PT104313A - MICROELECTRODO SELECTIVO DE IŽES DE CONTACTO SËLIDO E O SEU MéTODO DE PRODUÃÇO - Google Patents

Abstract

A INVENÆO APRESENTADA é DESTINADA A UM MICROELéCTRODO SELECTIVO DE IŽES DE CONTACTO SËLIDO EM FORMA DE AGULHA EM QUE DE PREFER—NCIA, MAS N†O LIMITADO A ESSE, O COMPRIMENTO DO PONTO DE MEDIÆO é IGUAL OU INFERIOR A 10 MICRËMETROS, EM PARTICULAR ENTRE 0,5 - 10 MICRËMETROS, A UM MéTODO PARA PRODUÆO DESSE ELéCTRODO E UTILIZAÆO DE UM MICROELéCTRODO SELECTIVO DE IŽES DE CONTACTO SËLIDO COMO ELéCTRODO DE TRABALHO EM DIFERENTES SISTEMAS DE MEDIÆO COM VARRIMENTO, TAIS COMO O SECM, O SIET, O MIFE E OUTROS, PARA MEDIR A ACTIVIDADE(CONCENTRAÆO) DE DIFERENTES IŽES NOS MODOS DE VARRIMENTO TRIDIMENSIONAL DO GRADIENTE, VARRIMENTO BIDIMENSIONAL DO PLANO, PERFIL VERTICAL OU HORIZONTAL, MEDIDAS DE UM PONTO OU QUALQUER OUTRA MEDIDA PONTO A PONTO SOBRE UMA SUPERF�CIE ACTIVA. POR EXEMPLO, A PRESENTE INVENÆO PRETENDE SUBSTITUIR OS MICROELéCTRODOS DE CAPILAR DE VIDRO UTILIZADOS EM MEDIDAS LOCALIZADAS. O MICROELéCTRODO DA INVENÆO APRESENTADA DIFERE NOS SEUS PRINC�PIOS DE CONSTRUÆO E DE PRODUÆO EM OPOSIÆO A OUTROS ELéCTRODOS SELECTIVO DE IŽES DE CONTACTO SËLIDO. A INVENÆO DESCREVE UM SUBSTRATO R�GIDO ELECTRICAMENTE CONDUTOR EM FORMA DE AGULHA (1); UMA CAMADA DE ISOLAMENTO (4), EXCEPTO NA EXTREMIDADE DO REFERIDO SUBSTRATO (3); UMA CAMADA ELECTRICAMENTE CONDUTORA (6); E UMA CAMADA DE MEMBRANA SELECTIVA DE IŽES (7).

Description

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DESCRIÇÃO "MICROELÉCTRODO SELECTIVO DE IÕES DE CONTACTO SÓLIDO E O SEU MÉTODO DE PRODUÇÃO"

CAMPO TÉCNICO A presente invenção é destinada a um microeléctrodo selectivo de iões, que actua como um transdutor para um sinal eléctrico de uma actividade ou concentração especifica de iões, através do contacto sólido e duma membrana selectiva de iões.

ANTECEDENTES A invenção apresentada é destinada a um microeléctrodo de contacto sólido selectivo de iões em forma de agulha em que, de preferência, o comprimento do ponto de medição é igual ou inferir a 10 micrómetros, mas não limitado a esse valor, particularmente 0,5 - 10 micrómetros, a um método para produção desse eléctrodo e utilização de um microeléctrodo de contacto sólido selectivo de iões como um eléctrodo de trabalho em diferentes sistemas de medição de varrimento, tais como SECM (Scanning Electrochemical Microscopy - Microscopia Electroquímica de Varrimento), SIET (Ion Selective Electrode Technique - Técnica do Eléctrodo Selectivo de Iões), MIFE (Microelectrode Ion Flux Estimation - Estimativa do Fluxo de Iões do Microeléctrodo), SERIS (Self-Referencing Ion-Selective probes - Sondas Selectivas de iões de Auto-Referência) e outros, para medir a actividade (concentração) de diferentes iões nos modos de varrimento tridimensional do gradiente, do varrimento bidimensional do plano, do perfil vertical ou horizontal, da medição de um ponto ou qualquer outra medição ponto por ponto sobre uma superfície activa. 2

Por exemplo, o eléctrodo da presente invenção pretende substituir os microeléctrodos capilares de vidro utilizados em medidas localizadas.

Os eléctrodos selectivos de iões (ISEs) com membranas de polímeros e solução interna de enchimento são conhecidos há décadas. Os limites de selectividade e de detecção desses eléctrodos são determinados pela composição da membrana selectiva e pela solução interna de enchimento. Geralmente a membrana selectiva contém ionóforo e um permutador lipofílico de iões distribuídos de forma uniforme numa matriz do polímero. 0 limite de detecção inferior é determinado pelo fluxo de iões primários através / a partir da membrana selectiva de iões e da solução interna de enchimento que contamina a camada de limite adjacente da solução que está em contacto com a membrana selectiva de iões.

