umu.sePublikationer
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Electrochemical investigations on lipid cubic phases
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Kemiska institutionen. (Britta Sethson)ORCID-id: 0000-0003-1578-8825
2017 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was used to develop a novel methodology for studying ionic interaction with lipids arranged in a lipid cubic phase (LCP). Studying different types of ions, both cations and anions, validated the method. A free-standing LCP membrane was formed between two cell compartments and impedance experiments were carried out in a 2-electrode setup to estimate dielectric properties of the membrane, exposed to the following electrolyte solutions at different concentrations: KCl, CsBr, CaCl2, MgCl2, CsCl, NaCl, NaOAc and NaTryptophan. Two different LCP were used in this setup, i.e: Monoloein/water and the ternary system of monoolein/dioleoylphosphatidylcholine/water (MO/DOPC/H2O). SAXRD measurements were performed to determine the space group of the cubic phase and confirm the stability of the LCP during measurements.

Membrane resistances and capacitances were found from equivalent circuit fitting to the impedance data. The membrane resistance was shown to be related to ionic interaction with the lipid head group in the water channels of the LCP. Membrane capacitance were correlating to condensing and swelling effect of LCP due to the exposure of ions. The results correlated well with the SAXRD results and earlier published data.

The results also indicate that these membranes become less permeable to ions as they increase in size as well as in charge or polarity. 

Cyclic voltammetry was used to study the applications of a LCP for modification of the bioanode in a biofuel cell. The monoolein cubic phase was used to host Glucose oxidase (GOx) and a freely diffusing ferrocene carboxylate was used as mediator. The supported cubic phase had an intrinsic resistance in the same order of magnitude as the freestanding MO-LCP membrane as measured with EIS.

Abstract [sv]

Elektrokemisk impedans spektroskopi har använts för att utveckla en ny metod för att studera joners växelverkan med lipider som bildat en kubisk fas. Olika typer av joner, både positiva och negativa, användes för att validera metoden. Ett fristående membran uppbyggt av en kubisk fas separerade två avdelningar i en elektrokemisk cell. Cellen fylldes med elektrolyt-lösningar och impedansmätningar kunde utföras mellan två platina elektroder placerade i vardera avdelning. Membranet exponerades för följande elektrolytlösningar av olika koncentration: KCl, CsBr, CaCl2, MgCl2, CsCl, NaCl, NaOAc and NaTryptofan. Två olika kubiska faser användes i denna uppställning, dvs: Monoloein/vatten och det ternära systemet monoolein/dioleoylfosfatidylkolin/vatten(MO/DOPC/H2O). Med hjälp av SAXRD kunde den kubiska fasens kristallstruktur bestämmas och dess stabilitet under mätningarna bekräftas. De dielektriska egenskaperna hos membranet bestämdes genom att anpassa impedansspektrat till en ekvivalent krets bestående av resistanser, kapacitanser och konstant-faselement. Membranresistansen visade sig vara relaterad till jonernas växelverkan med lipidhuvudgruppen i vattenkanalerna i kubiska fasen. Ju starkare växelverkan desto högre var resistansen. Membrankapacitansen kunde korreleras med kondenserande och uppsvällande effekter på kubiska fasen förorsakade av exponeringen till joner. Resultaten bekräftades av SAXRD mätningar och även tidigare publicerade data. Resultaten indikerar också tydligt att permeabiliteten hos membranet minskar med ökad jonstorlek, jonladdningoch polaritet hos jonen. Cyklisk voltammetri användes för att studera en tillämpning av kubiska fasen i en tänkt applikation som bioanod i en biobränslecell. Elektroden modifierades med en kubisk fas innehållande GOx och tillsammans med en fritt diffunderande ferrocen karboxylat som mediator, där oxidation av glukos studeras. Det visade sig att den kubiska fasen hade en resistans av samma storleksordning som det fristående membranet uppmätt med impedansspektroskopi.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Umeå: Umeå University , 2017. , s. 46
Nyckelord [en]
Monoolein, Electrochemical Impedance Spectroscopy, lipid cubic phase, ionic interaction, biofuel cell
Nationell ämneskategori
Fysikalisk kemi
Forskningsämne
fysikalisk kemi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:umu:diva-130174ISBN: 978-91-7601-660-2 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:umu-130174DiVA, id: diva2:1064969
Disputation
2017-02-08, Stora hörsalen KBE303, KBC-huset, Umeå, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2017-01-25 Skapad: 2017-01-13 Senast uppdaterad: 2018-06-09Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. Investigation of metal ion interaction with a lipid cubic phase using electrochemical impedance spectroscopy
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Investigation of metal ion interaction with a lipid cubic phase using electrochemical impedance spectroscopy
Visa övriga...
2016 (Engelska)Ingår i: Journal of Colloid and Interface Science, ISSN 0021-9797, E-ISSN 1095-7103, Vol. 482, s. 212-220Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

