Name: manufacturing of a nafion-coated, reduced graphene oxide/polyaniline chemiresistive sensor to monitor ph in real-time during microbial fermentation
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing of a Nafion-coated, Reduced Graphene Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor to Monitor pH in Real-time During Microbial Fermentation at JoVE.co

Forfatterne anerkender Groningen Universitet for finansiel støtte.

1. forberedelse af grafit oxid
Bemærk: Grafit oxid er tilberedt efter Hummers' metode10,11.
<ol><li>Tilføje 3 g af grafit i 69 mL koncentreret H2, så4 og rør løsning indtil grafitten har helt spredt. Der tilsættes 1,5 g natriumnitrit og overlade det til 1 h under omrøring. Derefter skal beholderen anbringes i isbad.</li>
	<li>Tilføje 9 g kaliumpermanganat i spredningen og fjerne containeren fra iskarret....

<ol>
	<li>Gou, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube+Chemiresistor+for+Wireless+pH+Sensing.">Carbon Nanotube Chemiresistor for Wireless pH Sensing.</a> Scientific Reports. 4, 4468 (2014).</li><li>Hols, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+Lactococcus+lactis+from+homolactic+to+homoalanine+fermentation+through+metabolic+engineering.">Conversion of Lactococcus lactis from homolactic to homoalanine fermentation through metabolic engineering.</a> Nature Biotechnology. 17, 588-592 (1999).</li><li>Luedeking, R., Piret, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+kinetic+study+of+the+lactic+acid+fermentation.+Batch+process+at+controlled+pH.">A kinetic study of the lactic acid fermentation. Batch process at controlled pH.</a> Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering. 1, 393-412 (1959).</li><li>Britton, H. T. S., Robinson, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+buffer+solutions+and+the+dissociation+constant+of+veronal.">Universal buffer solutions and the dissociation constant of veronal.</a> Journal of the Chemical Society. , 1456-1462 (1931).</li><li>Ambrosi, A., Chua, C. K., Bonanni, A., Pumera, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemistry+of+Graphene+and+Related+Materials.">Electrochemistry of Graphene and Related Materials.</a> Chemical Reviews. 114, 7150-7188 (2014).</li><li>Xie, F., Cao, X., Qu, F., Asiri, A. M., Sun, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cobalt+nitride+nanowire+array+as+an+efficient+electrochemical+sensor.">Cobalt nitride nanowire array as an efficient electrochemical sensor.</a> Sensors and Actuators B. 255, 1254-1261 (2018).</li><li>Xie, F., Liu, T., Xie, L., Sun, X., Luo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metallic+nickel+nitride+nanosheet:+An+efficient+catalyst+electrode+for+sensitive+and+selective+non-enzymatic+glucose+sensing.">Metallic nickel nitride nanosheet: An efficient catalyst electrode for sensitive and selective non-enzymatic glucose sensing.</a> Sensors and Actuators B. 255, 2794-2799 (2018).</li><li>Xie, L., Asiri, A. M., Sun, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolithically+integrated+copper+phosphide+nanowire:+An+efficient+electrocatalyst+for+sensitive+and+selective+nonenzymatic+glucose+detection.">Monolithically integrated copper phosphide nanowire: An efficient electrocatalyst for sensitive and selective nonenzymatic glucose detection.</a> Sensors and Actuators B. 244, 11-16 (2017).</li><li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ternary+NiCoP+nanosheet+array+on+a+Ti+mesh:+A+high-performance+electrochemical+sensor+for+glucose+detection.">Ternary NiCoP nanosheet array on a Ti mesh: A high-performance electrochemical sensor for glucose detection.</a> Chemical Communications. 52, 14438-14441 (2016).</li><li>Hummers, W. S., Offeman, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+Graphitic+oxide.">Preparation of Graphitic oxide.</a> Journal of the American Chemical Society. 80, 1339 (1958).</li><li>Kumar, S., Chinnathambi, S., Munichandraiah, N., Scanlon, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanoparticles+anchored+reduced+graphene+oxide+as+catalyst+for+oxygen+electrode+of+rechargeable+Li-O2+cells.">Gold nanoparticles anchored reduced graphene oxide as catalyst for oxygen electrode of rechargeable Li-O2 cells.</a> RSC Advances. 3, 21706-21714 (2013).</li><li>Guo, H. L., Wang, X. F., Qian, Q. Y., Wang, F. B., Xia, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+green+approach+to+the+synthesis+of+graphene+nanosheets.">A green approach to the synthesis of graphene nanosheets.</a> ACS Nano. 3, 2653-2659 (2009).</li><li>Ramesha, G. K., Sampath, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Reduction+of+Oriented+Graphene+Oxide+Films:+An+in+Situ+Raman+Spectroelectrochemical+Study.">Electrochemical Reduction of Oriented Graphene Oxide Films: An in Situ Raman Spectroelectrochemical Study.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 113, 7985-7989 (2009).