Foram desenvolvidas miniaturizações de ISEs convencionais para aplicação em técnicas localizadas para os microeléctrodos capilares de vidro com as membranas selectivas de iões líquidas (geralmente sem matriz de polímero) e soluções internas de enchimento. A preparação e a aplicação deste tipo de eléctrodos são descritas em [1, 2] bem como em muitos artigos originais. Para medir a actividade (concentração) dos iões específicos na solução são utilizados diferentes instrumentos de varrimento e técnicas no modo potenciométrico. SECM [3], SIET [4], SERIS [5] e MIFE [6] são utilizados para aplicações de corrosão electroquímica e aplicações biomédicas.

No entanto, apesar de estes microeléctrodos capilares de vidro serem amplamente utilizados para medições 3 potenciométricas localizadas sofrem de diversas desvantagens nas suas fases da produção e utilização: fuga espontânea da membrana liquida para fora do capilar, o tempo da vida é limitado ao máximo de um dia e a o capilar de vidro é frágil. A última é especialmente crítica para as aplicações biológicas em que a amostra em estudo (por exemplo, peixes) se pode mover. Como no caso do ISE com o tamanho de um centímetro, as principais características dos eléctrodos de capilar de vidro, nomeadamente a selectividade e o limite de detecção baixos, são pioradas e limitados pela fuga dos iões primários da solução interna de enchimento que vai contaminar a camada limite adjacente da solução em contacto com a membrana selectiva de iões.

Os eléctrodos de contacto sólido não contêm nem a membrana líquida nem a solução interna de enchimento e representam uma alternativa aos eléctrodos de membrana liquida. 0 primeiro trabalho em eléctrodos do tipo fio revestido foi publicado em 1971 por Cattrall et al. [7]. No entanto, esses eléctrodos sofrem de uma queda de potencial devida à transição indefinida de condutividade iónica (membrana) para electrónica (substrato metálico). Até agora tem sido feito um trabalho considerável no sentido da estabilização do potencial interfacial entre a membrana sensitiva de iões e o substrato condutor interno. 0 primeiro trabalho onde foi proposta a utilização de polímeros electricamente condutores como uma camada intermédia entre o elemento de referência interna e a membrana sensitiva de iões foi publicado por Cadogan et. al em 1992 [8]. 0 microeléctrodo selectivo de K+ foi utilizado como uma "ponta" de medição em SECM. Para preparação deste 4 microeléctrodo de fibra de carbono, fios de Pt ou de Au foram selados em tubos de vidro com um diâmetro exterior de aproximadamente 2 mm, polidos e biselados de forma cónica à volta do disco de medição com subsequente depósito de polipirrolo através de polimerização electroquimica e moldagem por gota da membrana selectiva de iões baseada em PVC.

