Questa tecnologia può aiutarci a rispondere a domande chiave in un campo della tecnologia di bioprocesso, come la conversione delle biomaschere o la produzione di biogas da rifiuti organici. Il vantaggio principale di questo rilevamento chemiresistivo del pH è che gli elettrodi sono piccoli, è che il tubo si replica in gran numero e funziona senza elettrodo di riferimento. Le implicazioni di questa tecnica si estendono a più microreattori, perché il pH è un parametro importante.
Gli elettrodi di pH convenzionali sono troppo costosi o troppo grandi per essere utilizzati in una piattaforma di screening dei microreattori. Questo metodo può fornire informazioni dettagliate su più passaggi di permutazione su piccola scala. Può anche essere applicato in altri passaggi chimici o biologici in cui le misurazioni del pH sono importanti.
In primo luogo, aggiungere tre grammi di grafite a 69 millilitri di acido solforico concentrato e mescolare la soluzione fino a quando la grafite non si è completamente dispersa. Aggiungere 1,5 grammi di nitrito di sodio. Dopo un'ora di agitazione, mettere il contenitore in un bagno di ghiaccio.
Aggiungere nove grammi di permanganato di potassio alla dispersione e rimuovere il contenitore dal bagno di ghiaccio. Dopo aver permesso alla soluzione di riscaldarsi a temperatura ambiente, aggiungere 138 millilitri di acqua Milli-Q per quanto riguarda la goccia. Quindi aggiungere 420 millilitri di acqua Milli-Q e mantenere la temperatura a 90 gradi Celsius per 15 minuti utilizzando una piastra calda.
Aggiungere 7,5 millilitri di perossido di idrogeno al 30% alla dispersione a caldo. Dopo aver trasferito la dispersione in un tubo di centrifuga, raccogliere il prodotto per centrifugazione a 10.000 volte G per 20 minuti. Dopo aver scartato il supernatante, lavare il pellet quattro volte con acqua calda a doppia distillazione e due volte con acido cloridrico al 10%.
Infine, lavare il pellet due volte con etanolo e asciugarlo a 50 gradi Celsius nel forno. Disperdere 10 milligrammi di ossido di grafite in 10 millilitri di acqua Milli-Q, quindi sonicare la dispersione in un bagno ad ultrasuoni per sei ore. Dopo l'ultrasonicazione, rimuovere i fiocchi di ossido di grafite non esfoliati per centrifugazione per 30 minuti a 2700 volte G.Dopo la centrifugazione, scartare le particelle solide e utilizzare il supernatante per ulteriori esperimenti.
Per preparare la soluzione di lavoro, diluire la soluzione di ossido di grafene due volte con acqua Milli-Q. Ora aggiungi due microlitri della soluzione di lavoro dell'ossido di grafene sulla parte superiore di un elettrodo d'oro interdigitato esposto. Dopo la colata a goccia, asciugare l'elettrodo di ossido di grafene a temperatura ambiente per 12 ore.
Inserire l'elettrodo in un supporto per elettrodi PDMS. Posizionare l'altra parte del supporto dell'elettrodo, che funge da serbatoio di soluzione, sopra l'elettrodo. Assemblate i supporti ritagliando le due parti utilizzando due graffette.
Successivamente, pipetta 300 microlitri di 2 tampone di fosfato molare nel serbatoio. Quindi posizionare gli elettrodi di riferimento e di contatore nella soluzione in modo tale che siano posizionati vicino alla superficie del film di ossido di grafene. Collegare gli elettrodi con un potenziostato, collegato a un computer per l'acquisizione dei dati.
Utilizzare la voltammetria ciclica per la riduzione elettrochimica e selezionare l'intervallo potenziale e la velocità di scansione appropriati. Ciclo la tensione sopra l'elettrodo 10 volte tra zero e meno 1,2 volt. Dopo l'esperimento, rimuovere l'elettrodo dal supporto e lavarlo ripetutamente con acqua Milli-Q.
Quindi asciugare l'elettrodo in un forno a 101 gradi Celsius per 12 ore. Quando l'elettrodo è asciutto, rimuoverlo dal forno e consentirgli di raffreddarsi a temperatura ambiente. Quindi misurare la conducibilità dell'elettrodo ErGO con un multimetro.
Preparare una soluzione di 10 millimolare di monomero di anilina per la funzionalizzazione polianilina, sciogliendo cinque microlitri di 10 millimolare anilina in cinque millilitri di un acido solforico molare. Aggiungere 300 microlitri di monomero di anilina al serbatoio della soluzione. Quindi posizionare l'elettrodo depositato ErGO nel supporto dell'elettrodo come descritto in precedenza.
Utilizzare la voltammetria ciclica per l'elettropolimerizzazione dell'anilina per funzionalizzare l'ErGO in ErGO-PA e selezionare l'intervallo potenziale e la velocità di scansione appropriati. Ciclo la tensione sopra l'elettrodo 50 volte, tra zero e 9 volt. Dopo la deposizione di polianilina, rimuovere l'elettrodo e lavarlo ripetutamente con acqua Milli-Q.
