Essa tecnologia pode nos ajudar a responder a perguntas-chave em um campo da tecnologia de bioprocesso, como a conversão de biomassa, ou a produção de biogás a partir de resíduos orgânicos. A principal vantagem deste sensor de pH chemiresistive é que os eletrodos são pequenos, é o tubo se replicar em grande número, e trabalhar sem eletrodo de referência. As implicações dessa técnica se estendem a múltiplos microreatores, pois o pH é um parâmetro importante.
Os eletrodos convencionais de pH são muito caros ou grandes demais para serem usados em uma plataforma de triagem de microreatores. Este método pode fornecer informações sobre várias passagens de permutação em pequena escala. Também pode ser aplicado em outras passagens químicas ou biológicas onde as medidas de pH são importantes.
Primeiro, adicione três gramas de grafite a 69 mililitros de ácido sulfúrico concentrado, e mexa a solução até que o grafite se disperse completamente. Adicione 1,5 gramas de nitrito de sódio. Depois de uma hora de agitação, coloque o recipiente em um banho de gelo.
Adicione nove gramas de permangã de potássio à dispersão e remova o recipiente do banho de gelo. Depois de permitir que a solução aqueça à temperatura ambiente, adicione 138 mililitros de gota de água Milli-Q. Em seguida, adicione 420 mililitros de água Milli-Q e mantenha a temperatura a 90 graus Celsius por 15 minutos usando uma placa quente.
Adicione 7,5 mililitros de peróxido de hidrogênio de 30% à dispersão quente. Depois de transferir a dispersão para um tubo de centrífuga, colete o produto por centrifugação a 10.000 vezes G durante 20 minutos. Depois de descartar o supernasce, lave a pelota quatro vezes com água quente dupla destilada, e duas vezes com ácido clorídrico de 10%.
Por fim, lave a pelota duas vezes com etanol e seque-a a 50 graus Celsius no forno. Disperse 10 miligramas de óxido de grafite em 10 mililitros de água Milli-Q, e depois sonicar a dispersão em um banho ultrassônico por seis horas. Após a ultrassonação, remova os flocos de óxido de grafite não esfoliados por centrifugação por 30 minutos a 2700 vezes g.Após centrifugação, descarte as partículas sólidas e use o sobrenatante para outros experimentos.
Para preparar a solução de trabalho, diluir a solução de estoque de óxido de grafeno duas vezes com água Milli-Q. Agora adicione dois microliters da solução de trabalho de óxido de grafeno em cima de um eletrodo de ouro interdigiado exposto. Após a queda, seque o eletrodo de óxido de grafeno à temperatura ambiente por 12 horas.
Insira o eletrodo em um suporte de eletrodo PDMS. Coloque a outra parte do suporte de eletrodos, que serve como reservatório de solução, em cima do eletrodo. Monte os suportes recorrando as duas partes usando dois clipes de papel.
Em seguida, pipeta 300 microliters de 2 tampão de fosfato molar no reservatório. Em seguida, coloque a referência e contra os eletrodos na solução de tal forma que eles sejam colocados perto da superfície do filme de óxido de grafeno. Conecte os eletrodos com um potencialiostat, conectado a um computador para aquisição de dados.
Use voltametria cíclica para a redução eletroquímica e selecione a faixa potencial apropriada e a taxa de varredura. Pedale a tensão sobre o eletrodo 10 vezes entre zero e menos 1,2 volts. Após o experimento, remova o eletrodo do suporte e lave-o repetidamente com água Milli-Q.
Em seguida, seque o eletrodo em um forno a 101 graus Celsius por 12 horas. Quando o eletrodo estiver seco, remova-o do forno e deixe esfriar até a temperatura ambiente. Em seguida, meça a condutividade do eletrodo ErGO com um multimetro.
Prepare uma solução de 10 milimil de monômero anilina para a funcionalização da polianilina, dissolvendo cinco microlitadores de 10 mililitros em cinco mililitros de um ácido sulfúrico molar. Adicione 300 microliters de monômero anilina ao reservatório de solução. Em seguida, coloque o eletrodo depositado erGO no suporte de eletrodo como descrito anteriormente.
Use voltametria cíclica para a eletropolimerização da anilina para funcionalizar o ErGO em ErGO-PA e selecione a faixa potencial apropriada e a taxa de varredura. Pedale a tensão sobre o eletrodo 50 vezes, entre zero a 9 volts. Após a deposição de polianilina, remova o eletrodo e lave-o repetidamente com água Milli-Q.
