Diese Technologie kann uns helfen, schlüsselhafte Fragen in einem Bereich der Bioprozesstechnologie zu beantworten, wie z. B. die Umwandlung von Biomasken oder die Erzeugung von Biogas aus organischen Abfällen. Der Hauptvorteil dieser chemiresistiven pH-Erfassung besteht darin, dass die Elektroden klein sind, die Rohrreplikation in großer Zahl ist und ohne Referenzelektrode arbeitet. Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf mehrere Mikroreaktoren, da der pH-Wert ein wichtiger Parameter ist.
Herkömmliche pH-Elektroden sind zu teuer oder zu groß, um in einer Mikroreaktor-Siebplattform eingesetzt zu werden. Diese Methode kann Einblicke in mehrere Permutationsdurchläufe in kleinem Maßstab geben. Es kann auch in anderen chemischen oder biologischen Durchgängen angewendet werden, wo pH-Messungen wichtig sind.
Zuerst fügen Sie drei Gramm Graphit zu 69 Milliliter konzentrierte Schwefelsäure hinzu und rühren Sie die Lösung, bis sich der Graphit vollständig dispergiert hat. 1,5 Gramm Natriumnitrit hinzufügen. Nach einer Stunde Rühren den Behälter in ein Eisbad stellen.
Fügen Sie der Dispersion neun Gramm Kaliumpermanganat hinzu und entfernen Sie den Behälter aus dem Eisbad. Nachdem Die Lösung auf Raumtemperatur erwärmt werden kann, fügen Sie 138 Milliliter Milli-Q-Wasser tropfenweise hinzu. Dann 420 Milliliter Milli-Q-Wasser hinzufügen und die Temperatur mit einer Kochplatte 15 Minuten lang bei 90 Grad Celsius halten.
Fügen Sie der heißen Dispersion 7,5 Milliliter 30% Wasserstoffperoxid hinzu. Nach der Übertragung der Dispersion auf ein Zentrifugenrohr, sammeln Sie das Produkt durch Zentrifugation bei 10.000 mal G für 20 Minuten. Nach dem Wegwerfen des Überstandes das Pellet viermal mit warmem doppelt destilliertem Wasser und zweimal mit 10% Salzsäure waschen.
Schließlich das Pellet zweimal mit Ethanol waschen und bei 50 Grad Celsius im Ofen trocknen. 10 Milligramm Graphitoxid in 10 Milliliter Milliliter Milli-Q-Wasser verteilen und dann die Dispersion in einem Ultraschallbad sechs Stunden lang beschallen. Entfernen Sie nach der Ultraschallbehandlung die unexfoliatierten Graphitoxidflocken durch Zentrifugation 30 Minuten lang bei 2700-fachem G.Nach der Zentrifugation entsorgen Sie die Feststoffpartikel und verwenden Sie den Überstand für weitere Experimente.
Um die Arbeitslösung vorzubereiten, verdünnen Sie die Graphenoxid-Stammlösung doppelt mit Milli-Q-Wasser. Fügen Sie nun zwei Mikroliter der Graphenoxid-Arbeitslösung auf eine exponierte interdigitierte Goldelektrode. Nach dem Tropfengießen die Graphenoxidelektrode bei Raumtemperatur 12 Stunden trocknen.
Legen Sie die Elektrode in einen PDMS-Elektrodenhalter ein. Legen Sie den anderen Teil des Elektrodenhalters, der als Lösungsbehälter dient, auf die Elektrode. Montieren Sie die Halterungen, indem Sie die beiden Teile mit zwei Büroklammern zusammenschneiden.
Als nächstes Pipette 300 Mikroliter 2 Molarphosphatpuffer im Reservoir. Legen Sie dann die Referenz- und Zählerelektroden so in die Lösung, dass sie nahe an der Oberfläche des Graphenoxidfilms platziert werden. Verbinden Sie die Elektroden mit einem Potentiostat, der zur Datenerfassung mit einem Computer verbunden ist.
Verwenden Sie zyklische Voltammetrie für die elektrochemische Reduktion, und wählen Sie den entsprechenden Potenziellenbereich und Scanrate. Zyklus der Spannung über die Elektrode 10 mal zwischen null bis minus 1,2 Volt. Nach dem Experiment die Elektrode aus dem Halter nehmen und wiederholt mit Milli-Q-Wasser waschen.
Dann trocknen Sie die Elektrode in einem Ofen bei 101 Grad Celsius für 12 Stunden. Wenn die Elektrode trocken ist, entfernen Sie sie aus dem Ofen und lassen Sie sie auf Raumtemperatur abkühlen. Messen Sie dann die Leitfähigkeit der ErGO-Elektrode mit einem Multimeter.
Bereiten Sie eine 10-Millimolar-Lösung von Aniinmonomer für die Polyaniin-Funktionalisierung vor, indem Sie fünf Mikroliter 10 Millimolar-Aniin in fünf Milliliter einer Molschwefelsäure auflösen. Fügen Sie 300 Mikroliter Anilinemonomer in das Lösungsreservoir ein. Legen Sie dann die ErGO-Ablageelektrode wie zuvor beschrieben in den Elektrodenhalter.
Verwenden Sie zyklische Voltammetrie für die Elektropolymerisation von Aniline, um das ErGO in ErGO-PA zu funktionalisieren, und wählen Sie den geeigneten Potentialbereich und die Scanrate aus. Zyklus der Spannung über die Elektrode 50 mal, zwischen null bis 9 Volt. Nach der polyanilinen Ablagerung die Elektrode entfernen und wiederholt mit Milli-Q-Wasser waschen.
