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 bekrefter Universitetet i Groningen for økonomisk støtte.

1. forberedelse av grafitt oksid
Merk: Grafitt oksid er utarbeidet etter Hummers' metoden10,11.
<ol><li>Legge til 3 g grafitt i 69 mL konsentrert H2så4 og rør løsningen til grafitt har helt spredt. Legge 1,5 g av natrium nitritt og la den 1t under omrøring. Deretter plass beholderen i en isbadet.</li>
	<li>Legg 9 g av kaliumpermanganat til spredning og fjern beholderen fra isbadet. Tillate løsningen å varm...

<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 viktig at farten lag helt dekker gull elektrode ledningene etter at Cospatric av gå. Hvis gull elektrodene ikke er dekket med gå, vil polyaniline ikke bare innskudd på ERGO, men også på synlig gull elektrode ledninger direkte. Deponering av polyaniline på gull elektrode ledninger kan ha konsekvenser på resultatene av elektroden. Etter reduksjon av gå til ERGO tørket elektroden ved 100 ° C å styrke bånd mellom ERGO laget og gull elektrode ledningene. Motstanden av hver elektrode varierer basert på anta...

pH spiller en viktig rolle i mange kjemiske og biologiske prosesser. Selv små endringer i pH-verdi endrer prosessen og påvirke utfallet av prosessen. Derfor er det nødvendig å overvåke og kontrollere pH-verdi under hvert stadium av eksperimenter. Glass-basert pH elektroden har blitt brukt til å overvåke pH i mange kjemiske og biologiske prosesser, selv om bruken av et glass elektrode utgjør flere begrensninger å måle pH. Glass-basert pH elektroden er relativt store og skjøre små lekkasjer av elektrolytt inn prøven er mulig. Videre elektroden og elektronikk er relativt dyrt for programmer i 96-brønnen screening gjæring systemer. Videre elektrokjemiske sensorene er invasiv og forbruke prøven. Derfor er det hensiktsmessig å bruke ikke-invasiv, referanse-mindre sensorer.
I dag, er miniatyriserte reaksjon systemer favorisert i mange kjemiteknikk og bioteknologi programmer som disse microsystems gir forbedrede kontroll, sammen med mange andre fordeler over deres makro systemet analogs. For å overvåke og kontrollere parametere i en miniatyriserte system er en utfordrende oppgave som størrelsen på sensoren til å måle, for eksempel, pH og O2, må reduseres også. Vellykket produksjon av microreactors for biologiske systemer krever forskjellige typer analyseverktøy for prosess. Derfor spiller utviklingen av smart microsensors en viktig rolle i å utføre biologiske prosesser i microreactors.
Nylig har det vært flere forsøk på å utvikle smart pH sensorer bruker chemiresistive sensing materialer som Karbonnanorør og gjennomføre polymerer1. Disse chemiresistive sensorer krever ingen referanse elektrode og er enkelt å integrere med elektroniske kretser. Vellykket chemiresistive sensorer gjør det mulig å produsere smarte sensorer som er kostnadseffektiv og lett å produsere, krever et lite volum for testing, og er ikke-invasiv.
Her rapporterer vi en metode for å utvikle en elektrode med polyaniline-functionalized, electrochemically redusert Grafén oksid. Chemiresistive elektroden fungerer som en pH-sensor i en L. lactis gjæring. L. lactis er en lactic syre-produksjon bakterie brukes i Fermentering av mat og konserveringsmiddel prosesser. Under gjæring, produksjon av melkesyre senker pH og bakterien stopper voksing på en lav pH2,3,4.
En gjæring medium er en kompleks kjemisk miljø som inneholder peptider, salter og redoks molekyler som pleier å forstyrre sensor overflaten5,6,7,8,9. Denne studien viser at en pH sensor basert på chemiresistive materiale med et riktig overflaten beskyttelse kan brukes til å måle pH i denne typen komplekse gjæring media. I denne studien vi bruke Nafion som beskyttelse laget for polyaniline-belagt, electrochemically redusert Grafén og måle pH i sanntid i en L. lactis gjæring.

