Name: electrochemical preparation of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) layers on gold microelectrodes for uric acid-sensing applications
Uploaded: 2021-07-28T15:00:00
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Dank der Finanzierung durch das neuseeländische Ministerium für Wirtschaft, Innovation und Beschäftigung (MBIE) im Rahmen des Programms "High Performance Sensors".

1. Aufbereitung analytischer Lösungen
<ol><li>Herstellung von 0,1 Mio. EDOT in einer organischen Lösung<ol>
<li>0,213 gLiClO 4 abwägen und in einen 20 ml Meßkolben geben.</li>
		<li>Verwenden Sie einen Messzylinder, um 20 ml PC aus der Flasche zu nehmen.</li>
		<li>Fügen Sie dem 20-ml-Messkolben mitLiClO 4 einen PC hinzu. Mischen Sie die Lösung, indem Sie den Kolben 30 min lang in ein Ultraschallbad legen. Übertragen Sie die Lösung auf ein 20-ml-Glasfläschchen.</li>
		<li>Decken Sie die D...

<ol>
	<li>Guimard, N. K., Gomez, N., Schmidt, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conducting+polymers+in+biomedical+engineering.">Conducting polymers in biomedical engineering.</a> Progress in Polymer Science. 32 (8), 876-921 (2007).</li><li>Cui, X., Martin, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+deposition+and+characterization+of+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+on+neural+microelectrode+arrays.">Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).</li><li>Hong, S. Y., Marynick, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+conformational+stability+and+electronic+structures+of+modified+polymers+based+on+polythiophene.">Understanding the conformational stability and electronic structures of modified polymers based on polythiophene.</a> Macromolecules. 25 (18), 4652-4657 (1992).</li><li>Kundu, K., Giri, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+the+electronic+structure+of+cyclic+polythiophene+upon+bipolaron+doping.">Evolution of the electronic structure of cyclic polythiophene upon bipolaron doping.</a> Journal of Chemical Physics. 105 (24), 11075-11080 (1996).</li><li>Thomas, C. A., Zong, K., Schottland, P., Reynolds, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(3,4-alkylenedioxypyrrole)s+as+highly+stable+aqueous-compatible+conducting+polymers+with+biomedical+implications.">Poly(3,4-alkylenedioxypyrrole)s as highly stable aqueous-compatible conducting polymers with biomedical implications.</a> Advanced Materials. 12 (3), 222-225 (2000).</li><li>Yamato, H., Ohwa, M., Wernet, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+polypyrrole+and+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+for+biosensor+application.">Stability of polypyrrole and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) for biosensor application.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 397 (1-2), 163-170 (1995).</li><li>Latonen, R. -. M., 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=Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+based+enzyme-electrode+configuration+for+enhanced+direct+electron+transfer+type+biocatalysis+of+oxygen+reduction.">Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) based enzyme-electrode configuration for enhanced direct electron transfer type biocatalysis of oxygen reduction.</a> Electrochimica Acta. 68, 25-31 (2012).</li><li>Liu, K., Xue, R., Hu, Z., Zhang, J., Zhu, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+synthesis+of+acetonitrile-soluble+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+in+ionic+liquids+and+its+characterizations.">Electrochemical synthesis of acetonitrile-soluble poly(3,4-ethylenedioxythiophene) in ionic liquids and its characterizations.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 9 (4), 2364-2367 (2009).</li><li>Cui, X., Martin, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fuzzy+gold+electrodes+for+lowering+impedance+and+improving+adhesion+with+electrodeposited+conducting+polymer+films.">Fuzzy gold electrodes for lowering impedance and improving adhesion with electrodeposited conducting polymer films.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 103 (3), 384-394 (2003).</li><li>Wilks, S. J., Richardson-Burn, S. M., Hendricks, J. L., Martin, D., Otto, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(3,4-ethylene+dioxythiophene)+(PEDOT)+as+a+micro-neural+interface+material+for+electrostimulation.">Poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) as a micro-neural interface material for electrostimulation.</a> Frontiers in Neuroengineering. 2, 7 (2009).</li><li>Pranti, A. S., Schander, A., B&#246;decker, A., Lang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+stable+PEDOT:PSS+coating+on+gold+microelectrodes+with+improved+charge+injection+capacity+for+chronic+neural+stimulation.">Highly stable PEDOT:PSS coating on gold microelectrodes with improved charge injection capacity for chronic neural stimulation.</a> Proceedings. 1 (4), 492 (2017).</li><li>&#352;tul&#237;k, K., Amatore, C., Holub, K., Marecek, V., Kutner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microelectrodes:+Definitions,+characterization,+and+applications+(Technical+report).">Microelectrodes: Definitions, characterization, and applications (Technical report).</a> Pure and Applied Chemistry. 72 (8), 1483-1492 (2000).</li><li>&#352;tul&#237;k, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+solid+electrodes.">Activation of solid electrodes.</a> Electroanalysis. 4 (9), 829-834 (1992).</li><li>Motshakeri, M., Travas-Sejdic, J., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+electroanalysis+of+uric+acid+and+ascorbic+acid+using+a+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-modified+sensor+with+application+to+milk.">Rapid electroanalysis of uric acid and ascorbic acid using a poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-modified sensor with application to milk.</a> Electrochimica Acta. 265, 184-193 (2018).</li><li>Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Travas-Sejdic, J., Kilmartin, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+study+of+gold+microelectrodes+modified+with+PEDOT+to+quantify+uric+acid+in+milk+samples.">Electrochemical study of gold microelectrodes modified with PEDOT to quantify uric acid in milk samples.</a> Electroanalysis. 32 (9), 2101-2111 (2020).</li><li>Motshakeri, M., Phillips, A. R. J., Kilmartin, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+cyclic+voltammetry+to+analyse+uric+acid+and+reducing+agents+in+commercial+milks.">Application of cyclic voltammetry to analyse uric acid and reducing agents in commercial milks.</a> Food Chemistry. 293, 23-31 (2019).</li></ol>