Gyurcsanyi et al foi o primeiro a relatar um microeléctrodo selectivo de potássio completamente no estado sólido baseado em polipirrolo para medidas localizadas [9]. 0 microeléctrodo foi utilizado como a "ponta" de medição no modo potenciométrica do SECM. Em termos de princípios, a construção do microeléctrodo é diferente da invenção apresentada. A fibra de carbono (diâmetro 8 ou 30 micrómetros) ou os fios de Pt (diâmetro 5 ou 25 micrómetros) foram selados nos tubos de vidro com diâmetro exterior de aproximadamente 2 mm. Depois foi aplicado o trabalhoso procedimento de aplicação de várias fases de polimento com lixa e suspensão de óxido de alumínio até 0,05 micrómetros. Finalmente a "ponta" deve estar biselada numa forma cónica à volta do disco de medição de forma a verificar o desempenho dos eléctrodos preparados por voltametria cíclica. O polímero condutor, o polipirrolo, foi aplicado por polimerização electroquimica, e foi aplicado uma membrana baseada em PVC por moldagem por impregnação. A renovação do eléctrodo requer a repetição da totalidade do procedimento, incluindo o polimento e o biselar do tubo de vidro. Além do procedimento de preparação dos eléctrodos ser demorado, este tipo de microeléctrodos tem um outro inconveniente herdado dos microeléctrodos capilares de vidro - a fragilidade do corpo de vidro do eléctrodo. Devido à relação desfavorável entre 5 o tamanho da membrana e as paredes de vidro, o posicionamento exacto desse eléctrodo sobre o ponto de interesse e a penetração desse eléctrodo através das células e dos tecidos biológicos são complicados. G. Gyetvai et al [10] descrevem um eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de micropipeta para o modo potenciométrico de SECM. Dentro do cocktail da membrana que está na extremidade da pipeta de vidro com o tamanho de 0,5 - 3 micrómetros foi mergulhada fibra de carbono com revestimento PEDOT (poli-3,4-etilenodioxitiofeno). No entanto, esta abordagem preserva as principais desvantagens dos microeléctrodos de capilar de vidro, nomeadamente, a fragilidade do corpo de vidro do eléctrodo (o que é muito importante tendo em conta o procedimento indispensável de aproximação da superfície ao eléctrodo durante o estudo) e a fuga da membrana líquida. O documento US 20030217920, [11], reivindica um sensor que detecta iões livre de plastificante para detecção de um ião alvo numa amostra. 0 sensor inclui uma matriz de copolímero de metacrilato (copolímero do metacrilato de metilo e do metacrilato de decilo) e um ionóforo para detecção do ião alvo. O documento US 7226563 B2, [12], descreve um sensor que detecta iões livre de plastificante que inclui um copolímero livre de plastificante compreendido por unidades polimerizadas de monómeros de metacrilato e por um permutador de iões polimerizável, em que os monómeros de metacrilato têm grupos alquilo pendentes de diferentes comprimentos e em que o permutador de iões em funcionamento é enxertado no copolímero através das ligações covalentes. 6 N. Rubinova et al. [13] descreveu um microeléctrodo de contacto sólido selectivo de Ag+ com baixo limite de detecção. 0 microeléctrodo incluiu um fio do ouro de 100-200 pm de diâmetro revestido com POT. Uma membrana de copolimero de metacrilato de metilo e de metacrilato de decilo (P (MMA-DMA) ) foi moldada por gota na camada do polímero condutor. Os microeléctrodos exibiram uma excelente selectividade para Ag+ com um limite de detecção nanomolar, uma boa reprodutibilidade e estabilidade do potencial. A matriz da membrana P (MMA-DMA) utilizada em conjunto com o POT hidrofóbico elimina uma camada prejudicial de água na superfície de separação substrato metálico/membrana que conduz à detecção não enviesada do limite e da selectividade. No entanto, o ponto de medição do microeléctrodo tem um tamanho superior a 300 μιη, o que não pode fornecer a suficiente resolução espacial para medidas localizadas. O documento US 20080149501, [14], descreve um conjunto que inclui pelo menos dois eléctrodos selectivos de iões de contacto sólido unidos num suporte comum. Cada eléctrodo do conjunto inclui uma camada interna de um polímero condutor de electricidade e a camada exterior da membrana selectiva de iões. O documento WO 2008/039320 Al, [15], reivindica um microeléctrodo para caracterização de propriedades de ambientes e de substratos localizados. 0 microeléctrodo inclui um fio de tungsténio e uma camada isoladora que cobre o eixo, pelo menos parcialmente. 0 microeléctrodo pode incluir uma camada de revestimento electroactiva que cobre parte do fio de tungsténio. A camada de revestimento é seleccionada do grupo constituído pela platina, pelo 7 ouro, e película fotoresiste pirolizada. Não são reivindicadas quaisquer aplicações das membranas sensitivas de iões compostas pela matriz do polímero e por ionóforo.

Concluindo, nenhum dos eléctrodos descritos nas referências anteriores pode substituir os microeléctrodos de capilar de vidro utilizados para medidas potenciométricas localizadas no entanto, o microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido da presente invenção é desenvolvido para fazer isso. Os pontos fracos dos microeléctrodos tradicionais de capilar de vidro (tais como as fugas espontâneas da membrana líquida para fora do capilar, o tempo de vida ser limitado ao máximo de um dia e a fragilidade da micropipeta de vidro em conjunto com a fuga de iões primários a partir da solução interna de enchimento) são eliminadas pela construção de microeléctrodos selectivos de iões de contacto sólido que não contêm qualquer solução. Por outro lado, a vantagem dos microeléctrodos de capilar de vidro, nomeadamente a dimensão do seu ponto de medição que é de 0,5 - 10 micrómetros, é mantida na construção do microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido da invenção aqui apresentada.

DESCRIÇÃO GERAL É utilizado um substrato rígido condutor em forma de agulha (feito por exemplo: de ouro, de aço, de tungsténio, de prata, de platina, de iridio, de ligas metálicas, de fibra de carbono etc.) como um suporte para o posicionamento do ponto de medição no local de interesse e para a transmissão do sinal eléctrico do ponto de medição para o sistema que adquire e que processa o sinal. O eléctrodo da invenção apresentada é para ser aplicado para medidas locais. Assim, a espessura do substrato condutor em forma de agulha deve ser de forma a minimizar a agitação da solução continuando, no entanto, a fornecer uma sustentação rígida (por exemplo para penetrar através das células, dos tecidos e das membranas biológicas). 0 diâmetro preferível do eixo de sustentação metálico em conjunto com a camada de isolamento está na escala de 20-300 micrómetros. O substrato condutor em forma de agulha é isolado excepto o ápice da ponta cónica que tem 0,5-8 micrómetros de comprimento. A menos que o substrato condutor em forma de agulha seja feito de ouro, o ápice (da ponta) não isolado do substrato metálico pode ser revestido com uma camada fina (de 200 -2000 nanómetros) de ouro de forma a assegurar uma aderência estável, ao substrato condutor, dos polímeros condutores que contêm enxofre nas suas estruturas (por exemplo poli(tiofeno), poli(3-octiltiofeno) , poli(3-metiltiofeno) , poli(3,4-dioctiltiofeno), poli(dodeciltiofeno), poli(3,4-etileno-dioxitiofeno)).

