बढ़ी न्यूरोकेमिकल जांच के लिए गोल्ड नैनोकण संशोधित कार्बन फाइबर Microelectrodes
Summary
इस अध्ययन में, हम सोने नैनोकणों के साथ कार्बन फाइबर microelectrodes संशोधित न्यूरोट्रांसमीटर का पता लगाने की संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए.
Abstract
30 से अधिक वर्षों के लिए, कार्बन फाइबर microelectrodes (CFMEs) न्यूरोट्रांसमीटर का पता लगाने के लिए मानक किया गया है. आम तौर पर, कार्बन फाइबर कांच केशिकाओं में aspirated हैं, एक ठीक टेपर करने के लिए खींच लिया, और फिर एक epoxy का उपयोग करने के लिए इलेक्ट्रोड सामग्री है कि तेजी से स्कैन चक्रीय voltamtry परीक्षण के लिए उपयोग किया जाता है बनाने के लिए सील. नंगे CFMEs के उपयोग के कई सीमाएं हैं, हालांकि. और सबसे पहले, कार्बन फाइबर ज्यादातर बेसल विमान कार्बन, जो एक अपेक्षाकृत कम सतह क्षेत्र है और अन्य नैनो सामग्री की तुलना में कम संवेदनशीलता पैदावार शामिल हैं. इसके अलावा, ग्रेफाइटिक कार्बन अपने लौकिक संकल्प द्वारा सीमित है, और इसकी अपेक्षाकृत कम चालकता. अंत में, neurochemicals और मैक्रो अणुओं कार्बन इलेक्ट्रोड की सतह पर बेईमानी करने के लिए जाना जाता है, जहां वे गैर चालक बहुलक है कि आगे न्यूरोट्रांसमीटर अधिशोषण ब्लॉक फार्म. इस अध्ययन के लिए, हम तेजी से स्कैन चक्रीय voltammetry के साथ neurochemical परीक्षण को बढ़ाने के लिए सोने नैनोकणों के साथ CFMEs संशोधित। Au3 + विद्युत जमा या CFMEs की सतह पर एक कोलाइडयन समाधान से dipcoated था. चूंकि सोना एक स्थिर और अपेक्षाकृत अक्रिय धातु है, यह neurochemicals की विश्लेषणात्मक माप के लिए एक आदर्श इलेक्ट्रोड सामग्री है. गोल्ड नैनोकण संशोधित (AuNP-CFMEs) 4 एच से अधिक के लिए डोपामाइन प्रतिक्रिया करने के लिए एक स्थिरता थी। इसके अलावा, AuNP-CFMEs एक वृद्धि हुई संवेदनशीलता (चक्रीय voltammograms के उच्च शिखर ऑक्सीडेटिव वर्तमान) और तेजी से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण गतिज (कमजेड ईपी या चोटी जुदाई) नंगे असंशोधित CFMEs की तुलना में प्रदर्शन. AuNP-CFMEs के विकास का पता लगाने की कम सीमा पर डोपामाइन एकाग्रता और अन्य neurochemicals में तेजी से परिवर्तन का पता लगाने के लिए उपन्यास इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर के निर्माण प्रदान करता है. यह काम neurochemical माप की वृद्धि के लिए विशाल अनुप्रयोगों है. सोने नैनोकण संशोधित CFMEs की पीढ़ी के लिए महत्वपूर्ण हो जाएगा उपन्यास इलेक्ट्रोड सेंसर के विकास के लिए कृंतक और अन्य मॉडलों में विवो में न्यूरोट्रांसमीटर का पता लगाने के लिए नशीली दवाओं के दुरुपयोग के neurochemical प्रभाव का अध्ययन करने के लिए, अवसाद, स्ट्रोक, ischemia, और अन्य व्यवहार और रोग राज्यों.