Die CV-Methode ermöglicht eine schnelle und einfache Messung verschiedener Analyten in Lebensmitteln, Wein und Getränken, Pflanzenextrakten und sogar biologischen Proben. Diese Technik erzeugt eine Vielzahl von Daten, einschließlich Oxidations- / Reduktionsspitzenpotentiale, Spitzenstromwerte des Zielanalyten (proportional zur Konzentration) und alle anderen aktuellen und potenziellen Werte nach jedem CV-Lauf. Obwohl die Verwendung von CV relativ einfach ist, müssen die gesammelten Daten manchmal aus Binärdateien in...

Elektrisch leitende Polymere sind organische Materialien, die in bioelektronischen Geräten zur Verbesserung von Grenzflächen weit verbreitet sind. Ähnlich wie herkömmliche Polymere sind leitende Polymere leicht zu synthetisieren und währendder Verarbeitung flexibel 1. Leitfähige Polymere können mit chemischen und elektrochemischen Methoden synthetisiert werden; Besonders günstig sind jedoch elektrochemische Syntheseansätze. Dies ist hauptsächlich auf ihre Fähigkeit zurückzuführen, dünne Filme zu bilden, gleichzeitige Dotierung zu ermöglichen, Moleküle im leitenden Polymer einzufangen und vor allem auf die Einfachheit des Syntheseprozesses1. Darüber hinaus bilden leitende Polymere einheitliche, faserige und holprige Nanostrukturen, die fest an der Elektrodenoberfläche haften, wodurch die aktive Oberfläche der Elektrode 2 vergrößertwird.
In den 1980er Jahren wurden bestimmte Polyheterocyclen wie Polypyrrol, Polyanilin, Polythiophen und PEDOT entwickelt, die eine gute Leitfähigkeit, einfache Synthese und Stabilitätaufwiesen 3,4. Obwohl Polypyrrol besser verstanden wird als andere Polymere (z. B. Polythiophenderivate), ist es anfällig für irreversible Oxidation5. Somit hat PEDOT bestimmte Vorteile gegenüber dem Rest, da es einen viel stabileren oxidativen Zustand aufweist und 89% seiner Leitfähigkeit im Vergleich zu Polypyrrol unter ähnlichen Bedingungen beibehält6. Darüber hinaus ist PEDOT für eine hohe elektrische Leitfähigkeit (~ 500 S / cm) und eine moderate Bandlücke bekannt (dh Bandlücken oder Energielücken sind Regionen ohne Ladung und beziehen sich auf die Energiedifferenz zwischen der Oberseite eines Valenzbandes und der Unterseite eines Leitungsbandes)7.
Darüber hinaus hat PEDOT elektrochemische Eigenschaften, benötigt geringere Potentiale, um oxidiert zu werden, und ist im Laufe der Zeit stabiler als Polypyrrol nach der Synthese7. Es hat auch eine gute optische Transparenz, was bedeutet, dass sein optischer Absorptionskoeffizient, insbesondere in Form von PEDOT-Polystyrolsulfonat (PEDOT-PSS), im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums bei 400-700 nm7 liegt. Bei der elektrochemischen Bildung von PEDOT oxidieren EDOT-Monomere an der Arbeitselektrode zu radikalischen Kationen, die mit anderen radikalen Kationen oder Monomeren zu PEDOT-Ketten reagieren, die sich auf der Elektrodenoberflächeablagern 1.
Verschiedene Kontrollfaktoren sind an der elektrochemischen Bildung von PEDOT-Filmen beteiligt, wie Elektrolyt, Elektrolyttyp, Elektrodenaufbau, Abscheidezeit, Dotierstofftyp und Lösungsmitteltemperatur1 PEDOT kann elektrochemisch erzeugt werden, indem Strom durch eine geeignete Elektrolytlösung geleitet wird. Verschiedene Elektrolyte wie wässrige (z. B. PEDOT-PSS), organische (z. B. PC, Acetonitril) und ionische Flüssigkeiten (z. B. 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat (BMIMBF4)) können verwendet werden8.
Einer der Vorteile von PEDOT-Beschichtungen besteht darin, dass sie die Impedanz einer Au-Elektrode im Frequenzbereich von 1 kHz um zwei oder drei Größenordnungen deutlich verringern können, was es hilfreich macht, die Empfindlichkeit der direkten elektrochemischen Detektion der neuronalen Aktivitätzu erhöhen 9. Darüber hinaus erhöht sich die Ladungsspeicherkapazität der PEDOT-modifizierten Elektroden und führt zu schnelleren und geringeren Potentialreaktionen, wenn die Stimulationsladung durchPEDOT 10 übertragen wird. Wenn Polystyrolsulfonat (PSS) als Dotierstoff für die PEDOT-Bildung auf Au-Mikroelektrodenarrays verwendet wird, entsteht außerdem eine raue, poröse Oberfläche mit einer hohen aktiven Oberfläche, einer niedrigeren Grenzflächenimpedanz und einer höheren Ladungsinjektionskapazität11. Für den Elektropolymerisationsschritt macht EDOT-PSS normalerweise eine Dispersion in einem wässrigen Elektrolyten.