Dann trocknen Sie die Elektrode bei 80 Grad Celsius im Ofen für 12 Stunden. Wenn die Elektrode trocken ist, entfernen Sie sie aus dem Ofen und lassen Sie sie auf Raumtemperatur abkühlen, bevor Sie die Leitfähigkeit der Elektrode mit einem Multimeter messen. Als nächstes fügen Sie 2 molförmiges Natriumhydroxid in die Britton-Robinson Pufferlösung ein, bis der pH-Wert fünf beträgt.
Um eine Britton-Robinson Universalpufferlösung vorzubereiten, mischen Sie 04 Mol Phosphorsäure, 04 Mol Essigsäure und 04 Mol Borsäure in 8 Liter Milli-Q-Wasser. Fügen Sie dann Milli-Q-Wasser hinzu, bis das endgültige Volumen einen Liter beträgt. Nach der Konditionierung der Elektrode in der pH-Pufferlösung fünf, messen Sie ihren Widerstand in Lösungen unterschiedlichen pH-Werts, indem Sie sie zuerst direkt in die Pufferlösung tauchen.
Dann verbinden Sie den anderen Teil der Elektrode mit einem computergesteuerten Potentiostat zur Datenerfassung. Wählen Sie Amperometriestrom im Vergleich zur Zeitkurve aus der Liste der Techniken und wenden Sie einen Potentialunterschied von 100 Millivolt auf die Elektrode an. Nach den Messungen die Elektrode bei Raumtemperatur 12 Stunden trocknen.
Fügen Sie fünf Mikroliter mit fünf Gewichtsprozent Nafion auf die ErGO-PA-Elektrode und trocknen Sie die Elektrode bei Raumtemperatur 12 Stunden lang. Nach der Nafionbeschichtung die Elektrode in der Pufferlösung 24 Stunden vor pH-Messungen bei pH-Wert fünf erhitzen. Nach der Konditionierung in der pH-Pufferlösung fünf entfernen Sie die nafionbeschichtete ErGO-PA-Elektrode und messen Sie den Widerstand der Elektrode von pH vier bis neun, wie zuvor beschrieben.
Fügen Sie 9,3 Gramm M17 Pulver zu 250 Milliliter entmineralisiertem Wasser hinzu. Rühren Sie die Lösung langsam auf, bis sich das Pulver vollständig auflöst. Dann autoklavieren Sie die Lösung bei 121 Grad Celsius für 15 Minuten.
Als nächstes fügen Sie 50 Milliliter des sterilisierten M17-Mediums in einen 250 Milliliter sterilisierten Kolben mit einem magnetischen Rührstab hinzu. Fügen Sie 8 Milliliter autoklavierte 1 Molar Glukoselösung auf das Medium. Dann impfen Sie die Lösung mit 10 Mikroliterl L.lactis Kultur, zuvor in der gleichen Kulturmedium angebaut.
Den Kolben mit dem geimpften Kulturmedium unter Rühren 18 Stunden lang auf eine magnetische Rührplatte in einem Inkubationsofen bei 30 Grad Celsius legen. Überwachen Sie den pH-Wert während der Inkubation. Legen Sie die ErGO-PA-NA-Elektrode in die L.lactis-Kultur und schließen Sie sie mit einem Baumwollstecker.
Dann legen Sie die Einrichtung in einen Thermostat bei 30 Grad Celsius, um L.lactis wachsen. Danach 100 Millivolt auf die Elektrode auftragen und den Strom gegen die Zeit messen. Nehmen Sie 5 Milliliter-Proben zu verschiedenen Zeitpunkten, um die optische Dichte bei 600 Nanometern und den pH-Wert mit einer herkömmlichen Glaselektrode offline zu messen.
Setzen Sie die Messungen fort, bis die optische Dichte der Kultur konstant wird, was darauf hinweist, dass die Bakterien nicht mehr wachsen. Das Auftreten einer starken Reduktionsspitze um minus 1,0 Volt veranschaulichte die Reduktion von Graphenoxid auf ErGO. Die Intensität der Spitze hängt von der Anzahl der Graphenoxidschichten auf der Elektrode ab.
Bei der Einlagerung der ErGO-PA-Elektrode in pH-Pufferlösungen von vier bis neun wurde der Strom durch das Dotieren und Dedotieren von Löchern während des Protonationsdeprotonationsprozesses mit steigendem pH-Wert erhöht. Die Reaktion der Elektrode war sofort stabil, wenn die Zugabe von Natriumhydroxid bei einem bestimmten pH-Wert gestoppt wurde. Die Leitfähigkeit der Elektrode wurde durch die Nafionbeschichtung nicht stark beeinträchtigt.
Aber ein paar Ohm Differenz enden im Widerstandswert traten auf und änderten den Basisstromwert der ErGO-PA-Elektrode. Ähnlich wie bei der ErGO-PA-Elektrode änderte sich der Widerstand der ErGO-PA-NA-Elektrode, als sich der pH-Wert der Pufferlösung von vier auf neun änderte. Sobald das Wachstum von L.lactis begann, nahm der Strom der ErGO-PA-NA-Elektrode allmählich ab und beschleunigte sich dann während der exponentiellen Wachstumsphase und erreichte am Ende des Wachstums einen stabilen Wert.
Der Endwert des Stroms ist vergleichbar mit dem Aktuellenwert der in Pufferlösung getesteten ErGO-PA-NA-Elektrode. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, die Goldelektroden vollständig mit dem Graphenoxid zu bedecken. Diese Technologie ebnete den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Prozesssteuerung, um kleine pH-Elektroden für biologische und chemische Systeme herzustellen und zu verwenden.
Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit konzentrierter Schwefelsäure, Kaliumpermanganat und Wasserstoffperoxid extrem gefährlich sein kann. Dieses Verfahren muss in einer Dunstabzugshaube durchgeführt werden.
