את הטמפרטורה של דגימות החלב להגיע לטמפרטורת הסביבה לפני הפעלת קורות חיים.

4. איסוף וניתוח נתונים

  1. לאחר הפעלת קורות חיים, שמור את הנתונים בתבנית הרצויה (CSV או Bin) בתיקיה ולאחר מכן השתמש במקל זיכרון USB כדי לאסוף אותם. נתח את הנתונים באמצעות תוכנה מתאימה. המר קבצי CSV לגיליונות אלקטרוניים לניתוח קל יותר.
    הערה: אם הנתונים נשמרים בתבנית של קובץ בינארי, המר אותם לתבנית של פסיק טקסט לפני איסוף נתונים במקל זיכרון מסוג USB.
  2. כדי לנתח את קורות החיים של דגימות חלב, להפחית את קורות החיים של חלב מן CV הרקע (כלומר, קורות חיים של חיץ פוספט (pH 6.6) נלקח לפני הפעלת כל מדגם חלב) כדי לייצר עקומות עקב חמצון פרופיל חלב.

5. טכניקות לאפיון PEDOT

  1. השתמש בסוג מסוים של SEM בעל ביצועים גבוהים כדי לאפיין את שכבות ה- PEDOT המיוצרות באלקטרוליטים שונים.
    הערה: כאן, FEI Quanta 200 ESEM FEG שימש; הוא מצויד באקדח פליטת שדה Schottky (FEG) לרזולוציה מרחבית טובה יותר. מכשיר זה מספק מצבי עבודה שונים כגון ואקום גבוה, ואקום נמוך ומצבי SEM סביבתיים ומצויד בגלאי SiLi (ליתיום נסחף) Super Ultra-Thin Window EDS.
  2. בדוק את המורפולוגיה על פני השטח של מיקרואלקטרודים Au (PEDOT-Au) שעברו שינוי PEDOT על ידי SEM לאחר אלקטרופולימריזציה של PEDOT בפתרונות אורגניים ומימיים. בצע את אלקטרופולימריזציה PEDOT על microelectrodes Au חשוף בפתרונות מימיים / ACN ואורגניים מיד לפני בדיקתם על ידי SEM.
  3. מניחים את האלקטרודות החדשות שהוכנו (מיקרואלקטרודה Au חשופה ושניים מהמיקרואלקטרודים של PEDOT-Au) על במת ה- SEM אופקית, כשראשם מעל הבמה בזווית מסוימת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

וולטמטריה מחזורית היא טכניקה קלה ליצירת שכבת PEDOT דקה על משטח Au microelectrode כדי להגביר את מוליכות אלקטרודה ורגישות במהלך חישה אלקטרוכימית של ניתוחי מטרה. פרוטוקול זה מדגים את שיטת האלקטרופולימריזציה של 0.1 M EDOT מפתרון אורגני לעומת 0.01 M EDOT מפתרון אלקטרוליט מימי. הפעלת 10 מחזורים בפתרון מימי/ACN גורמת לצמיחה מתונה של PEDOT דומה לזו שנצפתה עם 4 מחזורים בפתרון LiClO4/PC. איור 1 מראה הבדל מובהק בין EDOT אלקטרופולימרי בפתרונות מימיים/ACN ואורגניים, כאשר שכבות ה-PEDOT הבאות נוצרות על-ידי החלת קורות חיים. ניכר כי בעת רכיבה על אופניים מ-0.3 ל-+1.2 V (לעומת Ag/AgCl ב-3 M NaCl) בקצב סריקה של 100 מ"מ/ש', הפולימר החל להתחמצן ב-0.9 וולט בשני פתרונות האלקטרוליטים (איור 1A ואיור 1C), עם שיא חמצון שנראה ב-1 V בתמיסת מימית/ACN.