EDOT ist jedoch löslich in Chloroform, Aceton, ACN und anderen organischen Lösungsmitteln wie PC. Daher wurde in dieser Studie eine Mischung aus Wasser mit einem kleinen Volumen von ACN im Verhältnis 10: 1 verwendet, um eine lösliche EDOT-Lösung herzustellen, bevor die Elektropolymerisation beginnt. Der Zweck der Verwendung dieses wässrigen Elektrolyten besteht darin, den Akklimatisierungsschritt bei der Herstellung einer PEDOT-modifizierten Mikroelektrode wegzulassen und die Schritte zu verkürzen. Der andere organische Elektrolyt, der zum Vergleich mit dem wässrigen / ACN-Elektrolyten verwendet wird, ist PC. Beide Elektrolyte enthaltenLiClO4 als Dotierstoff, um bei der Oxidation des ETOT-Monomers und der Bildung des PEDOT-Polymers zu helfen.
Mikroelektroden sind voltammetrische Arbeitselektroden mit kleineren Durchmessern als Makroelektroden, etwa zehn Mikrometer oder weniger in der Dimension. Zu ihren Vorteilen gegenüber Makroelektroden gehören ein verbesserter Massentransport von der Lösung zur Elektrodenoberfläche, die Erzeugung eines stationären Signals, ein geringerer ohmscher Potentialabfall, eine geringere Doppelschichtkapazität und ein erhöhtes Signal-Rausch-Verhältnis12. Wie bei allen Festkörperelektroden müssen Mikroelektroden vor der Analyse konditioniert werden. Die geeignete Vorbehandlungs- oder Aktivierungstechnik ist das mechanische Polieren, um eine glatte Oberfläche zu erhalten, gefolgt von einem elektrochemischen oder chemischen Konditionierungsschritt, z. B. einem Potentialzyklus über einen bestimmten Bereich in einem geeignetenElektrolyten 13.
CV wird sehr häufig bei der elektrochemischen Polymerisation von PEDOT verwendet, indem Elektroden in eine Monomerlösung eingeführt werden, die ein geeignetes Lösungsmittel und Dotierelektrolyt beinhaltet. Diese elektrochemische Technik ist vorteilhaft bei der Bereitstellung von Richtungsinformationen wie der Reversibilität von leitenden Polymerdotierungsprozessen und der Anzahl der übertragenen Elektronen, Diffusionskoeffizienten von Analyten und der Bildung von Reaktionsprodukten. Dieses Papier beschreibt, wie zwei verschiedene Elektrolyte, die für die Elektropolymerisation von PEDOT verwendet werden, dünne Nanostrukturfilme mit einer potenziellen Sensoranwendung erzeugen können, die von der Morphologie und anderen intrinsischen Eigenschaften abhängt.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Baker Analyzed HPLC Ultra Gradient Solvent</td>
			<td>75-05-8</td>
			<td>HPLC grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina polishing pad</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>MF-1040</td>
			<td>tan/velvet color</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Belgian chocolate milk</td>
			<td>Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ</td>
			<td>_</td>
			<td>Buy from local supermarket</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caramel/white chocolate milk</td>
			<td>Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ</td>
			<td>_</td>
			<td>Buy from local supermarket</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CH instrument</td>
			<td>CH instruments, Inc. USA</td>
			<td>_</td>
			<td>Model CHI660E</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Counter electrode</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>MW-1032</td>