Quindi asciugare l'elettrodo a 80 gradi Celsius nel forno per 12 ore. Quando l'elettrodo è asciutto, rimuoverlo dal forno e consentirgli di raffreddarsi a temperatura ambiente prima di misurare la conducibilità dell'elettrodo con un multimetro. Quindi, aggiungere 2 idrossido di sodio molare alla soluzione tampone Britton-Robinson, fino a quando il pH non è cinque.
Per preparare una soluzione tampone universale Britton-Robinson, mescolare 04 talpe di acido fosforico, 04 talpe di acido acetico e 04 talpe di acido borico, in 8 litri di acqua Milli-Q. Quindi, aggiungere acqua Milli-Q fino a quando il volume finale è di un litro. Dopo aver condizionato l'elettrodo nella soluzione tampone pH five, misurare la sua resistenza in soluzioni di diverso pH, prima immergerlo direttamente nella soluzione tampone.
Quindi collegare l'altra parte dell'elettrodo a un potenziostato controllato dal computer per l'acquisizione dei dati. Scegliete la corrente di amperometria rispetto alla curva del tempo dall'elenco delle tecniche e applicate una differenza di potenziale di 100 millivolt all'elettrodo. Dopo le misurazioni, asciugare l'elettrodo a temperatura ambiente per 12 ore.
Aggiungere cinque microlitri di cinque nafion di peso percentuale sopra l'elettrodo ErGO-PA e asciugare l'elettrodo a temperatura ambiente per 12 ore. Dopo il rivestimento nafion, riscaldare l'elettrodo nella soluzione tampone a pH cinque per 24 ore prima delle misurazioni del pH. Dopo aver condizionato il pH a cinque tamponi, rimuovere l'elettrodo ErGO-PA rivestito di nafione e misurare la resistenza dell'elettrodo dal pH da quattro a nove, come descritto in precedenza.
Aggiungere 9,3 grammi di polvere M17 a 250 millilitri di acqua demineralizzata. Agitare lentamente la soluzione fino a quando la polvere si dissolve completamente. Quindi autoclavare la soluzione a 121 gradi Celsius per 15 minuti.
Successivamente, aggiungere 50 millilitri del mezzo M17 sterilizzato in un pallone sterilizzato da 250 millilitri con una barra di agitazione magnetica. Aggiungere 8 millilitri di soluzione di glucosio molare autoclavata al mezzo. Quindi, inoculare la soluzione con 10 microlitri della coltura di L.lactis, precedentemente coltivati nello stesso mezzo di coltura.
Posizionare il pallone con il mezzo di coltura inoculato su una piastra di agitazione magnetica in un forno di incubazione a 30 gradi Celsius per 18 ore durante l'agitazione. Monitorare il pH durante l'incubazione. Posizionare l'elettrodo ErGO-PA-NA nella coltura di L.lactis e chiuderlo con un tappo di cotone.
Quindi posizionare il set up in un termostato a 30 gradi Celsius per far crescere L.lactis. In seguito, applicare 100 millivolt all'elettrodo e misurare la corrente rispetto al tempo. Prendi 5 campioni di millilitro in diversi punti di tempo per misurare offline la densità ottica a 600 nanometri e il pH con un elettrodo di vetro convenzionale.
Continuare le misurazioni fino a quando la densità ottica della coltura diventa costante, indicando che i batteri non crescono più. L'aspetto di un forte picco di riduzione intorno a meno 1,0 volt ha illustrato la riduzione dell'ossido di grafene a ErGO. L'intensità del picco dipende dal numero di strati di ossido di grafene sull'elettrodo.
Quando l'elettrodo ErGO-PA è stato posto in pH da quattro a nove soluzioni tampone, la corrente è aumentata con l'aumento del pH a causa del doping e del dedoping dei fori durante il processo di deprotonazione della protonazione. La risposta dell'elettrodo è stata immediatamente stabile quando l'aggiunta di idrossido di sodio si è fermata ad un particolare pH. La conducibilità dell'elettrodo non è stata influenzata molto dal rivestimento nafion.
Ma si sono verificati alcuni ohm di differenza nel valore di resistenza, e cambiato il valore di corrente di base dell'elettrodo ErGO-PA. Simile all'elettrodo ErGO-PA, la resistenza dell'elettrodo ErGO-PA-NA è cambiata quando il pH della soluzione tampone è cambiato da quattro a nove. Una volta iniziata la crescita di L.lactis, la corrente dell'elettrodo ErGO-PA-NA è diminuita gradualmente, per poi accelerare durante la fase di crescita esponenziale, raggiungendo un valore stabile alla fine della crescita.
Il valore finale della corrente è paragonabile al valore corrente dell'elettrodo ErGO-PA-NA testato in soluzione tampone. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di coprire completamente gli elettrodi d'oro con l'ossido di grafene. Questa tecnologia ha spianato la strada ai ricercatori nel campo del controllo di processo, per produrre e utilizzare piccoli elettrodi di pH per sistemi biologici e chimici.
Non dimenticare che lavorare con acido solforico concentrato, permanganato di potassio e perossido di idrogeno può essere estremamente pericoloso. Questa procedura deve essere eseguita in una cappa aspirante.
