مقالة منهجية

ترجمة أنشطة نقل الإلكترون خارج الخلية باستخدام الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية

DOI:

10.3791/67928

⸱

يناير 31, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1McKetta Department of Chemical Engineering, University of Texas at Austin, 2Department of Electrical and Computer Engineering, The University of Texas at Austin, 3Microelectronics Research Center, The University of Texas at Austin, 4Department of Biomedical Engineering, Northwestern University, 5Simpson Querrey Institute, Northwestern University, 6Department of Pharmaceutical Chemistry, University of California San Francisco, 7Department of Biology, Stanford University, 8Department of Chemistry, University of Texas at Austin

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا ، نقدم بروتوكولا لاستخدام الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية (OECTs) لترجمة نشاط نقل الإلكترون خارج الخلية (EET) في Shewanella oneidensis إلى إشارات كهربائية. يوفر نظام OECT الهجين متانة وحساسية وإمكانية محسنة للاختبار السريع وعالي الإنتاجية ، مما يجعله أداة فعالة لقياسات EET.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقل الإلكترون خارج الخلية (EET) هو عملية يمكن من خلالها لبعض الكائنات الحية الدقيقة نقل الإلكترونات عبر أغشية الخلايا إلى مستقبلات الإلكترون الخارجية ، وربط التمثيل الغذائي الخلوي ببيئتها. في حين أن Geobacter و Shewanella كانا النموذجين الأساسيين لأبحاث EET ، تكشف الدراسات الناشئة أن الأنواع النشطة في EET مرتبطة أيضا بالتخمير وميكروبيوم الأمعاء البشرية. بالاستفادة من قدرة EET على ربط الأنظمة البيولوجية والإلكترونية ، نقدم بروتوكولا لاستخدام الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية (OECTs) لترجمة نشاط EET الميكروبي إلى إشارات كهربائية يمكن اكتشافها بسهولة. يتيح هذا النظام استخدام الاستجابات الخلوية للمنبهات الخارجية لتطبيقات الاستشعار الحيوي والحوسبة الحيوية. على وجه التحديد ، أظهرنا إزالة المنشطات من قناة poly (3،4-ethylenedioxythiophene) من النوع p: poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) في OECT مدفوعة ب EET الخلوي من Shewanella oneidensis. من خلال التحكم النسخي في تدفق EET بواسطة الدوائر الجينية ، نؤسس قدرة الاستشعار الحيوي لنظام OECT الهجين هذا للكشف عن المحفزات الكيميائية ، مثل جزيئات المحفز. علاوة على ذلك ، نقدم بوابات منطقية منطقية قائمة على البلازميد داخل الخلايا ، مما يسمح لها بمعالجة الإشارات البيئية ودفع التغييرات الحالية في OECTs ، مما يدل بشكل أكبر على إمكانات الحوسبة الحيوية لهذه الأجهزة. توفر هذه الطريقة واجهة جديدة بين الأنظمة البيولوجية والإلكترونيات ، مما يتيح تطبيقات الفحص والاستشعار الحيوي والحوسبة الحيوية عالية الإنتاجية في المستقبل.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعد الأجهزة التي يمكنها تحويل وتضخيم الأنشطة البيولوجية والكيميائية إلى إشارات كهربائية أمرا بالغ الأهمية في مختلف المجالات ، مثل الاستشعار1،2 ، والحوسبة العصبية3،4 ، والإلكترونيات القابلة للارتداء5. من بين هذه الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية (OECTs) ظهرت كواجهات استثنائية بين الأنظمة البيولوجية والقراءات الإلكترونية نظرا لتوافقها مع البيئات المائية وفولتية التشغيل المنخفضة 6,7. تختلف OECTs عن الإلكترونيات التقليدية من خلال استخدام الأيونات في المنحل بالكهرباء لتعديل موصلية القناة العضوية ، والتي تجمع بين النقل الأيوني والإلكتروني لتحقيق توصيل استثنائي8. هذه الخصائص تجعل OECTs مثالية لربط الأنظمة البيولوجية بالإلكترونيات ، حيث يمكنها تضخيم الإشارات البيولوجية الضعيفة وترجمتها إلى قراءات كهربائية.

تعمل OECTs عن طريق تغيير حالة المنشطات لقناة موصلة أيونية إلكترونية مختلطة من خلال الانتشار الأيوني ، والتي يتم التحكم فيها عادة عن طريق تطبيق جهد في قطب البوابة. ومع ذلك ، يمكن للتفاعلات البيولوجية أو الأكسدة والاختزال أيضا تغيير موصلية القناة ، مما يمكن OECTs من الاستجابة لمجموعة متنوعة من المحفزات الكيميائية والبيولوجية. يسمح توظيف OECTs باستخدام طبقات ثنائية الدهون أو القنوات الأيونية أو الجزيئات الحيوية باكتشاف تحليلات معينة ، مما يجعلها مفيدة لتطبيقاتالاستشعار 9،10. على سبيل المثال ، تم دمج OECTs مع الإنزيمات النشطة للأكسدة والاختزال مثل الجلوكوز أوكسيديز لنقل الإلكترونات مباشرة إلى القناة ، وضبط موصليتها استجابة لتركيز الجلوكوز11. في حين أن هذه التكوينات فعالة في الاستشعار الحيوي ، إلا أنها محدودة في قدرتها الحسابية بسبب السلوك البسيط نسبيا للإنزيمات أو البروتينات الفردية.

في المقابل ، توفر الخلايا الحية ، وخاصة البكتيريا ، منصة متعددة الاستخدامات قادرة على إجراء حسابات معقدة وقوية4،12،13،14،15. تتمتع البكتيريا النشطة بالكهرباء مثل Shewanella oneidensis و Geobacter sulfurreducens بقدرة فريدة على نقل الإلكترونات عبر أغشية الخلايا في عملية تعرف باسم نقل الإلكترون خارج الخلية (EET). في ظل الظروف اللاهوائية ، تربط هذه البكتيريا عملياتها الأيضية بتقليل أو أكسدة مستقبلات الإلكترون الخارجية ، بما في ذلك المعادن وأكاسيد المعادن والمواد الاصطناعية مثل البوليمرات الموصلة16 والجسيماتالنانوية 17 (الشكل 1 أ). تم استغلال هذه القدرة في خلايا الوقود الميكروبية لتوليد الطاقة وتوفر إمكانية تطبيقات إلكترونية حيوية أكثرتقدما 18،19. بالإضافة إلى ذلك ، مكنت التطورات في البيولوجيا التركيبية من التلاعب الجيني الدقيق للبكتيريا النشطة بالكهرباء للتحكم في مسارات EET. من خلال هندسة الدوائر الجينية التي تنظم التعبير عن الجينات المرتبطة ب EET ، يمكن للباحثين تعديل تدفق الإلكترون استجابة لإشارات بيئية محددة أو عمليات منطقيةحسابية 20،21. يفتح هذا التحكم الجيني في EET طرقا لإنشاء أنظمة هجينة حيوية حيث يتم ربط الحسابات البكتيرية مباشرة بالأجهزة الإلكترونية مثل OECTs. على سبيل المثال ، يمكن تصميم الدوائر الجينية البكتيرية للاستجابة لمجموعات من المدخلات الكيميائية ، وتشغيل أو إيقاف مسارات EET وبالتالي تعديل موصلية قناة OECT. سيسمح ذلك بالقراءات الكهربائية المباشرة للحسابات البكتيرية ، متجاوزا الحاجة إلى الفلورسنت أو غيرهم من المراسلين البيولوجيين التقليديين.