Uma camada interna do polímero condutor de electricidade aplicada no ápice exposto serve para formar uma transição estável entre a membrana sensitiva de iões baseada em polímeros e o substrato metálico condutor. A camada interna do polímero condutor de electricidade pode ser feita de polímero hidrofóbico, particularmente de poli(tiofeno), poli(3-octiltiofeno) (POT), poli(3,4-dioctiltiofeno), poli(3-metiltiofeno), poli(dodeciltiofeno), poli(3,4-etileno-dioxitiofeno) (PEDOT); poli(anilina) e os seus derivados (por exemplo, poli(anisidina), poli(o-fenilendiamina), poli(N-fenilglicina), poli(a-naftilamina), poli(o-aminofenol); poli(pirrolo) e os seus derivados (por exemplo, poli(metilpirrolo) , poli(l-hexil-3,4-dimetilpirrolo)), etc. De preferência deve ser utilizado um 9 polímero condutor que possa ser aplicado directamente a partir da solução (através de procedimento de moldagem por impregnação) e polimerizado no próprio local. Alternativamente, a camada interna do polímero condutor pode ser produzida no substrato condutor por electropolimerização. Aparte dos polímeros condutores, podem ser utilizados camada de nanotubos de carbono, fulerenos ou a rede formada por nanopartícuias condutoras de electricidade auto-montadas (self-assembled) como material condutor interno de electricidade.

De preferência, à camada de polímero condutor ou a outro material condutor de electricidade é aplicada uma camada exterior da membrana selectiva de iões baseada em polímeros. Esta membrana de base polimérica é sensível a iões. A sensibilidade a iões, a selectividade, a escala linear da resposta, a estabilidade do potencial e o tempo de resposta da membrana são predeterminados pela composição da membrana e pelo pré condicionamento. Um polimero que compõe a membrana é um dos seguintes: policloreto de vinilo (PVC); ou acrilato, metacrilato, polímeros de dimetacrilato ou co-polímeros (por exemplo, copolímero de metilmetacrilato-decilmetacrilato); borracha de silicone; poliuretanos; perfluorpolímeros ou outros polímeros. Os outros componentes da membrana, nomeadamente o ionóforo e o permutador de iões lipofílico e o polímero plastificante, se necessários, são adicionados à composição da membrana tal como para os eléctrodos macro convencionais com membranas baseadas em polímeros [16].

Podem ser utilizados um ionóforo e um permutador de iões lipofílico unidos de forma covalente à matriz do polímero 10 de forma a evitar a sua dissolução e esvaziamento produzindo os microeléctrodos da invenção apresentada. O polímero condutor e a membrana sensitiva de iões são aplicados no ápice não isolada da extremidade cónica por revestimento por imersão. As soluções do polímero condutor e da membrana são preparadas numa mistura de solventes que inclui o solvente não volátil de forma a facilitar a aplicação do polímero condutor e da membrana sensitiva de iões. Não é necessário qualquer procedimento adicional de cura de elevada temperatura depois do depósito da camada do polímero condutor e da membrana sensitiva de iões desde que a espessura de ambas as camadas não exceda os 10 micrómetros.

Alternativamente, os componentes da camada da membrana selectiva de iões (7) e da camada electricamente condutora (6) podem ser misturados em conjunto (6) fazendo uma camada única.

Uma célula electroquímica para medidas localizadas inclui o microeléctrodo selectivo de iões da invenção apresentada e um eléctrodo de referência. São utilizáveis mini-eléctrodos de referência convencionais (por exemplo, o eléctrodo de Ag / AgCl de diâmetro de aproximadamente 1 mm) para as medidas por técnicas localizadas. Não é necessária qualquer miniaturização adicional do eléctrodo de referência devido ao volume total da solução e à área em estudo pelas técnicas localizadas mencionadas. 11

Depois da calibração preliminar a diferença de potencial entre o eléctrodo de trabalho, que é o microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido da invenção apresentada, e a referência que é o mini eléctrodo, é uma função da actividade local (concentração) do ião primário. Os eléctrodos da invenção apresentada são aplicáveis para medidas potenciométricas localizadas nos modos de varrimento tridimensional do gradiente, varrimento bidimensional do plano, perfil vertical ou horizontal, medidas de um ponto ou qualquer outra medida ponto a ponto da actividade dos iões, em particular para SIET, SECM, MIFE e outras técnicas localizadas.