Em seguida, seque o eletrodo a 80 graus Celsius no forno por 12 horas. Quando o eletrodo estiver seco, remova-o do forno e deixe esfriar até a temperatura ambiente antes de medir a condutividade do eletrodo com um multimetro. Em seguida, adicione 2 hidróxido de sódio molar à solução tampão Britton-Robinson, até que o pH seja cinco.
Para preparar uma solução tampão universal Britton-Robinson, misture 04 mols de ácido fosfórico, 04 mols de ácido acético e 04 mols de ácido bórico, em 8 litros de água Milli-Q. Em seguida, adicione água Milli-Q até que o volume final seja de um litro. Depois de condicionar o eletrodo na solução tampão pH cinco, meça sua resistência em soluções de diferentes pH, primeiro mergulhando-o diretamente na solução tampão.
Em seguida, conecte a outra parte do eletrodo a um potencializador controlado por computador para aquisição de dados. Escolha a corrente de amperometria versus a curva de tempo da lista de técnicas e aplique uma diferença potencial de 100 milívolos para o eletrodo. Após as medições, seque o eletrodo à temperatura ambiente por 12 horas.
Adicione cinco microliters de cinco nafion de peso em cima do eletrodo ErGO-PA, e seque o eletrodo à temperatura ambiente por 12 horas. Após o revestimento de nafion, aqueça o eletrodo na solução tampão em pH cinco por 24 horas antes das medições de pH. Após o condicionamento na solução tampão pH cinco, remova o eletrodo ErGO-PA revestido de nafion e meça a resistência do eletrodo de pH de quatro a nove, como descrito anteriormente.
Adicione 9,3 gramas de pó M17 a 250 mililitros de água desmineralizada. Agitar lentamente a solução até que o pó se dissolva completamente. Em seguida, autoclave a solução a 121 graus Celsius por 15 minutos.
Em seguida, adicione 50 mililitros do meio M17 esterilizado em um frasco esterilizado de 250 mililitros com uma barra de agitação magnética. Adicione 8 mililitros de solução de glicose molar 1 autoclaved ao meio. Em seguida, inocular a solução com 10 microliters da cultura L.lactis, anteriormente cultivada no mesmo meio de cultura.
Coloque o frasco com o meio de cultura inoculada em uma placa de agitação magnética em um forno de incubação a 30 graus Celsius por 18 horas enquanto mexe. Monitore o pH durante a incubação. Coloque o eletrodo ErGO-PA-NA na cultura L.lactis e feche-o com um plugue de algodão.
Em seguida, coloque a configuração em um termostato a 30 graus Celsius para cultivar L.lactis. Na sequência, aplique 100 milvolts no eletrodo e meça a corrente contra o tempo. Pegue 5 mililitros em diferentes pontos de tempo para medir offline a densidade óptica em 600 nanômetros, e o pH com um eletrodo de vidro convencional.
Continue as medições até que a densidade óptica da cultura se torne constante, indicando que as bactérias não estão mais crescendo. O aparecimento de um forte pico de redução em torno de menos 1,0 volts ilustrou a redução do óxido de grafeno para ErGO. A intensidade do pico depende do número de camadas de óxido de grafeno no eletrodo.
Quando o eletrodo ErGO-PA foi colocado em pH de quatro a nove soluções tampão, a corrente aumentou com o aumento do pH devido ao doping e despingamento de buracos durante o processo de desprotonação de prótonação. A resposta do eletrodo foi imediatamente estável quando a adição de hidróxido de sódio parou em um determinado pH. A condutividade do eletrodo não foi muito afetada pelo revestimento de nafion.
Mas alguns ohms de diferença no valor de resistência ocorreu, e mudou o valor atual base do eletrodo ErGO-PA. Semelhante ao eletrodo ErGO-PA, a resistência do eletrodo ErGO-PA-NA mudou quando o pH da solução tampão mudou de quatro para nove. Uma vez iniciado o crescimento da L.lactis, a corrente do eletrodo ErGO-PA-NA diminuiu gradualmente, e depois acelerou durante a fase de crescimento exponencial, atingindo um valor estável no final do crescimento.
O valor final da corrente é comparável ao valor atual do eletrodo ErGO-PA-NA testado na solução tampão. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de cobrir completamente os eletrodos de ouro com o óxido de grafeno. Essa tecnologia abriu caminho para pesquisadores da área de controle de processos, fabricar e usar pequenos eletrodos de pH para sistemas biológicos e químicos.
Não se esqueça que trabalhar com ácido sulfúrico concentrado, permangênio de potássio e peróxido de hidrogênio pode ser extremamente perigoso. Este procedimento deve ser realizado em um capô de fumaça.