أظهرت التطورات الحديثة إمكانية اقتران OECTs بالبكتيريا الكهربائية. على سبيل المثال ، Méhes et al. استخدم S. oneidensis لمراقبة نشاط EET في الوقت الفعلي باستخدام OECT من النوع p ، موضحا كيف يمكن تتبع التمثيل الغذائي البكتيري كهربائيا22. في حين أن هذا العمل يسلط الضوء على إمكانية استخدام OECTs للكشف عن النشاط البكتيري ، فإن إمكانات النظام الهجين للاستشعار الحيوي والحوسبة الحيوية لا تزال غير مستكشفة. لمعالجة هذا الأمر ، قمنا مؤخرا بتطوير ترانزستورات هجينة تدمج S. oneidensis المعدلة وراثيا في OECTs من النوعp 23. أظهرت النتائج أنه يمكن إزالة المنشطات من قناة OECT من خلال أنشطة EET البكتيرية (الشكل 1 ب). لتعزيز قدرات الاستشعار الحيوي واكتساب رؤى ميكانيكية في عملية إزالة المنشطات ، قمنا بتصميم سلالات S. oneidensis مع الدوائر الجينية التي تنظم تدفق EET. ينتج عن هذا تغييرات يمكن التنبؤ بها في إخراج OECT استجابة للإشارات البيئية مثل جزيئات المحفز. علاوة على ذلك ، من خلال دمج المنطق المنطقي في هذه الدوائر الجينية ، قمنا بتمكين القراءات الكهربائية المباشرة للحسابات البكتيرية المعقدة.

نقدم هنا البروتوكول الشامل لعملية الترانزستور الهجين ، والذي يغطي تصنيع الجهاز ، وإعداد زراعة الخلايا ، وإجراءات القياس ، وتحليل البيانات. بالإضافة إلى ذلك ، نعالج الاعتبارات الرئيسية مثل تنظيف الجهاز وقابلية إعادة الاستخدام وإمكانية الأتمتة في اختبار الإنتاجية العالية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: تم استخدام جميع المواد الكيميائية كما تم استلامها دون مزيد من التنقية. إذا لم يتم تحديدها ، فقد تم استخدام مواد كيميائية من الدرجة التحليلية.

1. تصنيع جهاز OECT

ملاحظة: يتم تصنيع OECTs على شرائح مجهر الكوارتز باستخدام تقنيات التصنيع الدقيق القياسية المقتبسة من العمل السابق24. كما هو موضح في الشكل 2 أ ، يتم ترتيب ثمانية أجهزة OECT على شريحة قياسية واحدة. يتم وضع صفائح polydimethylsiloxane المقطوعة مسبقا (PDMS) على الشريحة لتشكيل غرف OECT ومنافذ الوصول. بوليمر موصل من النوع p بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين): يتم استخدام بولي (ستايرينسولفونات) (PEDOT: PSS) لقناة OECT وقطب البوابة ، بأبعاد 150 ميكرومتر × 10 ميكرومتر للقناة و 500 ميكرومتر × 500 ميكرومتر لطرف البوابة ( الشكل 2 ب). يتم توفير ملخص لتصنيع قناة OECT وعملية تجميع الجهاز في الشكل 2C.