</li><li>Amal Raj, A., Abraham John, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Electrochemically+Reduced+Graphene+Oxide+Films+on+Glassy+Carbon+Electrode+by+Self-Assembly+Method+and+Their+Electrocatalytic+Application.">Fabrication of Electrochemically Reduced Graphene Oxide Films on Glassy Carbon Electrode by Self-Assembly Method and Their Electrocatalytic Application.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 177, 4326-4335 (2013).</li><li>Bhadani, S. N., Gupta, M. K., Sen Gupta, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+voltammetry+and+conductivity+investigations+of+polyaniline.">Cyclic voltammetry and conductivity investigations of polyaniline.</a> Journal of Applied Polymer Science. 49, 397-403 (1993).</li><li>Genies, E. M., Tsintavis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox+mechanism+and+electrochemical+behaviour+or+polyaniline+deposits.">Redox mechanism and electrochemical behaviour or polyaniline deposits.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 195, 109-128 (1985).</li><li>Jannakoudakis, P. D., Pagalos, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+characteristics+of+anodically+prepared+conducting+polyaniline+films+on+carbon+fibre+supports.">Electrochemical characteristics of anodically prepared conducting polyaniline films on carbon fibre supports.</a> Synthetic Metals. 68, 17-31 (1994).</li><li>Deshmukh, M. A., Celiesiute, R., Ramanaviciene, A., Shirsat, M. D., Ramanavicius, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EDTA_PANI/SWCNTs+Nanocomposite+Modified+Electrode+for+Electrochemical+Determination+of+Copper+(II),+Lead+(II)+and+Mercury+(II)+Ions.">EDTA_PANI/SWCNTs Nanocomposite Modified Electrode for Electrochemical Determination of Copper (II), Lead (II) and Mercury (II) Ions.</a> Electrochimica Acta. 259, 930-938 (2018).</li><li>Deshmukh, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EDTA-Modified+PANI/SWNTs+Nanocomposite+for+Differential+Pulse+Voltammetry+Based+Determination+of+Cu(II)+Ions.">EDTA-Modified PANI/SWNTs Nanocomposite for Differential Pulse Voltammetry Based Determination of Cu(II) Ions.</a> Sensors and Actuators B Chemical. 260, 331-338 (2018).</li><li>Deshmukh, M. A., Shirsat, M. D., Ramanaviciene, A., Ramanavicius, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composites+Based+on+Conducting+Polymers+and+Carbon+Nanomaterials+for+Heavy+Metal+Ion+Sensing+(Review).">Composites Based on Conducting Polymers and Carbon Nanomaterials for Heavy Metal Ion Sensing (Review).</a> Critical Reviews in Analytical Chemistry. 48, 293-304 (2018).</li><li>Deshmukh, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Hybrid+Electrochemical/Electrochromic+Cu(II)+Ion+Sensor+Prototype+Based+on+PANI/ITO-Electrode.">A Hybrid Electrochemical/Electrochromic Cu(II) Ion Sensor Prototype Based on PANI/ITO-Electrode.</a> Sensors and Actuators B Chemical. 248, 527-535 (2017).</li><li>Chinnathambi, S., Euverink, G. J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyaniline+functionalized+electrochemically+reduced+graphene+oxide+chemiresistive+sensor+to+monitor+the+pH+in+real+time+during+microbial+fermentations.">Polyaniline functionalized electrochemically reduced graphene oxide chemiresistive sensor to monitor the pH in real time during microbial fermentations.</a> Sensors and Actuators B Chemical. 264, 38-44 (2018).</li><li>Sha, R., Komori, K., Badhulika, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amperometric+pH+Sensor+Based+on+Graphene-Polyaniline+Composite.">Amperometric pH Sensor Based on Graphene-Polyaniline Composite.</a> IEEE Sensors Journal. 17 (16), 5038-5043 (2017).</li><li>Huai-Ping, C., Xiao-Chen, R., Ping, W., Shu-Hong, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+graphene-polyaniline+composite+paper+for+high-performance+supercapacitor.">Flexible graphene-polyaniline composite paper for high-performance supercapacitor.</a> Energy &amp; Environmental Science. 6, 1185-1191 (2013).</li><li>Xiang, J., Drzal, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Templated+growth+of+polyaniline+on+exfoliated+graphene+nanoplatelets+(GNP)+and+its+thermoelectric+properties.">Templated growth of polyaniline on exfoliated graphene nanoplatelets (GNP) and its thermoelectric properties.</a> Polymer. 53, 4202-4210 (2012).</li><li>Xiangnan, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-step+synthesis+of+graphene/polyaniline+hybrids+by+in+situ+intercalation+polymerization+and+their+electromagnetic+properties.">One-step synthesis of graphene/polyaniline hybrids by in situ intercalation polymerization and their electromagnetic properties.</a> Nanoscale. 6, 8140-8148 (2014).</li><li>Azzarelli, J. M., Mirica, K. A., Ravnsb&#230;k, J. B., Swager, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+gas+detection+with+a+smartphone+via+rf+communication.">Wireless gas detection with a smartphone via rf communication.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (51), 18162-18166 (2014).</li></ol>