לאחר בדיקה מדוקדקת יותר, שכבות ה-PEDOT המיוצרות בתמיסה האורגנית לאחר 4 מחזורים מציגות ערכי זרם גבוהים יותר (~ 2.9 μA) ב- 1.2 V בהשוואה לערך הנוכחי (0.23 μA) הנראה עבור שכבות PEDOT שנוצרו בפוטנציאל זה בפתרון מימי/ACN. כאשר מספר מחזורי האלקטרופולימריזציה גדל במהלך ריצות קורות חיים, השכבות החדשות של PEDOT נעשות בהדרגה על פני השטח האלקטרודה כדי להגדיל את עובי השכבות. ייתכן שהסיבה לכך היא תגובות ה-redox המתרחשות ב-PEDOT הפנימי בין הטווח הפוטנציאלי של 0 עד 0.7 V (איור 1B ואיור 1D). איור 1B ואיור 1D מתארים טווח פוטנציאלי צר יותר כדי להציג את צמיחת ה-PEDOT בצורה נכונה. ערכי הצפיפות הנוכחיים בצד ימין של כל גרף חושבו על ידי חלוקת הערכים הנוכחיים בצד שמאל של הגרף על ידי שטח הפנים הגיאומטרי של מיקרואלקטרודה Au ללא שינוי (78.5 × 10-8 ס"מ2, r = 5 × 10-4 ס"מ).

ניתוח SEM בוצע כדי לאשר את היעילות של היווצרות שכבת PEDOT על ידי אלקטרופולימריזציה בשני פתרונות אלקטרוליטים (איור 2A-F). התמונות שצולמו על ידי SEM נבחרו בהגדלות שונות (4000x, 30000x ו- 60000x). ניתן להקים את שטח הפנים הגיאומטרי של מיקרואלקטרודים חשופים ו- PEDOT-Au באמצעות תמונות אלה. איור 2A מאשר קוטר של כ-10 מיקרואלקטרום זהב חשוף; לפיכך, שטח הפנים מחושב להיות ~ 78.5 × 10-8 ס"מ2. הקוטר של ננו-מבנה PEDOT שנוצר בתמיסה האורגנית לאחר 4 מחזורים על פני השטח של המיקרואלקטרודה Au היה ~ 40 מיקרומטר (איור 2C, D). לעומת זאת, צמיחת PEDOT על פני השטח האלקטרודה הייתה נמוכה יותר לאחר 10 מחזורים של אלקטרופולימריזציה. הוא נתפס כתכונות פולימריות הרריות בהיקף האלקטרודה עם דיכאון במרכז (איור 2E, F).

תמונות ה- SEM מספקות ראיות לעליונות צמיחת ה- PEDOT בתמיסה האורגנית בהשוואה למערכת מימית / ACN ויצירת מבנה ננו-מבנה נקבובי מאוד המשתרע מהמיקרו-אלקטרוניקה בצורה דמוית כרובית. מיקרו-אלקטרוניקה PEDOT זו שהוכנה בתמיסה אורגנית שימשה ליישומי חישה, במיוחד לזיהוי UA בפתרונות סטנדרטיים ובדגימות חלב. איור 3 מציג את קורות החיים לגילוי של איחוד האמירויות בפתרון סטנדרטי במיקרואלקטרודה חשופה של Au ובחיישן ה-PEDOT. הביצועים של המיקרואלקטרודה החשופה של Au לגילוי UA מאופיינים בזרמים של מצב יציב המתקבלים בפוטנציאלים גבוהים מ- 0.8 V עקב פיזור רדיאלי של איחוד האמירויות למשטח האלקטרודה (איור 3A). עקומת כיול ליניארית שורטטה בהתבסס על הזרמים הממוצעים ב- 0.8 V עבור טווח הריכוז של איחוד האמירויות הערביות של 62.5 עד 1000 מיקרומטר לאחר שלוש ריצות CV משוכפלות (איור 3B).

על ידי השוואת השיפוע של משוואות עקומת הכיול, המיקרואלקטרודה של PEDOT נמצאה כבעלת רגישות גבוהה פי 100 מהמיקרואלקטרודה החשופה. מעניין לציין שטווח ה-UA שזוהה באמצעות חיישן ה-PEDOT המיוצר בתמיסה אורגנית היה נמוך יותר, מ-6.25 ל-200 מיקרומטר, המחושב על ידי מדידת הערך הנוכחי בקצה הפסגה האנודית החדה (איור 3C,D). נתוני עקומת הכיול עבור אלקטרודת PEDOT שימשו למדידת מגבלת הזיהוי (LOD) והגבלת הכימות (LOQ) של איחוד האמירויות הערביות עבור האלקטרודה שהשתנתה. השיפוע של משוואת עקומת הכיול (ב) והשגיאה הסטנדרטית המוערכת של היירוט (ים) שימשו למדידת ערכי LOD ו- LOQ (רמת ביטחון של 95%)-7 מיקרומטר ו- 24 מיקרומטר14, בהתאמה באמצעות משוואות (1) ו- (2).

