Hollow mikro-baserede sensor for Multiplexed Transdermal Elektrokemisk Sensing
Summary
Denne artikel indeholder oplysninger om opførelse af en multiplex mikronål-baserede sensor. Indretningen bliver udviklet til in situ prøveudtagning og elektrokemisk analyse af flere analytter i en hurtig og selektiv måde. Vi forestiller klinisk medicin og biomedicinsk forskning anvender for disse mikro-baserede sensorer.
Abstract
Udviklingen af en minimalt invasiv multiplex overvågningssystem for hurtig analyse af biologisk relevante molekyler kunne tilbyde personer, der lider af kroniske medicinske tilstande facile vurdering af deres umiddelbare fysiologiske tilstand. Desuden kunne det tjene som et forskningsværktøj til undersøgelse af komplekse, multifaktoriel medicinske tilstande. For en sådan multianalyte sensor skal udnyttes, skal det være minimalt invasiv, prøveudtagning af interstitielt fluid skal forekomme uden smerte eller skade på brugeren, og analyse skal være hurtig og selektiv.
Oprindeligt udviklet til smertefri lægemiddeladministration, er mikronåle blevet anvendt til at levere vacciner og farmakologiske midler (fx insulin) gennem huden. 1-2 Da disse indretninger åbne interstitielle rum kan mikronåle, der er integreret med mikroelektroder anvendes som transdermal elektrokemiske sensorer. Selektiv detektering af glucose, glutamat, lactat, hydrogen peroxid og ascorbinsyre er blevet demonstreret ved hjælp af integrerede mikronål-elektrodeanordninger med carbonfibre, modificerede carbon pastaer og platin-coatede polymer mikronåle, der tjener som transducerende elementer. 3-7,8
Dette mikro-sensor-teknologi har muliggjort en ny og sofistikeret analytisk tilgang til in situ og samtidig påvisning af flere analytter. Multipleksing giver mulighed for at overvåge komplekse mikromiljøer, som ellers er vanskelige at karakterisere en hurtig og minimalt invasiv måde. For eksempel kunne denne teknik anvendes til samtidig monitorering af ekstracellulære niveauer af glucose, lactat og pH 9, som er vigtige metaboliske indikatorer af sygdomstilstande 7,10-14 (f.eks cancerproliferation) og anstrengelsesudløst acidose. 15
Protocol
Discussion
Flere aspekter af udformningen af denne mikronålen-baserede sensor blev anset før enhed fabrikation. For at kunne bruge denne sensor for real-time detektering, skal responstiden for sensoren være lav, i denne protokol, udstillet hver testet sensor en responstid under femten sekunder. Indsætter benyttes i denne protokol blev også valgt for deres selektivitet i in vivo-miljøer, som indeholder elektroaktive biomolekyler, der kan forstyrre elektrode svar. Ud over pastasammensætning blev drift potential…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sandia er multiprogram laboratorium, der drives af Sandia Corporation, en Lockheed Martin selskab, for Det Forenede Sagt på Department of Energy 's nationale nukleare Security Administration i henhold til kontrakt DE-AC04-94AL85000. Forfatterne anerkender støtte fra Sandia National Laboratories 'Laboratory Directed Research & Development (LDRD) program.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number |
| Flat flexible cable | Molex | 3302/10SF |
| 0.003″ Side sided tape | Melinex | |
| 0.004″ Double sided tape | Melinex | |
| Lactate oxidase | Sigma | L0638 |
| Glucose oxidase | Sigma | G7141 |
| Rhodium on carbon | Sigma | 206164 |
| Graphite powder | Sigma | 385031000 |
| poly(ethylenimine) | Acros | 178570010 |
| Mineral oil | Sigma | M5904 |
| Glucose | Sigma | G8270 |
| Lactate | Sigma | L1750 |
| Fast Blue RR salt | Sigma | F0500 |
| e-Shell 300 | EnvisionTEC | |
| e-Shell 200 | EnvisionTEC | |
| Ag/AgCl reference electrode | Basi | MF-2052 |
| Pt wire | Basi | |
| PGSTAT12 AutolabPotentiostat | EcoChemie | |
| Perfactory RP | EnvisionTEC | |
| Ottoflash Postcuring system | EnvisionTEC | |
| Phosphoric acid | Fisher | A366-4 |
| 60W Model 6.75 CO2 raster/vector laser system | Universal Laser Systems | PLS6.75 |
| CorelDraw | Corel | |
| Solidworks | Dassault Systemes | 2009 |
| Magics RP13 | Materialise |
References
- Henry, S., McAllister, D. V., Allen, M. G., Prausnitz, M. R. Microfabricated microneedles: a novel approach to transdermal drug delivery. J. Pharm. Sci. 87, 922-925 (1998).
