Multi-analita biochip (MAB) Sulla base di elettrodi ionoselettivi All-a stato solido (ASSISE) per la ricerca fisiologica
Summary
Elettrodi ione-selettivi All-a stato solido (Assise) costruiti da un polimero conduttivo trasduttore (CP) forniscono diversi mesi di vita funzionale in mezzi liquidi. Qui, descriviamo il processo di fabbricazione e la taratura di Assise in un formato lab-on-a-chip. L'ASSISE è dimostrato di aver mantenuto un profilo pendio vicino-Nernst dopo stoccaggio prolungato in mezzi biologici complessi.
Abstract
Lab-on-a-chip applicazioni (LOC) in, ricerca ambientale, biomedico, agricolo biologico, e il volo spaziale richiedono un elettrodo ione-selettivo (ISE), in grado di sopportare lo stoccaggio prolungato in complessi mezzi biologici 1-4. Uno ione-selettivo-elettrodo all-solid-state (ASSISE) è particolarmente attraente per le suddette applicazioni. L'elettrodo deve avere le seguenti caratteristiche favorevole: facilità di costruzione, manutenzione bassa, e (potenziale) di miniaturizzazione, consentendo l'elaborazione in batch. Un ASSISE microfabricated inteso per quantificare H +, Ca 2 +, e CO 3 2 – ioni è stato costruito. È costituita da uno strato di metallo nobile-elettrodo (cioè Pt), uno strato di trasduzione, ed una membrana ione-selettivo (ISM) strato. Le funzioni di strato di trasduzione di trasdurre la concentrazione-dipendente potenziale chimico della membrana ione-selettivo in un segnale elettrico misurabile.
Tegli durata di un ASSISE è trovato a dipendere mantenendo il potenziale al livello / interfaccia membrana conduttiva 5-7. Per prolungare la vita utile di esercizio ASSISE e quindi mantenere i potenziali stabili presso gli strati interfacciali, abbiamo utilizzato il polimero conduttivo (CP) poli (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 7-9 al posto di argento / cloruro di argento (Ag / AgCl) come strato trasduttore. Abbiamo costruito la ASSISE in un formato lab-on-a-chip, che abbiamo chiamato il biochip multi-analita (MAB) (Figura 1).
Calibrazioni nelle soluzioni di prova hanno dimostrato che il MAB può monitorare il pH (pH operativa 4-9), CO 3 2 – (misurata gamma 0,01 mm – 1 mm), e Ca 2 + (range log-lineare 0,01 mm a 1 mm). Il MAB di pH fornisce una risposta pendio vicino-Nernst dopo quasi un mese di stoccaggio nel terreno di coltura algale. Biochip carbonato mostrano un profilo potenziometrico simile a quello di un elettrodo ione-selettivo convenzionale. Physiolmisurazioni ogical stati impiegati per monitorare l'attività biologica del sistema modello, la microalga Chlorella vulgaris.
Il MAB veicola un vantaggio in termini di dimensioni, versatilità, e multiplex analita capacità di rilevamento, che lo rende applicabile a molte situazioni di monitoraggio ristretti, sulla Terra o nello spazio.
Biochip Disegno e Metodi Sperimentali
Il biochip è di 10 x 11 mm di dimensioni e dispone di 9 Assise designati come elettrodo di lavoro (WE) e 5 elettrodi di riferimento Ag / AgCl (RES). Ogni elettrodo di lavoro (WE) è di 240 micron di diametro ed è equamente distanziati a 1,4 mm dal RE, che sono 480 micron di diametro. Questi elettrodi sono collegati a rilievi del contatto elettrico con una dimensione di 0,5 mm x 0,5 mm. Lo schema è mostrato in Figura 2.
Voltammetria ciclica (CV) e metodi di deposizione galvanostatici sono usati per i film electropolymerize Pedot utilizzando un BioanalyticAl Systems Inc. (BASI) supporto cella C3 (Figura 3). Il contro-ione del film PEDOT è adatta a soddisfare lo ione analita di interesse. Un PEDOT con poli (styrenesulfonate) contro ione (PEDOT / PSS) è utilizzata per H + e CO 3 2 -, mentre uno con solfato (aggiunto alla soluzione come CaSO 4) vengono usate per Ca 2 +. Le proprietà elettrochimiche della PEDOT rivestita WE è analizzato tramite i CV in soluzione redox-attivo (cioè 2 mM potassio ferricianuro (K 3 Fe (CN) 6)). Sulla base del profilo CV, analisi Randles-Sevcik stato utilizzato per determinare l'area superficiale effettiva 10. Spin-coating a 1.500 giri viene utilizzato per lanciare ~ 2 micron di spessore membrane iono-selettivi (ISMS) sugli elettrodi di lavoro MAB (WE).
Il MAB è contenuto in una camera di flusso microfluidica-cella riempita con un volume di 150 ml di terreno di coltura algale; le trecce sono collegati elettricamente al sistema BASI (Figure 4). L'attività fotosintetica di Chlorella vulgaris è monitorato in luce ambiente e al buio.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il MAB biochip consiste di Assise che sono costruiti da un ISM cima a un coniugato CP strato trasduzione PEDOT basato su un elettrodo di Pt, la cui combinazione trasduce la concentrazione ionica di interesse ad un segnale elettrico misurabile. Un potenziale elettrodo stabile è definita sia lo strato di CP e lo strato ISM. Entrambi gli strati determinano anche la vita di lavoro del MAB e la qualità (rumore, deriva) del segnale elettrico misurato.
PEDOT è particolarmente attraente come stra…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo ringraziare NASA Astrobiology Science and Technology strumento di sviluppo (ASTID) Programma per il sostegno finanziario (numeri di sovvenzione 103498 e 103692), Gale Lockwood del Birck Nantechnology Center presso la Purdue University per wirebonding dei dispositivi MAB, e Joon Hyeong Parco per la disegno CAD della camera di cella a flusso.
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. |
Riferimenti
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