Fizyolojik Araştırma All-katı hal İyon seçici elektrotlar (Assise) dayanarak Çok analit Biochip (MAB)
Summary
Bir iletken polimer (CP) dönüştürücü inşa All-katı hal iyon seçici elektrotlar (ASSISEs) sıvı ortamda fonksiyonel ömür boyu birkaç ay sağlar. Burada, bir laboratuar-on-a-chip biçimde ASSISEs ve imalat ve kalibrasyon süreci tanımlamak. Assise karmaşık biyolojik medyada uzun süre saklandıktan sonra yakın bir Nernst eğimi profil korumuştur için gösterilmiştir.
Abstract
Çevre, biyomedikal, tarım, biyolojik ve uzay araştırma Lab-on-a-chip (LOC) uygulamaları karmaşık biyolojik medya 1-4 uzun süreli depolama dayanabilir bir iyon-seçici elektrot (İMKB) gerektirir. Bir all-katı hal iyon seçici elektrot (Assise) söz konusu uygulamalar için özellikle çekici. Toplu işlem için izin, kolay inşaat, düşük bakım ve (potansiyel) minyatür: elektrot aşağıdaki uygun özelliklere sahip olmalıdır. Bir microfabricated Assise H +, Ca 2 + ve CO 3 2 ölçülmesi için tasarlanmıştır – iyonları inşa edilmiştir. Bu soy-metal elektrot katmanı (örneğin Pt), bir iletim katmanı ve bir iyon seçici membran (ISM) tabakadan oluşur. Transdüksiyon katman işlevlerine ölçülebilir bir elektrik sinyaline dönüştürür, iyon seçici membran konsantrasyona bağımlı bir kimyasal potansiyel transdüksiyonu için.
To bir Assise ömrünü kat / membran arayüzü 5-7 iletken de potansiyel korumak bağlı bulunmuştur. Assise çalışma ömrünü uzatmak ve böylece ara yüzey katmanlarında stabil potansiyelleri korumak için, (Ag / AgCl) gümüş / gümüş klorür yerine iletken polimer (CP), poli (3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT) 7-9 kullanılmaktadır Transdüser katmanı olarak anlaşılacaktır. Biz çoklu analit Biochip (MAB) (Şekil 1) adı verilen bir Lab-on-a-çip biçiminde Assise inşa edilmiştir.
(Ölçülen aralığı 0.01 mM – – 1 mM) ve Ca 2 + (1 mM log-lineer aralığı 0.01 mM) testi çözümleri kalibrasyon MAB pH (çalışma aralığı pH 4-9), CO 3 2 izleyebilirsiniz göstermiştir. PH MAB alg ortamda yaklaşık bir ay depolama sonra yakın bir Nernst eğimi tepki verir. Karbonat bioçipler geleneksel bir iyon seçici elektrot edilene benzer bir potansiyometrik bir profil göstermektedir. Physiological ölçümler modeli sisteminin biyolojik aktivite, mikroalg Chlorella vulgaris izlemek için kullanılmıştır.
MAB boyutu, çok yönlülük bir avantaj taşır, ve analit algılama yeteneği çoğaltılmış, yeryüzünde ya da uzayda, birçok sınırlı izleme durumlara uygulanabilir hale.
Biochip Tasarım ve Deneysel Yöntemler
Biochip boyutta 10 x 11 mm ve çalışma elektrotlar (Wes) ve 5 Ag / AgCl referans elektrot (RES) olarak belirlenen 9 ASSISEs vardır. Her çalışma elektrot (WE) çapı 240 mikron ve eşit çapı 480 mikron olan RES, 1.4 mm aralıklı. Bu elektrotlar, 0,5 mm x 0,5 mm arasında bir boyut ile elektriksel temas pedleri bağlanır. Şekil 2'de şematik olarak gösterilmiştir.
Döngüsel voltametri (CV) ve galvanostatik birikimi yöntemleri Bioanalytic kullanarak PEDOT filmler electropolymerize için kullanılıral Sistemleri A.Ş. (BASI) C3 hücre standı (Şekil 3). PEDOT film için karşı-iyon ilgi analit iyon göre hazırlanmıştır. Poli (styrenesulfonate) bir karşı iyon (PEDOT / PSS) bir PEDOT H + ve CO 3 2 için kullanılmaktadır -, sülfat (CaSO 4, çözeltiye ilave edildi) ile bir Ca2 + için kullanılır ise. PEDOT kaplı elektrokimyasal özellikleri WE redoks-aktif çözeltisi (potasyum ferrisiyanür örneğin, 2 mm (K 3 Fe (CN) 6)) CVS kullanılarak analiz edilir. CV profiline göre, Randles-Sevcik analizi etkili yüzey alanı 10 belirlemek için kullanılmıştır. 1.500 rpm Spin-kaplama MAB çalışma elektrotlar (Wes) üzerinde ~ 2 mikron kalınlığında iyon seçici membranlar (BGYS) döküm için kullanılır.