Det er vigtigt, at farten lag helt dække guld elektrode ledninger efter aflejring af GO. Hvis guld elektroderne ikke er dækket med GO, vil polyaniline ikke kun depositum på ERGO men også på de synlige guld elektrode ledninger direkte. Deposition af polyaniline på guld elektrode ledninger kan få følger på udførelsen af elektroden. Efter reduktion af gå til ERGO er elektroden tørret ved 100 ° C at styrke binding mellem ERGO lag og guld elektrode ledninger. Modstand af hver elektrode varierer baseret på antall...

pH spiller en afgørende rolle i mange kemiske og biologiske processer. Selv små ændringer i pH-værdien ændre processen og påvirke resultatet af processen. Derfor er det nødvendigt at overvåge og kontrollere pH-værdien i hver fase af eksperimenter. Glas-baserede pH elektrode har held været anvendt til at overvåge pH i mange kemiske og biologiske processer, selv om anvendelsen af et glas elektrode indebærer flere begrænsninger til at måle pH. Glas-baserede pH elektrode er relativt store, skrøbelige, og små udsivning af elektrolytten til prøven er muligt. Derudover elektrode og elektronik er relativt dyrt for applikationer i 96-brønd screening gæring systemer. Desuden, de elektrokemiske sensorer er invasive og forbruge prøven. Derfor er det mere fordelagtigt at bruge ikke-invasiv, reference-mindre sensorer.
I dag er er miniaturized reaktion systemer begunstiget i mange kemi- og bioteknologi programmer som disse microsystems giver forbedret proceskontrol, sammen med mange andre fordele i forhold til deres makro system analoger. For at overvåge og kontrollere parametrene i en minituariseret systemet er en udfordrende opgave som størrelser af sensor til måling, for eksempel, pH og O2, skal minimeres så godt. Den vellykkede produktion af microreactors til biologiske systemer kræver forskellige typer af analytiske redskaber til overvågning af processen. Dermed spiller udviklingen af smart mikrosensorer en betydelig rolle i udførelsen af biologiske processer i microreactors.
For nylig har der været flere forsøg på at udvikle smart pH sensorer ved hjælp af chemiresistive sensing materialer som kulstof-nanorør og gennemføre polymerer1. Disse chemiresistive sensorer kræver ingen referenceelektrode og er nemme at integrere med elektroniske kredsløb. Vellykket chemiresistive sensorer gør det muligt at producere smart sensorer, der er omkostningseffektive og let at fremstille, kræver en lille mængde for at teste, og er ikke-invasiv.
Her rapporterer vi en metode til at udvikle en elektrode med polyaniline-functionalized, elektrokemisk reduceret graphene oxid. Chemiresistive elektrode fungerer som en pH sensor under en L. lactis gæringen. L. lactis er en mælkesyre-syre-producerende bakterie anvendes i fødevarer gæring og mad konserverende processer. Under gæringen, produktion af mælkesyre sænker pH-værdien, og bakterien stopper vokser på en lav pH2,3,4.
En gæring medium er en kompleks kemisk miljø, der indeholder peptider, salte og redox molekyler, som har tendens til at blande sig med sensoren overfladen5,6,7,8,9. Denne undersøgelse viser, at en pH sensor baseret på chemiresistive materiale med en ordentlig overfladebeskyttelse lag kunne bruges til at måle pH i slags komplekse gæring medier. I denne undersøgelse, vi kunne bruge Nafion som beskyttelse lag for polyaniline-belagt, elektrokemisk reduceret graphene oxid til at måle pH i realtid under en L. lactis gæringen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Graphite flakes</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid (H2SO4)</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrite (NaNO2)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium permanganate (KMnO4)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 % H2O2</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCL</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aniline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5wt % Nafion</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M17 powder</td>
			<td>BD Difco</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphoric acid (H3PO4)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric acid (HBO3)</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium dihydrogen phosphate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dipostassium hydrogen phosphate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Au Interdigitated electrodes</td>
			<td>BVT technology - CC1 W1</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>CH Instruments Inc (CH-600, CH-700)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

