전기화학적으로 유도된 국소 PH 변화의 신속한 형광 매핑

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이 작업에 사용된 초 pH 민감성(UPS) 프로브 분자는 형광 소광을 담당하는 탈양성자화 유도 마이셀화 평형을 유지합니다. 여기서 빨간색 점은 형광체이고 검은 점은 공중합 사슬의 소광제이며 좁은 반응입니다. 표준 인산염 완충 식염수에서 6.1에서 6.3 사이의 창. y축은 pH에 대한 형광(FL) 강도의 정규화된(최대) 차별화를 나타내며 프로브 응답의 선명도를 직접 보여줍니다. 왕 그룹의 예술. 신용 거래
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요약 :
이 연구는 Dr. Wei Wang(Nanjing University)이 주도했습니다. 양성자는 수성 반응이 기본 단계에서 분자(예: 슈퍼옥사이드 라디칼, 하이드로퀴논) 및 양성자화 또는 탈양성자화될 수 있는 표면(예: 금속 산화물, 기능화된 탄소 재료)을 포함하는 한 중요한 전기 촉매 작용에 광범위하게 참여합니다. 이를 바탕으로 양성자의 검출 및 모니터링은 전자 전달 프로세스의 동역학에 대한 정량적 통찰력을 제공할 수 있으며, 이는 관심 있는 촉매의 성능을 평가하고 이해하는 데 특히 유용합니다. 그러나 양성자 구배는 유체역학적 전극 표면에서 발생하는 것과 비교하여 확산의 느린 특성과 실제로 자연 대류의 발생으로 인해 정지 용액의 거리에서 수십 또는 수백 미크론 이상으로만 발생합니다. 이는 한정된 농도 프로파일을 측정하는 데 어려움이 있습니다.

전기화학적으로 유도된 국소 pH 변화의 신속한 형광 매핑

중국 베이징 | 게시일: 9년 2022월 XNUMX일

주사 전기화학 현미경(SECM)은 팁-기판 거리를 측정하기 위해 전류측정법(또는 비광학 전단력 감지 시스템 또는 광학 현미경과 결합)과 번갈아 작동하는 섬세하게 제작된 이온 선택성 미세 전극 프로브를 사용하여 한계를 극복하는 것으로 인식됩니다. pH 프로파일을 구성하기 위해 로컬 pH를 측정하기 위한 것입니다. SECM은 또한 볼타메트릭 모드에서 연구된 전극 표면의 일정한 높이에서 국부적인 이온 활동을 설명하도록 설계되었습니다. 즉, 공간 분해능은 주로 전극 팁의 크기와 형상에 의해 결정되지만 이 기술은 프레임 크기뿐만 아니라 원하는 측정이 정확도는 시작 후 전극 프로세스(예: 용량성 충전, 확산)의 정상 상태에 도달하기 위해 본질적으로 팁 전극의 긴 상주 시간을 필요로 합니다.

또는 프로브 분자의 도움으로 형광 현미경이 전기화학적으로 유도된 국소 pH 매핑에 적합하다는 것이 입증되었습니다. 특히, 공초점 레이저 스캐닝 현미경은 연구된 표면에 수직인 수직 차원의 pH 구배를 묘사하고 서브미크론 해상도로 분포를 정량적으로 매핑하는 것으로 입증되었습니다. 이 기술은 나중에 미세 전극 배열의 빠른 전극 동역학을 가진 영역을 식별하고 다양한 금속 촉매의 활동을 평가하기 위해 표시됩니다. 최근에야 고급 광학 방법의 시간 측정이 레이저 스캐닝에 의존하기 때문에 40초의 해상도로 달성되었습니다. 시간 분해능은 전극 반응의 촉매 동역학을 연구하는 데 필수적입니다.

공초점 스캐닝 현미경은 배경 간섭을 최소화하고 따라서 확산 이론과 일치하는 정량적이라는 중요한 이점을 가지고 있지만, 서로 다른 전기 촉매의 촉매 성능 비교와 같은 특정 응용 프로그램은 반 정량적이지만 효율적인 측정만 필요할 수 있습니다. 광 시야 현미경은 정량적 방식으로 연구 프로세스의 동역학을 반영할 수 있는 관심 이온의 0.2차원 농도 프로필을 쉽게 측정하기 위해 상대적으로 간단한 이미징 원리를 활용합니다. 예를 들어, 그들은 최근에 메탄올 전기 산화/포름알데히드 형성 및 박테리아 대사와 밀접하게 관련된 산소 파동의 동적 이종 프로세스의 광시야 오퍼란도 이미징을 시연했습니다. 작동이 간편하여 제한된 공간에서 발생하는 양성자 구배를 측정하기 위해 이 효율적인 기술을 다시 검토할 수 있습니다. 우수한 감도로 빠른 이미징을 추구하기 위해 1 pH 단위 내에서 예리하게 반응할 수 있는 초pH 민감성(UPS) 고분자 형광 나노프로브를 채택했습니다. 발명된 탐침은 탁월한 정밀도로 성공적으로 모니터링하고 엔도솜 성숙의 복잡한 다단계 과정을 해결하고 살아있는 세포에서 미묘하지만 통찰력 있는 pH 변동만 발생하는 특정 세포 내 세포 소기관을 표적으로 하기 위해 개발되었습니다. 이런 의미에서 그들은 백금 나노입자의 촉매 배열에 국소적인 pH 분포를 신속하게(0.01초) 묘사하기 위해 UPS 프로브를 기반으로 하는 광시야 현미경 방법을 이 기여에서 제시합니다. 짧은 이미징 시간은 감지할 농도 변화(나노몰 단위)가 매우 낮다는 것을 의미하며, 중성 pH 부근에서 XNUMX 단위 미만의 pH 변화를 해결할 수 있는 나노 프로브의 사용을 강조합니다.

이 작업에서 그들은 전기 촉매 공정에 의해 유도된 국부 pH 변화의 XNUMX초 미만의 시간 척도에서 전기 화학적 이미징을 달성하기 위해 pH에 매우 민감한 고분자 형광 프로브를 적용했습니다. 양성자의 해당 농도 변화는 나노몰 정도이므로 기존의 소분자 탐침으로 형광 현미경을 사용하여 이미지화할 가능성이 없는 것으로 간주됩니다. 여기 부피가 최소화된 공초점 레이저 스캐닝 현미경에 비해 완전히 정량적이지는 않지만 제시된 방법론은 pH 변화와 관련된 이종 반응의 비교 이미징에 유용할 수 있습니다. 광시야 광학 현미경을 사용하여 전극 표면에서 빠른 전자 이동을 직접 연구하는 것과는 달리 그들의 작업은 전기 촉매 분야에서 대량 수송의 이미징이 어떻게 유용하게 해결될 수 있는지 보여줍니다.

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링슈 첸
북경중과저널출판유한회사
전문가 연락처

왕 웨이
중국 난징 대학교 화학 및 생물 의학 혁신 센터(ChemBIC), 화학 및 화학 공학부, 생명 과학을 위한 분석 화학의 국가 핵심 실험실

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