Att mäta ämnens pH-värde ger oss viktiga ledtrådar om världen omkring oss, som att identifiera förorenat vatten eller kontrollera toxiciteten hos medicinska eller kosmetiska produkter.
Ofta är endast små mängder prover tillgängliga, men det är viktigt att övervaka variationen i pH i dessa små volymer. Till exempel kan identifiering av pH-förändringar i små volymer vätska från enskilda celler hjälpa till att upptäcka äggstockscancer.
De nuvarande metoderna för att mäta pH är dock främst för bulklösningar och är inte tillräckligt känsliga eller för ömtåliga för att mäta små volymer i kommersiell skala.
I en nyligen publicerad studie publicerad i Microchimica Acta , har forskare från Xi'an Jiaotong-Liverpool University, Kina, utvecklat en metod som övervinner dessa problem.
Dr. Qiuchen Dong, som ledde studien, säger:"Vår lösning behövde vara miljövänlig, hållbar och tillräckligt känslig för att noggrant mäta pH-variation på bara några mikroliter prov."
Vissa kommersiellt tillgängliga metoder som används för att testa pH är beroende av det mänskliga ögats subjektiva beslut. Att till exempel använda pappersremsor som innehåller färgämnen som ändrar färg beroende på ämnets pH är beroende av att människor jämför färgen med en skala. Detta resulterar i betydande variation i deras svar. Vissa människor kan se färgen som pH 7,5, andra vid 8, till exempel. Denna metod är därför inte känslig för små pH-förändringar, vilket betyder att det är mer som en grov gissning. Vissa av de färgämnen som används är också giftiga för prover, vilket kommer att påverka det registrerade pH-värdet.
En mer känslig metod för att mäta pH använder extremt ömtåliga glaselektroder, som lätt går sönder, så de används vanligtvis bara i laboratoriemiljö.
För att lösa dessa problem har Dr. Dong och hans doktorand Weiyu Xiao använt nya material och metoder för att skapa en känslig men ändå robust pH-sensor.
I Dr. Dong och Xiaos nya pH-sensor går vätskeprover genom en serie små kanaler (mikrofluidkanaler) och över tre mycket känsliga elektroder gjorda av ljuskänsliga skiktade material och metaller.
"Vår lösning på problemet bygger på att utveckla mikrofluidkanaler och elektroder med fotolitografi, en metod som ofta används inom halvledartillverkningsindustrin."
Dessa mikrofluidiska pH-sensorer kan upptäcka mindre variationer i antalet protoner i ett ämne, vilket definierar pH. Detta möjliggör mätning av pH med utmärkt noggrannhet.
Teamet har för närvarande ett patentsökt för pH-sensorn och utvecklar samarbeten med industriutvecklare som kommer att integrera tekniken i sin labbutrustning.
"Framgången med den här studien beror på det hårda arbetet av min nuvarande doktorand, Weiyu Xiao, som var en masterstudent under detta arbete. Det är mycket imponerande att se en student nå en så hög nivå på så kort tid. period Hon är en stor förebild, och jag hoppas att andra elever kommer att inspireras av hur mycket hon har uppnått.
"Arbetet är också tack vare mina tidigare kollegor, Dr. Abdennour Abbas vid University of Minnesota och Dr. Yu Lei från University of Connecticut, som hjälpte mig att formulera idéerna för detta projekt och många andra."
Teamet tror att deras nya sensor kommer att ha omfattande kommersiella tillämpningar, från att hjälpa till att upptäcka cancer och vektorburna virus till att identifiera kontaminering i jord besprutad med bekämpningsmedel.
Mer information: Weiyu Xiao et al, Iridiumoxid och kobolthydroxid mikrofluidbaserad potentiometrisk pH-sensor, Microchimica Acta (2023). DOI:10.1007/s00604-023-06035-z
Tillhandahålls av Xi'an jiaotong-Liverpool University
