Het meten van de pH van stoffen geeft ons essentiële aanwijzingen over de wereld om ons heen, zoals het identificeren van verontreinigd water of het controleren van de toxiciteit van medische of cosmetische producten.

Vaak zijn er slechts kleine hoeveelheden monsters beschikbaar, maar het monitoren van de variatie in pH in deze minuscule volumes is van belang. Het identificeren van pH-veranderingen in kleine hoeveelheden vloeistof uit afzonderlijke cellen kan bijvoorbeeld helpen bij de detectie van eierstokkanker.

De huidige methoden voor het meten van de pH zijn echter voornamelijk bedoeld voor bulkoplossingen en zijn niet gevoelig genoeg of te kwetsbaar om kleine volumes op commerciële schaal te meten.

In een recente studie gepubliceerd in Microchimica Acta hebben wetenschappers van de Xi'an Jiaotong-Liverpool Universiteit, China, een methode ontwikkeld die deze problemen overwint.

Dr. Qiuchen Dong, die het onderzoek leidde, zegt:"Onze oplossing moest milieuvriendelijk, duurzaam en gevoelig genoeg zijn om de pH-variatie nauwkeurig te meten in slechts een paar microliter aan monsters."

Een gebrek aan opties

Sommige in de handel verkrijgbare methoden die worden gebruikt om de pH te testen, zijn afhankelijk van de subjectieve beslissingen van het menselijk oog. Het gebruik van papieren stroken met kleurstoffen die van kleur veranderen afhankelijk van de pH van de stof, is bijvoorbeeld afhankelijk van het feit dat mensen de kleur vergelijken met een schaal. Dit resulteert in een aanzienlijke variatie in hun antwoorden. Sommige mensen zien de kleur bijvoorbeeld als pH 7,5, anderen als pH 8. Deze methode is daarom niet gevoelig voor kleine pH-veranderingen, wat betekent dat het meer een ruwe schatting is. Sommige van de gebruikte kleurstoffen zijn ook giftig voor monsters, waardoor de gemeten pH wordt beïnvloed.

Een gevoeligere methode voor het meten van de pH maakt gebruik van extreem kwetsbare glaselektroden, die gemakkelijk kapot gaan en daarom meestal alleen in een laboratoriumomgeving worden gebruikt.

Om deze problemen op te lossen hebben Dr. Dong en zijn postdoctorale student Weiyu Xiao nieuwe materialen en methoden gebruikt om een ​​gevoelige maar toch robuuste pH-sensor te creëren.

In de nieuwe pH-sensor van Dr. Dong en Xiao lopen vloeistofmonsters door een reeks kleine kanalen (microfluïdische kanalen) en over drie zeer gevoelige elektroden gemaakt van op licht reagerende gelaagde materialen en metalen.

"Onze oplossing voor het probleem is gebaseerd op de ontwikkeling van microfluïdische kanalen en elektroden met behulp van fotolithografie, een methode die vaak wordt gebruikt in de halfgeleiderindustrie."

Deze microfluïdische pH-sensoren kunnen kleine variaties detecteren in het aantal protonen in een stof, die de pH bepaalt. Hierdoor kan de pH met uitstekende nauwkeurigheid worden gemeten.

Toekomstig gebruik

Het team heeft momenteel een patent aangevraagd voor de pH-sensor en ontwikkelt samenwerkingen met industriële ontwikkelaars die de technologie in hun laboratoriumapparatuur zullen integreren.

"Het succes van deze studie is te danken aan het harde werk van mijn huidige promovendus, Weiyu Xiao, die tijdens dit werk masterstudent was. Het is erg indrukwekkend om te zien hoe een student in zo'n korte tijd zo'n hoog niveau bereikt. periode. Ze is een geweldig rolmodel en ik hoop dat andere studenten geïnspireerd zullen worden door hoeveel ze heeft bereikt.

"Het werk is ook te danken aan mijn vorige collega's, Dr. Abdennour Abbas van de Universiteit van Minnesota en Dr. Yu Lei van de Universiteit van Connecticut, die mij hielpen bij het formuleren van de ideeën voor dit project en vele anderen."

Het team is van mening dat hun nieuwe sensor uitgebreide commerciële toepassingen zal hebben, van het helpen bij de detectie van kankers en door vectoren overgedragen virussen tot het identificeren van besmetting in grond die is besproeid met pesticiden.

Meer informatie: Weiyu Xiao et al., Iridiumoxide en kobalthydroxide microfluïdische potentiometrische pH-sensor, Microchimica Acta (2023). DOI:10.1007/s00604-023-06035-z

Aangeboden door Xi'an jiaotong-Liverpool Universiteit