  1. تصنيع قطب الذهب
    1. نظف شرائح الكوارتز عن طريق شطفها بالأسيتون وكحول الأيزوبروبيل (IPA) والماء منزوع الأيونات (DI). جفف بغاز N2 .
    2. قم بإجراء تنظيف البلازماO 2 ب 50 سم مكعب عند 150 واط لمدة 120 ثانية.
    3. معطف الدوران AZ5209e مقاوم للضوء (PR) مع مرحلتين: الأولى عند 500 دورة في الدقيقة ، وتسارع 100 دورة في الدقيقة لمدة 5 ثوان ، والثانية عند 2000 دورة في الدقيقة ، وتسارع 1000 دورة في الدقيقة لمدة 45 ثانية.
    4. يخبز بقوة على حرارة 90 درجة مئوية لمدة 150 ثانية.
    5. قم بتشغيل محاذاة القناع (Suss MA6) وحدد i-line (365 نانومتر) كمصدر للأشعة فوق البنفسجية ، واضبط المعلمات: وقت التعرض على أنه 3.5 ثانية (13 واط) ، وفجوة المحاذاة عند 15 ميكرومتر ، ونوع WEC إلى الاتصال. ونوع التعرض لصعب.
    6. قم بتحميل قناع الطباعة الحجرية والشريحة في التقويم ، وقم بمحاذاة الشريحة مع القناع ، ثم قم بإجراء التعريض الضوئي الأولي.
    7. اخبز عكسي على حرارة 110 درجة مئوية لمدة 180 ثانية.
    8. قم بإزالة قناع الطباعة الحجرية وقم بالتعرض للفيضانات باستخدام المعلمات التالية: وقت التعرض 25 ثانية (13 واط) ، ونوع التعرض مثل الفيضان E.
    9. قم بتطوير العلاقات العامة باستخدام مطور AZ 400K 1:4 المخفف مسبقا من قبل الشركة المصنعة. صب الكمية المناسبة من المطور في طبق تبلور لغمر الشريحة ، وقم بهز الطبق باستمرار بحركات دائرية لمدة 45 ثانية. بعد ذلك ، قم بإزالة الشريحة على الفور وانقعها في ماء DI لمدة 45 ثانية ، واشطفها بماء DI ، وجففها بالمجفف باستخدام N2.
      ملاحظة: يمكن إيقاف العملية مؤقتا هنا.
    10. انقل الشرائح إلى مبخر الشعاع الإلكتروني. ضخ إلى 2.7 × 10-4 باسكال (2 × 10-6 طن) أو أقل.
    11. قم بإيداع الطبقة اللاصقة Ti (10 نانومتر) و Au (100 نانومتر) بالتتابع. قد تختلف سرعة الترسيب اعتمادا على المبخر المحدد المستخدم. يوصى بسرعة ترسيب تبلغ 0.1 نانومتر / ثانية لتحقيق توازن جيد بين جودة الترسيب ووقت المعالجة.
    12. قم بإزالة المعدن الزائد عن طريق نقع الشرائح في الأسيتون طوال الليل. بعد النقع ، استخدم ماصة لنفث تيارات الأسيتون على سطح المنزلق لإخراج أي معدن زائد متبقي. يشار إلى شرائح الربع الرباعي التي تم الحصول عليها بعد الخطوات المذكورة أعلاه باسم شرائح قطب OECT.
      ملاحظة: بدلا من ذلك ، استخدم الصوتنة للمساعدة في إزاحة المعدن الزائد.
  2. PEDOT: تصنيع قناة PSS
    1. قم بتنظيف شرائح القطب الكهربائي OECT عن طريق شطفها بماء الأسيتون و IPA و DI. جفف بغاز N2 .
    2. اخبزي الشرائح لمدة 5 دقائق على الأقل عند 160 درجة مئوية. اترك الشرائح لتبرد قبل الطلاء الدوار.
    3. معطف الدوران AZ5209e PR مع مرحلتين: أولا عند 500 دورة في الدقيقة ، تسارع 100 دورة في الدقيقة / ثانية لمدة 5 ثوان متبوعا ب 2000 دورة في الدقيقة ، تسارع 1000 دورة في الدقيقة / ثانية عند 45 ثانية.
    4. يخبز بقوة على حرارة 90 درجة مئوية لمدة 150 ثانية.
    5. ابدأ التعريض الضوئي الأولي باستخدام i-line في وضع التلامس الصلب لمدة 3.5 ثانية عند 13 وات.
    6. اخبز عكسي على حرارة 110 درجة مئوية لمدة 180 ثانية.
    7. قم بالتعرض للفيضانات لمدة 25 ثانية عند 13 واط.
    8. قم بالتطوير باستخدام مطور AZ 400K 1: 4 لمدة 45 ثانية مع اهتزاز دائري مستمر للطبق. بعد ذلك ، انقع الشرائح في ماء DI لمدة 45 ثانية ، واشطفها بماء DI ، وجففها بالمجفف باستخدام N2.
      ملاحظة: يمكن إيقاف العملية مؤقتا هنا.
    9. Sonicate PEDOT: تشتت PSS لمدة 5 دقائق عن طريق تعويم الزجاجة على حمام مائي DI مملوء بخط تعبئة الصوت. قم بتصفية PEDOT: تشتت PSS باستخدام مرشح 0.22 ميكرومتر لإزالة التكتلات.
    10. PEDOT المعطف الدوار: PSS عند 3500 دورة في الدقيقة مع تسارع بسرعة 3500 دورة في الدقيقة / ثانية لمدة 60 ثانية. يجف عند 90 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة.
    11. قم بإزالة فيلم PEDOT: PSS المفرط عن طريق نقع الشرائح في الأسيتون لمدة 12 دقيقة ، متبوعا ب 1 دقيقة صوتنة.
    12. اشطف الشرائح بالأسيتون ثم IPA وجففها بالمجفف باستخدام N2.
    13. قم بإجراء معالجة الإيثيلين جلايكول (EG) عن طريق وضع الشرائح فوق اللوح الساخن عند 90 درجة مئوية ، ثم قم بإسقاط ما يكفي من EG لتغطية كل PEDOT: PSS لمدة 5 دقائق. اشطفها بماء DI وجففها ب N2. يشار إلى شرائح الكوارت التي تم الحصول عليها بعد الخطوات المذكورة أعلاه باسم شرائح OECT.
  3. تصنيع غرفة جهاز PDMS
    1. اصنع صفائح PDMS عن طريق خلط القاعدة وعامل المعالجة بنسبة 10: 1. صب المحلول في القالب للوصول إلى سمك 3 مم وإزالة الغاز لمدة 1 ساعة في غرفة ديغاز 2 ربع متصلة بمضخة تفريغ.
    2. عالج الخليط عن طريق وضع القالب على مقعد مستو لمدة 48 ساعة في درجة حرارة الغرفة لضمان أسطح PDMS ناعمة. قم بتغطية القالب لتجنب التلوث من الحطام المحمول في الهواء.
    3. قم بقص PDMS بشفرات الحلاقة وقم بإنشاء غرف الجهاز ومنافذ تبادل السوائل بكمات ثقب دائرية بأقطار 5 مم و 1.5 مم على التوالي. تأكد من أن ارتفاع PDMS هو 3 مم كما يتم التحكم فيه أثناء صب القالب (الخطوة 1.3.1)

