일회용 전기 종이 마이크로 유체의 pH 센서와 같은 이리듐 산화물 환원 그래 핀 산화물 나노 하이브리드 박막 수정 스크린 인쇄 전극
Summary
연구 패터닝 종이 유체 플랫폼 이리듐 산화물 환원 그래 핀 산화물의 성장 (IRO이 -RGO) 나노 하이브리드 녹색 전기 화학적 합성을 통해 불규칙하고 거친 스크린 인쇄 탄소 기판 상에 박막 및 pH 센서 등의 구현을 보여 .
Abstract
IRO 2 -graphene 나노 하이브리드 박막의 A, 손쉬운 제어, 저렴하고 녹색 전기 화학적 합성은 자원 제한 설정을위한 사용하기 쉬운 통합 종이 미세 유체 전기 pH 센서를 제작하기 위해 개발된다. 모두의 pH 측정기 및 스트립에서 이점을 고려하여 pH를 감지 플랫폼은 소수성 장벽 무늬 종이 micropad (μPAD) 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)을 사용하여 구성되어, 스크린 인쇄 전극 (SPE)는 IRO 2 -graphene 영화와 수정 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌 성형 (ABS) 플라스틱 홀더. 반복 음극 잠재적 인 자전거가 완전히 우수한 안정성 및 전자 특성을 가진 2 차원 결함이없는 균일 한 그래 핀 박막을 전기 화학적으로 불안정한 산소 그룹을 제거하고 생성 할 수있는 그래 핀 산화물 (GO) 감소를 위해 사용 하였다. 나노 입자의 크기가 균일하고 부드러운 IRO이 영화는 양극 어떤없이, 그래 핀 필름 상에 전착된다관찰 균열. 얻어진 IRO이 -RGO 전극 브리튼 – 로빈슨 (BR) 다른 – 간섭으로 좋은 선형성 작은 히스테리시스, 낮은 응답 시간과 재현성 다른 버퍼에서뿐만 아니라, 낮은 민감도와 버퍼의 pH를 2-12 약간 슈퍼 Nernstian 반응을 보였다 이온 종 및 용존 산소. 간단한 휴대용 디지털 pH 미터는 고 입력 임피던스의 연산 증폭기 및 소비자 배터리를 이용하여 그 신호를 멀티 미터로 측정하고, 제작된다. 휴대용 전기 종이 미세 pH 센서 측정 된 pH 값은 유리 전극 상업적 실험실 pH 미터를 사용하여 측정 된 것과 일치 하였다.
Introduction
산도의 결정은 음식, 생리 학적, 의약 및 환경 연구 유비쿼터스입니다. 산도 검출을위한 가장 일반적인 두 가지 도구는 산도 스트립과 산도 미터입니다. 종이 스트립은 색상 변화 pH를 표시 분자 함침되지만 읽기는 때때로의 pH 범위, 주관적이고 반 정량적 약간의 편차에 제한된다. 한편, 종래의 유리 전극을 구비 한 pH 미터 디지털 사용자 인터페이스에 의해 정확하게 0.01 레벨 표시하여 pH를 측정 할 수있다. 실험실 기반의 pH 미터는 유지 보수 및 교정에 특별한주의를 필요로 할뿐만 아니라 작은 샘플 볼륨으로 잘 작동하지 않고 종종 측정을 수행 할 수있는 비커로 깨끗한 용기를 필요로하지 만. 감도, 선택성 및 안정성에도 불구하고, 유리 전극은 산 / 알칼리 에러, 하이 임피던스 온도 불안정성 및 기계적 취약성 1 겪는다. 그러므로 embod의 pH 측정 시스템을 사용하는 것이 유리하다pH 측정기 pH를 스트립의 단순성 및 비용 측면의 정확성 이거 야.
고가의 실험실 기반의 장비 또는 상업적 실험실이 감당할 수 많은 개발 도상국에서 제한된 자원 조건에서 이러한 도구에 대한 충족되지 못한 필요는 항상있다. 또한, 새로운 사용하기 쉬운 현장 감지 플랫폼의 증가하는 역할은 현장 진료 검출을위한 이러한 수요에 의해 추진된다. 시장에서 상용화 저가 SPE를 다양한 포도당 모니터링 시스템에 의해 입증 된 바와 같이 전기 화학적 검출, 간단한 소형화하기 쉽고 만족스럽게 민감하다. A, 광가요 일회용 다공질 재료로서는, 용지는 상이한 기공 크기, 관능기 및 위킹 속도와 같은 다양한 제어 특징을 가질 수있다.
종이 기판은 거의 분석 확산 및 전기 화학적 검출 2-4, 종이 유체 장치 및 electroanalytical 기술의 조합 recentl이 영향을 미친다로Y는 폭 넓은 관심을 받았다. 이러한 조합의 명백한 이점은 잠재적으로 측정시의 진동 및 대류의 간섭을 방지 할 수는 측정에 사용 된 샘플 볼륨의 작은 양이다. 예를 들어, 패턴 화 된 미세 심지 패드 중금속 이온 검출 용의 SPE 감지 영역에 액체 시료를 전달 2,5- 글루코스 적용 하였다. 미세 전기 화학 종이를 사용하여 유사한 장치는 NADH 검출부 (4)를 달성하기 위해 설립되었다. 최근 간단한 전기 종이 마이크로 유체 소자는 연필 전극 (6) 또는 효소 용지 및 세 개의 SPE를 사용하여 유리 슬라이드에 구축 될 수있다.
IRO 2 RGO로 구성된 나노 하이브리드 박막 재료는 용이 한 그리고 효율적인 전기 화학적 방법을 사용하여 제조 하였다. 우리는 불규칙하고 거친 SPE의 흑연 탄소 표면에 그 발견, 양극 전착 IRO 2 박막은 할 수 없습니다RGO의 도움없이 부드럽고 안정. 그 결과 IRO 2 -RGO SPE는 pH를 감지하기위한 소수성 장벽을 패턴 화 한 종이 미세 유체 소자에 통합되었다. 조립 장치는 약간 슈퍼 Nernstian 동작으로 pH 센싱 우수한 성능을 분석 하였다. 결과는 유리 전극 종래 랩 기반 pH 미터에 필적한다. 마지막으로, 비용 효과적인 소형화의 pH 미터는 디지털 멀티 미터로 개방 회로 전위의 출력 신호를 측정하는 회로판에 내장했다. 휴대용 pH 측정기의 측정은 물론 상업 실험실 pH 미터의 결과와 상관 관계.
Protocol
Representative Results
Discussion
장치 설정
이 H + 농도의 음의 대수에 비례하여 변화하기 때문에 pH 센서는 작동 전극과 기준 전극 사이 OCP를 측정함으로써 작동한다. 측정은 CHI 660D 멀티 미터에 의해 판독하여 브레드 보드 구성된 단순한 pH 측정기로서 랩 기반 텐쇼 모두에 의해 달성 될 수있다. 두 개의 서로 다른 휴대용 산도 미터는 두 개의 직렬 LF356N 또는 1 INA111입니다 IRO이 -RG…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 물 장비 및 정책 (WEP) NSF 산업 / 대학 협동 연구 센터 (I / UCRC)에서 부여에 의해 지원되었다. 저자는 대학원 원정대는 UW 매디슨에서 JY 제공 수훈 Hjalmar D.과 자넷 W. Bruhn 원정대 루이와 엘사 톰센 위스콘신에 감사
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 |
References
- 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).