<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 prosjektering av en SSD mikro pH sensor basert på polyaniline-functionalized, electrochemically redusert Grafén oksid (ERGO-PA). Electrochemically redusert Grafén og fungerer som gjennomfører laget og polyaniline fungerer som en pH-sensitive lag. PH-avhengig ledningsevne polyaniline oppstår ved doping hull under protonation og dedoping hull under deprotonering. Vi fant at en ERGO-PA SSD elektrode ikke var funksjonelt som sådan i gjæring prosesser. Electrochemically aktive artene som bakterien produserer under gjæringsprosessen forstyrre elektrode svaret. Vi brukt har Nafion som et proton ledende lag over ERGO-PA. Nafion-belagt elektrodene (ERGO-PA-NA) viser en god følsomhet av 1.71 Ω/pH (pH 4-9) for chemiresistive sensor målinger. Vi testet ERGO-PA-NA elektroden i sanntid i gjæring av Lactococcus lactis. Veksten av L. lactis, endret pH i mediet fra pH 7.2 til pH 4.8 og motstanden av ERGO-PA-NA SSD elektroden endret fra 294.5 Ω til 288.6 Ω (5.9 Ω per 2,4 pH-enhet). PH svar ERGO-PA-NA elektroden sammenlignet med responsen av en konvensjonell glass-basert pH elektrode viser at referanse-mindre SSD microsensor matriser operere med hell på en mikrobiologisk gjæring.

Utseendet til en sterk reduksjon topp rundt-V 1,0 (Figur 3) illustrert reduksjon av gå til ERGO12,13,14,22. Intensiteten av toppen, avhenger av antall gå lag på elektroden. En tykk svart film dekket helt gull ledningene på elektroden. På det tidspunktet, var de to isolerte gull elektrodene ledende fordi farten koblet to gull el...

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 protokollen for fabrikasjon av en Nafion-belagt, polyaniline-functionalized, electrochemically redusert Grafén og chemiresistive mikro pH sensor. Chemiresistor-basert, SSD mikro pH sensor kan oppdage pH endringer i sanntid under en Lactococcus lactis gjæringsprosess.

Produksjon av en Nafion-belagt, redusert Grafén oksid/Polyaniline Chemiresistive Sensor til skjermen pH i sanntid under mikrobiell gjæring