2. إعداد وسائل الإعلام

  1. الأوتوكلاف 500 مل من الماء فائق النقاء ، وأربع إبر توزيع من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وغطاءان من القارورة المطاطية (للقوارير المستديرة السفلية سعة 250 مل) ، وقواريرتين مستديرة القاع سعة 250 مل ، وزجاجة وسائط زجاجية سعة 500 مل. قم بتخزين الماء المعقم فائق النقاء عند 4 درجات مئوية للاستخدام في المستقبل.
  2. قم بإعداد 2x Shewanella Basal Medium (SBM) المعدل باستخدام 2x Wolfe's Trace Mineral Mix 0.1٪ أحماض الكازامينو وفقا للجدول 1. قم بتعقيم الوسيط في قاع الوسائط الزجاجية المعقمة (التي تم الحصول عليها في الخطوة 2.1) باستخدام مرشح أعلى الزجاجة. يشار إلى هذه الوسيلة باسم 2x SBM ++ ، حيث يشير كل + إلى إضافة مزيج المعادن النادرة والأحماض الكازامينية. يحفظ في درجة حرارة 4 درجات مئوية للاستخدام في المستقبل.
  3. تصفية معقمة (مرشح 0.22 ميكرومتر) كل من المواد الكيميائية التالية على حدة: 50 مل من فومارات الصوديوم 1 M في أنبوب طرد مركزي معقم سعة 50 مل؛ 1 مل من 2.5 مجم / مل كاناميسين (KAN) ، يشار إليه باسم 100x KAN في أنبوب طرد مركزي دقيق معقم. خصص 1 مل من 60٪ وزن / وزن لاكتات الصوديوم المعقمة (تستخدم كما تم استلامها) في أنبوب طرد مركزي دقيق. قم بتخزين جميع المحاليل المعدة في درجة حرارة 4 درجات مئوية.
  4. قم بإعداد 1 مل من المواد الكيميائية التالية بشكل منفصل في أنابيب أجهزة الطرد المركزي الدقيقة المعقمة: 100 ملي مولار من الأيزوبروبيل ß-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) ، المشار إليه باسم 100x IPTG ؛ 10 ملي مولار 3-أوكسوهكسانويل-هوموسيرين لاكتون (OC6), يشار إليها باسم 100x OC6; 1 ملي مولار أنهدرو تتراسيكلين هيدروكلوريد (aTc) ، يشار إليه باسم 100x aTc. يحفظ في درجة حرارة 4 درجات مئوية للاستخدام في المستقبل.
  5. باستخدام القوارير المعقمة والأغطية المطاطية والإبر المحضرة في الخطوة 2.1 ، قم بتطهير المخزون المتوسط. خصص 200 مل لكل من 2X SBM ++ المعقمة والمياه فائقة النقاء في قوارير منفصلة ذات قاع دائري سعة 250 مل. أغلق القوارير بأغطية مطاطية وأدخل إبر توزيع معقمة لإنشاء إعداد غسيل الغاز (إبرة مدخل الهواء مغمورة في السائل ؛ إبرة مخرج الغاز فوق سطح السائل). تطهير باستخدام N2 لمدة 15 دقيقة.
  6. انقل 2x SBM ++ المطهر والماء عالي النقاء ، اللاكتات ، 1 متر فومارات الصوديوم ، 100x KAN ، 100x IPTG ، 100x OC6 ، و 100x aTc إلى صندوق القفازات لمزيد من الاستخدام مع OECT.

3. مراقبة EET الخلوي باستخدام أجهزة OECT

ملاحظة: لضمان اللاهوائية ، يتم إجراء تجربة OECT في صندوق قفازات بدون التحكم في الرطوبة في درجة حرارة الغرفة.

