用于增强神经化学检测的金纳米粒子改性碳纤维微电极

Summary

在这项研究中,我们用金纳米粒子修改碳纤维微电极,以提高神经递质检测的灵敏度。

Abstract

30多年来,碳纤维微电极(CFMEs)一直是神经递质检测的标准。通常,碳纤维被吸进玻璃毛细血管,拉到细锥体,然后用环氧树脂密封,以创建用于快速扫描循环伏特测量测试的电极材料。不过,使用裸粮和公司有几个限制。首先,碳纤维主要含有基平面碳,其表面积相对较低,灵敏度低于其他纳米材料。此外,石墨碳受其时间分辨率和相对较低的导电性的限制。最后,已知神经化学和大分子在碳电极表面结垢,形成非导电聚合物,阻止进一步的神经递质吸附。在这项研究中,我们用金纳米粒子修改CFME,通过快速扫描循环伏特测量来增强神经化学测试。Au³⁺是从胶体溶液电镀或浸渍到CFM表面的。由于黄金是一种稳定且相对惰性的金属,是神经化学分析测量的理想电极材料。金纳米粒子改性(AuNP-CFMEs)对多巴胺反应的稳定性超过4小时。此外,AuNP-CFME 表现出比未改性 CFM 更高的灵敏度(循环伏象图的峰值氧化电流)和更快的电子转移动力学(较低 +_EP或峰值分离)。AuNP-CFMEs 的发展为在检测的较低限度下检测多巴胺浓度和其他神经化学品的快速变化提供了新型电化学传感器的创建。这项工作在增强神经化学测量方面有着巨大的应用。金纳米粒子改性CFM的产生对于开发新型电极传感器以检测啮齿动物体内的神经递质至关重要,研究药物滥用、抑郁、中风、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺血、缺和其他行为和疾病状态。

Introduction

碳纤维微电极(CFMEs)1最好用作生物传感器,用于检测几个关键神经递质2的氧化,包括多巴胺3、去甲肾上腺素4、血清素5、腺苷6、组胺7,和其他人8。碳纤维的生物相容性和尺寸使它们最适合植入,因为与较大的标准电极相比,可减轻组织损伤。⁹ CME 已知具有有用的电化学特性,并且能够快速测量时使用快速电化学技术,最常见的快速扫描循环伏特测量 (FSCV)^10,11。FSCV是一种技术,扫描应用电位快速,并提供特定的循环伏象图的特定分析物12,13。快速扫描产生的大充电电流在碳纤维上稳定,可以背景减去以产生特定的环伏图。

由于其最优的电化学和神经生物学的重要性,多巴胺得到了广泛的研究。儿茶酚胺多巴胺是一种重要的化学信使,在神经....

Protocol

1. 碳纤维微电极的建造

1. 碳纤维的制备
   1. 要创建碳纤维微电极,首先使用手、手套和铲子逐一分离碳纤维(碳纤维,直径 7 mm)。
   2. 从扭曲的纱线中拉出或拉一根纤维。
   3. 将分离的碳纤维吸入玻璃毛细管(单桶硼硅酸盐毛细管玻璃,无微丝,外径 1.2 mm,内径 0.68 mm)。
   4. 通过切割一块长约 10 厘米 x 25 厘米宽的纸板,为电极创建电极支架。
2. 使用垂直毛细管拉拔器拉动电极。
3. 打开垂直毛细管拉拔器的滑动门。
4. 通过逆时针旋转钻头,并有足够的空间插入玻璃毛细管,松开并拆下金属支架杆。
5. 将玻璃毛细管插入电极支架。手动将玻璃毛细管举到垂直毛细管的顶部。
6. 顺时针用钻头拧紧玻璃毛细管,而不会打碎或打碎玻璃毛细血管。
7. 调整加热器 1、加热器 2 和磁铁设置,以便制造商建议将玻璃毛细管拉到电极材料的精细片中。
8. 按下红色启动按钮加热盘绕线圈,通过压力、重力和加热来拉动电极。
9. 让盘绕线圈从红色热状态冷却。用剪刀将两个拉电极从上到下连接起来,切割碳纤维。使用钻夹方法沿逆时针方向旋转,将玻璃毛细管从垂直毛细管拉拔器上拆下。

2. 碳纤维微电极制备

1. 在....