			<td>7.5 cm long platinum wire (0.5 mm diameter) auxiliary/counter electrode, 99.95% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disodium hydrogen phosphate (Na2HPO4, 2H2O)</td>
			<td>Scharlau Chemie SA, Barcelona, Spain</td>
			<td>10028-24-7</td>
			<td>Weigh 17.8 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DURAN bottle</td>
			<td>University of Auckland</td>
			<td>_</td>
			<td>The glasswares were made locally at the University of Auckland</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrochemical cell</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>MF-1208</td>
			<td>&#160;5-15 mL volume, glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode Polishing Alumina Suspension</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>CF-1050</td>
			<td>7 mL of 0.05 &#181;m particle size alumina polish</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Espresso milk</td>
			<td>Puhoi Valley dairy company, Auckland, NZ</td>
			<td>_</td>
			<td>Buy from local supermarket</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT), 97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>126213-50-1</td>
			<td>Take 10.68 &#956;L from bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEI ESEM Quanta 200 FEG</td>
			<td>USA</td>
			<td>_</td>
			<td>SEM equipped with a Schottky field emission gun (FEG) for optimal spatial resolution. The instrument can be used in high vacuum mode (HV), low-vacuum mode (LV) and the so called ESEM (Environmental SEM) mode.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold microelectrode</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>MF-2006</td>
			<td>Working electrode (10 &#956;m diameter)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium perchlorate, ACS reagent, &#8805;95%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7791-03-9</td>
			<td>Make 0.1 M solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipettes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>_</td>
			<td>10-100 &#956;L and 100-1000 volumes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MilliQ water</td>
			<td>Thermo Scientific, USA</td>
			<td>_</td>
			<td>18.2 M&#937;/cm at 25&#176;C, Barnstead Nanopure Diamond Water Purification System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propylene carbonate, Anhydrous, 99.7%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>108-32-7</td>
			<td>Take 20 mL from bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reference electrode</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>MF-2052</td>
			<td>Silver/silver chloride (Ag/AgCl) electrode to be kept in 3 M sodium chloride</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Replacement glass polishing plate</td>
			<td>BASi, USA</td>
			<td>MF-2128</td>
			<td>Glass plate as a stand to attach the polishing pad on it</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium dihydrogen phosphate&#160; (NaH2PO4, 1H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10049-21-5</td>
			<td>Weigh 13.8 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide pearls, AR</td>
			<td>ECP-Analytical Reagent</td>
			<td>1310-73-2</td>
			<td>Make 0.1 M solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium perchlorate, ACS reagent, &#8805;98%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7601-89-0</td>
			<td>Make 0.1 M solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid (98%)</td>
			<td>Merck</td>
			<td>7664-93-9</td>
			<td>Make 0.5 M solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>69-93-2</td>
			<td>Make 1 mM solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Whole milk</td>
			<td>Anchor dairy company, Auckland, NZ</td>
			<td></td>
			<td>Blue cap milk, buy from local supermarket</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrochemical preparation of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) layers on gold microelectrodes for uric acid-sensing applications