LOD= 3s/b (1)

LOQ = 10s/b (2)

הרגישות של החיישן שעבר שינוי PEDOT באופן אורגני היא גורם חשוב. זה מחושב על ידי חלוקת שיפוע עקומת הכיול על ידי שטח הפנים הגיאומטרי של האלקטרודה העובדת, שהוא 397 μA μM-1 ס"מ-2.

יישום נוסף של חיישן ה-PEDOT המסונתז בתמיסה האורגנית היה לנתח את התוכן של UA בדגימות אמיתיות, למשל חלב טרי רגיל ודגימות חלב בטעמים נבחרים (איור 4). היתרון של טכניקה זו הוא כי רמות UA בדגימות חלב ניתן למדוד ללא כל טיפול מקדים או דילול. הביצועים של חיישן מיקרו-אלקטרוניקה PEDOT-Au זה הושוו למקורלקטרודה פחמן מזוגגת שונה PEDOT (PEDOT-GC) שהוכן על ידי אותה שיטה בתמיסה האורגנית15. זרם השיא האנודי עבור UA בחלב רגיל ב- 0.35 V (לעומת Ag/ AgCl) באמצעות מיקרואלקטרודה PEDOT היה ~ 28.4 nA, השווה ל- 82.7 מיקרומטר באמצעות המשוואה של עקומת הכיול באיור 3D (y = 0.3x + 2.6, R2 = 0.993). ערך זה היה ~ 83.4 מיקרומטר עבור UA בחלב הרגיל שנקבע באמצעות PEDOT-GC15. שיא החמצון הגדול השני בסריקת קורות החיים של חלב רגיל ב-0.65 V (איור 4A) קשור לתרכובות הניתנות לחמצן, כולל חומצות אמינו אלקטרואקטיביות כגון ציסטאין, טריפטופן וטיירוזין15,16. הצפיפות הנוכחית של שיא זה מהחלב הרגיל גדולה פי 200 מזו שהושגה באמצעות PEDOT-GC15 שדווח בעבר. זה מראה תגובה רגישה יותר של microelectrode מכוסה על ידי שכבות PEDOT לעומת macroelectrode שונה PEDOT.

באיור 4A ניתן לראות את סריקות קורות החיים שהתקבלו עבור דגימות קרמל ושוקו לבן. זה מראה שיא ברור ב 0.36 V עבור UA, יחד עם זרם שיא נוסף של ~ 42 nA ב 0.56 V כי הוא ממוזג עם השיא ב 0.66 V. שיא נוסף זה ב 0.56 V יכול להיות קשור לנוכחות של חומצה וניל, אחד המרכיבים של חלב בטעם. קורות החיים של מדגם שוקו הבלגי מצביעים על סט חדש של פסגות אנודיות ב-0.26 V, 0.36 V ו-0.66 V ושיא קתודי ב-0.22 V. פרופיל השוקולד דומה לפרופיל הקטצ'ין רדוקס יחד עם נוגדי החמצון הפוליפנוליים האחרים הקיימים בשוקולד או בקקאו15. לכן, פסגות חמצון קטצ'ין והפחתה מופיעות ב 0.26 V ו 0.22 V, בהתאמה. זרם השיא של 0.36 V, המופיע כשיא חד בזנב פסגת קטצ'ין, נובע מחמצון של איחוד האמירויות הערביות. איור 4B מציג קורות חיים של דגימת חלב אספרסו קולומביאנית, המציגה זרמי שיא אנודיים וקתודיים רחבים ב-0.35 V ו-0.23 V, בהתאמה, ב-PEDOT-Au, הנובעים מנוגדי החמצון הפנוליים העיקריים בקפה, כלומר, חומצות כלורוגניות וקפיות. מכיוון ששטח הפנים הגיאומטרי של מיקרואלקטרודה PEDOT גבוה מזה של מקרואלקטרודה PEDOT, הצפיפות הנוכחית של פסגות UA בדגימות חלב אלה גדולה פי 150 עד 500 ב- PEDOT-Au15.

