Een High Performance impedantie-gebaseerd platform voor het Verdampingssnelheid Detection
Summary
Dit document presenteert een impedantie gebaseerde apparaat voor verdamping detectie van oplossingen. Het biedt duidelijke voordelen ten opzichte van een conventionele gewichtsverlies aanpak: een snelle reactie, zeer gevoelige detectie, een kleine steekproef vereiste, meerdere sample metingen, en gemakkelijk te demonteren voor het reinigen en hergebruiken doeleinden.
Abstract
Dit document beschrijft de werkwijze voor een nieuwe impedantie gebaseerde platform voor het detecteren van de verdampingssnelheid. Het model verbinding hyaluronzuur werd hier gebruikt voor demonstratiedoeleinden. Meerdere verdamping tests van de modelverbinding als bevochtigingsmiddel met verschillende concentraties in oplossing werden uitgevoerd ter vergelijking. Een conventionele gewichtsverlies benadering staat bekend als de meest eenvoudige, maar tijdrovende, meettechniek voor verdampingssnelheid detectie. Nog een duidelijk nadeel is dat een grote hoeveelheid monster vereist en meerdere steekproeven kunnen niet tegelijkertijd worden uitgevoerd. Voor het eerst in de literatuur, wordt een elektrisch impedantiedetectie chip met succes toegepast op een real-time verdamping onderzoek een timesharing, continue en automatische wijze. Bovendien, slechts 0,5 ml testmonsters vereist in deze impedantie gebaseerde inrichting en een grote impedantie variatie blijkt over verschillende verdunde Solutions. De voorgestelde hoge gevoeligheid en een snelle respons impedantie-sensing-systeem blijkt een conventionele gewichtsverlies aanpak in termen van verdamping detectie overtreffen.
Introduction
Verdamping is een soort vloeistof verdamping en komt langs de gas-vloeistof grensvlak van een collectieve waterlichaam. De watermoleculen in de buurt van het oppervlak te worden in staat om te ontsnappen uit de vloeistof als gevolg van een botsing van watermoleculen. De verdampingssnelheid is een belangrijke sleutelfactor bij het verdampingsproces. In het algemeen, een evenwicht of volumetrische buis 1-3 wordt veel gebruikt om de verdamping van oplossingen detecteren. Het duurt echter lang om de verdampingssnelheid te meten vanwege de nauwkeurigheid beperking van evenwicht of volumetrische buis. Daarom moet reagerende en zeer gevoelige instrument ontwikkeld sonde in de details van het verdampingsproces.
Elektrochemische impedantie spectroscopie (EIS) is een snelle-reactie, gevoelige en effectieve experimentele middelen op het gebied van in-situ impedantie detectie voor elektrochemisch systeem karakterisering 4. Daarom kan EIS worden toegepast in diverse fields, zoals recente studies op cellulair gedrag 5, bioanalytische sensing 6-7, elektrolyse 8, geleidende polymeren 9 en elektrochemische extractie 10. Hoewel EIS systemen met succes in vele verschillende disciplines toegepast, bestaat er een zeer gering aantal publicaties over de toepassing verdamping onderzoek.
Hyaluronzuur, een hoogmoleculaire polysacharide met sterke waterbindende potentieel, is een bekend bevochtigingsmiddel voor cosmetische toepassingen. Een hyaluronzuur molecuul kan binden tot 500 watermoleculen 11 en bereikt 1.000 keer het oorspronkelijke volume 12. Een uiterst kleine hoeveelheid hyaluronzuur kan hydraterende functie 13-14 bezitten. Door de hoge vochtretentie, hyaluronzuur is een belangrijk bestanddeel van cosmetische bevochtigingsmiddel producten met een hoge handelswaarde wereldwijd 15 geworden.
Tzijn studie presenteert de methode van een nieuwe impedantie-gebaseerde apparaten met hoge snelheid detectie, klein volume monster eis, en meerdere sample metingen 16-19. Het wordt aangeboden met een focus op de relatieve verdampingssnelheid vergelijking tussen oplossingen als een manier om de superioriteit van de innovatieve detectie mechanisme opzichte van een conventionele wegen wijze te valideren.
Protocol
Representative Results
Discussion
De kritische stap voor de verdamping meting deze impedantie gebaseerde detectie is de bereiding van de geteste oplossingen. Gedeïoniseerd water kan niet worden gebruikt vanwege de grote impedantie. In plaats daarvan, leidingwater met geleidende ionen werd gebruikt om hyaluronzuur oplossingen voor experimenten te bereiden. De elektrische eigenschappen van leidingwater niet constant gebruikt. Daarom normalisatie, zoals de relatieve verdampingssnelheid van water in deze studie, werd als alterna…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesponsord door het ministerie van Wetenschap en Technologie, Taiwan, onder toekenning nummers MOST-104-2221 E-241-001-my3 en MOST 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).
