향상된 신경 화학적 검출을 위한 금 나노입자 수정 탄소 섬유 마이크로 전극

요약

이 연구에서는, 우리는 신경 전달 물질 검출의 감도를 향상시키기 위하여 금 나노 입자를 가진 탄소 섬유 마이크로 전극을 수정합니다.

초록

30년 이상, 탄소 섬유 마이크로 전극(CFMEs)은 신경 전달 물질 검출의 표준이었습니다. 일반적으로 탄소 섬유는 유리 모세 혈관으로 흡인되어 미세 한 테이퍼로 당겨진 다음 에폭시를 사용하여 밀봉하여 빠른 스캔 순환 voltammetry 테스트에 사용되는 전극 재료를 만듭니다. 그러나 베어 CFMEs의 사용에는 몇 가지 제한사항이 있습니다. 무엇보다도 탄소 섬유는 상대적으로 낮은 표면적을 가지고 있으며 다른 나노 물질보다 낮은 감도를 생성하는 기저 평면 탄소를 주로 함유하고 있습니다. 또한, 흑연 탄소는 시간적 분해능과 상대적으로 낮은 전도도에 의해 제한된다. 마지막으로, 신경 화학물질과 거대분자는 탄소 전극의 표면에서 파울을 하는 것으로 알려져 있으며, 여기서 그들은 추가 신경 전달 물질 흡착을 차단하는 비 전도성 폴리머를 형성합니다. 이 연구를 위해, 우리는 빠른 스캔 주기적 voltammetry를 가진 신경 화학 시험을 강화하기 위하여 금 나노 입자를 가진 CFME를 수정합니다. Au^3+는 콜로이드 용액으로부터 CFM의 표면상에 전기 증착 또는 디코팅되었다. 금은 안정적이고 상대적으로 불활성 금속이기 때문에 신경 화학 물질의 분석 측정에 이상적인 전극 재료입니다. 금 나노입자 개질(AuNP-CFMEs)은 4시간 이상 동안 도파민 반응을 위한 안정성을 가졌다. 더욱이, AuNP-CFMEs는 수정되지 않은 CFMEs보다 증가된 감도(주기적 볼탐모그램의 높은 피크 산화 전류) 및 더 빠른 전자 전달 역학(낮은 Δ_EP 또는 피크 분리)을 나타낸다. AuNP-CFMEs의 개발은 검출의 낮은 한계에서 도파민 농도 및 기타 신경 화학 물질의 빠른 변화를 감지하기위한 새로운 전기 화학 센서의 생성을 제공합니다. 이 작품은 신경 화학 측정의 향상을 위한 광대 한 응용 프로그램. 금 나노 입자 변형 CFMEs의 생성은 약물 남용, 우울증, 뇌졸중, 허혈의 신경 화학 적 효과를 연구하기 위해 설치류 및 기타 모델에서 생체 내 신경 전달 물질을 감지하는 새로운 전극 센서의 개발에 매우 중요합니다. 및 기타 행동 및 질병 상태.

서론

탄소 섬유 마이크로 전극 (CFMEs)^1은 도파민 3, 노르 에피네프린 4,세로토닌^5,아데노신^6을포함하여 몇 가지 중요한 신경 전달 물질^2의산화를 검출하는 바이오 센서로 가장 잘 사용됩니다. 히스타민⁷, 그리고 다른^{사람 8}. 탄소 섬유의 생체 적합성과 크기는 더 큰 표준 전극에 비해 조직 손상이 완화되기 때문에 이식에 최적입니다. ^9개의 CFME는 유용한 전기화학적 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있으며, 빠른 전기화학 적 기술과 함께 사용될 때 빠른 측정을 할 수 있으며, 가장 일반적으로 빠른 스캔 주기적 voltammetry (FSCV)^10,11. FSCV는 적용된 전위를 빠르게 스캔하고 특정 세포체 에 대한 특정 순환 볼탐모그램을 제공하는 기술이다^12,