MAB alg orta 150 ul hacmi ile dolu bir mikroakışkan akış hücre odası bulunan, temas pedleri elektriksel (Şekil BASI sistemine bağlıure 4). Chlorella vulgaris fotosentetik aktivite ortam ışığı ve karanlık ortamlarda izlenir.
Protocol
Representative Results
Discussion
MAB biochip bir Pt elektrot, ölçülebilir bir elektrik sinyaline ilgi iyonik konsantrasyonu transduces hangi kombinasyonu bir PEDOT tabanlı CP konjuge iletimi katmanı tepesine bir ISM inşa edilir ASSISEs oluşur. Durağan bir elektrot potansiyeli CP katmanı ve ISM tabakasının her ikisi de tanımlandığı gibidir. Her iki tabaka da MAB ve ölçülen elektrik sinyali kalitesi (gürültü, kayması) çalışma süresi belirler.
PEDOT hem de iyonik ve elektronik özellikleri (kendi oksi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz MAB cihazların wirebonding için finansman desteği (hibe numaraları 103498 ve 103692), Purdue Üniversitesi'nde Birck Nantechnology Merkezi Gale Lockwood için NASA Astrobiyoloji Bilim ve Teknoloji Aracı Geliştirme (ASTID) Program teşekkür ve Joon Hyeong Park için olur akış-hücresi odasının CAD-Çizimi.
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
- Migdalski, J., Bas, B., Blaz, T., Golimowski, J., Lewenstam, A. A Miniaturized and Integrated Galvanic Cell for the Potentiometric Measurement of Ions in Biological Liquids. J. Solid State Electrochem. 13, 149-155 (2009).
- Buehler, M. G., Kounaves, S. P., Martin, D. P. Designing a Water-quality Monitor with Ion-selective-electrodes. 1, 331-338 (2001).
- Adamchuk, V. I., Lund, E. D., Sethuramasamyraja, B., Morgan, M. T., Doberman, A., Marx, D. B. Direct Measurement of Soil Chemical Properties on-the-go using Ion-selective-electrodes. Journal Computers and Electronics in Agriculture. 48 (3), 272-294 (2005).
- Oelβner, W., Hermann, S., Kaden, H. Electrochemical Sensors and Sensor Module for Studying Biological Systems in Space Vehicles. Aerospace Science and Technology. 1, 291-296 (1997).
- Bobacka, J. Conducting Polymer-based Solid-state Ion-selective Electrodes. Electroanalysis. 18 (1), 7-18 (2006).
- Buck, R. . Ion Selective Electrodes in Analytical Chemistry. , (1980).
- Nam, H., Cha, G. S., Yang, V. C., Ngo, T. T. Chapter 18. Biosensors and their Applications. , (2000).
- Anatova-Ivanova, S., Mattinen, U., Radu, A., Bobacka, J., Lewenstem, A., Migdalski, J., Danielewski, M., Diamond, D. Development of Miniature All-solid-state Potentiometric Sensing System. Sensors and Actuators B. 146, 199-205 (2010).
- Michalska, A., Galuszkiewicz, A., Ogonowska, M., Ocypa, M., Maksymiuk, K. PEDOT Films: Multifunctional Membranes for Electrochemical Ion sensing. J. Solid State Electrochem. 8, 381-389 (2004).
- Bard, A. J., Faulkner, L. R., ed, 2. n. d. . Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , (2000).
- Claussen, J. C., Artiles, M. S., McLamore, E. S., Mohanty, S., Shi, J., Rickus, J., Fisher, T. S., Porterfield, D. M. Electrochemical Glutamate Biosensing with Naanocube and Nanosphere Augmented Single-walled Carbon Nanotube Networks: A Comparative Study. J. Mater. Chem. 21, 11224-11231 (2011).
- Bobacka, J. Potential Stability of All-solid-state Ion-selective Electrodes using Conducting Polymers as Ion-to-electron Transducers. Anal. Chem. 71, 4932-4937 (1999).
- Lee, J. H., Yoon, I. J., Yoo, C. L., Pyun, H. J., Cha, G. S., Nam, H. Potentiometric Evaluation of Solvent Polymeric Carbonate-selective Membranes based on Molecular Tweezer-type Neutral Carriers. Anal. Chem. 72, 4694-4699 (2000).
- Song, F., Ha, J., Park, B., Kwak, T. H., Kim, I. T., Nam, H., Cha, G. S. All-solid-state Carbonate Selective Electrode based on a Molecular Tweezer-type Neutral Carrier with Solvent-soluble Conducting Polymer Solid Contact. Talanta. 57, 263-270 (2002).
