Volatile organic compounds (VOCs) released by plants are closely associated with plant metabolism and can serve as biomarkers for disease diagnosis. Huanglongbing (HLB), also known as citrus greening or yellow shoot disease, is a lethal threat to the multi-billion-dollar citrus industry. Early detection of HLB is vital for removal of susceptible citrus trees and containment of the disease. Gas sensors are applied to monitor the air quality or toxic gases owing to their low-cost fabrication, smooth operation, and possible miniaturization. Here, we report on the development, characterization, and application of electrical biosensor arrays based on single-walled carbon nanotubes (SWNTs) decorated with single-stranded DNA (ssDNA) for the detection of four VOCs—ethylhexanol, linalool, tetradecene, and phenylacetaldehyde—that serve as secondary biomarkers for detection of infected citrus trees during the asymptomatic stage. SWNTs were noncovalently functionalized with ssDNA using π–π interaction between the nucleotide and sidewall of SWNTs. The resulting ssDNA-SWNT hybrid structure and device properties were investigated using Raman spectroscopy, ultraviolet (UV) spectroscopy, and electrical measurements. To monitor changes in the four VOCs, gas biosensor arrays consisting of bare SWNTs before and after being decorated with different ssDNA were employed to determine the different concentrations of the four VOCs. The data was processed using principal component analysis (PCA) and neural net fitting (NNF).

In this paper, bismuth subcarbonate (BiO)₂CO₃-reduced graphene oxide nanocomposite incorporated in Nafion matrix ((BiO)₂CO₃-rGO-Nafion) was synthesized and further applied, for the first time, in the sensitive detection of Pb(II) and Cd(II) by square-wave anodic stripping voltammetry (SWASV). The as-synthesized nanocomposites were characterized by energy-dispersive spectroscopy (EDS), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), cyclic voltammetry (CV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). (BiO)₂CO₃ composite plays a key role in the improvement of the detection sensitivity, which can form multicomponent alloy with cadmium and lead. Additionally, the unique structure of rGO can enlarge the surface area and provide abundant active sites. Moreover, Nafion incorporation in the nanocomposite can effectively increase the adhesion and mechanical strength of the film, and further improve the preconcetration ability due to the cation-exchange capacity of its abundant sulfonate groups. As expected, the (BiO)₂CO₃-rGO/Nafion nanocomposite-modified glassy carbon electrode ((BiO)₂CO₃-rGO-Nafion/GCE) achieved low detection limits of 0.24 μg/L for Pb(II) and 0.16 μg/L for Cd(II), in the linear range of 1.0–60 μg/L, and showed some excellent performance, such as high stability, good selectivity, and sensitivity. Finally, synthetic water samples were prepared and further used to verify the practicability of the (BiO)₂CO₃-rGO-Nafion/GCE with satisfactory results.

En este proyecto se construyeron fotoánodos para celdas solares sensibilizadas utilizando la proteína fotoactiva bacteriorodopsina (BR). El objetivo fue utilizar la proteína como sustituyente a los colorantes comunes a base de Ru, que son costosos y tóxicos. Los sustratos se prepararon recubriendo vidrio conductor con nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs). La proteína se inmovilizó en estos sustratos para completar un fotoánodo capaz de capturar la energía solar y transformarla en energía eléctrica. Las técnicas de dropcasting (DC), funcionalización química con feniltrietoxisilano (PTES) y la sedimentación electroforética (SE) fueron optimizadas para inmovilizar la proteína. Mediante espectroscopia de absorción ultravioleta-visible (UV-Vis) se demostró que la proteína conservaba su función fotoactiva después de la inmovilización. La resistencia y tasa de transferencia de carga del fotoánodo en el electrolito fue comparada por medio de impedancia electroquímica. Para los tres métodos se encontraron valores relativamente altos (105 Ω) en comparación con datos reportados para tintes de rutenio. El desempeño de los fotoánodos preparados por DC y SE en celdas solares sensibilizadas se determinó por cronopotenciometría bajo iluminación. Se encontró que la capa molecular de PTES permite inmovilizar la proteína en periodos más cortos de tiempo pero introduce una resistencia eléctrica adicional en el sistema, por lo que no es apropiada para el sistema fotoelectroquímico estudiado. Los fotoánodos preparados por SE permite obtener el fotovoltaje más alto (16 mV) y la tasa de transferencia electrónica más veloz, mientras que usando la técnica DC se midieron fotovoltajes de tan solo 1 mV. Estas respuestas sugieren que la orientación de la proteína en el ZnO es determinante en la fotorespuesta de la celda, ya que bajo el campo eléctrico aplicado durante SE la proteína se orienta según su dipolo eléctrico, mientras en el DC, la orientación es aleatoria. En base a los resultados obtenidos, se recomienda controlar mejor el espesor de la capa de la proteína, utilizar un electrolito más afín a la naturaleza de esta biomolécula y disminuir la rugosidad de la capa de ZnO para producir fotoánodos que transformen la energía solar de forma más eficiente.

En este proyecto se construyeron fotoánodos para celdas solares sensibilizadas utilizando la proteína fotoactiva bacteriorodopsina (BR). El objetivo fue utilizar la proteína como sustituyente a los colorantes comunes a base de Ru, que son costosos y tóxicos. Los sustratos se prepararon recubriendo vidrio conductor con nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs). La proteína se inmovilizó en estos sustratos para completar un fotoánodo capaz de capturar la energía solar y transformarla en energía eléctrica. Las técnicas de dropcasting (DC), funcionalización química con feniltrietoxisilano (PTES) y la sedimentación electroforética (SE) fueron optimizadas para inmovilizar la proteína. Mediante espectroscopia de absorción ultravioleta-visible (UV-Vis) se demostró que la proteína conservaba su función fotoactiva después de la inmovilización. La resistencia y tasa de transferencia de carga del fotoánodo en el electrolito fue comparada por medio de impedancia electroquímica. Para los tres métodos se encontraron valores relativamente altos (105 Ω) en comparación con datos reportados para tintes de rutenio. El desempeño de los fotoánodos preparados por DC y SE en celdas solares sensibilizadas se determinó por cronopotenciometría bajo iluminación. Se encontró que la capa molecular de PTES permite inmovilizar la proteína en periodos más cortos de tiempo pero introduce una resistencia eléctrica adicional en el sistema, por lo que no es apropiada para el sistema fotoelectroquímico estudiado. Los fotoánodos preparados por SE permite obtener el fotovoltaje más alto (16 mV) y la tasa de transferencia electrónica más veloz, mientras que usando la técnica DC se midieron fotovoltajes de tan solo 1 mV. Estas respuestas sugieren que la orientación de la proteína en el ZnO es determinante en la fotorespuesta de la celda, ya que bajo el campo eléctrico aplicado durante SE la proteína se orienta según su dipolo eléctrico, mientras en el DC, la orientación es aleatoria. En base a los resultados obtenidos, se recomienda controlar mejor el espesor de la capa de la proteína, utilizar un electrolito más afín a la naturaleza de esta biomolécula y disminuir la rugosidad de la capa de ZnO para producir fotoánodos que transformen la energía solar de forma más eficiente.