프로토콜

1. 탄소 섬유 마이크로 전극의 건설

1. 탄소 섬유의 준비
   1. 탄소 섬유 마이크로 전극을 만들려면 먼저 탄소 섬유 (탄소 섬유, 직경 7mm)를 손, 장갑 및 주걱을 사용하여 하나씩 분리하십시오.
   2. 꼬인 원사에서 섬유질 하나를 당기거나 양크합니다.
   3. 유리 모세관에 고립 된 탄소 섬유를 흡인 (마이크로 필라멘트가없는 단일 배럴 보로 실리 케이트 모세관 유리, 1.2 mm 외경, 0.68 mm 내경).
   4. 길이 약 10cm, 너비 25cm의 판지 조각을 절단하여 전극용 전극 홀더를 만듭니다.
2. 수직 모세관 풀러를 사용하여 전극을 당깁니다.
3. 수직 모세관 풀러의 슬라이딩 도어를 엽니다.
4. 유리 모세관을 삽입할 수 있는 충분한 공간으로 드릴 척을 시계 반대 방향으로 회전시켜 금속 홀더 로드를 느슨하게 하고 제거합니다.
5. 유리 모세관을 전극 홀더에 삽입합니다. 손으로 유리 모세관을 수직 모세관 의 상단에 올립니다.
6. 유리 모세혈관을 깨거나 깨뜨리지 않고 드릴 척으로 시계 방향으로 유리 모세관을 조입니다.
7. 히터 1, 히터 2 및 자석 설정을 제조업체에 조정하여 유리 모세 ....

결과

도1의 경우, 우리는 FSCV 시험이 시험관 내에서 신경 전달 물질의 농도를 측정하는 데 사용되는 회로도를 보여줍니다. 도 1은 도파민 파형이 적용된 것을 표시한다. 삼각형 파형은 -0.4V에서 400V/s에서 1.3V로 스캔됩니다. 좌측 도면의 두 번째 부분에서, 도파민-정형-퀴논(DOQ)에 대한 도파민의 산화를 표시하며, 2개의 전자 전달 과정이 전극의 표면으로 의하여 세포화의 표면으로부터 발생한다. 마지막으로 현재 및 시간 플롯은 색상 플롯과 겹쳐져 있습니다. 현재 대. 시간 플롯은 도파민 산화의 표현. 도파민 산화가 없을 때 평평하고, 도파민이 도파민-정형퀴논으로 산화되고, 다시 도파민으로 감소될 때 수직으로 상승하여, 그 후, 전극의 표면에서 탈소를 한다. 색상 플롯은 현재의 3차원 플롯입니다. 황색 전류는 배경 전류(0에 가깝고), 녹색 플롯은 양성 산화.......

토론

본 연구에서, 우리는 빠른 스캔 순환 voltammetry를 사용하여 도파민과 같은 신경 전달 물질의 검출을 위한 금 나노 입자 변형 탄소 섬유 마이크로 전극을 구성하는 새로운 방법을 보여줍니다. 이 방법은 생체 분자 검출의 감도를 향상시키기 위한 효율적이고 친환경적이며 비교적 저렴한 접근법입니다. 탄소 섬유의 표면에 증착된 금의 두께는 전착액에 존재하는 전착 및 금의 농도에 의해 제어될 수 있다. 금 수정 탄소 섬유 마이크로 전극은 빠른 전자 전달 역학 이외에 베어 전극보다 훨씬 더 높은 전기 활성 표면적을 갖는다는 것을 보여주었다. 또한 수정되지 않은 전극 재료보다 감도가 높고 검출 한계가 낮았습니다. 더욱이, 전극은 적어도 4시간 동안 유동 세포에서 시험했을 때 도파민 검출을 향한 안정성을 보였다. 전극의 표면에 흡착 제어를 나타내는 금 변형 탄소 섬유 전극에 대한 스캔 속도 및 농도 모두에 대하여 도파민 검출을 위한 피크 산화 전류에 대하여 선형 응답이 있었다.

프로토콜의.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
도파민 염산염	시그마 알드리치	H8502-5G
인산염 완충 식염수	시그마 알드리치	P5493-1L
파인 웨이브뉴로 포텐시오스탓	파인 인스트루먼트	NEC-WN-BASIC	이 주문은 헤드스테이지, 어댑터, 코드 및 기타 전자 제품과 같은 다른 모든 액세서리와 함께 대량으로 제공됩니다.
파인 플로우 셀 및 마이크로매니퓰레이터	파인 기기	NEC-FLOW-1	이것은 또한 micromanipulator, 플로우 셀, 손잡이, 튜브, 커넥터 등을 포함하는 또 다른 대량 주문입니다.
유리 모세관	A-M 시스템	602500
T-650 탄소 섬유	굿펠로우	C 005711
에폰 828 에폭	시 밀러-스티븐슨	EPON 828 TDS
디델리네트리아민	시그마 알드리치	D93856-5ML
금(III) 염화물	시그마 알드리치	254169	HAuCl4 또는 AuCl3
pH 미터	Fisher	S90528
Farraday Cage	AMETEK TMC	81-334-03
주사기 펌프	NEW ERA PUMP	NE-1000
Eppendorf 피펫 및 팁	Eppendorf	2231000222	이것은 또한 여러 피펫 및 팁을 포함하는 대량 주문입니다.
10 -1,000 mL 비커	VWR	10536-390
탄소 섬유	Goodfellow	C 005711
셈	JEOL	JSM-IT100

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