manufacturing of a nafion-coated, reduced graphene oxide/polyaniline chemiresistive sensor to monitor ph in real-time during microbial fermentation

Her rapporterer vi engineering af en solid-state mikro pH sensor baseret på polyaniline-functionalized, elektrokemisk reduceret graphene oxid (ERGO-PA). Elektrokemisk reduceret graphene oxid fungerer som de strømførende lag og polyaniline fungerer som en pH-følsomme lag. PH-afhængige ledningsevne af polyaniline opstår ved doping af huller under protonation og ved dedoping af huller i deprotonation. Vi fandt, at en ERGO-PA solid-state elektrode ikke var funktionelle som sådan i gæring processer. Elektrokemisk aktive arter, som bakterier producere under gæringsprocessen forstyrre elektrode svar. Vi anvendt med held Nafion som en proton-ledende lag over ERGO-PA. Nafion-Overtrukne elektroder (ERGO-PA-NA) viser en god følsomhed af 1.71 Ω/pH (pH 4-9) for chemiresistive sensor målinger. Vi testede ERGO-PA-NA elektroden i realtid i gæring af Lactococcus lactis. Under væksten af L. lactis, ændret pH af medium fra pH 7,2 til pH 4.8 og modstanden i den ERGO-PA-NA solid-state elektrode ændret fra 294.5 Ω til 288.6 Ω (5,9 Ω per 2,4 pH-enhed). PH svar af ERGO-PA-NA elektrode sammenlignet med svar af en konventionel glas-baserede pH elektrode viser, at reference-mindre solid-state mikrosensorer arrays fungerer med succes i en mikrobiologisk fermentering.

Udseendet af en stærk reduktion peak omkring-V 1,0 (figur 3) illustreret reduktion af GO-ERGO12,13,14,22. Intensiteten af peak afhænger af antallet af GO lag på elektroden. En tyk sort film dækket helt af guld ledninger på elektroden. På det tidspunkt, var de to isolerede guld elektroderne ledende fordi farten tilsluttet to gu...

Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing of a Nafion-coated, Reduced Graphene Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor to Monitor pH in Real-time During Microbial Fermentation at JoVE.co

Manufacturing of a Nafion-coated, Reduced Graphene Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor to Monitor pH in Real-time During Microbial Fermentation

Her rapporterer vi protokol for fabrikation af en Nafion-belagt, polyaniline-functionalized, elektrokemisk reduceret graphene oxide chemiresistive mikro pH sensor. Denne chemiresistor-baseret, solid-state mikro pH sensor kan registrere pH-ændringer i realtid under Lactococcus lactis fermentering.

