Biochip Multi-analito (MAB) Basado en electrodos selectivos de iones todo de estado sólido (ASSISE) para la investigación fisiológica
Summary
Electrodos selectivos de iones todo de estado sólido (Assises) construidos a partir de un (CP) transductor de polímero conductor proporcionan varios meses de vida funcional en medios líquidos. A continuación, se describe el proceso de fabricación y calibración de Assises en un formato de lab-on-a-chip. El ASSISE se demuestra que ha mantenido un perfil de la pendiente casi Nernstiana tras un almacenamiento prolongado en medios biológicos complejos.
Abstract
Aplicaciones Lab-on-a-chip (LOC) en la investigación del medio ambiente, biomedicina, agricultura, biología, y los vuelos espaciales requieren un electrodo selectivo de iones (ISE) que puede soportar un almacenamiento prolongado en medios biológicos complejos 1-4. Un ion-selectiva-todo-electrodo de estado sólido (ASSISE) es especialmente atractiva para las aplicaciones antes mencionadas. El electrodo debe tener las siguientes características favorables: fácil construcción y de bajo mantenimiento, y (potencial) de miniaturización, lo que permite el procesamiento por lotes. A ASSISE microfabricado destinado a cuantificar H +, Ca 2 + y CO 3 2 – iones se construyó. Se compone de una capa de metal noble del electrodo (es decir, Pt), una capa de transducción, y una membrana selectiva de iones (ISM) de la capa. Las funciones de la capa de transducción para transducir la concentración dependiente de potencial químico de la membrana selectiva de iones en una señal eléctrica medible.
Tque toda la vida de un ASSISE se encuentra a depender de mantener el potencial en la capa / membrana de interfaz de 5-7 conductora. Para extender la vida útil de trabajo ASSISE y por lo tanto mantener los potenciales estables en las capas interfaciales, se utilizó el polímero conductor (CP) poli (3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT) 7-9 en lugar de cloruro de plata / plata (Ag / AgCl) como la capa de transductor. Hemos construido la ASSISE en un formato lab-on-a-chip, lo que llamamos el biochip multi-analito (MAB) (Figura 1).
Calibraciones en soluciones de ensayo demostraron que el MAB puede controlar el pH (pH operacional rango 4-9), CO 3 2 – (medido rango de 0,01 mM – 1 mM), y Ca 2 + (rango log-lineal de 0,01 mM a 1 mM). El MAB de pH proporciona una respuesta pendiente casi Nernstiana después de casi un mes de almacenamiento en medio de algas. Los biochips de carbonato muestran un perfil potenciométrica similar a la de un electrodo selectivo de iones convencional. Physiological mediciones se emplearon para monitorizar la actividad biológica del sistema modelo, la microalga Chlorella vulgaris.
El MAB transmite una ventaja de tamaño, versatilidad, y multiplexa analito capacidad de detección, por lo que es aplicable a muchas situaciones de monitorización confinados, en la Tierra o en el espacio.
Diseño biochip y Métodos Experimentales
El biochip es 10 x 11 mm de dimensiones y cuenta con 9 Assises designados como electrodos de trabajo (WES) y 5 Ag / AgCl electrodos de referencia (ER). Cada electrodo de trabajo (WE) es de 240 micras de diámetro y está igualmente espaciados a 1,4 mm de la ER, que son 480 micras de diámetro. Estos electrodos están conectados a las almohadillas de contacto eléctrico con una dimensión de 0,5 mm x 0,5 mm. El esquema se muestra en la Figura 2.
Voltametría cíclica (CV) y métodos de deposición galvanostáticas se utilizan para electropolymerize las películas de PEDOT utilizando un Bioanalytical Systems Inc. (BASI) soporte celular C3 (Figura 3). La contra-ion para la película PEDOT se adapta para satisfacer el ion analito de interés. Un PEDOT con poli (estirenosulfonato) contador de iones (PEDOT / PSS) se utiliza para H + y CO 3 2 -, mientras que uno con sulfato (añadido a la solución como CaSO 4) se utiliza para el Ca 2 +. Las propiedades electroquímicas de la PEDOT-revestido NOS se analizaron mediante CV en disolución redox-activo (es decir, 2 mM de ferricianuro de potasio (K 3 Fe (CN) 6)). Basado en el perfil de CV, se utilizó el análisis Randles-Sevcik para determinar el área de superficie efectiva 10. Spin-coating a 1.500 rpm se utiliza para emitir ~ 2 micras membranas selectivas de iones gruesas (ISM) en el electrodo de trabajo del MAB (WES).
El MAB está contenido en una cámara de celda de flujo microfluídico lleno con 150 l de un volumen de medio de algas; las almohadillas de contacto están conectados eléctricamente al sistema de BASI (Fig.Ure 4). La actividad fotosintética de Chlorella vulgaris se controla la luz ambiente y la oscuridad.
Protocol
Representative Results
Discussion
El MAB biochip consiste en assises que se construyen a partir de un mecanismo de apoyo encima de una capa de transducción de conjugado CP PEDOT basado en un electrodo de Pt, la combinación de que transduce la concentración iónica de interés a una señal eléctrica medible. Un potencial de electrodo estable se define por tanto la capa de PP y la capa de ISM. Ambas capas también determinan el curso de la vida de trabajo del MAB y la calidad (ruido, la deriva) de la señal eléctrica medida.
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The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nos gustaría dar las gracias a Programa de Astrobiología de la NASA, la Ciencia y la Tecnología para el Desarrollo de instrumentos (ASTiD) de apoyo financiero (subvención números 103498 y 103692), Gale Lockwood del Nantechnology Birck Centro de la Universidad de Purdue para wirebonding de los dispositivos MAB y Joon Hyeong Parque para la dibujo CAD de la cámara de celda de flujo.
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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