Gold Nanopartikel Modifizierte Kohlenstofffaser-Mikroelektroden für verbesserte neurochemische Detektion

Zusammenfassung

In dieser Studie modifizieren wir Kohlenstofffaser-Mikroelektroden mit Gold-Nanopartikeln, um die Empfindlichkeit der Neurotransmitter-Detektion zu verbessern.

Zusammenfassung

Seit über 30 Jahren sind Kohlenstofffaser-Mikroelektroden (CFMEs) der Standard für die Detektion von Neurotransmittern. Im Allgemeinen werden Kohlefasern in Glaskapillaren angesaugt, zu einer feinen Verjüngung gezogen und dann mit einem Epoxid versiegelt, um Elektrodenmaterialien zu erstellen, die für schnelle zyklische Voltammetrietests verwendet werden. Die Verwendung von bloßen CFMEs hat jedoch mehrere Einschränkungen. Zuallererst enthält die Kohlefaser meist basalen Ebenenkohlenstoff, der eine relativ geringe Oberfläche hat und geringere Empfindlichkeiten als andere Nanomaterialien liefert. Darüber hinaus ist der graphitische Kohlenstoff durch seine zeitliche Auflösung und seine relativ geringe Leitfähigkeit begrenzt. Schließlich sind Neurochemikalien und Makromoleküle bekannt, an der Oberfläche von Kohlenstoffelektroden zu foulen, wo sie nichtleitende Polymere bilden, die weitere Neurotransmitteradsorption blockieren. Für diese Studie modifizieren wir CFMEs mit Gold-Nanopartikeln, um neurochemische Tests mit schneller zyklischer Voltammetrie zu verbessern. Au³⁺ wurde von einer kolloidalen Lösung auf die Oberfläche von CFMEs elektrodepositiert oder getaucht. Da Gold ein stabiles und relativ inertes Metall ist, ist es ein ideales Elektrodenmaterial für analytische Messungen von Neurochemikalien. Gold-Nanopartikel modifiziert (AuNP-CFMEs) hatte eine Stabilität auf Dopamin-Reaktion für über 4 h. Darüber hinaus weisen AuNP-CFMEs eine erhöhte Empfindlichkeit (höherer oxidativer Spitzenstrom der zyklischen Voltammogramme) und eine schnellere Elektronentransferkinetik (niedrigere_EP- oder Peak-Trennung) auf als nackte unveränderte CFMEs. Die Entwicklung von AuNP-CFMEs ermöglicht die Schaffung neuartiger elektrochemischer Sensoren zur Erkennung schneller Veränderungen der Dopaminkonzentration und anderer Neurochemikalien an niedrigeren Nachweisgrenzen. Diese Arbeit hat umfangreiche Anwendungen für die Verbesserung der neurochemischen Messungen. Die Erzeugung von Gold-Nanopartikel-modifizierten CFMEs wird für die Entwicklung neuartiger Elektrodensensoren zur Detektion von Neurotransmittern in vivo bei Nagetieren und anderen Modellen zur Untersuchung neurochemischer Wirkungen von Drogenmissbrauch, Depression, Schlaganfall, Ischämie, und andere Verhaltens- und Krankheitszustände.

Einleitung

Kohlenstofffaser-Mikroelektroden (CFMEs)¹ werden am besten als Biosensoren verwendet, um die Oxidation mehrerer wichtiger Neurotransmitter zu erkennen², einschließlich Dopamin³, Noradrenalin⁴, Serotonin⁵, Adenosin⁶, Histamin⁷und andere⁸. Die Biokompatibilität und Größe von Kohlenstofffasern machen sie optimal für die Implantation, da es im Vergleich zu größeren Standardelektroden gemilderte Gewebeschäden gibt. ⁹ CFMEs sind dafür bekannt, nützliche elektroc....

Protokoll

1. Bau von Kohlenstofffaser-Mikroelektroden

1. Herstellung von Kohlefasern
   1. Um Kohlefaser-Mikroelektroden zu erstellen, trennen Sie zuerst die Kohlefasern (Kohlenstofffaser, 7 mm Durchmesser) einzeln mit Händen, Handschuhen und Spachtel.
   2. Ziehen oder yank eine Faser aus dem verdrehten Garn.
   3. Saugen Sie eine isolierte Kohlefaser in eine Glaskapillare (Einfass-Borosilikatkapillarglas ohne Mikrofilament, 1,2 mm Außendurchmesser, 0,68 mm Innendurchmesser).
   4. Erstellen Sie einen Elektrodenhalter für die Elektroden, indem Sie ein Stück Karton schneiden, das etwa 10 cm lang und 25 cm breit ist.
....

Ergebnisse

Für Abbildung 1zeigen wir einen Schaltplan, bei dem FSCV-Tests verwendet werden, um die Konzentration von Neurotransmittern in vitro zu messen. Abbildung 1 zeigt die angewendete Dopamin-Wellenform. Die Dreieckswellenform scannt von -0,4 V bis 1,3 V bei 400 V/s. Im zweiten Teil der Figur links zeigt es die Oxidation von Dopamin zu Dopamin-Ortho-Chinon (DOQ), ein zwei Elektronentransfer-Prozess tritt von der Oberfläche des Analyten.......

Diskussion

In dieser Studie zeigen wir eine neuartige Methode zum Bau von Gold-Nanopartikel-modifizierten Kohlenstofffaser-Mikroelektroden für den Nachweis von Neurotransmittern wie Dopamin mit Hilfe von schneller zyklischer Voltammetrie. Die Methode ist ein effizienter, grüner und relativ kostengünstiger Ansatz zur Verbesserung der Empfindlichkeit der Biomoleküldetektion. Die Dicke des Goldes, das sich auf der Oberfläche der Kohlefaser ablagert, kann durch die Zeit der Elektrodeposition und die Konzentration von Gold in der Elektr.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Dopaminhydrochlorid	Sigma Aldrich	H8502-5G
Phosphatgepufferte Kochsalzlösung	Sigma Aldrich	P5493-1L
Pine WaveNeuro Potentiostat	Pine Instruments	NEC-WN-BASIC	Diese Bestellung wird in großen Mengen mit allen anderen Zubehörteilen wie Kopftischen, Adaptern, Kabeln und anderer Elektronik geliefert
Pine Durchflusszelle und Mikromanipulator	Pine Instruments	NEC-FLOW-1	Dies ist auch ein weiterer Großauftrag, der den Mikromanipulator, die Durchflusszelle, die Knöpfe, die Schläuche, die Anschlüsse usw. umfasst.
Glas-Kapillare	A-M Systeme	602500
T-650 Kohlefaser	Goodfellow	C 005711
Epon 828 Epoxy	Miller-Stephenson	EPON 828 TDS
Diethelynetriamin	Sigma Aldrich	D93856-5ML
Gold (III)-chlorid	Sigma Aldrich	254169	Erhältlich als HAuCl4 oder AuCl3
pH-Messgerät	Fisher	S90528
Farraday Cage	AMETEK TMC	81-334-03
Spritzenpumpe	NEW ERA PUMP	NE-1000
Eppendorf Pipetten und Spitzen	Eppendorf	2231000222	Dies ist auch eine Großbestellung mit mehreren Pipetten und Spitzen
10 -1.000 mL Becher	VWR	10536-390
Kohlefaser	Goodfellow	C 005711
SEM	JEOL	JSM-IT100