Esta tecnología puede ayudarnos a responder preguntas clave en un campo de la tecnología de bioprocesos, como la conversión de biomascaras, o la producción de biogás a partir de residuos orgánicos. La principal ventaja de esta detección de pH quimiorresistiva es que los electrodos son pequeños, es el tubo replicado en gran número, y trabajar sin electrodo de referencia. Las implicaciones de esta técnica se extienden a múltiples microrreactores, porque el pH es un parámetro importante.
Los electrodos de pH convencionales son demasiado caros o demasiado grandes para ser utilizados en una plataforma de cribado de microrreactor. Este método puede proporcionar información sobre varias pasadas de permutación a pequeña escala. También se puede aplicar en otras pasadas químicas o biológicas donde las mediciones del pH son importantes.
Primero, agregue tres gramos de grafito a 69 mililitros de ácido sulfúrico concentrado, y revuelva la solución hasta que el grafito se haya dispersado por completo. Añadir 1,5 gramos de nitrito de sodio. Después de una hora de agitación, coloque el recipiente en un baño de hielo.
Añadir nueve gramos de permanganato de potasio a la dispersión, y retirar el recipiente del baño de hielo. Después de permitir que la solución se caliente a temperatura ambiente, agregue 138 mililitros de agua Milli-Q en cuanto a gota de agua. A continuación, agregue 420 mililitros de agua Milli-Q y mantenga la temperatura a 90 grados Centígrados durante 15 minutos utilizando una placa caliente.
Añadir 7,5 mililitros de 30% de peróxido de hidrógeno a la dispersión en caliente. Después de transferir la dispersión a un tubo centrífugo, recoja el producto por centrifugación a 10.000 veces G durante 20 minutos. Después de desechar el sobrenadante, lavar el pellet cuatro veces con agua tibia de doble destilación, y dos veces con 10%ácido clorhídrico.
Finalmente, lavar el pellet dos veces con etanol y secarlo a 50 grados Celsius en el horno. Dispersar 10 miligramos de óxido de grafito en 10 mililitros de agua Milli-Q, y luego sonicar la dispersión en un baño ultrasónico durante seis horas. Después de la ultrasonicación, eliminar las escamas de óxido de grafito noexfoliadas por centrifugación durante 30 minutos a 2700 veces G.Después de la centrifugación, descartar las partículas sólidas, y utilizar el sobrenadante para más experimentos.
Para preparar la solución de trabajo, diluya dos veces la solución de material de óxido de grafeno con agua Milli-Q. Ahora agregue dos microlitros de la solución de trabajo de óxido de grafeno en la parte superior de un electrodo de oro interdigitado expuesto. Después de la fundición, seque el electrodo de óxido de grafeno a temperatura ambiente durante 12 horas.
Inserte el electrodo en un soporte de electrodo PDMS. Coloque la otra parte del soporte del electrodo, que sirve como depósito de solución, en la parte superior del electrodo. Ensamble los soportes recortando las dos partes juntas utilizando dos clips de papel.
A continuación, pipeta 300 microlitros de 2 tampón de fosfato molar en el depósito. A continuación, coloque los electrodos de referencia y contador en la solución de tal manera que se coloquen cerca de la superficie de la película de óxido de grafeno. Conecte los electrodos con un potenciostato, conectado a un ordenador para la adquisición de datos.
Utilice la voltammetría cíclica para la reducción electroquímica y seleccione el rango potencial y la velocidad de escaneo adecuados. Ciclo de tensión sobre el electrodo 10 veces entre cero a menos 1.2 voltios. Después del experimento, retire el electrodo del soporte y lávelo repetidamente con agua Milli-Q.
A continuación, seque el electrodo en un horno a 101 grados Centígrados durante 12 horas. Cuando el electrodo esté seco, retírelo del horno y deje que se enfríe a temperatura ambiente. A continuación, mida la conductividad del electrodo ErGO con un multímetro.
Preparar una solución de 10 mililitros de monómero de anilina para la funcionalización de la polianilina, disolviendo cinco microlitros de 10 anilina milimétricas en cinco mililitros de un ácido sulfúrico molar. Añadir 300 microlitros de monómero de anilina al depósito de la solución. A continuación, coloque el electrodo depositado ErGO en el soporte del electrodo como se describió anteriormente.
Utilice la voltammetría cíclica para la electropolimerización de la anilina para funcionalizar el ErGO en ErGO-PA, y seleccione el rango potencial y la velocidad de escaneo adecuados. Ciclo de tensión sobre el electrodo 50 veces, entre cero a 9 voltios. Después de la deposición de polianilina, retire el electrodo y lávelo repetidamente con agua Milli-Q.
