柔性无偏压石墨烯微电极在复杂流体中的 pH 传感特性：从磷酸盐缓冲液到人血清
生物物理
2017-10-20 v1 应用物理
医学物理
摘要
监测复杂流体中 pH 的技术进步可能对从水质评估到体内诊断的分析与生物医学应用产生重大影响。我们开发了柔性石墨烯微电极 (GEs)，用于快速（< 5 秒）、极低功耗（飞瓦级）检测复杂生物流体的 pH。该方法基于实时测量零电偏压下 GE 与溶液之间的法拉第电荷转移。对于理想化的磷酸盐缓冲液 (PBS) 样品，法拉第电流随 pH 单调且系统地变化，分辨率约为 0.2 pH 单位。电流-pH 依赖关系可由一个混合分析-计算模型很好地描述，其中双电层源自与石墨烯-水界面相关的本征、pH 无关（正）电荷，以及由 Langmuir-Freundlich 吸附等温线描述的可电离（负）带电基团。我们还在更复杂的生物溶液中测试了 GE。在铁蛋白溶液的情况下，相对法拉第电流（定义为测量电流响应与 PBS 基线响应之差）在 pH ~ 2.0 时显示出与铁蛋白解体及铁离子释放相关的强信号。对于人血清样品，法拉第电流显示出对 pH 的可重复快速（<20 秒）响应。通过结合法拉第电流和实时电流变化，该方法学可能适用于检测肿瘤诱导的细胞外 pH 变化。
引用
@article{arxiv.1710.06913,
title = {pH sensing properties of flexible, bias-free graphene microelectrodes in complex fluids: from phosphate buffer solution to human serum},
author = {Jinglei Ping and Jacquelyn E. Blum and Ramya Vishnubhotla and Amey Vrudhula and Carl H. Naylor and Zhaoli Gao and Jeffery G. Saven and A. T. Charlie Johnson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.06913},
year = {2017}
}