Misurare il pH delle sostanze ci fornisce indizi vitali sul mondo che ci circonda, come identificare l'acqua contaminata o controllare la tossicità di prodotti medici o cosmetici.
Spesso sono disponibili solo piccole quantità di campioni, ma è importante monitorare la variazione del pH in questi minuscoli volumi. Ad esempio, l'identificazione delle variazioni di pH all'interno di piccoli volumi di fluido proveniente da singole cellule può aiutare a individuare il cancro ovarico.
Tuttavia, gli attuali metodi per misurare il pH riguardano principalmente soluzioni sfuse e non sono abbastanza sensibili o sono troppo fragili per misurare piccoli volumi su scala commerciale.
In un recente studio pubblicato su Microchimica Acta , gli scienziati dell'Università di Xi'an Jiaotong-Liverpool, in Cina, hanno sviluppato un metodo che supera questi problemi.
Il dottor Qiuchen Dong, che ha condotto lo studio, afferma:"La nostra soluzione doveva essere rispettosa dell'ambiente, durevole e sufficientemente sensibile da misurare con precisione la variazione del pH in pochi microlitri di campioni".
Alcuni metodi disponibili in commercio utilizzati per testare il pH si basano sulle decisioni soggettive dell'occhio umano. Ad esempio, l'utilizzo di strisce di carta contenenti coloranti che cambiano colore a seconda del pH della sostanza dipende dal fatto che le persone confrontino il colore con una scala. Ciò si traduce in una variazione significativa nelle loro risposte. Alcune persone potrebbero vedere il colore come pH 7,5, altri a 8, per esempio. Questo metodo, quindi, non è sensibile a piccole variazioni di pH, il che significa che è più simile a un'ipotesi approssimativa. Alcuni dei coloranti utilizzati sono anche tossici per i campioni e influenzano il pH registrato.
Un metodo più sensibile per misurare il pH utilizza elettrodi di vetro estremamente fragili, che si rompono facilmente, quindi di solito vengono utilizzati solo in ambiente di laboratorio.
Per risolvere questi problemi, il dottor Dong e il suo studente post-laurea Weiyu Xiao hanno utilizzato materiali e metodi innovativi per creare un sensore di pH sensibile ma robusto.
Nel nuovo sensore di pH del dottor Dong e Xiao, i campioni di fluido corrono attraverso una serie di minuscoli canali (canali microfluidici) e su tre elettrodi altamente sensibili realizzati con materiali stratificati e metalli sensibili alla luce.
"La nostra soluzione al problema si basa sullo sviluppo di canali ed elettrodi microfluidici utilizzando la fotolitografia, un metodo spesso utilizzato nell'industria manifatturiera dei semiconduttori."
Questi sensori di pH microfluidici possono rilevare piccole variazioni nel numero di protoni all'interno di una sostanza, che definisce il pH. Ciò consente la misurazione del pH con eccellente precisione.
Il team ha attualmente una domanda di brevetto per il sensore di pH e sta sviluppando collaborazioni con sviluppatori del settore che integreranno la tecnologia nelle loro apparecchiature di laboratorio.
"Il successo di questo studio è dovuto al duro lavoro del mio attuale studente di dottorato, Weiyu Xiao, che era uno studente del master durante questo lavoro. È davvero impressionante vedere uno studente raggiungere un livello così alto in così breve tempo periodo è un ottimo modello e spero che altri studenti siano ispirati da quanto ha ottenuto.
"Il lavoro è merito anche dei miei precedenti colleghi, il dottor Abdennour Abbas dell'Università del Minnesota e il dottor Yu Lei dell'Università del Connecticut, che mi hanno aiutato a formulare le idee per questo progetto e molti altri."
Il team ritiene che il nuovo sensore avrà ampie applicazioni commerciali, dal rilevamento di tumori e virus trasmessi da vettori all'identificazione della contaminazione nel terreno irrorato con pesticidi.
Ulteriori informazioni: Weiyu Xiao et al, Sensore di pH potenziometrico a base microfluidica a base microfluidica di ossido di iridio e idrossido di cobalto, Microchimica Acta (2023). DOI:10.1007/s00604-023-06035-z
Fornito da Xi'an jiaotong-Liverpool University
