Multi-analito Biochip (MAB) Com base em eletrodos íon-seletivos All-solid-state (ASSISE) para a pesquisa fisiológica
Summary
Eletrodos íon-seletivo All-solid-state (Jornadas) construídos a partir de um polímero (CP) transdutor condutor fornecer vários meses de vida funcional em meio líquido. Aqui, descrevemos o processo de Jornadas em um formato de lab-on-a-chip fabricação e calibração. O ASSISE é demonstrado ter mantido um perfil de encosta quase Nernstiana após armazenamento prolongado em meios biológicos complexos.
Abstract
Aplicações Lab-on-a-chip (LOC) em pesquisa ambiental, biomédico, agrícolas, biológicos e vôos espaciais exigem um eletrodo íon-seletivo (ISE), que podem suportar o armazenamento prolongado em meios biológicos complexos 1-4. Um íon-seletivo-eletrodo all-solid-state (ASSISE) é especialmente atraente para as aplicações mencionadas. O eletrodo deve ter as seguintes características favoráveis: construção fácil, baixa manutenção, e (potencial) de miniaturização, permitindo o processamento em lote. Um ASSISE microfabricado destinadas à quantificação de H +, Ca 2 + e CO 3 2 – iões foi construído. É constituída por uma camada de metal nobre do eléctrodo (isto é, Pt), uma camada de transdução, e uma membrana selectiva de iões (ISM) camada. As funções da camada de transdução de transduzir o potencial químico dependente da concentração da membrana selectiva de iões num sinal eléctrico mensurável.
Tele tempo de vida de um ASSISE é encontrado para dependem da manutenção do potencial de a camada de membrana / interface de 5-7 condutora. Para prolongar o tempo de vida útil ASSISE e, assim, manter os potenciais estáveis nas camadas interfaciais, utilizamos o condutor polímero (CP) de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) 7-9 no lugar de prata / cloreto de prata (Ag / AgCl) como camada de transdutor. Construímos o ASSISE em um formato de lab-on-a-chip, que chamamos o biochip multi-analito (MAB) (Figura 1).
As calibrações em soluções de ensaio demonstrou que o MAB pode monitorar o pH (gama operacional de pH 4-9), CO 3 2 – (medido gama de 0,01 mM – 1 mM), e Ca2 + (intervalo de log-linear de 0,01 mM a 1 mM). O MAB para pH fornece uma resposta encosta quase Nernstiana depois de quase um mês de armazenamento em meio de algas. Os biochips carbonato apresentam um perfil potenciométrica semelhante à de um eléctrodo selectivo de iões convencional. Fisiológicoogical medições foram utilizados para monitorizar a actividade biológica do sistema modelo, a microalga Chlorella vulgaris.
O MAB transmite uma vantagem em tamanho, versatilidade e capacidade de detecção do analito multiplexada, que a torna aplicável a muitas situações de monitorização confinados, em terra ou no espaço.
Biochip Desenho e Métodos Experimentais
O biochip é de 10 x 11 mm de dimensão e tem 9 Jornadas designados como eletrodos de trabalho (EVs) e 5 eletrodos de referência de Ag / AgCl (REs). Cada eléctrodo de trabalho (WE) é de 240 m de diâmetro e são igualmente espaçados a 1,4 mm da ER, que são de 480 m de diâmetro. Estes eléctrodos são ligados às almofadas de contacto eléctrico com uma dimensão de 0,5 mm x 0,5 mm. O esquema é mostrado na Figura 2.
Voltametria cíclica (CV), e métodos de deposição galvanostáticas são utilizados para as películas electropolymerize PEDOT utilizando um BIOANALYTICal Systems Inc. (BASI) estande célula C3 (Figura 3). O contra-íon para o filme de PEDOT é adaptado para atender o íon analito de interesse. Um PEDOT com poli (estirenossulfonato) contra-ião (PEDOT / PSS) é utilizado para a H + e CO 3 2 -, enquanto que um com sulfato de sódio (adicionado à solução como CaSO 4) é utilizado para o Ca 2 +. As propriedades eletroquímicas do PEDOT revestido WE é analisado usando currículos em solução redox-ativo (ou seja, 2 mM de ferricianeto de potássio (K 3 Fe (CN) 6)). Com base no perfil de CV, análise de Randles-Sevcik foi usada para determinar a área de superfície efectiva 10. Spin-coating a 1.500 rpm é usado para lançar ~ 2 mm de espessura membranas íon-seletivo (ISMs) sobre os eletrodos de trabalho MAB (EVs).
O MAB está contida numa câmara de célula de fluxo microfluidico cheio com um volume de 150 ul do meio de algas, as almofadas de contacto estão ligados electricamente ao sistema BASI (Fig.ure 4). A atividade fotossintética de Chlorella vulgaris é monitorado em luz ambiente e condições de pouca luz.
Protocol
Representative Results
Discussion
O MAB biochip consiste assises que são construídos a partir de um ISM no topo de uma camada à base de PEDOT transdução conjugado de proteína sobre um eléctrodo de Pt, a combinação dos quais transduz a concentração iónica de interesse para um sinal eléctrico mensurável. Um potencial de eléctrodo estável é definida tanto pela camada CP e a camada ISM. Ambas as camadas também determinar o tempo de vida útil do MAB e a qualidade (ruído, desvio) do sinal eléctrico de medição.
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The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gostaríamos de agradecer a NASA Astrobiology Science and Technology Development Instrument (ASTiD) Programa de apoio financeiro (números de conceder 103.498 e 103.692), Gale Lockwood da Nantechnology Centro Birck na Universidade de Purdue para wirebonding dos dispositivos MAB e Hyeong Joon Park para a desenho CAD da câmara de célula de fluxo.
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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