As camadas do polímero condutor e da membrana selectiva de iões baseada em polímeros podem facilmente ser retiradas dos substratos condutores por solvente apropriado (THF no caso da membrana baseada em PVC e POT como um polímero condutor). A agitação ultra-sónica do solvente facilita o procedimento de dissolução do polímero. Tal procedimento permite a reciclagem dos microeléctrodos isolados com as pontas revestidas a ouro.

Assim, para ser implementada, a miniaturização do eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido requer soluções técnicas específicas: - Um eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido é miniaturizado através da utilização de um substrato condutor isolado em forma de agulha com o ápice da ponta exposto. Esse desenho original fornece um ponto de medição de tamanho micro e um suporte condutor rígido de forma a colocar o ponto de medição no local de interesse. - É desenvolvido um procedimento de deposição por "imersão horizontal" para aplicação das camadas de polímero condutor 12 e da membrana selectiva de iões. Este procedimento é controlado por um conjunto de ferramentas que incluem um microscópio óptico, dois micro manipuladores e um capilar transparente. A exactidão deste procedimento é essencial para fazer camadas funcionais sem qualquer defeito -polímeros condutores e membranas selectivas de iões - e, por outro lado, para produzir o eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido durável da invenção apresentada. A concentração dos componentes, viscosidade e volatilidade (como uma propriedade do solvente) das soluções de ambas as camadas funcionais são optimizadas de forma a serem apropriadas para a produção de um ponto de medição igual ou inferior a 10 micrómetros. 0 microeléctrodo da invenção apresentada difere em termos de construção e de princípios de produção dos eléctrodos selectivo de iões de contacto sólido tradicionais. Da mesma forma, o novo desenho de microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido da invenção apresentada tem novas funcionalidades, em particular, a sua aplicação para (varrimento) medidas electroquímicas localizadas (como SIET, SECM, MIFE, SERIS) onde os eléctrodos tradicionais não podem ser utilizados devido ao seu tamanho. O tamanho da parte sensível da sonda (microeléctrodo) predetermina a resolução de todas as técnicas localizadas listadas acima. Além disso, o pequeno tamanho e a rigidez do microeléctrodo da invenção apresentada permitem a penetração do microeléctrodo através dos tecidos biológicos.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS E DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS

Os microeléctrodos em forma de agulha comercialmente disponíveis que incluem tanto o aço inoxidável ou a liga de tungsténio ou de platina - irídio como um substrato rígido 13 foram utilizados para produção dos exemplos de funcionamento da invenção apresentada. Estes substratos foram isolados com Paraleno C excepto o ápice da ponta da extremidade cónica revestida com ouro.

As figuras em anexo representam formas de realização preferidas que têm o propósito de adicionar esclarecimento e não devem, de qualquer forma, ser interpretadas como limitativas.

Fig. 1: mostra um possível desenho esquemático (exemplo de funcionamento) do microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido da invenção apresentada.

Fig. 2: apresenta a microfotografia óptica para o princípio do procedimento de revestimento por imersão para a preparação dos microeléctrodos da invenção apresentada.

Fig. 3: é a representação SEM / EDS do ápice da ponta do microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido da invenção apresentada.

Fig. 4: apresenta a curva de calibração para o pH do microeléctrodo selectivo de contacto sólido da invenção apresentada.

Fig. 5: mostra os resultados das medidas potenciométricas feitas pelo microeléctrodo selectivo de H+ de contacto sólido da invenção apresentada na forma de mapa sobre a superfície de fios de AI e Cu ligados, encastrados num suporte não condutor. 14

Fig. 6: apresenta a curva de calibração para o microeléctrodo selectivo de Mg de contacto sólido da invenção apresentada.