A continuación, seque el electrodo a 80 grados centígrados en el horno durante 12 horas. Cuando el electrodo esté seco, retírelo del horno y deje que se enfríe a temperatura ambiente antes de medir la conductividad del electrodo con un multímetro. A continuación, agregue 2 molares de hidróxido de sodio a la solución tampón Britton-Robinson, hasta que el pH sea de cinco.
Para preparar una solución tampón universal Britton-Robinson, mezcle 04 moles de ácido fosfórico, 04 moles de ácido acético y 04 moles de ácido bórico, en 8 litros de agua Milli-Q. Luego, agregue agua Milli-Q hasta que el volumen final sea de un litro. Después de acondear el electrodo en la solución tampón de pH cinco, medir su resistencia en soluciones de diferente pH, sumergiéndolo primero directamente en la solución tampón.
A continuación, conecte la otra parte del electrodo a un potenciostato controlado por ordenador para la adquisición de datos. Elija la corriente de amperometría frente a la curva de tiempo de la lista de técnicas y aplique una diferencia potencial de 100 milivoltios al electrodo. Después de las mediciones, seque el electrodo a temperatura ambiente durante 12 horas.
Agregue cinco microlitros de cinco nafion por ciento de peso en la parte superior del electrodo ErGO-PA, y seque el electrodo a temperatura ambiente durante 12 horas. Después del recubrimiento de nafion, caliente el electrodo en la solución tampón a pH cinco durante 24 horas antes de las mediciones de pH. Después de acondicionamiento en el pH de cinco soluciones tampón, retire el electrodo ErGO-PA recubierto de nafion y mida la resistencia del electrodo de pH de cuatro a nueve, como se describió anteriormente.
Añadir 9,3 gramos de polvo M17 a 250 mililitros de agua desmineralizada. Agitar lentamente la solución hasta que el polvo se disuelva por completo. A continuación, autoclave la solución a 121 grados Celsius durante 15 minutos.
A continuación, añada 50 mililitros del medio M17 esterilizado en un matraz esterilizado de 250 mililitros con una barra de agitación magnética. Añadir 8 mililitros de solución de glucosa molar autoclaved 1 al medio. A continuación, inocular la solución con 10 microlitros de cultivo L.lactis, previamente cultivados en el mismo medio de cultivo.
Coloque el matraz con el medio de cultivo inoculado sobre una placa de agitación magnética en un horno de incubación a 30 grados Celsius durante 18 horas mientras se agita. Monitoree el pH durante la incubación. Coloque el electrodo ErGO-PA-NA en el cultivo L.lactis y ciérrelo con un tapón de algodón.
A continuación, coloque la configuración en un termostato a 30 grados Centígrados para cultivar L.lactis. Después de esto, aplicar 100 milivoltios al electrodo y medir la corriente contra el tiempo. Tome muestras de 5 mililitros en diferentes puntos de tiempo para medir fuera de línea la densidad óptica a 600 nanómetros, y el pH con un electrodo de vidrio convencional.
Continuar las mediciones hasta que la densidad óptica del cultivo se vuelva constante, lo que indica que las bacterias ya no están creciendo. La aparición de un fuerte pico de reducción alrededor de menos 1,0 voltios ilustró la reducción del óxido de grafeno a ErGO. La intensidad del pico depende del número de capas de óxido de grafeno en el electrodo.
Cuando el electrodo ErGO-PA se colocó en pH de cuatro a nueve soluciones tampón, la corriente aumentó con el aumento del pH debido al dopaje y dedopaje de los agujeros durante el proceso de desprotonación de protonación. La respuesta del electrodo fue inmediatamente estable cuando la adición de hidróxido de sodio se detuvo a un pH particular. La conductividad del electrodo no se vio muy afectada por el recubrimiento de nafion.
Pero se produjeron algunos ohmios de diferencia en el valor de resistencia, y cambiaron el valor de corriente base del electrodo ErGO-PA. Al igual que el electrodo ErGO-PA, la resistencia del electrodo ErGO-PA-NA cambió cuando el pH de la solución tampón cambió de cuatro a nueve. Una vez iniciado el crecimiento de L.lactis, la corriente del electrodo ErGO-PA-NA disminuyó gradualmente, y luego se aceleró durante la fase de crecimiento exponencial, alcanzando un valor estable al final del crecimiento.
El valor final de la corriente es comparable al valor actual del electrodo ErGO-PA-NA probado en solución tampón. Al intentar este procedimiento, es importante recordar cubrir completamente los electrodos de oro con el óxido de grafeno. Esta tecnología allanó el camino para que los investigadores en el campo del control de procesos, fabriquen y utilicen pequeños electrodos de pH para sistemas biológicos y químicos.
No olvide que trabajar con ácido sulfúrico concentrado, permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno puede ser extremadamente peligroso. Este procedimiento debe realizarse en una campana de humos.