Es werden zwei verschiedene Verfahren zur Synthese von Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) auf Goldelektroden beschrieben, wobei die Elektropolymerisation von 3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT)-monomer in einer wässrigen und einer organischen Lösung verwendet wird. Die zyklische Voltammetrie (CV) wurde bei der Synthese von PEDOT-Dünnschichten eingesetzt. Lithiumperchlorat (LiClO4) wurde als Dotierstoff sowohl in wässrigen (wässrig/acetonitril (ACN)) als auch in organischen (Propylencarbonat (PC)) Lösungsmittelsystemen eingesetzt. Nachdem die PEDOT-Schicht im organischen System erzeugt wurde, wurde die Elektrodenoberfläche durch sukzessives Durchlaufen in einer wässrigen Lösung für die Verwendung als Sensor für wässrige Proben akklimatisiert. 
Die Verwendung einer wässrigen Elektropolymerisationsmethode hat den potenziellen Vorteil, dass der Akklimatisierungsschritt entfernt wird, um eine kürzere Vorbereitungszeit des Sensors zu erreichen. Obwohl die wässrige Methode wirtschaftlicher und umweltfreundlicher ist als die organische Lösungsmittelmethode, wird in der organischen Lösung eine überlegene PEDOT-Bildung erhalten. Die resultierenden PEDOT-Elektrodenoberflächen wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert, die das konstante Wachstum von PEDOT während der Elektropolymerisation aus der organischen PC-Lösung mit schnellem fraktalartigem Wachstum auf Goldmikroelektroden (Au) zeigte.