Fig. 7: mostra os resultados do perfil horizontal obtidos sobre uma fonte de Mg2+ (capilar de vidro) instalada num suporte de epóxido polido. A Fig. 1 mostra a representação esquemática de um exemplo em funcionamento do microeléctrodo relativo à invenção. 0 substrato condutor em forma de agulha (1) termina num conector (2) no terminal e num ápice afiado exposto da ponta cónica (3) na outra extremidade. De preferência o substrato condutor é feito de metal de forma a assegurar a rigidez da extremidade de prova para as medidas em varrimento ou para a penetração através do tecido ou da célula para aplicações biológicas no próprio local. A sonda condutora é revestida com uma camada fina de isolador (4) excepto o ápice afiado da extremidade cónica. 0 ápice não isolada da extremidade cónica (3) é revestido com uma camada de ouro (5) e coberta com a camada interior do polímero condutor (6). A camada interior do polímero condutor é completamente coberta pela camada exterior da membrana selectiva de iões (7). Dessa forma a totalidade do ponto de medição do microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido é igual ou inferior a 10 micrómetros. A Fig. 2 mostra o princípio para aplicação do polímero condutor e da membrana selectiva de iões no ápice exposto da ponta cónica. O princípio tem alguns elementos em comum com o procedimento de enchimento da extremidade dos microeléctrodos capilares de vidro, com o cocktail selectivo de iões líquido. Um micro capilar de vidro (8) 15 com um diâmetro da ponta à volta de 50 - 300 micrómetros é enchido com a solução de POT ou da membrana selectiva de iões. A deposição é executada através da imersão horizontal do ápice da ponta não isolado (9) do eléctrodo (10) na solução do polimero condutor ou da membrana selectiva de iões com dois micro manipuladores 3D. O procedimento de imersão é controlado pelo microscópio óptico com lentes de focagem longa. Se a concentração de POT e de PVC nas soluções for elevada (1% e 2% em peso respectivamente) os solventes altamente voláteis como o clorofórmio (como solvente do POT) e o tetrahidrofurano (como solvente do PVC) devem ser substituídos por solventes menos voláteis. Se não, origina-se uma obstrução permanente na extremidade do capilar de vidro (8) devido à rápida evaporação do solvente. O Xileno ou a mistura 3: 2 vol. de tetrahidrofurano e de ciclohexanona é utilizada para a preparação da solução do POT. As membranas baseadas em PVC são preparadas em ciclohexanona para os microeléctrodos da invenção apresentada. O volume de solução de POT e de PVC aplicado para cada membrana está na escala dos 0,02 - 5 nanolitros. A Fig. 3 mostra as imagens SEM/EDS da extremidade cónica do microeléctrodo selectivo de iões de contacto sólido com camadas depositadas de polímero condutor e de membrana selectiva de iões. (11) imagem de electrões secundários da ponta; imagens de EDS que mostram a distribuição elementar da (12) Pt como o elemento do substrato metálico; (13) Au; (14) S como o elemento do polímero condutor, poli(3-octiltiofeno); (15) Cl como o elemento do isolador (Parileno C) e o elemento da membrana selectiva de iões composta pelo policloreto de vinilo como matriz. 16 A Fig.4 apresenta a curva de calibração para o pH do microeléctrodo selectivo de contacto sólido da invenção apresentada. A camada de polímero condutor, POT, foi aplicada na extremidade cónica revestida a ouro do substrato rígido de Pt/Ir. A membrana sensitiva de iões para o microeléctrodo selectivo de H+ de contacto sólida é composta por 1 - 50%, em particular por 25% em peso de policloreto de vinilo, por 1 - 30%, em particular por 10% em peso de ionóforo de hidrogénio I-tridodecilamina, por 1 97%, em particular por 63% em peso de éter 2-nitrofeniloctilo e por 1 - 30%, em particular por 2% em peso de (4-clorofenil)borato tetra de potássio. Esta membrana foi aplicada na camada do polímero condutor. Os microeléctrodos foram calibrados antes de cada experiência através da utilização de soluções comerciais de tampão do pH com um electrólito suporte de NaCl 0,01 Μ. A escala linear da resposta do pH é de 5,3 - 12,2 com a inclinação da regressão linear igual a 55,0 ±0,6 mV. A Fig. 5 mostra os resultados das medidas da distribuição local de pH (17) pelo microeléctrodo sensível ao pH de contacto sólido, de acordo com a invenção, que faz o varrimento da superfície de fios de alumínio e cobre ligados, encastrados na resina epóxi não condutora (18) . Os resultados apresentados foram obtidos através da utilização do instrumento de SIET produzido pela empresa Applicable Electronics Inc. (EUA) . 0 mapa de pH foi obtido depois de aproximadamente 30 horas de imersão da amostra na solução de NaCl 0,01 Μ. A actividade local de H+ foi obtida a aproximadamente 10 pm acima da superfície numa grelha de 30 x 30. Esta grelha gera 900 pontos de dados. Para esse mapa foi utilizado um esquema de medida movimento-espera. O tempo para obtenção para cada ponto de dados era de 1 s, 17 tendo como resultado um tempo total de varrimento de aproximadamente 20 minutos que também inclui o tempo para que o eléctrodo se movesse de ponto para ponto. São visíveis as regiões bem definidas da reacção catódica com a alcalinização da solução (19) sobre o cobre (20) e a dissolução anódica do alumínio (21) com a acidificação local da solução (22) . A região catódica corresponde à reacção da redução do protão,

