Полые микроиглы на основе датчиков для электрохимических мультиплексный Трансдермальные зондирования
Summary
В данной статье подробно строительство мультиплексированных микроиглы на основе датчика. Устройство разрабатывается на месте отбора проб и электрохимического анализа нескольких аналитов в быстрое и избирательно. Мы предполагаем, клинической медицины и биомедицинских исследований используются для этих микроиглы на основе датчиков.
Abstract
Развитие минимально инвазивной мультиплексированных системы мониторинга для экспресс-анализа биологически соответствующих молекул может предложить лицам, страдающим хроническими заболеваниями поверхностное оценки их ближайших физиологического состояния. Кроме того, она может служить в качестве исследовательского инструмента для анализа сложных, многофакторных заболеваний. Для того чтобы такие multianalyte датчик будет реализована, она должна быть минимально инвазивной, отбор проб из межклеточной жидкости должен происходить без боли и вреда для пользователя, и анализ должен быть быстрым, а также избирательно.
Изначально разработанный для безболезненной доставки лекарств, микроиглы были использованы для доставки вакцин и фармакологических агентов (например, инсулина), через кожу. 1-2 Поскольку эти устройства доступа интерстициальном пространстве, микроигл, которые интегрированы с микроэлектродов может быть использован в качестве трансдермальных электрохимические датчики. Селективное обнаружение глюкозы, глутамат, лактат, чydrogen перекиси, и аскорбиновой кислоты была продемонстрирована с использованием интегрированного микроиглы электродов устройства с углеродными волокнами, изменение пасты углерода и платиновым покрытием микроигл полимер, выступающей в качестве элементов трансдукции. 3-7,8
Это микроиглы сенсорная технология позволила новым и сложным аналитическим подходом к на месте и одновременного определения нескольких аналитов. Мультиплексирование дает возможность мониторинга сложных микросреды, которые иначе трудно охарактеризовать в быстром и минимально инвазивной образом. Например, эта технология может быть использована для одновременного мониторинга внеклеточного уровня, глюкозы, лактата и рН 9, которые являются важными метаболическими показателями болезненных состояний 7,10-14 (например, рак распространение) и физической нагрузкой ацидоз 15.
Protocol
Discussion
Несколько аспектов дизайна этого микроиглы на основе датчика были рассмотрены до изготовления устройства. Для того чтобы использовать этот датчик в режиме реального времени обнаружения, время отклика датчика должна быть низкой, и в этом протоколе, каждый испытания датчика выставлены…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sandia является многопрограммного лаборатории Sandia управляется корпорацией, компания Lockheed Martin, в США к ответственности департамента Национальной администрации по ядерной безопасности энергетики по контракту DE-AC04-94AL85000. Авторы признают, финансирование из лаборатории Sandia National Laboratories "Режиссер исследований и развития (LDRD) программы.
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).