Figure 1
איור 1: אלקטרופולימריזציה של PEDOT על מיקרואלקטרודה מזהב. PEDOT מוכן על ידי (A, B) 10 סריקות קורות חיים בתמיסה מימית (0.01 M EDOT ב 1 מ"ל ACN + 9 מ"ל מים deionized + 0.1 M LiClO4); וכן (C, D) באמצעות 4 סריקות קורות חיים בתמיסת אלקטרוליטים אורגנית (0.1 M EDOT ב-1 מ"ל של 0.1 M LiClO4/PC). B ו - D הן גירסאות מורחבות של A ו - C כדי לדמיין את זרמי ה- PEDOT בבירור. קצב סריקה = 100 mV/s. נתון זה שונהמ-15. קיצורים: PEDOT = פולי(3,4-אתילנדיוקסיתופין); קורות חיים = וולטמטריה מחזורית; EDOT = 3,4-אתילנדיוקסיתופין; ACN = אצטוניטריל; LiClO4 = ליתיום פרכלורט; Ag = כסף; AgCl = כלוריד כסף. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תמונות SEM. (A ו - B) מיקרואלקטרודה מזהב חשוף (Au). מיקרואלקטרודים מזהב שעברו שינוי PEDOT שהוכנו בתמיסה אורגנית (C ו- D) לאחר 4 מחזורים של אלקטרופולימריזציה ו -(E ו - F) פתרון מימי לאחר 10 מחזורים של אלקטרופולימריזציה בהגדלות שונות. נתון זה שונהמ-15. קיצורים: SEM = סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים; PEDOT = פולי (3,4-אתילנדיוקסיתופין). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: וולטמוגרמות מחזוריות לריכוזים שונים של UA במאגר פוספט, pH 6.6. (A) מיקרו-אלקטרוניקה מזהב חשוף (רקע מופחת) ו-(ג) מיקרו-אלקטרוניקה מזהב שעבר שינוי PEDOT (רקע מופחת), מדידות שנלקחו מיד לאחר החדרת האלקטרודה לפתרון בקצב סריקה של 100 mV/s. (B) חלקת הגבלת הזרם ב-0.8 V לעומת ריכוז UA במיקרואלקטרוף הזהב החשוף. (D) חלקה של זרם שיא אנודי (Ip.a/μA) לעומת ריכוז UA על microelectrode זהב שונה PEDOT. (n =3). נתון זה שונהמ-15. קיצורים: UA = חומצת שתן; PEDOT = פולי (3,4-אתילנדיוקסיתופין). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: וולטמוגרמות מחזוריות (רקע מופחת). (A) חלב רגיל, שוקו בלגי, קרמל ושוקו לבן, ו-(B) חלב רגיל ואספרסו קולומביאני על מיקרואלקטרודה מזהב שעבר שינוי PEDOT (קוטר 10 מיקרומטר) ב-100 מ"ר לשנייה. נתון זה שונהמ-15. קיצור: PEDOT = פולי (3,4-אתילנדיוקסיתופין). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שיטת קורות החיים מאפשרת מדידה מהירה ופשוטה של ניתוחים שונים במזונות, יין ומשקאות, תמציות צמחים ואפילו דגימות ביולוגיות. טכניקה זו מייצרת מגוון רחב של נתונים, כולל פוטנציאל שיא חמצון/הפחתה, ערכי שיא נוכחיים של ניתוח היעד (פרופורציונלי לריכוז), וכל הערכים הנוכחיים והפוטנציאליים האחרים לאחר כל הפעלת קורות חיים. למרות שהשימוש בקורות חיים הוא קל יחסית, לעתים יש להמיר את הנתונים שנאספו מקבצים בינאריים לתבנית פסיק טקסט, בהתאם למערכת potentiostat המשמשת. לדוגמה, במקרה של מכשיר CH, ניתן לשמור את הנתונים בתבניות פסיק טקסט או CSV ישירות לאחר כל הפעלה. פעולה זו מקלה על ניתוח הנתונים בגיליון אלקטרוני לאחר המרת טקסטים לעמודות. לאחר סריקות קורות החיים של חלב או דגימות סטנדרטיות UA הושגו באותם טווחים פוטנציאליים, הם שורטטו על גרף אחד להשוואה ישירה. כדי להציג את הנתונים עבור פרסומים, ניתן גם להתוות גרפים ב- Origin או ב- SigmaPlot ולאחר מכן לייצא אותם כ- TIF או את סוגי הקבצים הגרפיים הדרושים.