Introduction
कार्बन फाइबर microelectrodes (CFMEs)1 सबसे अच्छा biosensors के रूप में उपयोग किया जाता है कई महत्वपूर्ण न्यूरोट्रांसमीटरकेऑक्सीकरण का पता लगाने के लिए 2 , डोपामाइन सहित3, norepinephrine4, सेरोटोनिन5, एडेनोसाइन6, हिस्टामाइन7, और अन्य8. जैव असंगति और कार्बन फाइबर के आकार उन्हें प्रत्यारोपण के लिए इष्टतम बनाने के रूप में वहाँ बड़ा मानक इलेक्ट्रोड की तुलना में ऊतक क्षति को कम है. 9 CFMEs उपयोगी इलेक्ट्रोकेमिकल गुणों के अधिकारी के लिए जाना जाता है और जल्दी माप बनाने में सक्षम हैं जब तेजी से विद्युत रासायनिक तकनीकों के साथ प्रयोग किया जाता है, सबसे अधिक तेजी से स्कैन चक्रीय वोल्टेमिति (FSCV)10,11. एफएससीवी एक तकनीक है जो लागू क्षमता को तेजी से स्कैन करती है और विशिष्ट एनालाइट्स12,13के लिए एक विशिष्ट चक्रीय वोल्टाम्मोग्राम प्रदान करती है . तेजी से स्कैनिंग द्वारा उत्पादित बड़े चार्ज वर्तमान कार्बन फाइबर पर स्थिर है और पृष्ठभूमि हो सकता है विशिष्ट चक्रीय voltammograms का उत्पादन करने के लिए subtracted.
इसके इष्टतम विद्युत रसायन और neurobiological महत्व के कारण, डोपामाइन व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है. catecholamine डोपामाइन एक आवश्यक रासायनिक दूत है कि आंदोलन के नियंत्रण में एक निर्णायक भूमिका निभाता है, स्मृति, अनुभूति, और तंत्रिका तंत्र के भीतर भावना. डोपामाइन की एक अधिशेष या कमी कई स्नायविक और मनोवैज्ञानिक हस्तक्षेप पैदा कर सकता है; इनमें पार्किंसंस रोग, एक प्रकार का पागलपन, और नशे की लत व्यवहार कर रहे हैं. आज, पार्किंसंस रोग डोपामाइन संश्लेषण में शामिल midbrain न्यूरॉन्स के अध: पतन के कारण एक प्रचलित विकार होना जारीहै 14. पार्किंसंस रोग के लक्षणों में कंपन, आंदोलन की सुस्ती, कठोरता, और संतुलन बनाए रखने में समस्याएं शामिल हैं। दूसरी ओर, कोकीन15 और एम्फ़ैटेमिन16,17 जैसे उत्तेजक डोपामाइन के अतिप्रवाह को बढ़ावा देते हैं। नशीली दवाओं के दुरुपयोग अंततः डोपामाइन और शर्तों मस्तिष्क के नियमित प्रवाह के विकल्प डोपामाइन के एक अधिशेष की आवश्यकता होती है, जो अंततः नशे की लत व्यवहार की ओर जाता है.
हाल के वर्षों में, न्यूरोट्रांसमीटर का पता लगाने में इलेक्ट्रोड कार्यक्षमता में सुधार लाने पर जोर दिया गया है18. इलेक्ट्रोड संवेदनशीलता को बढ़ाने का सबसे व्यापक तरीका फाइबर सतह कोटिंग द्वारा है. हैरानी की बात है, वहाँ कार्बन फाइबर19पर धातु नैनोकण इलेक्ट्रोडेशन पर सीमित अनुसंधान किया गया है. इस तरह के सोने के रूप में नोबल धातु-nanoparticles, अन्य कार्यात्मक सामग्री20के साथ फाइबर सतह पर electrodeposited किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, होने के लिए न्यूरोट्रांसमीटर अधिशोषण के लिए इलेक्ट्रोएक्टिव सतह क्षेत्र में वृद्धि. इलेक्ट्रोजमान धातु नैनोकणों तेजी से फार्म, शुद्ध किया जा सकता है, और कार्बन फाइबर का पालन करें। इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री महान धातु नैनोकणों और कार्बन फाइबर की सतह वृद्धि दोनों के जमाव के लिए महत्वपूर्ण हो रहा है, क्योंकि यह इन नैनोकणों के नाभिकन और विकास के नियंत्रण के लिए अनुमति देता है। अंत में, वृद्धि हुई उत्प्रेरक और प्रवाहकीय विशेषताओं, और बेहतर बड़े पैमाने पर परिवहन विद्युत विश्लेषण के लिए धातु नैनोकणों का उपयोग करने के अन्य लाभों में से एक हैं।