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

Denne teknologien kan hjelpe oss med å svare på viktige spørsmål innen bioprosessteknologi, for eksempel biomaskekonvertering, eller produksjon av biogass fra organisk avfall. Den største fordelen med denne chemiresistive pH sensing er at elektrodene er små, er røret replikere i stort antall, og arbeid uten referanse elektrode. Implikasjonene av denne teknikken strekker seg til flere mikroreaktorer, fordi pH er en viktig parameter.Konvensjonelle pH-elektroder er for dyre eller for store til å brukes i en mikroreaktorscreeningsplattform. Denne metoden kan gi innsikt i flere permutasjonspassere i liten skala. Det kan også brukes i andre kjemiske eller biologiske passeringer der pH-målinger er viktige.Først legger du til tre gram grafitt til 69 milliliter konsentrert svovelsyre, og rør løsningen til grafitten er fullstendig spredt. Tilsett 1,5 gram natriumnitritt. Etter en time med omrøring, legg beholderen i et isbad.Tilsett ni gram kaliumpermanganat til spredningen, og fjern beholderen fra isbadet. Etter at oppløsningen er varm til romtemperatur, tilsett 138 milliliter milli-Q vanndråpevis. Tilsett deretter 420 milliliter Milli-Q vann og opprettholde temperaturen ved 90 grader Celsius i 15 minutter ved hjelp av en kokeplate.Tilsett 7,5 milliliter med 30% hydrogenperoksid til den varme spredningen. Etter overføring av spredningen til et sentrifugerør, samle produktet ved sentrifugering ved 10 000 ganger G i 20 minutter. Etter å ha kastet det overnaturlige, vask pelleten fire ganger med varmt dobbeltdestillert vann, og to ganger med 10% saltsyre.Til slutt vask pellet to ganger med etanol og tørk den ved 50 grader Celsius i ovnen. Spre 10 milligram grafittoksid i 10 milliliter milli-Q vann, og deretter sonikere spredningen i et ultralydbad i seks timer. Etter ultralydbehandling fjerner du de ueksfolierte grafittoksidflakene ved sentrifugering i 30 minutter ved 2700 ganger G.Etter sentrifugering, kast de faste partiklene og bruk supernatanten til videre eksperimenter.For å forberede arbeidsløsningen, fortynne grafenoksid lagerløsningen todelt med Milli-Q vann. Legg nå til to mikroliter av grafenoksid arbeidsløsningen på toppen av en eksponert interdigitert gullelektrode. Etter dråpestøping tørker du grafenoksidelektroden ved romtemperatur i 12 timer.Sett elektroden inn i en PDMS-elektrodeholder. Plasser den andre delen av elektrodeholderen, som fungerer som et løsningsreservoar, på toppen av elektroden. Monter holderne ved å klippe de to delene sammen ved hjelp av to binders.Deretter pipette 300 mikroliter av 2 molarfosfat buffer i reservoaret. Plasser deretter referanse- og motelektrodene i løsningen på en slik måte at de plasseres nær overflaten av grafenoksidfilmen. Koble elektrodene med en potentiostat, koblet til en datamaskin for datainnsamling.Bruk syklisk voltammetri for den elektrokjemiske reduksjonen, og velg riktig mulig rekkevidde og skannehastighet. Sykle spenningen over elektroden 10 ganger mellom null til minus 1,2 volt. Etter forsøket, fjern elektroden fra holderen, og vask den gjentatte ganger med Milli-Q vann.Tørk deretter elektroden i en ovn ved 101 grader Celsius i 12 timer. Når elektroden er tørr, fjern den fra ovnen og la den avkjøles til romtemperatur. Mål deretter konduktiviteten til ErGO-elektroden med et multimeter.Forbered en 10 millimolar løsning av anilinmoninmonin for polyanilinfunksjonalisering, ved å oppløse fem mikroliter på 10 millimolaranilin i fem milliliter av en molarsvovelsyre. Tilsett 300 mikroliter anilinmoninmonmer i løsningsreservoaret. Plasser deretter erGO-avsekomst elektroden i elektrodeholderen som tidligere beskrevet.Bruk syklisk voltammetri for elektropolymerisering av anilin for å funksjonalisere ErGO i ErGO-PA, og velg riktig potensialområde og skannehastighet. Sykle spenningen over elektroden 50 ganger, mellom null til 9 volt. Etter polyanilindeponering, fjern elektroden og vask den gjentatte ganger med Milli-Q vann.Tørk deretter elektroden ved 80 grader Celsius i ovnen i 12 timer. Når elektroden er tørr, fjern den fra ovnen og la den avkjøles til romtemperatur før du måler elektrodens ledningsevne med et multimeter. Deretter legger du til 2 molarnatriumhydroksid til Britton-Robinson bufferløsning, til pH er fem.For å forberede en Britton-Robinson universell bufferløsning, bland 04 mol fosforsyre, 04 mol eddiksyre og 04 mol av borsyre, i 8 liter Milli-Q vann. Deretter legger milli-Q vann til det endelige volumet er en liter. Etter kondisjonering av elektroden i pH fem bufferløsningen, mål motstanden i løsninger av forskjellig pH, ved først å dyppe den direkte i bufferløsningen.Koble deretter den andre delen av elektroden til en datastyrt potensiostat for