בעיות נפוצות בשיטה זו יכולות להיות ממצאים במעקב קורות החיים. אלה יכולים לנבוע משגיאות חיבור חשמלי, ככל הנראה בשל קליפי החיבור (כלומר, קליפים המחברים חוטים לכל אלקטרודה) שהפכו חלודים או בשל microelectrodes זהב לא ניקה כראוי. שימוש בנייר זכוכית כדי להסיר חלודה מהקליפים או להחליף אותם, וניקוי מחדש של המיקרו-אלקטרוניקה והפעלה מחדש של מחזורי קורות חיים לאחר החדרתו לפתרון H2SO4 עשויים לפתור את הבעיה.

ניקוי microelectrode הוא צעד חשוב בניסוי זה, אשר יכול אחרת לגרום אות זרם נמוך או רעש. ניקוי microelectrode הוא גם מאוד חשוב כמו בועות יכול להיווצר כאשר microelectrode אינו נקי מאוד. כאשר המיקומים של פסגות חמצון הזהב וההפחתה והגבהים המתקבלים הם עקביים ונכונים, האלקטרודה מוכנה להפעיל את האלקטרופולימריזציה. כאשר חיבורי הפוטנציוסטאט או האלקטרודה פגומים, יהיה רעש בסריקת קורות החיים, או שהפלט ייראה כמו נקודות מתפשטות. לפני ריצה, חשוב לבדוק שוב כי כל חיבורי האלקטרודה מחוברים כראוי, כי אין בועת גז ליד קצה אלקטרודת התייחסות Ag / AgCl, וכי האלקטרודות אינן נוגעות בתא האלקטרוכימי. החלפת הקליפים וחוטי החיבור או הקשה על קצה אלקטרודת הייחוס באצבע יכולה להיות גישה שימושית לפתרון בעיות.

במהלך היווצרות של אלקטרודה PEDOT, כמו פולימר מנצח שנבחר, אלקטרוליט אורגני (LiClO4 במחשב) ואת פתרונות NaClO4 מימית יש להסיר לפני הפעלת electropolymerization. זה הכרחי להשתמש כימי EDOT כי לא פג או חמצון או זוהם על ידי כימיקלים אחרים כיתה אנליטית. שכבות ה-PEDOT הטריות הנוצרות בכל פעם על פני השטח האלקטרודה שונות מבחינת הצמיחה הנוכחית. אם ההליך נשמר קבוע והאלקטרודה מנוקה מספיק, מחזורי קורות החיים של אלקטרופולימריזציה יגדלו באותו ערך נוכחי בכל פעם, ויאשרו את הדיוק והעקביות של השיטה. ראוי גם לציין כי כמות מונומר EDOT בשימוש בתמיסה האורגנית היה גבוה פי 10 מאשר מונומר EDOT בפתרון מימית / ACN. למרות שזה אולי נראה לא דומה, זה נחשב עדיף כי הניסויים הראשוניים שלנו הראו כי פתרון מימית 0.1 M EDOT לא ליצור שכבת PEDOT יציבה בשל מסיסות נמוכה יותר בפתרון אלקטרוליט מימית. לעומת זאת, שכבת PEDOT שנוצרה באמצעות 0.01 M EDOT בתמיסה אורגנית לא הייתה צמיחה מספקת על פני השטח האלקטרודה לעומת פתרון EDOT מימית 0.1 M. לפיכך, כמויות EDOT אלה המשמשות אלקטרופולימריזציה אורגנית מימית נבחרו עבור מחקר זה.