Fremstilling af en Nafion-belagt, reduceret Graphene oxid/Polyaniline Chemiresistive Sensor til skærm pH i Real-time under mikrobiel gæring

Here, we report the engineering of a solid-state micro pH sensor based on polyaniline-functionalized, electrochemically reduced graphene oxide (ERGO-PA). ...

Denne teknologi kan hjælpe os med at besvare centrale spørgsmål inden for bioprocesteknologi, såsom biomaskekonvertering, eller produktion af biogas fra organisk affald. Den største fordel ved denne chemiresistive pH sensing er, at elektroderne er små, er røret replikere i stort antal, og arbejde uden reference elektrode. Konsekvenserne af denne teknik strækker sig til flere mikroreaktorer, fordi pH er en vigtig parameter.Konventionelle pH-elektroder er for dyre eller for store til at blive brugt i en mikroreaktor screening platform. Denne metode kan give indsigt i flere permutation passerer på en lille skala. Det kan også anvendes i andre kemiske eller biologiske passerer, hvor pH-målinger er vigtige.Først tilsættes tre gram grafit til 69 milliliter koncentreret svovlsyre, og rør opløsningen, indtil grafitten er helt spredt. Tilsæt 1,5 gram natriumnitrid. Efter en times omrøring, placere beholderen i et isbad.Tilsæt ni gram kaliumpermanganat til spredningen, og fjern beholderen fra isbadet. Efter at opløsningen er varmet op til stuetemperatur, tilsættes 138 milliliter Milli-Q vanddråbemæssigt. Derefter tilsættes 420 milliliter Milli-Q vand og opretholde temperaturen ved 90 grader Celsius i 15 minutter ved hjælp af en varmeplade.Tilsæt 7,5 milliliter 30% hydrogenperoxid til den varme spredning. Efter overførsel af dispersionen til et centrifugerør opsamres produktet ved centrifugering ved 10.000 gange G i 20 minutter. Efter udsmid af supernatanten vaskes pellet fire gange med varmt dobbeltdestilleret vand og to gange med 10% saltsyre.Endelig vaske pellet to gange med ethanol og tør det ved 50 grader Celsius i ovnen. Disperse 10 milligram grafitoxid i 10 milliliter Milli-Q vand, og derefter sonikere spredningen i et ultralydbad i seks timer. Efter ultralydbehandling fjernes de uudsolide grafitoxidflager ved centrifugering i 30 minutter ved 2700 gange G.After centrifugering, de faste partikler kasseres, og supernatanten anvendes til yderligere eksperimenter.For at klargøre arbejdsopløsningen fortyndes grafenoxidstrømsopløsningen dobbelt med Milli-Q vand. Tilføj nu to mikroliter af grafenoxid arbejdsopløsningen på toppen af en eksponeret interdigiteret guldelektrode. Efter drop støbning, tør grafenoxid elektroden ved stuetemperatur i 12 timer.Sæt elektroden i en PDMS-elektrodeholder. Anmal den anden del af elektrodeholderen, der fungerer som opløsningsbeholder, oven på elektroden. Saml holderne ved at klippe de to dele sammen ved hjælp af to papirclips.Dernæst pipette 300 mikroliter af 2 molar fosfat buffer i reservoiret. Anskaf derefter reference- og tællerelektroderne i opløsningen på en sådan måde, at de placeres tæt på grafenoxidfilmens overflade. Tilslut elektroderne med en potentiostat, der er tilsluttet en computer til dataindsamling.Brug cyklisk voltammetri til den elektrokemiske reduktion, og vælg det relevante potentielle interval og scanningshastighed. Spænding over elektroden 10 gange mellem nul til minus 1,2 volt. Efter forsøget fjernes elektroden fra holderen, og den vaskes gentagne gange med Milli-Q vand.Tør derefter elektroden i en ovn ved 101 grader Celsius i 12 timer. Når elektroden er tør, skal du fjerne den fra ovnen og lade den køle af til stuetemperatur. Mål derefter ErGO-elektrodens ledningsevne med et multimeter.Forbered en 10 millimolar opløsning af anilin monomer til polyanilin funktionalisering, ved at opløse fem mikroliter af 10 millimolar anilin i fem milliliter af en molar svovlsyre. Der tilsættes 300 mikroliter anilinmonmisme til opløsningsbeholderen. Anstænge derefter ErGO-aflejret elektrode i elektrodeholderen som tidligere beskrevet.Brug cyklisk voltammetri til elektropolymerisering af anilin til at funktionalisere ErGO i ErGO-PA, og vælg det relevante potentielle interval og scanningshastighed. Cykle spændingen over elektroden 50 gange, mellem nul til 9 volt. Efter aflejringen af polyanilinen fjernes elektroden og vaskes den gentagne gange med Milli-Q vand.Tør derefter