制造微针传感器及其应用的溶解氧的检测

文摘

小说针微传感器测量系统是制造和应用来确定溶解氧的浓度。铂纳米颗粒是用来修改铜芯线电极的表面以提高电化学响应信号。自制的电极显示有效electrocatalytic对溶解氧减少活动。溶解氧传感器线性响应范围的10μ米至9.02 0.195毫米,显著的敏感性μ/毫米。此外,它显示一个优秀的再现性,稳定性和选择性。这些结果表明,针微传感器使用时,可以产生良好的性能。此外,它被认为是一个潜在的工具研究特定的物质在细胞水平或在活的有机体内在未来。

1。介绍

溶解氧的可靠测定水溶液等各种应用程序是非常重要的环境和工业分析(1]。此外,活细胞的生化途径包括溶解氧的消费环境。因此,溶解氧的动态监测在体外细胞分析和在活的有机体内测试也是一个重要的任务在细胞信号2]。不同的检测技术包括荧光(3,4),核磁共振(NMR) (5),电化学发光(6,7),和电化学8,9为此)已报告在文学。其中,电化学方法发挥了重要作用的扩大检测研究领域,因为其高选择性、快速响应和良好的重现性。蔡等人报道溶解氧电化学传感器基于玻碳电极(GCE)和氧化铟锡(ITO)电极修饰银纳米粒子(8]。周等人提出了一种新的gold-solid聚合物电解质传感器用于检测水中溶解氧(10]。同时,小说溶解氧电化学传感器基于金属绝缘体半导体场效应晶体管(MISFET)与Pt-LaF结构₃混合的电影已经由Na et al。11]。

electroanalytical化学和微电子技术的进步,用微电极作为不可或缺的工具来评估化学在过去的几年里吸引了特别的关注。与传统的宏观尺度电极相比,微电极有几个有利的特征如快速反应、提高信噪比,低电阻(- - - - - -)下降,小capacitive-charging电流,和增强的质量输运率(12- - - - - -14]。然而,微电极通常产生低电流,构成信号检测的主要问题。克服这个问题的一种主要的解决方案是修改微电极与金属纳米粒子以人为增加电极的活性表面积。到目前为止,微电极已经成功地用来测量大量的化学物种和参数在微环境包括pH值、氨、锰^{2 +}、过氧化氢、海关⁻和其他溶解气体和离子(15- - - - - -18]。据我们所知,只有少数论文报道的使用微电极溶氧传感。

在这项工作中,针微传感器制备和应用于检测溶解氧。铂纳米颗粒(PtNP),这是研究的一个最高贵的金属被用来修改铜芯线电极的表面,以提高电极的电化学催化活性。电极的特点是通过立体显微镜和扫描电子显微镜(SEM),和电极的电化学性能进行了研究。结果表明,自制电极电解还原好的活动对溶解氧是成功的准备。此外,它可以作为一个强大的工具对于某些材料试验在细胞或水平在活的有机体内。

2。实验

2.1。试剂和材料

hexachloroplatinate钾(K₂竞购₆)从Sigma-Aldrich购买(美国)。铜漆包线(= 0.16毫米,0.71毫米)、橡皮管(毫米),5-gauge不锈钢注射器针头,砂纸(1200网),竹竿(毫米),磷酸缓冲溶液(PBS, pH值7.2 - -7.6),和铝氧化物抛光粉(μ米)都是来自天津HuaShengYuan科技有限公司有限公司(中国)。提供的氮气柜和氧气瓶是天津六方工业气体有限公司(中国)。在这项研究中使用的所有代理商均为分析纯,使用和双重蒸馏水。O₂饱和标准溶液是由冒泡PBS和纯O₂在室温下为30分钟,溶解氧含量为2.6×10⁻⁴米计算的饱和溶解度(19]。

2.2。装置

电化学测量进行了使用LK3200电化学工作站(天津Lanlike化学高电子科技有限公司,有限公司,中国)。传统的三电极系统,包含PtNPs电影修改白手起家的铜芯微电极(0.5毫米直径)作为工作电极,铂丝(1毫米直径)对电极,和一个Ag / AgCl电极作为参比电极(饱和氯化钾),采用电化学实验。

立体显微镜图像通过使用奥林巴斯SZ61仪器(日本)。扫描电子显微镜(SEM)图像通过使用新星NanoSEM 430仪器(荷兰)。

2.3。铜芯微电极针的制造

针的制造铜芯微电极(如图1)分为四个步骤。起初,铜漆包线(毫米)是螺纹注射器针头。其次,铜漆包线的一端固定在注射器针头的尖端使用环氧树脂胶。第三,另一端的铜漆包线坐落在注射器针头的尾巴是交联与另一个分数的铜漆包线(毫米),导致工作电极线。最后,注射器针头的尖端在砂纸磨光和0.05μ米氧化铝抛光粉获得平坦,表面光滑。