- Prausnitz, M. R. Microneedles for transdermal drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 56, 581-587 (2004).
- Miller, P. R., Gittard, S. D., Edwards, T. L., Lopez, D. M., Xiao, X., Wheeler, D. R., Monteiro-Riviere, N. A., Brozik, S. M., Polsky, R., Narayan, R. J. Integrated carbon fiber electrodes within hollow polymer microneedles for transdermal electrochemical sensing. Biomicrofluidics. 5, 013415-013415 (2011).
- Windmiller, J. R., Zhou, N., Chuang, M. C., Valdés-Ramírez, G., Santhosh, P., Miller, P. R., Narayan, R., Wang, J. Microneedle array-based carbon paste amperometric sensors and biosensors. Analyst. 136, 1846-1851 (2011).
- Windmiller, J. R., Valdés-Ramírez, G., Zhou, N., Zhou, M., Miller, P. R., Jin, C., Brozik, S. M., Polsky, R., Katz, E., Narayan, R., Wang, J. Bicomponent microneedle array biosensor for minimally-invasive glutamate monitoring. Electroanal. 23, 2302-2309 (2011).
- Ricci, F., Moscone, D., Palleschi, G. Ex vivo continuous glucose monitoringwith microdalysis technique: The example of GlucoDay. IEEE Sensors J. 8, 63-70 (2008).
- Zimmermann, S., Fienbork, D., Flounders, A. W., Liepmann, D. In-device enzyme immobilization: Wafer-level fabrication of an integrated glucose. Sens. Actuat. B. 99, 163-173 (2004).
- Miller, P. R., Skoog, S. A., Edwards, T. L., Lopez, D. M., Wheeler, D. R., Arango, D. C., Xiao, X., Brozik, S. M., Wang, J., Polsky, R., Narayan, R. J. Multiplexed microneedle-based biosensor array for characterization of metabolic acidosis. Biomicrofluidics. 88, 739-742 (2012).
- Miller, P. R., Skoog, S. A., Edwards, T. L., Lopez, D. M., Wheeler, D. R., Arango, D. C., Xiao, X., Brozik, S. M., Wang, J., Polsky, R., Narayan, R. J. Multiplexed microneedle-based biosensor array for characterization of metabolic acidosis. Talanta. 88, 739-742 (2012).
- Rofstad, E. K. Microenvironment-induced cancer metastasis. Int. J. Radiat. Biol. 76, 589-605 (2000).
- Vander Heiden, M. G., Cantley, L. C., Thompson, C. B. Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation. Science. 324, 1029-1033 (2009).
- Warburg, O., Wind, F., Negelein, E. The metabolism of tumors in the body. J. Gen. Physiol. 8, 519-530 (1927).
- Goode, J. A., Chadwick, D. J. The Tumour Microenvironment: Causes and Consequences of Hypoxia and Acidity. Novartis Foundation Symposium 240. , (2008).
- Cardone, R. A., Casavola, V., Reshkin, S. J. The role of disturbed pH dynamics and the Na+/H+ exchanger in metastasis. Nature Rev. Cancer. 5, 786-795 (2005).
- Robergs, R. A., Ghiasvand, F., Parker, D. Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis. Am. J. Phys. 287, R502-R516 (2004).
- Wang, J., Liu, J., Chen, L., Lu, F. Highly selective membrane-free, mediator-free glucose biosensor. Anal. Chem. 66, 3600-3603 (1994).
- Makos, M. A., Omiatek, D. M., Ewing, A. G., Heien, M. L. Development and characterization of a voltammetric carbon-fiber microelectrode pH sensor. Langmuir. 26, 10386-10391 (2010).
- Wang, J., Chen, Q., Pedrero, M. Highly selective biosensing of lactate at lactate oxidase containing rhodium-dispersed carbon paste electrodes. Anal. Chem. Acta. 304, 41-46 (1995).