elektroden ved 80 grader Celsius i ovnen i 12 timer. Når elektroden er tør, fjernes den fra ovnen og lade den køle ned til stuetemperatur, før elektrodens ledningsevne måles med et multimeter. Dernæst tilsættes 2 molar natriumhydroxid til Britton-Robinson buffer opløsning, indtil pH er fem.For at forberede en Britton-Robinson universal buffer løsning, bland 04 modermærker af fosforsyre, 04 modermærker af eddikesyre, og 04 modermærker af borsyre, i 8 liter Milli-Q vand. Derefter tilsættes Milli-Q vand, indtil det endelige volumen er en liter. Efter konditionering elektroden i pH fem buffer løsning, måle dens modstand i opløsninger af forskellige pH, ved først at dyppe den direkte i bufferopløsningen.Tilslut derefter den anden del af elektroden til en computerstyret potentiostat til dataindsamling. Vælg amperometristrøm versus tidskurve på listen over teknikker, og anvend en potentiel forskel på 100 millivolt på elektroden. Efter målingerne tørres elektroden ved stuetemperatur i 12 timer.Tilsæt fem mikroliter på fem vægtprocent nafion oven på ErGO-PA-elektroden, og tør elektroden ved stuetemperatur i 12 timer. Efter nafionsbelægningen opvarmes elektroden i bufferopløsningen ved pH-5 i 24 timer, før pH-målingerne opvarmes. Efter konditionering i pH-5 bufferopløsningen fjernes den nafionbelagt ErGO-PA-elektrode, og elektrodens modstand måles fra pH-4 til ni som tidligere beskrevet.Tilsæt 9,3 gram M17 pulver til 250 milliliter demineraliseret vand. Langsomt omrøres opløsningen, indtil pulveret er helt opløst. Derefter autoklave opløsningen ved 121 grader Celsius i 15 minutter.Dernæst tilsættes 50 milliliter af det steriliserede M17-medium i en 250 milliliter steriliseret kolbe med en magnetisk rørestang. Tilsæt 8 milliliter autoklaveret 1 kindtandglukoseopløsning til mediet. Derefter inokuler opløsningen med 10 mikroliter af L.lactis kultur, der tidligere er dyrket i samme kulturmedium.Kolben anbringes med det podede kulturmedium på en magnetisk røreplade i en inkubationsovn ved 30 grader Celsius i 18 timer under omrøring. Monitorer pH-besværet under inkubationen. Placer ErGO-PA-NA elektroden i L.lactis-kulturen, og luk den med et bomuldsstik.Derefter placere sættes op i en termostat på 30 grader Celsius at vokse L.lactis. Derefter anvendes 100 millivolt på elektroden og måle strømmen mod tiden. Der udtages 5 milliliterprøver på forskellige tidspunkter for at måle den optiske tæthed ved 600 nanometer offline og pH-1-oliden med en konventionel glaselektrode.Fortsæt målingerne, indtil kulturens optiske tæthed bliver konstant, hvilket indikerer, at bakterierne ikke vokser længere. Fremkomsten af en stærk reduktion peak omkring minus 1,0 volt illustreret reduktion af grafenoxid til ErGO. Intensiteten af toppen afhænger af antallet af grafenoxidlag på elektroden.Når ErGO-PA elektrode blev placeret i pH fire til ni buffer løsninger, den nuværende steg med stigende pH på grund af doping og de-doping af huller under protonation deprotonation proces. Elektrodens respons var umiddelbart stabil, da tilsætningen af natriumhydroxid stoppede ved en bestemt pH-pH-pH-pc. Elektrodens ledningsevne påvirkede ikke meget af nafionsbelægningen.Men et par ohm af forskel i modstandsværdien opstod, og ændrede basisværdien af ErGO-PA elektroden. I lighed med ErGO-PA-elektroden ændredes ergo-PA-NA-elektrodens modstand, da bufferopløsningens pH-pH-4. Da væksten af L.lactis startede, faldt strømmen af ErGO-PA-NA elektroden gradvist, og derefter accelereret i den eksponentielle vækstfase og nåede en stabil værdi ved slutningen af væksten.Den endelige værdi af strømmen kan sammenlignes med den aktuelle værdi af ErGO-PA-NA elektrode testet i buffer løsning. Mens du forsøger denne procedure, er det vigtigt at huske helt at dække guldelektroder med grafenoxid. Denne teknologi banede vejen for forskere inden for proceskontrol, at fremstille og bruge små pH-elektroder til biologiske og kemiske systemer.Glem ikke, at arbejde med koncentreret svovlsyre, kaliumpermanganat, og brintoverilte kan være yderst farligt. Denne procedure skal udføres i en røghætte.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Samtidig Syntese af Single-walled carbon nanorør og Graphene i en magnetisk-forstærket Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

