Una piattaforma basata su impedenza ad alte prestazioni per l'evaporazione tasso di rilevamento

Riepilogo

Questo articolo presenta un apparato impedenza-based per il rilevamento velocità di evaporazione delle soluzioni. Offre chiari vantaggi rispetto ad un approccio perdita di peso convenzionale: una risposta veloce, rilevamento ad alta sensibilità, un piccolo requisito campione, misurazioni di campioni multipli, e facile smontaggio per la pulizia e riutilizzo.

Abstract

Questo documento descrive il metodo di una piattaforma impedenza basata innovativo per la rilevazione della velocità di evaporazione. L'acido ialuronico composto modello è stato impiegato qui a scopo dimostrativo. Diverse prove di evaporazione sul composti modello come umettante con varie concentrazioni di soluzioni sono state condotte a fini di confronto. Un approccio perdita di peso convenzionale è noto come il più semplice, ma richiede tempo, tecnica di misura per il rilevamento di velocità di evaporazione. Tuttavia, uno svantaggio evidente è che un grande volume di campione è richiesto e più test campione non può essere condotta contemporaneamente. Per la prima volta nella letteratura, un chip di rilevamento impedenza elettrica viene applicata con successo ad una indagine evaporazione in tempo reale in una ripartizione di tempo, modo continuo ed automatico. Inoltre, non più di 0,5 ml di campioni di prova è richiesto in questo apparato impedenza-based, e una grande variazione di impedenza è dimostrato tra i vari soluti diluitaons. Il sistema ad alta sensibilità e di rilevamento impedenza a risposta rapida proposto si trova a sovraperformare un approccio di perdita di peso convenzionale in termini di rilevamento velocità di evaporazione.

Introduzione

L'evaporazione è un tipo di vaporizzazione liquido e si verifica lungo l'interfaccia gas-liquido di un corpo collettivo di acqua. Le molecole d'acqua vicino alla superficie diventano capaci di sfuggire dal liquido a causa della collisione di molecole d'acqua. Il tasso di evaporazione è un importante fattore chiave durante il processo di evaporazione. Generalmente, un equilibrio o volumetrico tubo ^1-3 è ampiamente utilizzato per rilevare l'evaporazione delle soluzioni. Tuttavia, ci vuole molto tempo per misurare il tasso di evaporazione causa della limitazione precisione di un equilibrio o un tubo volumetrico. Per questo motivo, uno strumento reattivo e alta sensibilità deve essere sviluppata per sondare i dettagli del processo di evaporazione.

Elettrochimica spettroscopia di impedenza (EIS) è una risposta veloce, mezzi sperimentali sensibili ed efficaci in termini di rilevazione di impedenza in situ per sistema elettrochimico caratterizzazione ^4. Pertanto, EIS può essere applicata in vari fieLDS, come recenti studi sul comportamento cellulare ^5, rilevamento bioanalitici ^6-7, elettrolisi ^8, polimeri conduttori ^9, e l'estrazione elettrochimica ^10. Anche se i sistemi EIS erano state applicate con successo in un'ampia varietà di discipline, esiste un numero estremamente limitato di pubblicazioni sulla sua applicazione alla ricerca evaporazione.

Acido ialuronico, un polisaccaride ad elevato peso molecolare, con un forte potenziale di legame d'acqua, è un umettante noto per applicazioni cosmetiche. Una molecola di acido ialuronico può legare fino a 500 molecole d'acqua ¹¹ e raggiungere 1.000 volte il suo volume originale ^12. Una quantità estremamente piccola di acido ialuronico può possedere funzione idratante ^13-14. A causa della ritenzione di umidità elevata, l'acido ialuronico è diventato una componente importante di prodotti cosmetici umettanti ad alto valore commerciale in tutto il mondo ^15.

Til suo studio presenta il metodo di un apparato a base di impedenza romanzo con rilevamento ad alta velocità, piccolo requisito del campione del volume, e misurazioni multiple campione ^16-19. Si presenta con un focus sul confronto tasso di evaporazione relativa tra soluzioni come un modo per convalidare la superiorità del meccanismo di rilevamento innovativo corso di un modo di peso convenzionale.

Protocollo

1. sperimentale Chip Module

1. Realizzare l'ossido di indio e stagno (ITO) circuito elettrodo fotolitografia e processi wet etching chimici
   1. Ottenere un substrato ITO (370 millimetri x 480 mm x 0,5 mm (L x P x A)) con uno strato di 2.600 Å ITO in commercio (vedere elenco dei materiali). Tagliare il substrato ITO alle dimensioni di 90 mm x 90 mm x 0,5 mm, con una taglierina di vetro per il processo elettrodo patterning ITO in un allineatore 4 pollici.
   2. Utilizzare un pulitore ad ultrasuoni per pulire il vetro ITO con acetone e poi con acqua deionizzata, per 15 minuti ciascuno. Asciugare il vetro ITO con aria secca e pulita.
   3. Distribuire 5 ml di soluzione di fotoresist positivo sulla superficie del vetro ITO.
   4. Utilizzare centrifuga coater a 500 xg per 30 sec per produrre uno strato di resina fotosensibile uniforme. Poi cuocere su una piastra riscaldante a 90 ° C per 5 min di eliminare l'eccesso di solvente nel fotoresist.
   5. Esporre il vetro ITO a 14 mW di luce ultravioletta a 436 nm per 3.1 sec tttraverso un fotomaschera pellicola con il modello progettato (vedi Materiali List).
   6. Immergere il campione in 60 ml di soluzione di sviluppo a 23 ° C per 30 sec per sviluppare i percorsi fantasia. Poi cuocere su una piastra riscaldante a 120 ° C per 10 min per indurire il fotoresist e migliorare l'adesione photoresist.
   7. Immergere il campione per 3 minuti in 60 ml di soluzione di incisione a 80 ° C per incidere lo strato di ITO non protetto.
   8. Immergere il campione per 1 min in 60 ml di acetone per rimuovere photoresist sulla superficie del vetro ITO.
   9. Tagliare il vetro ITO nelle dimensioni di 62 mm x mm 35 per il chip sperimentale elettrodo ITO (figura 1) con una fresa di vetro.

