Holle microneedle-gebaseerde sensor voor multiplexverzending transdermale Elektrochemische Sensing
Summary
In dit artikel wordt de bouw van een multiplex microneedle-gebaseerde sensor. Het apparaat wordt ontwikkeld in situ bemonstering en elektrochemische analyse van meerdere analyten in een snelle en selectief. We zien de klinische geneeskunde en biomedische onderzoek wordt gebruik gemaakt van deze microneedle op basis van sensoren.
Abstract
De ontwikkeling van een minimaal invasieve gemultiplexte monitoring systeem voor snelle analyse van biologisch relevante moleculen zou kunnen bieden personen die lijden aan chronische aandoeningen gemakkelijke beoordeling van hun directe fysiologische toestand. Bovendien kan het dienen als een research tool voor de analyse van complexe, multifactoriële aandoeningen. Om een dergelijke sensor multianalyte te realiseren, moet het minimaal invasieve bemonstering interstitiële vloeistof moet plaatsvinden zonder pijn of schade aan de gebruiker, en analyse moet snel en selectief.
In eerste instantie ontwikkeld voor pijnvrij drug delivery, micronaalden zijn gebruikt om vaccins en farmacologische middelen (bijvoorbeeld insuline) te leveren via de huid. 1-2 Aangezien deze apparaten de interstitiële ruimte toegang te krijgen, kan micronaaldjes die geïntegreerd zijn met micro-elektroden worden gebruikt als transdermale elektrochemische sensor. Selectieve detectie van glucose, glutamaat, lactaat, hydrogen peroxide en ascorbinezuur is aangetoond met geïntegreerde microneedle-stroomdraden met koolstofvezels, gemodificeerd koolstof pasta, en platina-beklede polymère micronaaldjes die als transduceren elementen. 3-7,8
Dit microneedle sensor technologie heeft het mogelijk gemaakt een nieuwe en geavanceerde analytische aanpak voor in-situ en gelijktijdige detectie van meerdere analyten. Multiplexing biedt de mogelijkheid controle complex micromilieus, die anders moeilijk te typeren in een snelle en minimaal invasieve wijze. Bijvoorbeeld, deze technologie kan worden gebruikt voor de gelijktijdige controle van de extracellulaire spiegels van, glucose, lactaat en pH, 9, die van belang zijn metabole indicatoren van ziektebeelden 7,10-14 (bijv. kanker proliferatie) en lichaamsbeweging geïnduceerde acidose. 15
Protocol
Discussion
Meerdere aspecten van het ontwerp van deze microneedle-gebaseerde sensor werden beschouwd als voorafgaand aan het apparaat fabricage. Om deze sensor gebruikt voor real-time detectie moet de respons van de sensor laag, in dit protocol elk getest sensor vertoonde een reactietijd onder vijftien seconden. Pasta's die in dit protocol werden ook gekozen omwille van hun selectiviteit binnen de in vivo-omgevingen, die elektroactieve biomoleculen die kunnen interfereren met elektrode reactie bevatten. Naast samenste…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sandia is multiprogram laboratorium geëxploiteerd door Sandia Corporation, een Lockheed Martin Company, voor de Verenigde Staten voor Department of National Nuclear Security Administration Energy's onder contract DE-AC04-94AL85000. De auteurs erkennen de financiering van Laboratorium Sandia National Laboratories 'Geregisseerd Research & Development (LDRD) programma.
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 |
Riferimenti
- 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).