Hollow mikro-baserede sensor for Multiplexed Transdermal Elektrokemisk Sensing

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals ...

Simultaneously Capturing Real-time Images in Two Emission Channels Using a Dual Camera Emission Splitting System: Applications to Cell Adhesion

Samtidig Optagelse Real-time billeder i Two Emission kanaler ved hjælp af en Dual Camera Emission Opdeling System: Ansøgninger til celleadhæsionsprocesser

Multi-color immunofluorescence microscopy to detect specific molecules in the cell membrane can be coupled with parallel plate flow chamber assays to ...

Real Time Monitoring of Intracellular Bile Acid Dynamics Using a Genetically Encoded FRET-based Bile Acid Sensor

Real Time Overvågning af intracellulære Bile Acid Dynamics Ved hjælp af en genetisk indkodede FRET-baserede Bile Acid Sensor

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET) has become a powerful tool for monitoring protein folding, interaction and localization in single cells. ...

A Microfluidic Flow Chamber Model for Platelet Transfusion and Hemostasis Measures Platelet Deposition and Fibrin Formation in Real-time

Mikrofluidapparat Flow Afdeling Model for trombocytinfusion og Hæmostase Måler blodpladeaflejring og fibrindannelse i realtid

Microfluidic models of hemostasis assess platelet function under conditions of hydrodynamic shear, but in the presence of anticoagulants, this analysis is ...

Construction and Setup of a Bench-scale Algal Photosynthetic Bioreactor with Temperature, Light, and pH Monitoring for Kinetic Growth Tests

Konstruktion og opsætning af en Bench-skala Algal Photosynthetic Bioreactor med temperatur, lys og pH-overvågning for kinetiske væksttest

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic ...

A Protocol for Real-time 3D Single Particle Tracking

En protokol til Real-time 3D enkelt partikel Tracking

Real-time three-dimensional single particle tracking (RT-3D-SPT) has the potential to shed light on fast, 3D processes in cellular systems. Although ...

In Situ Microscopy for Real-time Determination of Single-cell Morphology in Bioprocesses

In Situ Microscopy for Real-time Determination of Single-cell Morphology in Bioprocesses

In situ Mikroskopi for realtids bestemmelse af enkelt celle morfologi i Bioprocesses

In situ monitoring in microbial bioprocesses is mostly restricted to chemical and physical properties of the medium (e.g.,pH value and the dissolved ...

Real-time Visualization and Analysis of Chondrocyte Injury Due to Mechanical Loading in Fully Intact Murine Cartilage Explants

Real-time visualisering og analyse af Chondrocyt skade som følge af mekanisk belastning i fuldt intakt Murine brusk Explants

Homeostasis of articular cartilage depends on the viability of resident cells (chondrocytes). Unfortunately, mechanical trauma can induce widespread ...

Generation of Heterogeneous Drug Gradients Across Cancer Populations on a Microfluidic Evolution Accelerator for Real-Time Observation

Generering af heterogene stof gradienter på tværs af Cancer populationer på en Microfluidic Evolution Accelerator for real-time observation

Conventional cell culture remains the most frequently used preclinical model, despite its proven limited ability to predict clinical results in cancer. ...