Die zyklische Voltammetrie ist eine einfache Technik, um eine dünne PEDOT-Schicht auf einer Au-Mikroelektrodenoberfläche zu bilden, um die Elektrodenleitfähigkeit und -empfindlichkeit während der elektrochemischen Erfassung von Zielanalyten zu erhöhen. Dieses Protokoll demonstriert die Methode der Elektropolymerisation von 0,1 M EDOT aus einer organischen Lösung im Vergleich zu 0,01 M EDOT aus einer wässrigen Elektrolytlösung. Die Ausführung von 10 Zyklen in wässriger / ACN-Lösung führt zu einem moderaten Wac...

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Electrochemical Preparation of Poly3,4-Ethylenedioxythiophene Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications

Wir beschreiben wässrige und organische Lösungsmittelsysteme zur Elektropolymerisation von Poly(3,4-ethylendioxythiophen), um dünne Schichten auf der Oberfläche von Goldmikroelektroden zu erzeugen, die zur Erfassung von Niedermolekulargewichtsanalyten verwendet werden.

Elektrochemische Herstellung von Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-Schichten auf Gold-Mikroelektroden für Harnsäure-Sensoranwendungen

Two different methods for the synthesis of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) on gold electrodes are described, using electropolymerization of ...

Durch Modifikation der Gold-Mikroelektrodenoberfläche mit einer dünnen PEDOT-Schicht aus einem organischen Lösungsmittel können wir eine höhere Oberfläche erhalten und die Sensorempfindlichkeit erhöhen. Das Mikroelektrodenverfahren ist eine schnelle Analyse von Antioxidantien in verschiedenen Medien. Dies kann auf verschiedene Kontexte angewendet werden, die von der Überwachung von Getränken bis hin zu einer sofortigen Beurteilung des Status von hospitalisierten Patienten reichen.Verwenden Sie ein geeignetes Potentiost, um die zyklische Voltammetrie als die elektrochemische Technik von Interesse durchzuführen. Schalten Sie den potentiostat und den daran angeschlossenen Computer ein. Um die Kommunikation zwischen dem Computer und dem Gerät zu testen, starten Sie die Software, und wählen Sie dann im Setup-Menü den Hardwaretestbefehl aus.Nachdem Sie einige Töne vom Potentiostaten gehört haben, werden die Hardware-Testergebnisse in einem separaten Fenster angezeigt. Klicken Sie auf OK, und führen Sie den Test weiter aus. Manchmal wird durch Klicken auf den Hardwaretestbefehl ein Link fehlgeschlagener Fehler angezeigt.Überprüfen Sie die Verbindungs- und Porteinstellungen. Nachdem Sie die Verbindungen getestet haben, klicken Sie auf das Setup-Menü, wählen Sie Technik und wählen Sie im sich öffnenden Fenster die zyklische Voltammetrie-Methode. Gehen Sie dann zurück zum Setup-Menü und klicken Sie auf Parameter, um die entsprechenden experimentellen Parameter einzugeben.Um beispielsweise eine molare ETOT-Elektropolymerisation von 0,1 in einem organischen Elektrolyten auf der blanken Goldmikroelektrode durchzuführen, setzen Sie das Anfangspotential auf negative 0,3 Volt, das Endpotential auf negative 0,3 Volt, das hohe Potential auf 1,2 Volt, die Anzahl der Segmente auf acht, die Abtastraten auf 100 Millivolt pro Sekunde und die Richtung auf positiv. Nach Eingabe der entsprechenden zyklischen Voltammetrieparameter bereiten Sie drei Elektrodenaufbauten in einer elektrochemischen Glaszelle vor, darunter eine Arbeitselektrode, eine Referenzelektrode und eine Platindraht-Gegenelektrode. Führen Sie diese sauberen und getrockneten Elektroden durch die Löcher eines Elektrodenhalters, der an einem Ständer befestigt ist, und legen Sie den Halter dann über die elektrochemische Zelle, um die Elektroden in die Ziellösung oder -probe einzuführen.Stellen Sie sicher, dass sich keine Blasen auf den Elektrodenoberflächen befinden. Wenn Blasen vorhanden sind, entfernen Sie die Elektroden, spülen Sie sie erneut mit deionisiertem Wasser ab und tupfen Sie sie mit einem Gewebe trocken. Legen Sie dann die Elektroden wieder in den Standhalter und in die Lösung.Wenn sich Blasen um die Referenzelektrode befinden, tippen Sie vorsichtig auf die Spitze. Wenn sich nach dem Start des Scans Blasen um die Gegenelektrode befinden, reinigen Sie die Gegenelektrode. Wenn der zyklische Voltammetrie-Scan laut wird, reinigen Sie die Elektrodenoberfläche und überprüfen Sie die Systemanschlüsse, Drähte und Clips.Nachdem Sie sichergestellt haben, dass alle drei Drahtverbindungen für Referenz-, Arbeits- und Gegenelektroden korrekt angeschlossen sind, starten Sie das Experiment, indem Sie auf Ausführen klicken. Um die Gold-Mikroelektrode vorzubehandeln, polieren Sie sie 30 Sekunden lang mit Aluminiumoxid-Aufschlämmung auf einem Aluminiumoxid-Polierpad, das auf eine Glaspolierplatte gelegt wird, indem Sie kreisförmige und achtförmige Handbewegungen anwenden, und spülen Sie dann die Mikroelektrode mit deionisiertem Wasser ab. Legen Sie es zwei Minuten lang in ein Glas