2.4。电极表面改性

在修改之前,白手起家的铜芯微电极与乙醇和双重蒸馏水超声清洗5分钟去除污染物。提高电极的催化活性,PtNPs从事这项工作。微电极是沉浸在40毫升沉积的解决方案包含10毫米(0.1米PBS K₂竞购₆)和一个常数潜在−0.2 V 300年代应用于获得PtNPs修改铜芯微电极。

3所示。结果与讨论

3.1。电沉积铂纳米粒子的

图2显示典型的电化学沉积nanoplatinum粒子的过程。我们都知道,铂离子减少铂原子通过应用一个常数负电压,和铂电极表面的原子会积累随着时间的收益。如图2电镀光滑的曲线,表明白手起家的铜芯微电极的尖端是治愈和抛光。因此,一个紧凑的白金nanofilm可以通过这种方法。

3.2。白手起家的铜芯微电极的尖端的形态

图3演示了立体显微镜图像下五十次放大白手起家的微电极的尖端。从图3(一个),电极的表面非常光滑,电化学检测的前提。当电极表面与PtNPs(图修改3 (b)),一个明亮的形成和统一的电影。这提供了证据支持曲线的稳定的电沉积。数据4(一)和4 (b)揭示PtNPs的SEM图像表面改性微电极在不同放大倍数下。可以看到,PtNPs被电沉积微电极表面成功地分布。和更高的扫描电镜放大图像(b)清楚地表明,一些PtNPs已经形成叠层结构有关,这可能放大微电极的比表面积,提高传感器的电流响应。总之,结果表明,自制的PtNPs修改铜芯微电极可以确保顺利进行的电化学实验。

3.3。对溶解氧的自制的微电极的电化学行为

如图5PtNPs修改铜芯微电极的电化学响应对溶解氧调查。图5(一个)表明循环voltammograms PtNPs改性铜芯微电极在pH值7.0 O₂饱和PBS (A)和N₂饱和PBS (B)。很明显,没有任何氧化还原反应白手起家的电极时沉浸在N₂饱和PBS(曲线B)。相比之下,显著减少峰值在观察−0.5 V O₂饱和PBS(曲线)。这表明,白手起家的铜芯对溶解氧电极可以进行催化活性。据报道,有一个高效four-electron溶解氧还原反应的电极表面(20.]。反应方程是描述如下:

除此之外,几乎没有电流阳极扫描得到的曲线,表明一个完全溶氧还原过程的不可逆过程。这些结果符合其他报道电化学溶氧传感器(21- - - - - -24]。

图5 (b)显示循环voltammograms PtNPs修改铜芯微电极(A)和裸露的铜芯微电极在O (B)₂饱和PBS。溶解氧在不同程度上降低了在这两个电极。PtNPs修改的铜芯微电极(曲线),峰值电流的增加和潜在的积极转变表明,PtNPs修改微电极活性表面积更大,对溶解氧electrocatalytic活动比裸露的铜芯微电极。

图6显示的同时测定溶解氧PtNPs修改铜芯微电极循环伏安法在0.1 PBS (pH值7.0)。不同量的啊₂饱和溶液被上升到N₂饱和PBS为了控制溶解氧的浓度。从图6(一),还原峰电流随着溶解氧的浓度的增加而增加。获得的校准曲线与还原峰电流如图6 (b)。斜率(灵敏度)的情节是9.02μ/毫米(相关系数= 0.96)。在10的范围μ米到0.195毫米,目前的反应与溶解氧浓度成正比。检出限()是3.33μm .不同溶解氧传感器一直在总结表1对检出限和线性范围。它表明,拟议中的微电极测定溶解氧是潜在有用的。

为目的的生物应用,提出传感器上的共同干扰的响应是调查和研究结果总结在表2。传感器反应是评估在0.1毫米的抗坏血酸,尿酸,4-aminophenol, Ca^{2 +},Na⁺,,,对苯二酚在0.1毫米溶解氧。正如所料,观察到影响溶解氧反应都不到5%。

我们都知道,电极的重现性和稳定性也评估传感器的性能的重要参数。设备间重现性是研究其反应溶氧饱和溶液在5个独立微电极(图7(一)),相对标准偏差(RSD)为3.0%计算。此外,微电极是储存在冰箱温度和测量每一天;它保留了约88.3%的原始灵敏度2周后(图7 (b))。因此,白手起家的PtNPs修改铜芯微电极表现出可接受的再现性和长期稳定性。上面的结果充分表明,自制的微电极的电化学性能对溶解氧是好的,它可以用作一个候选人来检测特定的物质在细胞水平或在活的有机体内在未来的研究。

4所示。结论

在目前的工作,一种新型针微传感器制备,可用于确定溶解氧的浓度。微电极的尖端在砂纸打磨和抛光布,获得光滑平整的表面。PtNPs成功镀层表面的自我控制微电极。由此产生的对溶解氧微传感器表现出优良的电化学性能。此外,目前的工作表现出很好的潜力物质的决心在活的有机体内。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

金融支持从中国国家自然科学基金(批准号81173204)天津和先进技术和应用基础研究项目(批准号15 jcqnjc10800)承认。

引用

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