Characterization of non-faradaic label free impedimetric electrochemical sensor

Abstract

Mikroakıskanlar ve BioMEMS'deki gelismeler minyatürize yüksek performanslıve damlacık tabanlı sensörlerin çalısılmasına olanak saglamıstır. Bu sensörler biyomedikaluygulamalarda kullanılmak üzere hızlı yanıt veren, güvenilir, basit ve düsükmaliyetli olmalıdır. Bu çalısmada, faradaik olmayan elektrokimyasal impedimetrik yaklasımfarklı tuz konsantrasyonlarını ve farklı pH degerlerini ölçmek için kullanılmıstır.Etiketsiz ölçümler, solüsyondaki elektriksel çift tabakanın kapasitansını (Cedl) ve solüsyonun direncini (Rs) karakterize etmek için yapılmıstır. Bu amaçla, cam ara tabakasında altın interdijite elektrot (AuIDE) fabrike edilmistir. 0,001M ve 0,1M arasındaki farklı molaritelerde üç farklı tuz (LiCl, KCl ve NaCl) ve sabit iletkenlikte 2.0 ve 11.50 arasında farklı pH solüsyonları hazırlanmıstır. Empedans ölçümleri, Cedl ve Rs degerlerini elde etmek için Empedans Analizörü (E4990A) kullanılarak 20 Hz ila 10 MHzfrekans aralıgında ve 10 mV'lik bir amplitüd ile interdijite altın elektorde yüzeyinesolüsyon damlatılarak alınmıstır. Veriler, her bir solüsyon için Cedl ve Rs degerlerineve Nyquist grafiklerine göre yorumlanmıstır. Hem tuz hem de pH çözeltilerinin sonuçları dogrultusunda, molaritenin artmasıyla, Cedl degerlerinin arttıgını ve her bir solüsyonun Nyquist grafikleri üzerinde farklı rejimler sergiledigini göstermektedir. Bu çalısma veri analizi, çoklu referans ve analit ölçümlerinde analit tipi, konsantrasyon ve pH degerlerinin etiketsiz ölçümüne farklı bir bakıs açısı sunmaktadır.

The developments in microfluidics and BioMEMS have led to miniaturized high-performance droplet-based sensors. These sensors must be reliable, simple, fastresponding and cost-effective to be used in biomedical applications. In this work, the non-faradaic electrochemical impedimetric approach is studied to measure different salt concentrations and different pH values. Label-free measurements are done to characterize electrical double layer capacitance (Cedl) and solution resistivity (Rs). For this purpose, gold interdigitated electrode (AuIDE) is fabricated on a glass wafer. Three different salt (LiCl, KCl and NaCl) solutions in different molarities between 0,001M to 0,1M and with different pH values (pH range between 2.0 to 11.50 at constant conductivity) are prepared. Impedance measurements are taken from an AuIDE at a frequency range of 20 Hz to 10 MHz, with an amplitude of 10 mV using an Impedance Analyzer (E4990A) to extract the values of Cedl and Rs. The data is interpreted according to both Cedl and Rs values and Nyquist plots. Results for both salt and pH solutions exhibit that as solution molarity increases, the Cedl values also increases and each solution shows different patterns on Nyquist plots. This study can lead to label free measurement of analyte type, concentration and pH values upon data processing of multiple reference and analyte measurements.