अमेरिकी विश्वविद्यालय के उन्नत प्रयोगशाला अनुक्रम पाठ्यक्रम (प्रयोगात्मक जैविक रसायन विज्ञान मैं और द्वितीय CHEM 471/671-472/672) विश्लेषणात्मक, शारीरिक, और जैव रसायन प्रयोगशालाओं का एक संयोजन है। पहले सेमेस्टर प्रयोगशाला तकनीकों का अवलोकन है. दूसरे सेमेस्टर एक छात्र संचालित और नेतृत्व अनुसंधान परियोजना21है. इन परियोजनाओं के लिए, छात्रों को पहले जैव अणु, प्रोटीन, पेप्टाइड, और एमिनो एसिड के तंत्र की जांच की है सोने नैनोकणों के सुविधाजनक संश्लेषण22,23. अधिक हाल ही में काम इलेक्ट्रोड सतहों पर सोने नैनोकण (AuNP) उत्पादन के गठन और न्यूरोट्रांसमीटर का पता लगाने के लिए CFMEs की क्षमता पर AuNPs प्रभाव के मूल्यांकन पर ध्यान केंद्रित किया है. वर्तमान कार्य में, प्रयोगशाला इस तकनीक को प्रदर्शित करने के लिए लागू किया गया है कि डोपामाइन ऑक्सीकरण का पता लगाने में CFMEs की संवेदनशीलता फाइबर सतह पर AuNP के इलेक्ट्रोडस्थिति के माध्यम से बढ़ाया है. प्रत्येक नंगे CFME अलग स्कैन दर, स्थिरता और डोपामाइन-संकेंद्रण जब डोपामाइन ऑक्सीडेटिव धाराओं का पता लगाने CFME की सतह पर डोपामाइन ऑक्सीकरण को मापने के द्वारा विशेषता है. Au3 + तो Au0 के लिए विद्युत और समवर्ती नैनोकणों के रूप में फाइबर सतह पर electrodeposited, विशेषता प्रयोगों की एक श्रृंखला के बाद किया गया था. एक सीधा तुलना के बाद, AuNP-CFMEs डोपामाइन का पता लगाने के उच्च संवेदनशीलता के अधिकारी पाया गया. इलेक्ट्रोडपोजिशन के माध्यम से फाइबर सतह पर AuNP की वर्दी कोटिंग एक उच्च विद्युत सक्रिय सतह क्षेत्र renders; इस प्रकार, संशोधित इलेक्ट्रोड सतह पर डोपामाइन के अधिशोषण में वृद्धि. यह उच्च डोपामाइन ऑक्सीडेटिव धाराओं के लिए नेतृत्व किया. आउएनपी-सीएफएमई के डोपामाइन ऑक्सीकरण और न्यूनीकरण चोटियों (़ेच) का संभावित पृथक्करण भी छोटा था, जो तीव्र इलेक्ट्रॉन अंतरण गतिकी का सुझाव देते थे। इस अध्ययन के भविष्य के काम करता है डोपामाइन का पता लगाने के लिए दोनों नंगे और AuNP-CFMEs के vivo परीक्षण में शामिल हैं.
Protocol
Representative Results
Discussion
इस अध्ययन में, हम तेजी से स्कैन चक्रीय voltammetry का उपयोग कर डोपामाइन जैसे न्यूरोट्रांसमीटर का पता लगाने के लिए सोने-नानोकण संशोधित कार्बन फाइबर microelectrodes का निर्माण करने के लिए एक उपन्यास विधि का प्रदर्शन. विध…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम अमेरिकी विश्वविद्यालय, संकाय अनुसंधान सहायता अनुदान, नासा डीसी अंतरिक्ष अनुदान, और NSF-MRI ] 1625977 धन्यवाद देना चाहूंगा.
Materials
| Dopamine hydrochloride | Sigma Aldrich | H8502-5G | |
| Phosphate Buffered Saline | Sigma Aldrich | P5493-1L | |
| Pine WaveNeuro Potentiostat | Pine Instruments | NEC-WN-BASIC | This orders comes in bulk with all other accessories such as headstages, adapters, cords, and other electronics |
| Pine Flow Cell and Micromanipulator | Pine Instruments | NEC-FLOW-1 | This is also another bulk order including the micromanipulator, flow cell, knobs, tubing, connectors, etc. |
| Glass-Capillary | A-M Systems | 602500 | |
| T-650 Carbon Fiber | Goodfellow | C 005711 | |
| Epon 828 Epoxy | Miller-Stephenson | EPON 828 TDS | |
| Diethelynetriamine | Sigma Aldrich | D93856-5ML | |
| Gold (III) chloride | Sigma Aldrich | 254169 | Comes as either HAuCl4 or AuCl3 |
| pH meter | Fisher | S90528 | |
| Farraday Cage | AMETEK TMC | 81-334-03 | |
| Syringe Pump | NEW ERA PUMP | NE-1000 | |
| Eppendorf Pipettes and Tips | Eppendorf | 2231000222 | This is also a bulk order containing multiple pipettes and tips |
| 10 -1,000 mL beakers | VWR | 10536-390 | |
| Carbon fiber | Goodfellow | C 005711 | |
| SEM | JEOL | JSM-IT100 |
References
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