pH 감지를 위한 유연한 IrO2 멤브레인

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11712(2022) 이 기사 인용

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폴리도파민(PDA)과 폴리비닐 알코올(PVA)의 최적화된 혼합물은 폴리프로필렌 마이크로막(PPMM)의 개별 폴리프로필렌(PP) 섬유를 캡슐화하기 위한 표면 기능화제 및 환원제로 사용됩니다. 기능화된 PPMM은 친수성이 되어 후속 무전해 Au 증착을 위한 Au 핵의 형성을 허용합니다. 금속화된 PPMM은 IrO2 나노입자로 추가로 증착되어 유연하고 다공성인 pH 센서로 평가됩니다. 주사전자현미경의 이미지는 Au 코팅된 PP 섬유에 IrO2 나노입자가 균일하게 형성되었음을 확인시켜 줍니다. pH 감지 성능의 경우 IrO2로 장식된 금속화 PPMM은 pH 값이 2~12 사이인 수용액에서 -74.45mV/pH의 감지 기울기에 대한 슈퍼 Nernstian 반응을 나타냅니다. 또한 pH 감지 성능은 적절합니다. 5000회 굽힘 주기 후에도 유지되며 이력 현상은 산성 환경에서 보통 수준입니다. 세포 생존율 테스트는 무시할 수 있는 생물학적 독성을 나타냅니다. IrO2 나노입자로 장식된 전도성 고분자 멤브레인을 사용하는 우리의 전략은 착용형 및 이식형 전자 장치에 감지 응용이 가능하도록 합니다.

pH 값은 많은 생물학적 시스템1,2,3에 대한 중요한 지표입니다. 암, 신부전, 다발성 경화증, 정신 질환을 앓고 있는 환자의 경우 심각한 산/염기 평형 장애가 발생할 수 있는 것으로 알려져 있습니다4,5. 예를 들어 Mani et al.에 따르면 암세포는 우선적으로 포도당과 기타 물질을 젖산으로 전환하므로 세포내액은 약산성이 됩니다6,7,8. 따라서 추가적인 생리학적 손상을 예방하기 위해서는 조기 진단을 위해서는 조직에 대한 효과적인 pH 감지 기술이 필요합니다. 지금까지 WO3, RuO2 및 IrO2를 포함한 다양한 금속 산화물이 pH 감지 목적으로 조사되었습니다9,10,11. 그중 IrO2는 넓은 작동 범위, 인상적인 화학적 불활성 및 산화환원 간섭에 대한 민감도가 거의 없음을 보여줍니다.

IrO2는 우수한 생체적합성으로 알려진 전도성 산화물입니다12. pH 감지 외에도 IrO2는 에너지 저장을 위한 유사 커패시터, 이식형 전자 장치의 신경 자극 전극, 물 전기분해에서 산소를 발생시키는 전기촉매로 연구되었습니다13,14,15. 그러나 IrO2의 천연 매장량은 제한되어 있으므로 가격이 비싸기 때문에 상업용 제품에 널리 사용할 수 없습니다. 따라서 IrO2 나노입자나 박막을 보다 효과적으로 생산하기 위해서는 적절한 가공기술의 개발이 필요하다. 이전에 우리는 ITO 기판에 IrO2 나노입자를 증착하고 인상적인 Super-Nernstian pH 감지 동작을 보고했습니다. 또한, 우리는 생체 자극 연구를 위해 ITO 및 FTO 기판에 IrO2 박막을 준비했습니다. 그러나 이러한 기판은 단단하기 때문에 유연한 플랫폼이 필요한 웨어러블 및 이식형 전자 장치에는 적용할 수 없습니다.

생체 내 및 체외 사례 모두에서 pH 감지를 위해 바람직한 유연한 기판에는 분석물질의 긴밀한 접촉을 허용할 만큼 충분한 다공성이 필요합니다. 우리는 고분자막의 화학적 성질(고분자의 성질 및 친수성)과 물리적 성질(다공성, 기공 크기, 투과성, 두께, 기계적 강도 등)을 최종 요구 사항에 맞게 맞춤 제작할 수 있으므로 이상적인 특성을 나타냄을 인식합니다. 응용 프로그램. 또한, 많은 고분자막은 합리적인 비용으로 완성된 산업 제품입니다. 불행하게도 기존의 고분자막은 전기적으로 절연성이 있어 금속화 전처리가 필요합니다. 현재까지 고분자막의 금속화는 화학기상증착, 물리기상증착, 무전해증착 등을 통해 수행되어 왔다. 물리적 및 화학적 기상 증착 모두 정교한 장비를 갖춘 진공 챔버를 수반하며 고분자막 내에서 금속의 등각 증착이 다소 어렵다는 점에 유의하십시오. 대조적으로, 무전해 경로는 처리 도구 측면에서 상대적으로 간단하며 전체 폴리머 구조에 걸쳐 균일한 코팅을 달성할 가능성이 더 높습니다.