ein, das 15 Milliliter absolutes Ethanol und Ultraschall enthält.Als nächstes spülen Sie die Mikroelektrode mit Ethanol und Wasser ab und beschallen Sie sie erneut vier Minuten lang in entionisiertem Wasser, um überschüssiges Aluminiumoxid von der Elektrodenoberfläche zu entfernen. Entfernen Sie schließlich zusätzliche Verunreinigungen, indem Sie 0,5 molare Schwefelsäure für 20 Segmente zwischen negativen 0,4 und positiven 1,6 Volt Potentialen mit einer Abtastrate von 50 Millivolt pro Sekunde einkreisen. Stellen Sie sicher, dass es zwei klare Spitzen aufgrund der Bildung und Reduktion von Goldoxid bei konsistenten anodischen und kathodischen Potentialen gibt, jedes Mal, wenn die Elektrode in Schwefelsäure gereinigt wird.Um 0,1 molare EDOT in einer organischen Lösung herzustellen, wird zunächst ein Milliliter der hergestellten 0,1 molaren Lithiumperchloratlösung in eine elektrochemische Zelle übertragen. Fügen Sie dann mit einer Mikropipette 10,68 Mikroliter des ETOT-Monomers in die elektrochemische Zelle ein. Um EDOT auf der blanken Goldmikroelektrodenoberfläche zu elektropolymerisieren, setzen Sie alle Elektrodenaufbauten in die Lösung ein und führen Sie eine zyklische Voltammetrie durch.Charakterisieren Sie dann mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie die Oberfläche dieser modifizierten Elektrode. Spülen Sie die Elektroden mit entionisiertem Wasser ab und trocknen Sie sie mit einem Taschentuch ab. Um dann diese PEDOT-modifizierte Goldmikroelektrode für Sensorzwecke zu verwenden, akklimatisieren Sie ihre Oberfläche an eine wässrige Lösung, indem Sie die Elektrode in eine 0,1-molare Natriumperchloratlösung eintauchen und zyklische Voltammetrie-Scans durchführen.Tauchen Sie diese organisch PEDOT-modifizierte und akklimatisierte Mikroelektrode nach dem Spülen mit deionisiertem Wasser in eine Phosphatpufferlösung und führen Sie eine zyklische Voltammetrie durch, um einen Hintergrundscan zu erzeugen. Nehmen Sie schließlich die Elektrode aus der Pufferlösung und führen Sie sie ohne Spülen sofort in Harnsäure- oder Milchlösungen ein, um zyklische Voltammetrie-Scans durchzuführen. Als nächstes, um 0,01 molare EDOT in einer wässrigen Acetonitrillösung herzustellen, verwenden Sie eine Mikropipette und fügen Sie 10,68 Mikroliter EDOT zu einem Milliliter Acetonitril in einer Glasdurchstechflasche hinzu, dann fügen Sie neun Milliliter deionisiertes Wasser in die Durchstechflasche hinzu, um 10 Milliliter 0,01 molare EDOT-Lösung herzustellen.Fügen Sie 110 Milligramm Lithiumperchloratpulver zu der vorbereiteten EPOT-Lösung hinzu, um eine 0,1 molare Lithiumperchloratlösung zu erhalten, und mischen Sie sie vorsichtig. Überführen Sie die vorbereitete Lösung in die elektrochemische Zelle. Setzen Sie die Elektroden in die wässrige Acetonitrillösung ein und elektropolymerisieren Sie 0,01 molare EDOT auf der Elektrodenoberfläche durch zyklische Voltammetrie, dann charakterisieren Sie die Oberfläche dieser modifizierten Elektrode durch Rasterelektronenmikroskopie.Die Analyse des Harnsäuregehalts in normaler Frischmilch unter Verwendung des in der organischen Lösung synthetisierten PEDOT-Sensors ergab einen anodischen Spitzenstrom von 28,4 Nanoampere bei 0,35 Volt, was einer Konzentration von 82,7 Mikromol entspricht. Der zweite große Oxidationspeak im zyklischen Voltammetrie-Scan von normaler Milch bei 0,65 Volt hängt mit oxidierbaren Verbindungen zusammen, einschließlich elektroaktiver Aminosäuren wie Cystein, Tryptophan und Tyrosin. Die zyklischen Voltammetrie-Scans, die für Karamell- und weiße Schokoladenmilchproben erhalten wurden, zeigen einen klaren Peak bei 0,36 Volt für Harnsäure, zusammen mit einem zusätzlichen Peak bei 0,5 Volt, der mit dem Vorhandensein von Vanillsäure, einem der Bestandteile aromatisierter Milch, in Verbindung gebracht werden kann.Die zyklische Voltammetrie der belgischen Schokoladenmilchprobe zeigt einen Catechinoxidationspeak bei 0,26 Volt und einen Catechin-Reduktionspeak bei 0,22 Volt. Der Spitzenstrom von 0,3 Volt, der als scharfer Peak am Ende des Catechin-Peaks erscheint, ist auf die Harnsäureoxidation zurückzuführen. Die zyklische Voltammetrie der kolumbianischen Espressomilchprobe zeigt breite anodische und kathodische Spitzenströme bei 0,35 Volt bzw. 0,23 Volt aufgrund der wichtigsten phenolischen Antioxidantien im Kaffee, nämlich Chlorogen- und Kaffeesäuren.Das Reinigen und Stören der Elektrode ist der wichtigste Teil dieses Experiments, der die erhaltenen Stromsignale beeinflussen kann. Die detailliertere Analyse von antioxidativen Verbindungen ist erforderlich, dann können wir uns chromatographischen Methoden wie LCMS zuwenden. Dies ist jedoch zeitaufwendig und wird nicht für jede Probe benötigt.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Electrochemical Preparation of Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications

Microfluidic On-chip Capture-cycloaddition Reaction to Reversibly Immobilize Small Molecules or Multi-component Structures for Biosensor Applications

Mikrofluidik-On-Chip-Capture-Cycloaddition reversibel Unbeweglichkeitseffekt kleine Moleküle oder Mehrkomponenten-Strukturen für Biosensor-Anwendungen

Methods  for rapid surface immobilization of bioactive small molecules with control over  orientation and immobilization density are highly desirable for ...

Forschung

Chemie

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Herstellung von hydrophoben Metall-organische Gerüste über Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition von Perfluoralkanen für die Beseitigung von Ammoniak

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

Dynamische elektrochemischen Messung von Chlorid-Ionen

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Hydrochinon-basierte Synthese von Gold-Nanostäbchen

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Simple Methods for the Preparation of Non-noble Metal Bulk-electrodes for Electrocatalytic Applications

Einfache Methoden zur Herstellung von nicht edlen Metall-Bulk-Elektroden für elektrokatalytische Anwendungen

The rock material pentlandite with the composition Fe4.5Ni4.5S8 was synthesized via high temperature synthesis from the elements. The structure and ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Elektrochemische Impedanz Spektroskopie als Instrument zur elektrochemischen Rate Konstanten Schätzung

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Gold Nanoparticle Modified Carbon Fiber Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection

Gold Nanopartikel Modifizierte Kohlenstofffaser-Mikroelektroden für verbesserte neurochemische Detektion

For over 30 years, carbon-fiber microelectrodes (CFMEs) have been the standard for neurotransmitter detection. Generally, carbon fibers are aspirated into ...

Electrochemical Roughening of Thin-Film Platinum Macro and Microelectrodes

ElektrochemischeS Schruppen von Dünnschicht-Platinmakro und Mikroelektroden

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries ...

Growth of Gold Dendritic Nanoforests on Titanium Nitride-coated Silicon Substrates

Wachstum von Gold Dendritic Nanoforests auf Titannitus Nitrium beschichtetem Silizium-Substrat

In this study, a high-power impulse magnetron sputtering system is used to coat a flat and firm titanium nitride (TiN) film on silicon (Si) wafers, and a ...

Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation

Asymmetrische thermoelektrochemische Zelle zur Ernte von minderwertiger Wärme im isothermen Betrieb

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We ...