In questo studio, modifichiamo i microelettrodi in fibra di carbonio con nanoparticelle d'oro per migliorare la sensibilità del rilevamento del neurotrasmettitore.
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Articolo metodologico
Microelettrodi in fibra di carbonio modificati con nanoparticle d'oro per una migliore rilevazione neurochimica
In questo articolo
Sommario
Abstract
Per oltre 30 anni, i microelettrodi in fibra di carbonio (CFME) sono stati lo standard per il rilevamento dei neurotrasmettitori. Generalmente, le fibre di carbonio vengono aspirate in capillari di vetro, tirate a un cono fine e poi sigillate utilizzando un resina resina epossidica per creare materiali elettrodi che vengono utilizzati per test di voltammetria ciclica a scansione rapida. L'uso di CFME nudi ha diverse limitazioni, però. In primo luogo, la fibra di carbonio contiene per lo più carbonio piano basale, che ha una superficie relativamente bassa e produce sensibilità inferiore rispetto ad altri nanomateriali. Inoltre, il carbonio grafitico è limitato dalla sua risoluzione temporale e dalla sua conduttività relativamente bassa. Infine, neurochimici e macromolecole sono stati conosciuti per fallo sulla superficie di elettrodi di carbonio dove formano polimeri non conduttivi che bloccano ulteriori annunci neurotrasmettitori. Per questo studio, modifichiamo i CFME con nanoparticelle d'oro per migliorare i test neurochimici con la voltammetria ciclica a scansione rapida. L'Au3 è stato elettrodepositato o sofposto da una soluzione colloidale sulla superficie dei CFME. Poiché l'oro è un metallo stabile e relativamente inerte, è un materiale elettrodo ideale per misurazioni analitiche di sostanze neurochimiche. La nanoparticella d'oro modificata (AuNP-CFME) ha avuto una stabilità alla risposta della dopamina per oltre 4 h. Inoltre, AuNP-CFME s'intitola inoltre una maggiore sensibilità (corrente ossidativa di picco più alta dei voltammogrammi ciclici) e cinedi di trasferimento elettronico più veloci(EP o separazione del picco) più in basso rispetto ai CFME non modificati. Lo sviluppo di AuNP-CFME fornisce la creazione di nuovi sensori elettrochimici per rilevare i cambiamenti rapidi nella concentrazione di dopamina e altre sostanze neurochimiche a limiti inferiori di rilevamento. Questo lavoro ha vaste applicazioni per il miglioramento delle misurazioni neurochimiche. La generazione di CFME modificate con nanoparticelle d'oro sarà di vitale importanza per lo sviluppo di nuovi sensori di elettrodi per rilevare i neurotrasmettitori in vivo nei roditori e in altri modelli per studiare gli effetti neurochimici dell'abuso di droga, depressione, ictus, ischemia, e altri stati comportamentali e di malattia.
Introduzione
Microelectrodi in fibra di carbonio (CFME)1 sono meglio utilizzati come biosensori per rilevare l'ossidazione di diversi neurotrasmettitori cruciali2, tra cui dopamina3, noradrenalina4, serotonina5, adenosina6, istamina7, e altri8. La biocompatibilità e le dimensioni delle fibre di carbonio le rendono ottimali per l'impianto in quanto vi è un danno tissutale mitigato rispetto agli elettrodi standard più grandi. 9 I CFME sono noti per possedere proprietà el....
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Protocollo
1. Costruzione di microelettrodi in fibra di carbonio
-
Preparazione delle fibre di carbonio
- Per creare microelettrodi in fibra di carbonio, separare prima le fibre di carbonio (fibra di carbonio,7 mm di diametro) una ad una con mani, guanti e spatole.
- Tirare o strappare una fibra dal filo attorcigliato.
- Aspirare una fibra di carbonio isolata in un capillare di vetro (vetro capillare a canna singola senza microfilamento, diametro esterno di 1,2 mm, diametro interno di 0,68 mm).
- Creare un supporto per elettrodi tagliando un pezzo di cartone di circa 10 cm di lunghezza per 25 cm di larghezza.
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Risultati
Per figura 1, mostriamo uno schema in cui viene utilizzato il test FSCV per misurare la concentrazione di neurotrasmettitori in vitro. Figura 1 Mostra la forma d'onda della dopamina applicata. La forma d'onda del triangolo viene scansionata da -0,4 V a 1,3 V a 400 V/s. Nella seconda parte della figura a sinistra, mostra l'ossidazione della dopamina alla dopamina-orto-quinone (DOQ), un processo di trasferimento di due elettroni si.......
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Discussione
In questo studio, dimostriamo un nuovo metodo per costruire microelettrodi in fibra di carbonio modificati oro-nanoparticle per il rilevamento di neurotrasmettitori come la dopamina utilizzando la voltamemetria ciclica a scansione rapida. Il metodo è un approccio efficiente, verde e relativamente poco costoso per migliorare la sensibilità del rilevamento di biomolecole. Lo spessore dell'oro depositato sulla superficie della fibra di carbonio può essere controllato dal momento dell'elettrodeposizione e dalla concentrazion.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Ringraziamo l'American University, il Faculty Research Support Grant, la NASA DC Space Grant, e la NSF-MRI-1625977.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Cloridrato di dopamina | Sigma Aldrich | H8502-5G | |
| Soluzione salina tamponata con fosfato | Sigma Aldrich | P5493-1L | |
| Pine WaveNeuro Potenziostat | Pine Instruments | NEC-WN-BASIC | Questo ordine viene fornito all'ingrosso con tutti gli altri accessori come headstage, adattatori, cavi e altri dispositivi elettronici |
| Cella di flusso in pino e micromanipolatore | Strumenti in pino | NEC-FLOW-1 | Questo è anche un altro ordine all'ingrosso che include il micromanipolatore, la cella di flusso, le manopole, i tubi, i connettori, ecc. |
| Sistemi A-M | vetro-capillari | 602500 | |
| T-650 Fibra di carbonio | Goodfellow | C 005711 | |
| Epon 828 Epossidico | Miller-Stephenson | EPON 828 TDS | |
| Dietelinetriamina | Sigma Aldrich | D93856-5ML | |
| Cloruro d'oro (III) | Sigma Aldrich | 254169 | Viene fornito come misuratore di pH HAuCl4 o AuCl3 |
| Fisher | S90528 | ||
| Farraday Cage | AMETEK TMC | 81-334-03 | |
| Pompa a siringa | POMPA NEW ERA | NE-1000 | |
| Eppendorf Pipette e puntali | Eppendorf | 2231000222 | Questo è anche un ordine all'ingrosso contenente più pipette e puntali |
| Becher da 10 -1.000 ml | VWR | 10536-390 | |
| Fibra di carbonio | Goodfellow | C 005711 | |
| SEM | JEOL | JSM-IT100 |
Riferimenti
- Zestos, A. G., Nguyen, M. D., Poe, B. L., Jacobs, C. B., Venton, B. J. Epoxy insulated carbon fiber and carbon nanotube fiber microelectrodes. Sensors and Actuators B: Chemical. 182, 652-658 (2013).
- Bucher, E. S., Wightman, R. M. Electrochemical analysis....
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Ristampe e permessi
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