  1. اليوم 1
    1. تعقيم الجهاز وتحضيره
      1. قم بتعقيم شرائح OECT وأوراق PDMS والقطب المرجعي Ag/AgCl (RE) في حاويات منفصلة. يجف عن طريق الخبز على حرارة 80 درجة مئوية. أحضر شرائح OECT المعقمة و Ag / AgCl RE في صندوق القفازات.
      2. قم بامتصاص الأكسجين المحبوس في صفائح PDMS عن طريق تعريضه للفراغ في غرفة انتظار صندوق القفازات لمدة 4 ساعات. قم بتجميع جهاز OECT عن طريق وضع أوراق PDMS فوق شرائح OECT في صندوق القفازات.
      3. حقن 45 ميكرولتر من وسط SBM المناسب في كل غرفة OECT. لمعظم التجارب, استخدام 1x SBM ++ مكملة ب 20 لاكتات مل. على سبيل المثال ، قم بإعداد 1 مل من 1x SBM ++ عن طريق خلط 500 ميكرولتر من 2x SBM ++ ، و 497 ميكرولتر من الماء المعقم فائق النقاء ، و 2.85 ميكرولتر من 60٪ وزن / وزن لاكتات الصوديوم.
      4. قم بتغطية منافذ غرفة OECT بألواح PDMS لتجنب التبخر المتوسط والتلوث.
      5. راقب تيار قناة OECT IDS تحت جهد قناة ثابت VDS يبلغ -0.05 فولت وجهد البوابة VGS من 0.2 فولت حتى يستقر التيار. يمكن أن يختلف اختيار الجهد اعتمادا على جهاز OECT أو العينات البيولوجية. استخدم نفس الفولتية الانحياز المستمر للبوابة والقناة طوال القياس. قد يستغرق التثبيت من ساعات إلى بضعة أيام ، اعتمادا على مستوى الفراغ ومدة الامتصاص في غرفة الانتظار.
    2. مزارع الخلايا
      1. مخزون خلايا الخط (المخزنة عند -80 درجة مئوية) على ألواح أجار تحتوي على LB (للسلالات غير المأوئة بالبلازميد) أو LB مع 25 ميكروغرام / مل كاناميسين (للسلالات التي تحتوي على بلازميد) وتنمو هوائية بين عشية وضحاها عند 30 درجة مئوية20،23.
  2. اليوم 2
    1. تحضير الخلية (المزارع الهوائية)
      1. اختر مستعمرات مفردة بشكل عشوائي من ألواح أجار LB (تم الحصول عليها في الخطوة 3.1.2.1) في 2 مل من 1x SBM ++ مكملة ب 20 ملي مولار لاكتات في أنابيب استزراع 15 مل. احتفظ بالخلايا طوال الليل عند 30 درجة مئوية و 250 دورة في الدقيقة. تحضير 6 مل وسط نمو بدون خلية كتحكم غير أحيائي والذي سيتم استخدامه لاحقا في غسل الخلايا.
    2. تحضير الخلية (الثقافة اللاهوائية)
      1. انقل ألواح أجار LB التي تحتوي على السلالات المراد اختبارها في صندوق القفازات.
      2. اختر مستعمرات مفردة بشكل عشوائي من ألواح أجار LB في 1 مل من SBM المناسب مع 20 مللي لاكتات و 40 ملي فومارات في أنابيب استزراع 15 مل. على سبيل المثال ، قم بإعداد 1 مل من الوسط للسلالة المحفزة IPTG التي تتطلب 1 ملي مولار IPTG و 25 ميكروغرام / مل من KAN عن طريق خلط 500 ميكرولتر من 2x SBM ++ ، و 437 ميكرولتر من الماء المعقم فائق النقاء ، و 2.85 ميكرولتر من 60٪ وزن / وزن لاكتات الصوديوم ، و 40 ملي مولار من 1 م فومارات الصوديوم ، و 10 ميكرولتر من 100 ملي مولار IPTG ، و 10 ميكرولتر من 2.5 مجم / مل KAN.
      3. احتفظ بالخلايا عند 30 درجة مئوية لمدة 18-24 ساعة دون اهتزاز. لضمان إمكانية المقارنة عبر دفعات التجربة، حافظ على أوقات نمو ثابتة.
  3. اليوم 3
    1. القياس الكهروكيميائي الأولي OECT
      ملاحظة: يختلف نوع توصيفات OECT من الأنواع الثابتة ، مثل انحياز الجهد المستمر ، إلى الأنواع الديناميكية ، مثل نبض البوابة. هنا ، نستخدم اختبار خطوة جهد البوابة للحصول على الخصائص الديناميكية والثابتة. يتم مساعدة إعادة تكوين الاتصال الكهربائي بين OECTs والجهاز (جهد متعدد القنوات في هذه الحالة) بواسطة لوحات دوائر يدوية مخصصة متعددة الإرسال (MUX). يمكن تطوير لوحات MUX الآلية لقياس الإنتاجية العالية.
      1. قم بقياس تيار قناة OECT IDS المقابل لخطوة جهد البوابة من 0 فولت إلى 0.2 فولت بالإعدادات الموضحة أدناه (قد تختلف الأسماء الدقيقة حسب الأداة).
      2. تقيس قناة الأداة 1 تيار قناة OECT IDS. لهذا ، قم بتعيين اسم التقنية: قياس التمبير السريع. وقت التوازن: 1 ثانية ؛ جهد التوازن: - 0.05 فولت ؛ جهد التحيز: -0.05 فولت ؛ وقت التشغيل: 14 ثانية ؛ الفاصل الزمني للعينة: 0.5 مللي ثانية.
      3. تتحكم قناة الصك 2 في جهد بوابة OECT VGS. لهذا ، قم بتعيين اسم التقنية: الوضع المختلط ؛ وقت الحالة: 1 ثانية ؛ جهد الحالة: 0 فولت ؛ وضع المرحلة 1: ثابت E ؛ المرحلة 1 جهد التحيز: 0 فولت ؛ وقت تشغيل المرحلة 1: 4 ثوان ؛ وضع المرحلة 2: ثابت E ؛ المرحلة 2 انحياز الجهد: 0.2 فولت ؛ وقت تشغيل المرحلة 2: 10 ثوان ؛ الفاصل الزمني للعينة: 0.5 مللي ثانية.
      4. كرر اختبار خطوة جهد البوابة (الخطوات 3.3.1.1 إلى 3.3.1.3) لجميع OECTs. يمكن أتمتة هذه الخطوة لاختبار الإنتاجية العالية.
      5. قم بتطبيق جهد قناة ثابت VDS من -0.05 فولت وجهد البوابة VGS من 0.2 فولت على جميع OECTs حتى التلقيح. تأكد من أن الفولتية التحيز هي نفسها المستخدمة أثناء تثبيت الجهاز (الخطوة 3.1.1.5).
    2. تحضير اللقاح (المزارع الهوائية)
      1. اغسل الخلايا ثلاث مرات عن طريق الطرد المركزي عند 1503 × جم لمدة 4 دقائق وإعادة التعليق في 1 مل من الوسط الطازج المستخدم لنمو الخلية (الخطوة 3.2.1.1). بعد الدوران الأخير (3) ، أعد تعليق الخلايا في 0.5 مل (أو نصف حجم الثقافة الأصلي) للحصول على تعليق خلية مركز عند OD600 من 1 - 3.5. اضبط مستوى صوت التعليق النهائي وفقا لذلك.
      2. انقل تعليق الخلية إلى صندوق القفازات.
      3. للحصول على اللقاح ، قم بتخفيف الخلايا إلى OD600 المقصود من 0.1 (أو 10 أضعاف التلقيح OD600). وسيط الوهم له نفس دستور وسيط النمو ولكن قم بإعداده طازجا في صندوق القفازات مع أسهم الوسائط المطهرة. على سبيل المثال, إذا كانت الخلايا نمت هوائية في SBM ++ مكملة مع اللاكتات, إعداد SBM ++ الطازجة مكملة مع اللاكتات في صندوق القفازات لتخفيف اللقاح.
      4. أوقف البوتينسيوستات. حقن 5 ميكرولتر من اللقاح في غرفة OECT (تحتوي على 45 ميكرولتر من SBM المناسب) لتحقيق OD600 نهائي قدره 0.01 في OECT. قم بتغطية منافذ غرفة OECT بألواح PDMS لتجنب التبخر المتوسط والتلوث.
    3. تحضير اللقاح (المزارع اللاهوائية)
      1. للحصول على اللقاح ، قم بتخفيف مزارع الخلايا 10 أضعاف. استخدم وسيط الوهم الذي له نفس دستور وسط النمو ولكنه يفتقر إلى الفومارات. على سبيل المثال ، إذا نمت الخلايا بشكل لاهوائي في SBM ++ مكملة باللاكتات والفومارات و KAN و IPTG ، فقم بإعداد SBM ++ الطازجة المكملة باللاكتات و KAN و IPTG في صندوق القفازات لتخفيف اللقاح.
      2. أوقف البوتينسيوستات. حقن 5 ميكرولتر من اللقاح في غرفة OECT (تحتوي على 45 ميكرولتر من SBM المناسب). قم بتغطية منافذ غرفة OECT بألواح PDMS لتجنب التبخر المتوسط والتلوث.
    4. القياس المستمر والنقاط الزمنية
      1. قم بتطبيق جهد انحياز ثابت على قنوات OECT (VDS = -0.05 V) والبوابة (VGS = 0.2 V) طوال التجربة ، باستثناء قياسات النقاط الزمنية عندما يكون الجهد متصلا ب OECTs الفردية للتوصيف.
      2. قم بتشغيل التجربة لمدة 24 ساعة بعد التلقيح. ضع في اعتبارك القياس قبل التلقيح (انظر الخطوة 3.3.1) كنقطة زمنية 0 ساعة.
      3. عادة ما تحدث تغييرات كبيرة في حالة المنشطات قناة OECT خلال 8 ساعات الأولى. حدد 5-7 نقاط زمنية للقياسات خلال هذه الفترة ، متبوعا بقياس واحد بين 12 ساعة و 16 ساعة ، والنقطة الزمنية النهائية عند علامة 24 ساعة. يمكن أن تشمل النقاط الزمنية للأمثلة مباشرة بعد التلقيح وعند 1 ساعة و 2 ساعة و 3 ساعات و 4.5 ساعة و 6 ساعات و 8 ساعات و 18 ساعة و 24 ساعة بعد التلقيح.
      4. لتجنب القياسات في وقت متأخر من الليل ، ابدأ التلقيح (انظر الخطوة 3.3.2 أو 3.3.3) في وقت مبكر من اليوم لاستيعاب قياسات النقاط الزمنية المتكررة خلال أول 8 ساعات.
      5. كرر الخطوة الموضحة في 3.3.1 لكل قياس للنقطة الزمنية.
  4. يوم 4
    1. قياس منحنى النقل في آخر نقطة زمنية (24 ساعة)
      1. أدخل Ag / AgCl RE في حجرة OECT عن طريق لف RE برفق ودفعه عبر منفذ تبادل السوائل.
      2. قم بقياس منحنيات نقل OECT عن طريق كنس جهد البوابة من -0.1 فولت إلى 0.6 فولت أثناء مراقبة تيار القناة IDS مع تحيز ثابت VDS عند -0.05 فولت. قم بقياس إمكانات البوابة والقطب الكهربائي المصدر الدقيقة مقابل Ag / AgCl RE.
      3. قم بتكوين الأداة كما هو موضح أدناه (قد تختلف الأسماء الدقيقة حسب الأداة).
      4. تقيس قناة الأداة 1 تيار قناة OECT IDS ، استخدم الإعداد التالي: اسم التقنية: قياس التيار الزمني (CA) ، وقت التوازن: 5 ثوان ، جهد التوازن: - 0.05 فولت ، جهد التحيز: -0.05 فولت ، وقت التشغيل: 35 ثانية ، الفاصل الزمني للعينة: 0.09915 ثانية.
      5. تتحكم قناة الأداة 2 في جهد بوابة OECT VGS ، استخدم الإعداد التالي: اسم التقنية: قياس الجهد الخطي (LSV) ، وقت التوازن: 5 ثوان ، جهد التوازن: - 0.1 فولت ، جهد البداية: -0.1 فولت ، جهد النهاية: 0.6 فولت ، خطوة الجهد: 0.002 فولت ، معدل المسح: 0.02 فولت / ثانية.
      6. تقيس قناة الجهاز 3 إمكانات مصدر OECT VS مقابل Ag / AgCl RE ، استخدم الإعداد التالي: اسم التقنية: قياس جهد الدائرة المفتوحة (OCP) ، وقت التشغيل: 40 ثانية ، فاصل العينة: 0.09915 ثانية.
      7. تقيس قناة الجهاز 4 إمكانات بوابة OECT VG مقابل Ag / AgCl RE ، استخدم الإعداد التالي: اسم التقنية: قياس جهد الدائرة المفتوحة (OCP) ، وقت التشغيل: 40 ثانية ، الفاصل الزمني للعينة: 0.09915 ثانية.
      8. كرر قياس منحنى النقل لجميع OECTs. بعد كل قياس ، اشطف القطب المرجعي Ag / AgCl (RE) بنسبة 70٪ من الإيثانول وامسحه بمنشفة جديدة منخفضة الوبر. يمكن إعادة استخدام Ag / AgCl RE داخل نفس مجموعة العينة للنسخ الثلاثية ولكن لا ينبغي إعادة استخدامها بين مجموعات العينات المختلفة.