datainnsamling. Velg amperometristrøm versus tidskurve fra listen over teknikker, og bruk en 100 millivolt potensiell forskjell på elektroden. Etter målingene tørker du elektroden ved romtemperatur i 12 timer.Tilsett fem mikroliter med fem vektprosent nafion på toppen av ErGO-PA-elektroden, og tørk elektroden ved romtemperatur i 12 timer. Etter nafionbelegget varmes elektroden i bufferløsningen ved pH fem i 24 timer før pH-målinger. Etter kondisjonering i pH fem bufferløsning, fjern den nafionbelagte ErGO-PA-elektroden og mål elektrodens motstand fra pH fire til ni, som tidligere beskrevet.Tilsett 9,3 gram M17 pulver til 250 milliliter demineralisert vann. Rør oppløsningen langsomt til pulveret oppløses helt. Deretter autoklav løsningen ved 121 grader Celsius i 15 minutter.Deretter legger du til 50 milliliter av det steriliserte M17-mediet i en 250 milliliter sterilisert kolbe med en magnetisk rørestang. Tilsett 8 milliliter autoklavet 1 molarslukoseløsning til mediet. Deretter inokulerer løsningen med 10 mikroliter l.laktiskultur, tidligere dyrket i samme kulturmedium.Legg kolben med det inokulerte kulturmediet på en magnetisk røreplate i en inkubasjonsovn ved 30 grader Celsius i 18 timer under omrøring. Overvåk pH-en under inkubasjon. Plasser ErGO-PA-NA-elektroden i L.lactis-kulturen og lukk den med en bomullsplugg.Plasser deretter oppsettet i en termostat på 30 grader Celsius for å vokse L.lactis. Etter dette, gjelder 100 millivolts til elektroden og måle strømmen mot tid. Ta 5 milliliter prøver på forskjellige tidspunkter for å måle offline den optiske tettheten på 600 nanometer, og pH med en konvensjonell glasselektrode.Fortsett målingene til kulturens optiske tetthet blir konstant, noe som indikerer at bakteriene ikke vokser lenger. Utseendet til en sterk reduksjonstopp rundt minus 1,0 volt illustrerte reduksjonen av grafenoksid til ErGO. Intensiteten av toppen avhenger av antall grafenoksid lag på elektroden.Da ErGO-PA-elektroden ble plassert i pH fire til ni bufferløsninger, økte strømmen med økende pH på grunn av doping og de-doping av hull under protonasjonsdeprotonasjonsprosessen. Elektrodens respons var umiddelbart stabil når tilsetningen av natriumhydroksid stoppet ved en bestemt pH. Elektrodens ledningsevne ble ikke påvirket mye av nafionbelegget.Men noen ohm av forskjell i motstandsverdien oppstod, og endret basisverdien av ErGO-PA elektroden. I likhet med ErGO-PA-elektroden endret motstanden til ErGO-PA-NA-elektroden seg da pH-en til bufferløsningen endret seg fra fire til ni. Når veksten av L.lactis startet, strømmen av ErGO-PA-NA elektroden redusert gradvis, og deretter akselerert under eksponentiell vekstfasen, nå en stabil verdi på slutten av veksten.Den endelige verdien av strømmen kan sammenlignes med gjeldende verdi av ErGO-PA-NA-elektroden som er testet i bufferløsning. Mens du prøver denne prosedyren, er det viktig å huske å fullstendig dekke gullelektrodene med grafenoksidet. Denne teknologien banet vei for forskere innen prosesskontroll, for å produsere og bruke små pH-elektroder for biologiske og kjemiske systemer.Ikke glem at arbeid med konsentrert svovelsyre, kaliumpermanganat og hydrogenperoksid kan være ekstremt farlig. Denne prosedyren må utføres i en røykhette.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

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

Samtidig Synthesis of Single-vegger karbon nanorør og Graphene i en Magnetisk forbedret 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 microneedle-baserte Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical 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 Fange sanntidsbilder i to utslippskanalen med en Dual Camera Emission Splitting System: Søknader til celle adhesjon

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

Sanntidsovervåking av Intracellulær gallesyre Dynamics Ved hjelp av en genetisk kodet FRET baserte gallesyre Sensor

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

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

Konstruksjon og oppsett av en Bench-skala alg fotosyntetisk bioreaktor med temperatur, lys og pH-overvåkning for kinetiske vekstprøver

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 protokoll for sanntids 3D enkelt partikkel sporing

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 Real-Time bestemmelse av single-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

Sanntids visualisering og analyse av Chondrocyte personskader mekaniske belastninger i fullt 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 av heterogene Drug graderinger på tvers av kreft populasjoner på en Mikrovæskebasert Evolution Accelerator for Real-Time observasjon

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