AbstractHypothesis Electrochemical impedance spectroscopy, EIS, can be used as a complementary technique to investigate ion interaction with the headgroup region in the aqueous channels of a lipid cubic phase, LCP. Experiments A freestanding membrane made of monoolein LCP was formed by filling a small aperture that separates two cell compartments. The cell compartments were filled with electrolyte solutions at two different ionic strengths: i.e.: 10 and 100 mM, of KCl, CsBr and CaCl2. Electrochemical impedance spectroscopy was recorded between two platinum electrodes that were present at each side of the membrane. Findings The membrane resistance and capacitance were estimated from equivalent circuit fitting of the impedance data. It was confirmed that calcium ions interacts strongly with the headgroup region in the aqueous channels giving significantly higher membrane resistances compared to monovalent alkali metal ions. The membrane capacitance with Ca2+(aq) in solution was concentration dependent, which for the first time indicates formation of two different cubic phases at these conditions.

Nyckelord
Lipid cubic phase, Electrochemical impedance spectroscopy, Monoolein, Lipid–ion interactions, Calcium, Cesium, Potassium, Ionic permeability, Membrane resistance, Membrane capacitance
Nationell ämneskategori
Kemi
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-124993 (URN)10.1016/j.jcis.2016.07.053 (DOI)000383305700025 ()27505274 (PubMedID)
Tillgänglig från: 2016-09-01 Skapad: 2016-09-01 Senast uppdaterad: 2018-06-07Bibliografiskt granskad
2. Cationic Interaction with Phosphatidylcholine in a lipid cubic phase studied with electrochemical impedance spectroscopy and Small Angle X-ray Scattering
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Cationic Interaction with Phosphatidylcholine in a lipid cubic phase studied with electrochemical impedance spectroscopy and Small Angle X-ray Scattering
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Nationell ämneskategori
Kemi
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-130581 (URN)
Tillgänglig från: 2017-01-24 Skapad: 2017-01-24 Senast uppdaterad: 2018-06-09
3. Aspects on mediated glucose oxidation at a supported cubic phase
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Aspects on mediated glucose oxidation at a supported cubic phase
2017 (Engelska)Ingår i: Bioelectrochemistry, ISSN 1567-5394, E-ISSN 1878-562X, Vol. 118, s. 8-13Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

A supported liquid crystalline cubic phase housing glucose oxidase on an electrode surface has been suggested as bio-anode in a biofuel. The purpose of this investigation is to clarify some aspect on the mediated enzymatic oxidation of glucose in such a bio-anode where the mediator ferrocene-carboxylic acid and glucose were dissolved in the solution. The enzyme glucose oxidase was housed in the water channels of the mono-olein cubic phase. The system was investigated with cyclic voltammetry at different scan rates and the temperature was varied between 15 degrees C and 30 degrees C. The diffusion coefficient of the mediator and also the film resistance was estimated showing a large decrease in the mass-transport properties as the temperature was decreased. The current from mediated oxidation of glucose at the electrode surface increased with decreasing film thickness. The transport of the mediator in the cubic phase was the rate-limiting step in the overall reaction, where the oxidation of glucose took place at the outer surface of the cubic phase.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Elsevier, 2017
Nyckelord
Enzymatic biofuel cells, Lipid cubic phase, Liquid-crystal, Monoolein, Glucose oxidase, Ferrocene-carboxylic acid
Nationell ämneskategori
Materialkemi Fysikalisk kemi
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-130584 (URN)10.1016/j.bioelechem.2017.06.010 (DOI)000412258800002 ()28672274 (PubMedID)
Anmärkning

Originally included in thesis in manuscript form.

Tillgänglig från: 2017-01-24 Skapad: 2017-01-24 Senast uppdaterad: 2018-06-09Bibliografiskt granskad
4. Interactions of anions with lipid cubic phase membranes, an electrochemical impedance study
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Interactions of anions with lipid cubic phase membranes, an electrochemical impedance study
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Nationell ämneskategori
Kemi
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-130585 (URN)
Tillgänglig från: 2017-01-24 Skapad: 2017-01-24 Senast uppdaterad: 2018-06-09

Open Access i DiVA

fulltext(1296 kB)154 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 1296 kBChecksumma SHA-512
7fb1fbff4dbb64d69e8a0d7b88e76883d707f155c223cb42235b81b54ae2bdcd938009a47ceae90bc484c9e0a7eb9b12e7780f3cb10f7b7aaaa1e667bed60376
Typ fulltextMimetyp application/pdf
spikblad(74 kB)12 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT02.pdfFilstorlek 74 kBChecksumma SHA-512
4a4955cb706957a71276404c9dd2aee98abac29eba8c01bcc1553886e05be62a2ae881a4f685a8407032b0e811e21bbe1ef4ab1ecd06bb40c9765b485c2b245a
Typ spikbladMimetyp application/pdf

Personposter BETA

Khani Meynaq, Mohammad Yaser

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Khani Meynaq, Mohammad Yaser
Av organisationen
Kemiska institutionen
Fysikalisk kemi

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 166 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

isbn
urn-nbn
Totalt: 327 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf