Biochip multi-analyte (MAB) Basé sur des électrodes sélectives d'ions All-état solide (ASSISE) pour la recherche physiologique
Summary
Électrodes sélectives d'ions tout état solide (assises) construites à partir d'un polymère (CP) transducteur conducteur fournissent plusieurs mois de vie fonctionnel dans les milieux liquides. Ici, nous décrivons le processus de fabrication et l'étalonnage des Assises dans un format lab-on-a-chip. L'ASSISE est démontré à avoir maintenu un profil de pente quasi-nernstienne après un stockage prolongé dans les milieux biologiques complexes.
Abstract
Applications Lab-on-a-Chip (LOC) en recherche environnementale, le biomédical, l'agriculture, biologique, et des vols spatiaux nécessitent une électrode sélective (ISE) qui peut résister à un stockage prolongé dans les milieux biologiques complexes 1-4. Un ion-selective-électrode all-solid-state (ASSISE) est particulièrement intéressante pour les applications mentionnées ci-dessus. L'électrode doit avoir les caractéristiques suivantes favorables: la construction facile, peu d'entretien, et (potentiel) miniaturisation, qui permet le traitement par lots. Un ASSISE microfabriqué destiné à quantifier H +, Ca 2 +, et CO 3 2 – ions a été construit. Il se compose d'une couche de métal noble électrode (par exemple de Pt), une couche de transduction, et d'une membrane sélective d'ions (ISM) couche. Les fonctions de la couche de transduction pour la transduction de la concentration dépendant du potentiel chimique de la membrane sélective d'ions en un signal électrique mesurable.
Til durée de vie d'un ASSISE se trouve à dépendre de maintenir le potentiel à la couche / la membrane conductrice d'interface 7.5. Pour prolonger la durée de vie de travail ASSISE et ainsi maintenir les potentiels stables au niveau des couches d'interface, nous avons utilisé le polymère conducteur (CP) poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) 7-9 à la place de l'argent / chlorure d'argent (Ag / AgCl) que la couche de transducteur. Nous avons construit le ASSISE dans un format lab-on-a-chip, que nous avons appelé la biopuce multi-analyte (MAB) (Figure 1).
Étalonnages dans les solutions de test ont montré que le MAB peut contrôler le pH (gamme pH opérationnel 4-9), CO 3 2 – (mesurée comprise entre 0,01 mm – 1 mm) et Ca 2 + (plage log-linéaire de 0,01 mm à 1 mm). Le MAB pour pH fournit une réponse en pente quasi-nernstienne après presque un mois de stockage dans le milieu des algues. Les biopuces de carbonate présentent un profil potentiométrique similaire à celle d'une électrode sélective d'ions classique. Physiolgiques mesures ont été utilisées pour surveiller l'activité biologique du système modèle, la micro-algue Chlorella vulgaris.
Le MAB transmet un avantage de taille, la polyvalence et multiplexé capacité de détection de l'analyte, le rendant applicable à de nombreuses situations de surveillance confinés, sur terre ou dans l'espace.
Biopuce conception et les méthodes expérimentales
La biopuce est de 10 x 11 mm de dimension et dispose de 9 Assises désignés comme électrodes de travail (WES) et 5 électrodes de référence Ag / AgCl (RES). Chaque électrode de travail (WE) est de 240 m de diamètre et est également espacés de 1,4 mm de la résolution, qui sont de 480 m de diamètre. Ces électrodes sont reliées à des plots de contact électrique ayant une dimension de 0,5 mm x 0,5 mm. Le schéma est représenté dans la figure 2.
Voltampérométrie cyclique (CV) et des procédés de dépôt sont utilisés pour galvanostatiques electropolymerize les films PEDOT utilisant un Bioanalytical Systems Inc. (BASI) de support de la cellule C3 (figure 3). Le contre-ion pour le film PEDOT est adaptée en fonction de l'ion analyte d'intérêt. Un PEDOT avec du poly (styrène sulfonate) contre-ion (PEDOT / PSS) est utilisé pour H + et CO 3 2 -, tandis que l'un au sulfate (à ajouter à la solution comme CaSO 4) est utilisé pour le Ca 2 +. Les propriétés électrochimiques du PEDOT revêtu WE sont analysées en utilisant les CV dans une solution redox-actif (soit 2 mM de ferricyanure de potassium (K 3 Fe (CN) 6)). Sur la base du profil CV, analyse Randles-Sevcik a été utilisé pour déterminer la surface effective 10. Spin-coating à 1500 rpm est utilisé pour couler ~ 2 um d'épaisseur membranes sélectives d'ions (ISMS) sur les électrodes de travail du MAB (WES).
Le MAB est contenu dans une chambre à la cellule d'écoulement microfluidique rempli d'un volume de 150 ul de milieu des algues, les plots de contact sont reliés électriquement au système BASI (figureure 4). L'activité photosynthétique de Chlorella vulgaris est contrôlée à la lumière ambiante et des conditions sombres.
Protocol
Representative Results
Discussion
La biopuce MAB se compose d'assises qui sont construits à partir d'un sommet d'une couche ISM de transduction conjugué CP PEDOT basée sur une électrode de Pt, la combinaison de ce qui transduit la concentration ionique d'intérêt à un signal électrique mesurable. Un potentiel d'électrode stable est définie à la fois par la couche de PP et la couche ISM. Les deux couches déterminent également la durée de vie de travail du MAB et de la qualité (bruit, dérive) du signal électrique mesur?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier la NASA programme d'astrobiologie de la science et le développement d'instruments de Technologie (ASTID) pour le soutien financier (les numéros de subvention 103498 et 103692), Gale Lockwood de la Nantechnology Centre Birck à l'Université Purdue pour wirebonding des dispositifs MAB, et Joon Hyeong Park pour l' dessin CAO de la chambre-cellule d'écoulement.
Materials
| Name of the items | Company | Catalog number | Comments |
| 3,4-Ethylenedioxythiophene | Sigma-Aldrich | 483028 | |
| Poly(sodium 4-styrenesulfonate) | Sigma-Aldrich | 243051 | |
| EC epsilon galvanostat/potentiostat | Bioanalytical Systems Inc. | e2P | |
| Saturated Ag/AgCl reference electrode | Bioanalytical Systems Inc. | MF-2052 | |
| Pt gauze | Alfa Aesar | 10283 | |
| Potassium ferricyanide | Sigma-Aldrich | P-8131 | |
| Potassium nitrate | J.T. Baker | 3190-01 | |
| Sodium bicarbonate | Mallinckrodt/ Macron | 7412-12 | |
| Sodium carbonate | Sigma-Aldrich | S-7127 | |
| Calcium chloride | J.T. Baker | 1311-01 | |
| Potassium chloride | Sigma-Aldrich | P9541 | |
| Calcium sulphate | Sigma-Aldrich | 237132 | |
| C3 cell stand | Bioanalytical Systems Inc. | EF-1085 | |
| Flow-cell chip holder | Custom, courtesy of NASA Ames | ||
| Flow-cell electrical fixture | Custom, courtesy of NASA Ames | ||
| Table 2. Specific reagents and equipment. |
References
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