Kemikere udvikler ny sensor til mikrovolumen pH-detektion

Måling af pH-værdien af ​​stoffer giver os vigtige fingerpeg om verden omkring os, såsom at identificere forurenet vand eller kontrollere toksiciteten af ​​medicinske eller kosmetiske produkter.

Ofte er der kun små mængder prøver tilgængelige, men det er vigtigt at overvåge variationen i pH i disse minimale volumener. For eksempel kan identifikation af pH-ændringer i små mængder væske fra enkeltceller hjælpe med at opdage kræft i æggestokkene.

Men de nuværende metoder til måling af pH er hovedsageligt til bulk-opløsninger og er ikke følsomme nok eller er for skrøbelige til at måle små volumener i kommerciel skala.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Microchimica Acta , videnskabsmænd fra Xi'an Jiaotong-Liverpool University, Kina, har udviklet en metode, der overvinder disse problemer.

Dr. Qiuchen Dong, der ledede undersøgelsen, siger:"Vores løsning skulle være miljøvenlig, holdbar og følsom nok til nøjagtigt at måle pH-variation i blot nogle få mikroliter prøver."

Mangel på muligheder

Nogle kommercielt tilgængelige metoder, der bruges til at teste pH, er afhængige af det menneskelige øjes subjektive beslutninger. For eksempel er brug af papirstrimler, der indeholder farvestoffer, der ændrer farve afhængigt af stoffets pH, afhængig af, at folk sammenligner farven med en skala. Dette resulterer i betydelig variation i deres svar. Nogle mennesker kan se farven som pH 7,5, andre ved 8, for eksempel. Denne metode er derfor ikke følsom over for små pH-ændringer, hvilket betyder, at det er mere som et groft gæt. Nogle af de anvendte farvestoffer er også giftige for prøver, hvilket vil påvirke den registrerede pH.

En mere følsom metode til at måle pH bruger ekstremt skrøbelige glaselektroder, som let kan knækkes, så de bruges normalt kun i laboratoriemiljøer.

For at løse disse problemer har Dr. Dong og hans postgraduate-studerende Weiyu Xiao brugt nye materialer og metoder til at skabe en følsom, men robust pH-sensor.

I Dr. Dong og Xiaos nye pH-sensor løber væskeprøver gennem en række små kanaler (mikrofluidiske kanaler) og over tre meget følsomme elektroder lavet af lysfølsomme lagdelte materialer og metaller.

"Vores løsning på problemet er afhængig af udvikling af mikrofluidkanaler og elektroder ved hjælp af fotolitografi, en metode, der ofte bruges i halvlederfremstillingsindustrien."

Disse mikrofluidiske pH-sensorer kan detektere mindre variationer i antallet af protoner i et stof, som definerer pH. Dette muliggør måling af pH med fremragende nøjagtighed.

Fremtidig brug

Holdet har i øjeblikket et patent anmeldt for pH-sensoren og er ved at udvikle samarbejder med industriudviklere, som vil integrere teknologien i deres laboratorieudstyr.

"Succesen med dette studie skyldes det hårde arbejde fra min nuværende ph.d.-studerende, Weiyu Xiao, som var kandidatstuderende under dette arbejde. Det er meget imponerende at se en studerende nå så højt et niveau på så kort tid. periode. Hun er et godt forbillede, og jeg håber, at andre elever vil blive inspireret af, hvor meget hun har opnået.

"Arbejdet er også takket være mine tidligere kolleger, Dr. Abdennour Abbas ved University of Minnesota og Dr. Yu Lei fra University of Connecticut, som hjalp mig med at formulere ideerne til dette projekt og mange andre."

Holdet mener, at deres nye sensor vil have omfattende kommercielle anvendelser, lige fra at hjælpe med påvisning af kræftformer og vektorbårne vira til at identificere kontaminering i jord sprøjtet med pesticider.

Flere oplysninger: Weiyu Xiao et al., Iridiumoxid og kobolthydroxid mikrofluidbaseret potentiometrisk pH-sensor, Microchimica Acta (2023). DOI:10.1007/s00604-023-06035-z

Leveret af Xi'an jiaotong-Liverpool University