4. تحليل البيانات

  1. استخراج البيانات
    1. استخدم كود MATLAB المخصص لمعالجة البيانات لأتمتة استخراج البيانات وتسجيلها من البرنامج الأصلي للأداة ، مما يقلل بشكل كبير من وقت المعالجة. تتوفر البرامج النصية MATLAB في مستودع بيانات تكساس (https://doi.org/10.18738/T8/MNKO8D).
  2. معالجة البيانات
    1. قم بملاءمة بيانات تيار قناة OECT IDS للحصول على ثوابت المعدل k لمزيد من التحليل والمقارنة (الشكل 3). بالنسبة لعينات الخلايا القادرة على EET ، نجد أن النموذج الأسي الفردي يوفر أفضل ملاءمة. لذلك ، استخدمنا نموذج الاضمحلال الأسي أحادي الطور في برنامج التحليل لتناسب بيانات السلاسل الزمنية IDS والحصول على ثابت المعدل الملائم k. يمكن أن تكون بيانات السلسلة الزمنية IDS هذه هي القيمة الأولية أو يتم تسويتها إلى النقطة الزمنية 0 ساعة ، حيث ينعكس ثابت المعدل k لمعدل التغيير بدلا من القيم المطلقة.
    2. احصل على IDS الطبيعية بقسمة قيم IDS على قيمة النقطة الزمنية 0 ساعة (IDS0) ، المشار إليها باسم IDS / IDS0.
  3. تحديد ثابت المعدل k
    1. افتح برنامج التحليل (Prism 10 ، GraphPad) وقم بإنشاء مشروع جديد بالنقر فوق ملف > ملف مشروع جديد > جديد. ضمن علامة التبويب إنشاء، اختر XY. في قسم الخيارات، قم بتعيين X إلى Numbers و Y إلى Enter وارسم قيمة Y واحدة لكل نقطة.
    2. قم باستيراد بيانات IDS الحالية لقناة OECT إلى الجدول. قم بملاءمة بيانات IDS مع نموذج الاضمحلال الأسي أحادي الطور بالنقر فوق تحليل في علامة التبويب تحليل. أوجد طريقة الانحدار غير الخطي (ملاءمة المنحنى) في تحليلات XY. تأكد من تحديد جميع مجموعات البيانات التي يجب تركيبها على اليمين، ثم انقر فوق موافق.
    3. في نافذة المعلمات الجديدة، حدد نموذج اضمحلال أحادي الطور في المجموعة الأسية، ثم انقر فوق موافق. معادلة النموذج هي كما يلي:
      Y = (Y0 - الهضبة) * ه ك * X + الهضبة
      أين: Y هو IDS الحالي لقناة OECT ، T هو الوقت ، k هو ثابت المعدل.
    4. بمجرد الحصول على قيم k ، راجع جودة الملاءمة عن طريق التحقق من قيمة R التربيعية لكل ملاءمة. يجب أن يكون للتركيب الجيد R2 أعلى من 0.95.
  4. اختبار t للطالب ثنائي الذيل غير المقترن
    1. لتقييم الدلالة الإحصائية بين مجموعات العينة ، قم بإجراء اختبارات t للطالب ثنائية الذيل غير المزاوجة.
    2. افتح برنامج التحليل وأنشئ مشروعا جديدا بالنقر فوق ملف > ملف مشروع جديد > جديد. ضمن علامة التبويب إنشاء، اختر XY. في قسم الخيارات، قم بتعيين X إلى Numbers و Y لإدخال 3 قيم نسخ متماثلة في أعمدة فرعية جنبا إلى جنب.
    3. قم باستيراد قيم k الثابتة للمعدل الملائم إلى الجدول. قم بإجراء اختبار t بالنقر فوق تحليل في علامة التبويب تحليل. أوجد طريقة t-test (والاختبارات غير المعلمية) في تحليلات الأعمدة. تأكد من تحديد مجموعتي بيانات في كل مرة، ثم انقر فوق موافق.
    4. في دليل التصميم التجريبي، حدد إلغاء الاقتران، نعم. استخدم الاختبار البارامتري واختبار t غير المقترن. افترض أن كلا المجموعتين لديهما نفس خيارات SD. سيتم إنشاء قيم p لكل مقارنة. في الأشكال ، يتم تمثيل القيم p على النحو التالي: n.s.: p > 0.05 (غير ذي دلالة) ، *: p ≤ 0.05 ، **: p ≤ 0.01 ، ***: p ≤ 0.001 ، ****: p ≤ 0.0001.
    5. كرر الخطوات 4.4.3 -4.4.4 لجميع مجموعات البيانات ذات الصلة.

5. تنظيف جهاز OECT وإعادة الاستخدام

  1. بعد التجربة ، قم بتفكيك الجهاز وغلي شرائح OECT في الماء والصابون (1:10 ، الصابون: ماء DI) لمدة 15 دقيقة.
  2. انقل الشرائح بسرعة إلى دورق يحتوي على ماء DI بدرجة حرارة الغرفة وانتظر 5 دقائق حتى تبرد الشرائح. اشطف الشرائح باستخدام DI وجففها بالهواء النقي.
  3. قم بقياس مقاومة قناة OECT بمقياس متعدد. إذا كانت مقاومة القناة في حدود 400٪ من القيمة الأصلية ، فيمكن إعادة استخدام الجهاز للتجربة بعد التعقيم (الخطوة 3.1.1). يمكن أيضا تنظيف شرائح OECT باستخدام الخطوات التالية وهي مناسبة لتصنيع القناة باستخدام الخطوة 1.2.
    تنبيه: محلول سمكة الضاري المفترسة شديد التآكل ويمكن أن يولد حرارة كبيرة. استخدم دائما معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) ، بما في ذلك القفازات والنظارات الواقية ومعطف المختبر. تعامل بحذر شديد والامتثال لإرشادات السلامة الخاصة بالمؤسسة.
  4. تحضير محلول سمكة البيرانا في غطاء دخان جيد التهوية. أضف 30٪ (وزن / وزن) بيروكسيد الهيدروجين بحذر وببطء إلى 98٪ من حمض الكبريتيك بنسبة 1: 4 أثناء التقليب عن طريق إمالة الطبق المتبلور برفق ذهابا وإيابا.
  5. ضع طبق التبلور على طبق ساخن ساخن على حرارة 70 درجة مئوية. استخدم الملقط لإحضار الشرائح وغمرها في محلول سمكة البيرانا لمدة 1 دقيقة.
  6. انقل الشرائح بعناية إلى دورق يحتوي على ماء DI واتركها تجلس لمدة 1 دقيقة على الأقل. اشطف الشرائح جيدا بماء DI وجففها بالهواء.
  7. تخلص من محلول سمكة البيرانا وفقا للإرشادات المؤسسية للتخلص من النفايات الكيميائية. قم بتحييد محلول سمكة البيرانا عن طريق إضافته ببطء إلى دورق يحتوي على خليط من الماء المثلج يبلغ حجمه حوالي 4 أضعاف حجم المحلول. أضف تدريجيا عامل تحييد (على سبيل المثال ، 10 M هيدروكسيد الصوديوم) أثناء مراقبة الأس الهيدروجيني بشرائط الاختبار حتى يصبح محايدا.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ثابت المعدل الملائم k
يعمل ثابت المعدل الملائم k لتيار قناة OECT IDS كمقياس موثوق به لتقييم نشاط EET للعينة. في حين أن الفولتية الثابتة لتحيز البوابة ستؤثر على ثوابت المعدل ، فإننا نختار 0.2 فولت لضمان التحيز الإيجابي لتشجيع نقل الإلكترون البكتيري مع تجنب إزالة المنشطات بسرعة عند الفولتية العالية للبوابة وتوفير وتقليل الضغط الكهروكيميائي على خلايا البكتيريا23. يتم تحديد جهد التصريف -0.05 فولت لضمان قياس تيار موثوق به مع الحد الأدنى من...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مقارنة الخلايا الكهروكيميائية (EC)
تتمثل إحدى الميزات الرئيسية لتركيب ثابت المعدل من تيار قناة OECT في أنه يقلل من تباين الجهاز من خلال التركيز على الديناميكيات الأساسية لتغييرات IDS بدلا من الإخراج الخام. إلى جانب قدرة تضخيم الإشارة المتأصلة في OECTs ، يعزز هذا النهج متانة أنظمة OECT الهجينة مقارنة بالخلايا الكهروكيميائية التقليدية (EC). على سبيل المثال ، في نهاية كل تجربة OECT لمدة 24 ساعة ، يتم قياس منحنيات النقل عن طريق كنس جهد قطب البوابة VGS

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود مصالح متضاربة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم توفير البلازميدات الأساسية لدائرة NAND بسخاء من قبل مختبر Voigt عبر Addgene (# 49375 ، # 49376 ، # 49377). تم دعم هذا البحث ماليا من قبل مؤسسة ويلش (Grant F-1929 ، BKK) ، والمعاهد الوطنية للصحة بموجب الجائزة رقم R35GM133640 (BKK) ، وجائزة NSF CAREER (1944334 ، BKK) ، ومكتب القوات الجوية للبحث العلمي بموجب رقم الجائزة FA9550-20-1-0088 (BKK). تم دعم A.J.G. من خلال زمالات أبحاث الخريجين التابعة لمؤسسة العلوم الوطنية (جائزة البرنامج رقم DGE-1610403). يقر المؤلفون باستخدام مرافق البحث المشتركة المدعومة جزئيا من قبل معهد تكساس للمواد ، ومركز الديناميكيات والتحكم في المواد: NSF MRSEC (DMR-1720595) ، والبنية التحتية الوطنية المنسقة لتكنولوجيا النانو NSF (ECCS-1542159). نحن نقر بامتنان لاستخدام المرافق داخل مختبر الفحص المجهري الأساسي لمعهد البيولوجيا الخلوية والجزيئية ، جامعة تكساس في أوستن.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
3-oxohexanoyl-homoserine lactone سيجما ألدريتش
أنهيدروتراسيكلين هيدروكلوريد VWR
 
الإيثيلين جلايكول  سيجما ألدريتشاللامائية 99.8٪, 
حل عازلة HEPES VWR1 م في الماء ، الرقم الهيدروجيني = 7.3
الأيزوبروبيل ß ؛ -D-1-thiogalactopyranoside   ؛تكنوفا
كبريتات الكاناميسين Growcells
كبريتات المغنيسيوم (II) سباعي الهيدرات  VWR
PEDOT: PSS تعليق مائي   ؛Heraeus Epurio LLCClevios PH1000
فوسفات البوتاسيوم ثنائي القاعدة  سيجما ألدريتش
فوسفات البوتاسيوم أحادي القاعدةسيجما-ألدريتش
بوتينتيوستات PalmSens BVMultiPalmSens4
شرائح مجهرية كوارتز AdValue FQ-S-003
مجهرية كوارتز  
كلوريد الصوديوم VWR
الصوديوم DL-lactate TCI60٪ في الماء
فومارات الصوديوم  VWR98٪
حامض الكبريتيك  سيجما ألدريتش95.0٪ -98.0٪
مطاط سيليكون من جزأين   ؛علوم المجهر الإلكترونيSylgard184
مزيج وولف المعدني النادر ATCC
أحماض الكازامينات معدات VWR شرائح