2H20+2e~ -> 20fT+H2T com alcalinização local da solução até um pH de 9,6 (19). A ligeira diminuição do pH na região anódica, até 4,8 (22), pode ser atribuída à reacção de dissolução do AI e à hidrólise: AI + nH20 -> AI (OH) n(3_n)+ + nH+ +3e~, n = 1-3. A Fig.6 apresenta a curva de calibração para o microeléctrodo selectivo de Mg de contacto sólido da invenção apresentada. A camada de polímero condutor, POT, foi aplicada na extremidade cónica revestida a ouro exposta do substrato rígido isolado de Pt/Ir. A membrana sensitiva de iões do eléctrodo selectivo de Mg2+ é composta por 1 -50%, em particular por 30,3% em peso de policloreto de vinilo, por 1 - 96%, em particular por 43,2% em peso de éter de 2-nitrofeniloctilo, por 1 - 40%, em particular por 17,4% em peso de cloroparafina, por 1-30%, em particular por 7,0% em peso de ionóforo II de magnésio - ETH 5214 (N,N''- octametileno-bis (N-heptil-N-metil-metilmalonamida) e por 1-30%, em particular por 2,1% em peso de (4-clorofenil)borato tetra de potássio. Esta membrana foi aplicada na camada do polímero condutor. A escala linear da 18 resposta do pMg é de 1,7 - 6,3 com a inclinação da regressão linear de 29,6 ±0,4 mV. A Fig.7 mostra uma microfotografia óptica (24) e os resultados (-log Mg2+) (25) do perfil horizontal obtido sobre um capilar de vidro cheio com o ágar estabilizado de MgCl2 0,01 M (26) e instalado no suporte polido feito de resina epóxida (27). O perfil de pMg apresentado (25) foi obtido a aproximadamente 15 pm acima da superfície da fonte de Mg2+ (26) . Para as medições lineares acima da linha branca foi utilizado um esquema de medida movimento-espera (28). 0 tempo de obtenção para cada ponto de dados foi de 3 s. As medidas foram feitas numa solução aquosa de NaCl 0,01 M.

Embora a invenção seja descrita com formas de realização preferidas, é claro que, para os peritos na matéria, poderão ser evidentes. Assim sendo, a descrição acima indicada serve mais como ilustração do que como limitação.

REFERÊNCIAS

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[9] R. E. Gyurcsanyi, A-S. Nyback, K. Toth, G. Nagy, A. Ivaska Analyst 123, 1998,1339-1344.

[10] G. Gyetvai, S. Sundblom, L. Nagy, A. Ivaska, G. Nagy Electroanalysis 19, 2007, 1116-1122.

[11] US 20030217920 S. Peper, Y. Qin, E. Bakker. Pub. Nov. 27, 2003.

[12] US 7226563 B2, E. Bakker, Y. Qin. 5 Junho 2007.

[13] N. Rubinova, K. Chumbimuni-Torres, E. Bakker Sensors and Actuators B 121, 2007, 135-141.

[14] US 20080149501, M. Heule, E. Pretsch, T. Vigassy. Pub. 26 Junho 2008.

[15] WO 2008/039320 Al, A. Hermans, M.R. Wightman. Pub. 3 Abril 2008. 20 [16] P. Buhlmann, Ε. Pretsch, E.Bakker Chem. Rev. 98, 1998, 1593-1687.

Lisboa, 31 de Dezembro de 2009

Claims (22)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido caracterizado por incluir: a. um substrato rígido electricamente condutor em forma de agulha (1); b. uma camada de isolamento (4), excepto na extremidade do referido substrato (3); c. uma camada electricamente condutora (6), aplicada na extremidade exposta do referido substrato (3); d. uma camada da membrana selectiva de iões (7), aplicada sobre a camada electricamente condutora (6) ou misturada com a camada electricamente condutora (6) fazendo de facto uma única camada.

2. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o substrato condutor rígido incluir uma ou uma combinação de dois ou mais do seguinte: ouro, aço, tungsténio, prata, platina, irídio, ligas de metálicas e fibra de carbono.

3. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a camada de isolamento incluir Parileno C.

4. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a camada electricamente condutora incluir um ou uma combinação de dois ou mais do seguinte: nanotubos de carbono, fulerenos e a rede formada por nano-partículas electrocondutoras auto montadas (self-assembling). 2

5. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a camada electricamente condutora incluir um ou uma combinação de dois ou mais dos seguintes polímeros condutores de electricidade: polímero hidrofóbico; poli(tiofeno); poli(3-octiltiofeno), POT; poli(3,4-dioctiltiofeno); poli(3-metiltiofeno); poli(dodeciltiofeno); poli(3,4-etilenodioxitiofeno), PEDOT; poli(anilina) e os seus derivados; poli(anisidina); poli(o-fenilendiamina); poli(N-fenilglicina); poli(a-naftilamina); poli(o-aminofenol); poli(pirrolo) e os seus derivados; poli(metilpirrolo); e poli(l-hexil-3,4-dimetilpirrolo).

6. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a camada da membrana selectiva de iões incluir um ou uma combinação de dois ou mais dos seguintes: policloreto de vinilo, PVC; acrilato; metacrilato; polímero ou co-polímero de dimetacrilato; copolímero de metilmetacrilato- decilmetacrilato); borracha de silicone; poliuretanos; e per-fluorpolimeros.

7. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por a camada da membrana selectiva de iões baseada em polímeros ainda incluir um ou uma combinação de dois ou mais dos seguintes: ionóforo, permutador de iões lipofílico e plastificante de polímero.

8. Eléctrodo selectivo de iões de contacto permanente de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a extremidade não isolada do substrato condutor em forma de agulha ser revestida com uma camada de ouro (5) antes 3 das camadas electricamente condutoras (6) e da membrana selectiva de iões (7).

9. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por a referida camada de ouro (5) ter 200-2000 nanómetros de espessura.

10. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com qualquer uma das duas reivindicações anteriores caracterizado por o polímero electricamente condutor conter enxofre na sua estrutura.

11. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por o ponto de medição do eléctrodo ser igual ou inferior a 10 micrómetros.

12. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por a extremidade não isolada do substrato condutor em forma de agulha ter um comprimento de 0,5-8 micrómetros.

13. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por o diâmetro do referido substrato condutor em forma de agulha em conjunto com a camada de isolamento estar na escala de 20-300 micrómetros.

14. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por a membrana sensitiva de iões para um eléctrodo selectivo de Mg2+ incluir 1-50%, em particular 30,3% em peso de policloreto de vinilo, 1-96%, em particular 4 43,2% em peso de éter de 2 - nitrofeniloctilo, 1 - 40%, em particular por 17,4% em peso de cloroparafina, 1 - 30%, em particular 7,0% em peso de ionóforo II de magnésio - ETH 5214 (N,N''-octametileno-bis (N-heptil-N-metil-metilmalonamida) e 1 - 30%, em particular 2,1% em peso de (4-clorofenil)borato tetra de potássio.

15. Eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por a membrana sensitiva de iões para o eléctrodo selectivo de H+ incluir 1 - 50%, em particular 25% em peso de policloreto de vinilo, 1 - 30%, em particular 10% em peso de ionóforo de hidrogénio I tridodecilamina; 1 - 97%, em particular 63% em peso de éter de 2- nitrofeniloctilo; e 1 - 30%, em particular 2% em peso de (4-clorofenil)borato tetra de potássio.

16. Método para produção de medidas de ponto a ponto caracterizado por utilizar o eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de qualquer uma das reivindicações precedentes.

17. Método para produção de medidas de ponto a ponto de acordo com a reivindicação 16 caracterizado por o referido método ser um dos seguintes SECM, Microscopia Electroquimica de Varrimento, ou SIET, Técnica do Eléctrodo Selectivo de iões, ou MIFE, Estimativa do Fluxo de Iões do Microeléctrodo.

18. Método para produção do eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido caracterizado por: a. um substrato rígido condutor de electricidade em forma de agulha ser revestido por uma camada de 5 isolamento, excepto na extremidade do referido substrato; b. à extremidade exposta do referido substrato ser aplicada uma camada electricamente condutora; c. ser aplicada sobre a camada electricamente condutora uma membrana sensitiva de iões.

19. Método para produção do eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 18 caracterizado por a camada electricamente condutora ser o polímero condutor que é aplicado directamente a partir da solução, por moldagem por imersão, e por ser polimerizado no próprio local, ou em alternativa, a camada interna do polímero condutor ser produzida no substrato electricamente condutor por electropolimerização.

20. Método para produção do eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 18 caracterizado por a membrana sensitiva de iões ser aplicada por revestimento por imersão.

21. Método para produção do eléctrodo selectivo de iões de contacto sólido de acordo com a reivindicação 18 caracterizado por serem utilizados Xileno ou uma mistura 3:2 em volume de tetrahidrofurano e de ciclohexanona para a preparação de uma solução de poli (3-octiltiofeno), POT, solução para a camada electricamente condutora e em que a membrana à base de policloreto de vinilo, PVC, é preparada com ciclohexanona para a membrana selectiva de iões, em que o volume de solução de POT e de PVC aplicada para cada membrana está na escala dos 0,02 - 5 nanolitros. 6

22. Método para produção do eléctrodo selectivo de iões contacto sólido de acordo com a reivindicação 18 caracterizado por a membrana sensitiva de iões e a camada electricamente condutora serem aplicadas por um capilar de vidro (8) por meio do imersão horizontal da extremidade não isolada (9) do eléctrodo (10) na solução. Lisboa, 13 de Maio de 2010