אחת המגבלות של שיטת קורות החיים כאשר נעשה שימוש באלקטרודות חשופות היא הקושי להפריד פסגות כאשר סוכנים מפריעים קיימים. עם זאת, בעיה זו נפתרה כאשר PEDOT שימש לשינוי פני השטח אלקטרודה. לדוגמה, כאשר UA היה ניתוח היעד לגילוי בחלב, הוא זוהה בנפרד מהסוכן המפריע שלה, חומצה אסקורבית, בשל תפקיד התיווך redox של PEDOT, המוביל לשיא מוקדם יותר ומופרד היטב עבור חומצה אסקורבית. יחד עם זאת, אפילו עם אלקטרודת PEDOT, בעת ניתוח חלב בטעם, זה יכול להיות מאתגר להפריד את שיא UA כראוי מן החומרים האחרים שיש להם פוטנציאל חמצון קרוב לאיחוד האמירויות הערביות, מה שמוביל למיזוג של פסגות.

לסיכום, למרות פתרון בעיות עשוי להידרש לסירוגין, השימוש בקורות החיים ו PEDOT nanolayers על פני השטח אלקטרודה הוא יתרון עבור זיהוי ניתוחי יעד כגון UA בפתרונות סטנדרטיים ופתרונות מטריצה מורכבים, כגון דגימות חלב, ללא כל טיפול מראש. בהשוואה לטכניקת הכרומטוגרפיה הנוזלית בעלת הביצועים הגבוהים, שיטת קורות חיים זו מהירה ואינה זקוקה לשלבי טרום טיפול הגוזלים זמן רב כדי להסיר שומן או חלבונים מדגימות חלב. יתר על כן, PEDOT עושה את microelectrode סלקטיבי מאוד ורגיש, נותן שיא חד לניתוח UA.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

הודות למימון שניתן על ידי משרד העסקים, החדשנות והתעסוקה של ניו זילנד (MBIE) במסגרת תוכנית "חיישנים בעלי ביצועים גבוהים".

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetonitrile Baker Analyzed HPLC Ultra Gradient Solvent 75-05-8 HPLC grade
Alumina polishing pad BASi, USA MF-1040 tan/velvet color
Belgian chocolate milk Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ _ Buy from local supermarket
Caramel/white chocolate milk Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ _ Buy from local supermarket
CH instrument CH instruments, Inc. USA _ Model CHI660E
Counter electrode BASi, USA MW-1032 7.5 cm long platinum wire (0.5 mm diameter) auxiliary/counter electrode, 99.95% purity
Disodium hydrogen phosphate (Na2HPO4, 2H2O) Scharlau Chemie SA, Barcelona, Spain 10028-24-7 Weigh 17.8 g
DURAN bottle University of Auckland _ The glasswares were made locally at the University of Auckland
Electrochemical cell BASi, USA MF-1208  5-15 mL volume, glass
Electrode Polishing Alumina Suspension BASi, USA CF-1050 7 mL of 0.05 µm particle size alumina polish
Espresso milk Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ _ Buy from local supermarket
3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT), 97% Sigma-Aldrich 126213-50-1 Take 10.68 μL from bottle
FEI ESEM Quanta 200 FEG USA _ SEM equipped with a Schottky field emission gun (FEG) for optimal spatial resolution. The instrument can be used in high vacuum mode (HV), low-vacuum mode (LV) and the so called ESEM (Environmental SEM) mode. 
Gold microelectrode BASi, USA MF-2006 Working electrode (10 μm diameter)
Lithium perchlorate, ACS reagent, ≥95% Sigma-Aldrich 7791-03-9 Make 0.1 M solution
Micropipettes Eppendorf _ 10-100 μL and 100-1000 volumes
MilliQ water Thermo Scientific, USA _ 18.2 MΩ/cm at 25°C, Barnstead Nanopure Diamond Water Purification System
Propylene carbonate, Anhydrous, 99.7% Sigma-Aldrich 108-32-7 Take 20 mL from bottle
Reference electrode BASi, USA MF-2052 Silver/silver chloride (Ag/AgCl) electrode to be kept in 3 M sodium chloride
Replacement glass polishing plate BASi, USA MF-2128 Glass plate as a stand to attach the polishing pad on it
Sodium dihydrogen phosphate  (NaH2PO4, 1H2O) Sigma-Aldrich 10049-21-5 Weigh 13.8 g
Sodium hydroxide pearls, AR ECP-Analytical Reagent 1310-73-2 Make 0.1 M solution
Sodium perchlorate, ACS reagent, ≥98% Sigma-Aldrich 7601-89-0 Make 0.1 M solution
Sulfuric acid (98%) Merck 7664-93-9 Make 0.5 M solution
Uric acid Sigma-Aldrich 69-93-2 Make 1 mM solution
Whole milk Anchor dairy company, Auckland, NZ Blue cap milk, buy from local supermarket