Results

在图1中,我们显示了一个原理图,其中FSCV测试用于测量体外神经递质的浓度。图 1显示了应用的多巴胺波形。三角形波形扫描从 -0.4 V 到 1.3 V 在 400 V/s。在图的左侧的第二部分,它显示多巴胺氧化多巴胺-正射奎酮(DOQ),从麻醉剂表面到电极表面的两个电子转移过程。最后,当前与时间图的叠加与颜色图叠加。当前与时间图是多巴胺氧化的表示形式。当没有多巴胺氧化时,它是平的,当多巴胺被氧化为多巴胺-正骨素时垂直上升,然后从电极表面还原到多巴胺作为酶体吸附剂,然后从电极表面分离。颜色图是电流的三维图。黄色电流是背景电流(接近零),而绿色图是正氧化电流(多巴胺氧化到多巴胺正骨),蓝色图是负还原电流(多巴胺正奎酮还原多巴胺)。

SEM 用于成像裸碳电极和改性碳电极的表面特征。在图2

Discussion

在这项研究中,我们演示了一种利用快速扫描循环伏位测量来检测神经递质(如多巴胺)的金纳米粒子改性碳纤维微电极的新方法。该方法是提高生物分子检测灵敏度的一种高效、绿色、相对廉价的方法。沉积在碳纤维表面的金的厚度可以通过电镀时间和电极液中黄金的浓度加以控制。除更快的电子转移动力学外,金改用碳纤维微电极的电活性表面积明显高于裸电极。与裸露的未改性电极材料相比,它们具有更高的灵敏度和较低的检测限制。此外,在流动单元中测试至少 4 小时时,电极对多巴胺检测表现出稳定性。在指示电极表面吸附控制的金改性碳纤维电极的扫描速率和浓度方面,多巴胺检测的峰值氧化电流存在线性响应。

该协议的关键步骤包括用垂直毛细管拉拔器拉取碳纤维微电极,并使用环氧树脂实现玻璃毛细管和碳纤维之间的界面粘附。此外,在电极放置碳纤维表面时,在电极表面有薄薄的均匀涂层与将多余的黄金沉积到碳纤维表面之间保持平衡,这一点相当具有挑战性。电极,这将阻碍通过噪声和信号过载进行神经递质检测。修改和排除方法包括优化电位方法,包括时间和浓度。应该利用不同的金源(AuCl 3,HAuCl₄和其他黄金水合物)来进行这些实验。<.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
盐酸多巴胺	Sigma Aldrich	H8502-5G
磷酸盐缓冲盐水	Sigma Aldrich	P5493-1L
Pine WaveNeuro 恒电位仪	Pine 仪器	NEC-WN-BASIC	此订单与所有其他配件一起批量提供，如头部、适配器、电线和其他电子设备
Pine 流通池和显微作器	Pine 仪器	NEC-FLOW-1	这也是另一个批量订单，包括显微作器、流通池、旋钮、管道、连接器等。
玻璃-毛细管	A-M 系统	602500
T-650 碳纤维	Goodfellow	C 005711
Epon 828 环氧树脂	Miller-Stephenson	EPON 828 TDS
二烯三胺	Sigma Aldrich	D93856-5ML
氯化金 （III） 氯化金	Sigma Aldrich	254169	提供 HAuCl4 或 AuCl3
pH 计	Fisher	S90528
法拉第笼	AMETEK TMC	81-334-03
注射泵	NEW ERA PUMP	NE-1000
Eppendorf 移液器和吸头	Eppendorf	2231000222	这也是一个批量订单，包含多个移液器和吸头
10 -1,000 mL 烧杯	VWR	10536-390
碳纤维	Goodfellow	C 005711
SEM	JEOL	JSM-IT100