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Luo, Y. F., et al. Technology roadmap for flexible sensors. Acs Nano. 17 (6), 5211-5295 (2023).
  2. Din, M. O., Martin, A., Razinkov, I., Csicsery, N., Hasty, J. Interfacing gene circuits with microelectronics through engineered population dynamics. Sci Ad. 6 (21), eaaz8344(2020).
  3. Markovic, D., Mizrahi, A., Querlioz, D., Grollier, J. Physics for neuromorphic computing. Nat Rev Phys. 2 (9), 499-510 (2020).
  4. Daniel, R., Rubens, J. R., Sarpeshkar, R., Lu, T. K. Synthetic analog computation in living cells. Nature. 497 (7451), 619-623 (2013).
  5. Ates, H. C., et al. End-to-end design of wearable sensors. Nat Rev Mater. 7 (11), 887-907 (2022).
  6. Rivnay, J., et al. Organic electrochemical transistors. Nat Rev Mater. 3 (2), e17086(2018).
  7. Rashid, R. B., Ji, X. D., Rivnay, J. Organic electrochemical transistors in bioelectronic circuits. Biosens Bioelectron. 190, 113461(2021).
  8. Bernards, D. A., Malliaras, G. G. Steady-state and transient behavior of organic electrochemical transistors. Adv Funct Mater. 17 (17), 3538-3544 (2007).
  9. Lubrano, C., Matrone, G. M., Iaconis, G., Santoro, F. New frontiers for selective biosensing with biomembrane-based organic transistors. Acs Nano. 14 (10), 12271-12280 (2020).
  10. Guo, K., et al. Rapid single-molecule detection of COVID-19 and MERS antigens via nanobody-functionalized organic electrochemical transistors. Nat Biomed Eng. 5 (7), 666-677 (2021).
  11. Pappa, A. M., et al. Direct metabolite detection with an n-type accumulation mode organic electrochemical transistor. Sci Adv. 4 (6), eaat0911(2018).
  12. Siuti, P., Yazbek, J., Lu, T. K. Synthetic circuits integrating logic and memory in living cells. Nat Biotechnol. 31 (5), 448-452 (2013).
  13. Brophy, J. A. N., Voigt, C. A. Principles of genetic circuit design. Nat Meth. 11 (5), 508-520 (2014).
  14. Rubens, J. R., Selvaggio, G., Lu, T. K. Synthetic mixed-signal computation in living cells. Nat Comm. 7, 11658(2016).
  15. Rizik, L., Danial, L., Habib, M., Weiss, R., Daniel, R. Synthetic neuromorphic computing in living cells. Nat Comm. 13 (1), 5602(2022).
  16. Tseng, C. P., et al. Solution-deposited and patternable conductive polymer thin-film electrodes for icmrobial bioelectronics. Adv Mater. 34 (13), 2109442(2022).
  17. Dundas, C. M., Graham, A. J., Romanovicz, D. K., Keitz, B. K. Extracellular electron transfer by Shewanella oneidensis controls palladium nanoparticle phenotype. Acs Synth Biol. 7 (12), 2726-2736 (2018).
  18. Catania, C., Karbelkar, A. A., Furst, A. L. Engineering the interface between electroactive bacteria and electrodes. Joule. 5 (4), 743-747 (2021).
  19. Logan, B. E., Rossi, R., Ragab, A., Saikaly, P. E. Electroactive microorganisms in bioelectrochemical systems. Na Rev Microbiol. 17 (5), 307-319 (2019).
  20. Graham, A. J., et al. Transcriptional regulation of living materials via extracellular electron transfer. Nat Chem Biol. 20 (10), 1329-1340 (2024).
  21. Cao, Y. X., et al. A synthetic plasmid toolkit for Shewanella oneidensis MR-1. Front Microbiol. 10, 410(2019).
  22. Mehes, G., et al. Organic microbial electrochemical transistor monitoring extracellular electron transfer. Adv Sci. 7 (15), 2000641(2020).
  23. Gao, Y., et al. A hybrid transistor with transcriptionally controlled computation and plasticity. Nat Commun. 15 (1), 1598(2024).
  24. Yoo, B., Dodabalapur, A., Lee, D. C., Hanrath, T., Korgel, B. A. Germanium nanowire transistors with ethylene glycol treated poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrene sulfonate) contacts. Appl Phys Lett. 90 (7), 072106(2007).
  25. Tahernia, M., et al. A 96-well high-throughput, rapid-screening platform of extracellular electron transfer in microbial fuel cells. Biosens Bioelectron. 162, 112259(2020).
  26. Ainla, A., et al. Open-source potentiostat for wireless electrochemical detection with smartphones. Anal Chem. 90 (10), 6240-6246 (2018).
  27. Rowe, A. A., et al. CheapStat: an open-source, "do-it-yourself" for analytical and educational applications. PLoS One. 6 (9), e23783(2011).
  28. Salyk, O., et al. Organic electrochemical transistor microplate for real-time cell culture monitoring. Appl Scil. 7 (10), 998(2017).
  29. Zhao, F. J., et al. Light-induced patterning of electroactive bacterial biofilms. Acs Synth Biol. 11 (7), 2327-2338 (2022).
  30. Tan, S. T. M., et al. Operation mechanism of organic electrochemical transistors as redox chemical transducers. J Mater Chem. 9 (36), 12148-12158 (2021).
  31. White, S. P., Dorfman, K. D., Frisbie, C. D. Operating and sensing mechanism of electrolyte-gated transistors with floating gates: Building a platform for amplified biodetection. J Phys Chem. 120 (1), 108-117 (2016).
  32. Huang, B., Gao, S., Xu, Z., He, H., Pan, X. The functional mechanisms and application of electron shuttles in extracellular electron transfer. Curr Microbiol. 75 (1), 99-106 (2018).
  33. Light, S. H., et al. A flavin-based extracellular electron transfer mechanism in diverse Gram-positive bacteria. Nature. 562 (7725), 140-144 (2018).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Shewanella Oneidensis

مقالات ذات صلة