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Guimard, N. K., Gomez, N., Schmidt, C. E. Conducting polymers in biomedical engineering. Progress in Polymer Science. 32 (8), 876-921 (2007).
  2. Cui, X., Martin, D. C. Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).
  3. Hong, S. Y., Marynick, D. S. Understanding the conformational stability and electronic structures of modified polymers based on polythiophene. Macromolecules. 25 (18), 4652-4657 (1992).
  4. Kundu, K., Giri, D. Evolution of the electronic structure of cyclic polythiophene upon bipolaron doping. Journal of Chemical Physics. 105 (24), 11075-11080 (1996).
  5. Thomas, C. A., Zong, K., Schottland, P., Reynolds, J. R. Poly(3,4-alkylenedioxypyrrole)s as highly stable aqueous-compatible conducting polymers with biomedical implications. Advanced Materials. 12 (3), 222-225 (2000).
  6. Yamato, H., Ohwa, M., Wernet, W. Stability of polypyrrole and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) for biosensor application. Journal of Electroanalytical Chemistry. 397 (1-2), 163-170 (1995).
  7. Latonen, R. -M., et al. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) based enzyme-electrode configuration for enhanced direct electron transfer type biocatalysis of oxygen reduction. Electrochimica Acta. 68, 25-31 (2012).
  8. Liu, K., Xue, R., Hu, Z., Zhang, J., Zhu, J. J. Electrochemical synthesis of acetonitrile-soluble poly(3,4-ethylenedioxythiophene) in ionic liquids and its characterizations. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 9 (4), 2364-2367 (2009).
  9. Cui, X., Martin, D. C. Fuzzy gold electrodes for lowering impedance and improving adhesion with electrodeposited conducting polymer films. Sensors and Actuators A: Physical. 103 (3), 384-394 (2003).
  10. Wilks, S. J., Richardson-Burn, S. M., Hendricks, J. L., Martin, D., Otto, K. J. Poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) as a micro-neural interface material for electrostimulation. Frontiers in Neuroengineering. 2, 7 (2009).
  11. Pranti, A. S., Schander, A., Bödecker, A., Lang, W. Highly stable PEDOT:PSS coating on gold microelectrodes with improved charge injection capacity for chronic neural stimulation. Proceedings. 1 (4), 492 (2017).
  12. Štulík, K., Amatore, C., Holub, K., Marecek, V., Kutner, W. Microelectrodes: Definitions, characterization, and applications (Technical report). Pure and Applied Chemistry. 72 (8), 1483-1492 (2000).
  13. Štulík, K. Activation of solid electrodes. Electroanalysis. 4 (9), 829-834 (1992).
  14. Motshakeri, M., Travas-Sejdic, J., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Rapid electroanalysis of uric acid and ascorbic acid using a poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-modified sensor with application to milk. Electrochimica Acta. 265, 184-193 (2018).
  15. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Travas-Sejdic, J., Kilmartin, P. A. Electrochemical study of gold microelectrodes modified with PEDOT to quantify uric acid in milk samples. Electroanalysis. 32 (9), 2101-2111 (2020).
  16. Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Application of cyclic voltammetry to analyse uric acid and reducing agents in commercial milks. Food Chemistry. 293, 23-31 (2019).

Tags

כימיה גיליון 173 פולי(3,4-אתילנדיוקסיתופין) (PEDOT) וולטמטריה מחזורית ליתיום פרכלורט מיקרואלקטרודה מזהב פרופילן קרבונט מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת חלב בטעם אלקטרודיפוזיציה
הכנה אלקטרוכימית של פולי (3,4-אתילנדיוקסיתופין) שכבות על מיקרואלקטרודים זהב עבור יישומי חישת חומצת שתן
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Motshakeri, M., Phillips, A. R. J.,… More

Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. Electrochemical Preparation of Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications. J. Vis. Exp. (173), e62707, doi:10.3791/62707 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter