バイオマスク変換や有機廃棄物からのバイオガスの製造など、バイオプロセス技術の分野で重要な問題に答える手助けとなります。この化学抵抗性pHセンシングの主な利点は、電極が小さく、チューブが多数で複製され、参照電極なしで作業することです。pHは重要なパラメータであるため、この技術の意味は複数のマイクロリアクターに及びます。
従来のpH電極は、マイクロリアクタースクリーニングプラットフォームで使用するには高価すぎるか、または大きすぎます。この方法は、小規模で複数の順列パスに関する洞察を提供できます。また、pH測定が重要な他の化学的または生物学的パスにも適用できます。
まず、69ミリリットルの濃硫酸に3グラムのグラファイトを加え、黒鉛が完全に分散するまで溶液をかき混ぜる。亜硝酸ナトリウムを1.5グラム加えます。1時間撹拌した後、容器を氷浴に入れます。
9グラムの過マンガン酸カリウムを分散液に加え、氷浴から容器を取り除きます。溶液を室温まで温めた後、138ミリリットルのミリQ水を滴下する。その後、420ミリリットルのミリQ水を加え、ホットプレートを使用して15分間摂氏90度で温度を維持します。
熱分散液に7.5ミリリットルの過酸化水素30%を加えます。分散液を遠心管に移した後、10,000倍Gで20分間遠心分離して製品を回収する。上清を捨てた後、ペレットを温かい二重蒸留水で4回、塩酸10%で2回洗浄します。
最後に、ペレットをエタノールで2回洗い、オーブンで摂氏50度で乾燥させます。10ミリリットルの酸化黒鉛を10ミリリットルのミリリットルのミリリットルの水に分散させ、その後、6時間超音波浴中の分散液を超音波処理する。超音波処理の後、2700倍G.の30分間の遠心分離によって非剥離黒鉛酸化物フレークを除去し、遠心分離後、固体粒子を廃棄し、さらなる実験のために上清を使用する。
働く溶液を調製するために、酸化グラフェンストック溶液をMilli-Q水で2倍に希釈する。今度は露出したデジタル化された金電極の上にグラフェン酸化物作業溶液の2マイクロリットルを加える。投下後、酸化グラフェン電極を室温で12時間乾燥させます。
PDMS電極ホルダーに電極を挿入します。電極の上部に、溶液貯留部として機能する電極ホルダーの他の部分を置きます。2 つのクリップを使用して 2 つの部分を一緒にクリッピングして、ホルダーを組み立てます。
次に、貯留槽内の2モルリン酸緩衝液のピペット300マイクロリットルを。次に、参照電極と対向電極を、グラフェン酸化物膜の表面の近くに配置するように溶液に配置します。電極をポテンショスタットと接続し、データ取得のためにコンピュータに接続します。
電気化学的還元にサイクリックボルタンメトリーを使用し、適切な電位範囲とスキャン速度を選択します。電極上の電圧をゼロからマイナス1.2ボルトの間で10回回り上げます。実験後、ホルダーから電極を取り出し、ミリQ水で繰り返し洗浄します。
その後、オーブンで101°Cで12時間乾燥させます。電極が乾いたら、オーブンから取り出し、室温まで冷まします。次に、ErGO電極の導電率をマルチメータで測定します。
ポリアニリン官能化のためにアニリンモノマーの10ミリモル溶液を調製し、10ミリモルアニリンの5マイクロリットルを1モル硫酸の5ミリリットルに溶解させることにより調製する。300マイクロリットルのアニリンモノマーを溶液貯留層に加えます。次に、ErGO堆積電極を前述のように電極ホルダに入れる。
アニリンの電気重合に環状ボルタンメトリーを使用してErGO-PAにErGOを機能させ、適切な電位範囲とスキャン速度を選択します。電極上の電圧を50回、0~9ボルトの間で回します。ポリアニリン蒸着後、電極を取り出し、ミリQ水で繰り返し洗浄します。
その後、オーブンで80°Cで電極を12時間乾燥させます。電極が乾いたら、オーブンから取り出し、室温まで冷却してから、電極の導電率をマルチメータで測定します。次に、水酸化ナトリウム2モルをブリットン・ロビンソン緩衝液に加える。pHが5になるまで。
ブリットン・ロビンソンのユニバーサルバッファー溶液を調製するには、04モルのリン酸、04モルの酢酸、ホウ酸04モルを8リットルのミリ-Q水に混ぜます。その後、最終的な体積が1リットルになるまでミリQ水を加えます。pH 5緩衝液中の電極をコンディショニングした後、異なるpHの溶液中の抵抗を測定し、まずそれを直接バッファ溶液に浸します。
次に、電極の他の部分を、データ取得のためにコンピュータ制御のポテンシオスタットに接続します。技術のリストから電流対時間曲線を選択し、電極に100ミリボルト電位差を適用します。測定後、室温で電極を12時間乾燥させます。
ErGO-PA電極の上に5重量パーセントのナフィオンを5マイクロリットル加え、室温で12時間乾燥させます。ナフィオンコーティング後、pH測定の前に24時間、pH5で緩衝液中の電極を加熱します。pH 5緩衝液で調整した後、先に説明したように、nafionコーティングされたErGO-PA電極を取り外し、pH4から9までの電極の抵抗を測定する。
9.3グラムのM17パウダーを250ミリリットルの脱塩水に加えます。粉末が完全に溶解するまで溶液をゆっくりと攪拌する。その後、121°Cで15分間オートクレーブします。
次に、磁性攪拌棒を用いて250ミリリットルの殺菌フラスコに殺菌したM17培地の50ミリリットルを加える。8ミリリットルのオートクレーブ1モルグルコース溶液を培地に加えます。次いで、L.ラクティス培養液の10マイクロリットルで溶液を接種し、前に同じ培養培地で増殖した。
接種した培養培地を入れたフラスコを、攪拌しながら摂氏30度のインキュベーションオーブンの磁気攪拌板に18時間置きます。インキュベーション中にpHを監視します。ErGO-PA-NA電極をL.ラクティス培養物に入れ、綿栓で閉じます。
その後、L.ラクティスを成長させるために摂氏30度のサーモスタットにセットアップを置きます。これに続いて、電極に100ミリボルトを塗布し、時間に対して電流を測定する。異なる時間ポイントで5ミリリットルのサンプルを取り、600ナノメートルでの光学密度をオフラインで測定し、従来のガラス電極を用いてpHを測定します。
培養物の光学密度が一定になるまで測定を続け、細菌がもはや増殖していないことを示す。マイナス1.0ボルト前後の強い還元ピークの出現は、酸化グラフェンのErGOへの還元を示した。ピークの強度は、電極上のグラフェン酸化物層の数に依存する。
ErGO-PA電極をpH4~9緩衝液に入れると、プロトネーション分解プロセス中の穴のドーピングと脱ドーピングによりpHが増加すると電流が増加した。特定のpHで水酸化ナトリウムの添加が停止した場合、電極の応答は直ちに安定していた。電極の導電率は、ナフィオンコーティングによってあまり影響を受けなかった。
しかし、抵抗値の差の数オームが発生し、ErGO-PA電極のベース電流値を変更した。ErGO-PA電極と同様に、バッファ溶液のpHが4から9に変化すると、ErGO-PA-NA電極の抵抗が変化した。L.ラクシスの成長が始まると、ErGO-PA-NA電極の電流は徐々に減少し、指数成長期に加速し、成長の終わりに安定した値に達した。
電流の最終的な値は、バッファ溶液で試験されたErGO-PA-NA電極の電流値に匹敵する。この手順を試みる間、完全にグラフェン酸化物で金の電極をカバーすることを忘れないでください。この技術は、プロセス制御の分野の研究者が、生物学的および化学システムのための小さなpH電極を製造し、使用する道を開いた。
濃縮硫酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素を使用することは非常に危険な場合があることを忘れないでください。この手順は、ヒュームフードで行う必要があります。