Figura 1:. ITO Chip elettrodo Il fabbricato di chip ITO con 8 coppie di elettrodi percorsi-modellato viene mostrato. Ci sono 15 elettrodi che misura 2 mm x 8 mm sul bordo laterale, e le centrali due percorsi condividere lo stesso elettrodo. La distanza tra ogni coppia di dita elettrodi in un pozzo di prova è di 7 mm. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

2. Costruire il modulo di chip sperimentale
   1. Pulire la matrice siliconica 8 pozzetti commerciale con un pulitore ultrasonico come mostrato in Figura 2 con detersivo, acqua deionizzata poi, poi 95% di etanolo, e poi acqua deionizzata, per 15 minuti ciascuno.
   2. Asciugare la matrice di silicone 8-bene soffiando aria asciutta e pulita.
   3. Premere matrice silicone 8 pozzetti nel chip ITO per formare il modulo di chip sperimentale (Figura 3). Strettamente associare la matrice di silicone e chip di ITO.

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Figura 2:. Silicone serie ben La matrice commerciale silicone 8-bene può contenere contemporaneamente 8 campioni testati. La dimensione di ogni bene è 11 millimetri x 8 mm x 8.5 mm (L x P x A). Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3:. Modulo circuito sperimentale Il chip elettrodo ITO è collegato con l'array silicone 8 pozzetti per formare il modulo di chip sperimentale. L'adesione tra la matrice di silicone e il chip ITO è forte. Pertanto, la matrice di silicone e il chip ITO può legare insieme per l'uso, senza alcuna sostanza adesiva. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Misura 2. impedenza

1. Collegare il personal computer, amplificatore lock-in, e relè per formare il modulo dell'impedenza di lettura come mostrato nella figura 4.

Figura 4:. Schematica dell'apparato impedenza-based Il blocco amplificatore, relè interruttore e personal computer comprendono il modulo dell'impedenza lettura. L'amplificatore lock-in commerciale sensibile alla fase viene utilizzato per inviare e estrarre i segnali elettrici. Il circuito di relè interruttore fatta in casa che collega i vari chip ITO viene utilizzato per specificare quale bene e quale chip ITO da testare. Un totale di 6 chip può essere collegato al relè interruttore specificando 48 campioni in maniera condivisione di tempo. Il tempo reale in fase di resistenza e lo sfasamento del segnale della soluzione testata vengono registrate in continuo su un personal computer per l'intera evapoprocesso di ioni. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

2. Mettere il modulo di chip sperimentale nella presa del relè dell'interruttore.
3. I parametri di input del programma per computer. Inserire la frequenza del segnale (1 kHz), il numero specificato e (0-7), il ciclo di esecuzione (100), e il nome del file (HA).

3. Esperimenti di evaporazione

1. Preparare quattro 2,5 ml di soluzioni di acido ialuronico a 0, 0,05, 0,5 e 1 w / v% in acqua. Posizionare ogni soluzione 2,5 ml di campione in un flaconcino misura 14,75 millimetri x 45 mm x 8 mm (diametro x H x ID).
2. Per ciascuna soluzione, aggiungere la soluzione di 0,5 ml di campione ad un singolo pozzo del modulo chip di ITO.
3. Pesare e registrare il peso iniziale di ciascun flacone macchina bilancia elettronica.
4. Eseguire il programma informatico per misurare e registrare il tempo reale resistenza in fase automaticamente e il segnale pspostamento Hase dei pozzi specificati sul chip ITO.
5. Avviare esperimenti evaporazione simultaneamente nello stesso luogo sia dal metodo di pesatura e il metodo di impedenza.
6. Pesare e registrare il peso di ogni flacone dalla macchina bilancia elettronica a intervalli di tempo programmati.
7. Analizzare i dati raccolti nel metodo metodo e impedenza di pesatura. ¹⁹

Risultati

Durante il processo di evaporazione, gli ioni conduttori nella soluzione testata diventato concentrata con il volume della soluzione diminuendo, e l'impedenza di questa soluzione è diminuito. I tassi di perdita di peso e diminuzione impedenza nel corso di evaporazione per ogni soluzione testata sono stati misurati. A scopo di confronto, i dati dei tassi di perdita di peso e diminuzione dell'impedenza sono stati normalizzati ad acqua e poi tracciate insieme in figura 5. Come illustrato nella

Discussione

Il passaggio critico per la misura di evaporazione in questo rilevamento impedenza-based è la preparazione delle soluzioni testate. Acqua deionizzata non può essere utilizzato per l'enorme impedenza. Invece, l'acqua del rubinetto contenente ioni conduttivi è stato usato per preparare le soluzioni di acido ialuronico per esperimenti. Tuttavia, le proprietà elettriche di acqua di rubinetto non erano costanti per l'uso. Pertanto, la normalizzazione, come ad esempio la velocità d...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
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	Radwag Inc., Radom, Poland	AS 60/220/C/2