Combler l'interface bio-électronique avec Biofabrication

L’objectif global de l’expérience suivante est de déposer électriquement des films biopolymères et de les fonctionnaliser avec des composants biologiques tels que des protéines et des cellules. L’électrodépôt est réalisé en tirant parti du changement de pH qui se produit localement au niveau d’une électrode polarisée en combinaison avec une solution de polysaccharides sensible au pH. Lors du choix d’une stratégie de dépôt cathartique ou anodique, l’électrode est biaisée pour déclencher une transition de gel d’âme, qui génère un film mince ayant un motif défini par l’électrogéométrie.

De plus, des composants biologiques tels que des protéines et des cellules peuvent être introduits tout au long du processus de dépôt d’électrodes. Afin de fonctionnaliser biologiquement le film, on obtient des résultats qui montrent que les composants biologiques sont localisés dans les films sur la base de l’imagerie de fluorescence. De plus, les composants sont fonctionnels et capables d’interagir avec leur environnement, ce qui est démontré par la détection électrochimique de l’activité enzymatique et l’utilisation de la réponse des cellules rapporteures.

La biofabrication fournit une nouvelle boîte à outils pour construire l’interface entre la biologie et l’électronique. Nous pensons que ses principaux avantages sont sa simplicité et sa capacité à s’assembler dans des conditions proches de celles de la physiologie. La biologie est experte dans la fabrication à l’échelle nanométrique par des moyens d’auto-assemblage et enzymatiques En faisant appel à ces capacités, nous contournons les méthodes de synthèse complexes, dangereuses et chronophages utilisées par d’autres techniques d’assemblage.

Notre équipe collaborative a eu l’idée de construire l’interface du dispositif BioD en utilisant des matériaux et des mécanismes biologiques lorsque nous avons observé que leurs cerfs-volants pouvaient être déposés par électrode. Kitan est un polysaccharide formant un film sensible au pH qui peut reconnaître les signaux électriques imposés par le dispositif et se déposer sous forme de film mince. Une fois que nous avons vu que kitan pouvait être déposé par électrode, nous avons réalisé que nous pouvions accéder à une suite plus large d’outils issus de la biochimie et de la biologie moléculaire pour créer une interface de dispositif BioD.

L’application d’une telle technique s’étend aux paramètres de puces labon où des composants biologiques fonctionnels sont nécessaires, car ils fournissent un moyen facile et peu coûteux de localiser ces composants sur une électrode où ils peuvent rester viables. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle car un film bio peut être dédié et facilement endommagé. En tant que tel, il faut faire attention à ne pas être trop dur lors du lavage ou du tournage du film.

Comme le film pourrait être dénommé facilement, il est facile de le déranger. Cependant, comme avantage, les électros peuvent être réutilisés car le film s’enlève facilement. Pour commencer ce protocole, connectez une alimentation aux électrodes fabriquées sur mesure via des cordons de brassage à l’aide de pinces crocodiles.

Une lame de verre recouverte d’oxyde d’indium et d’étain ou d’ITO agira comme l’anode ou l’électrode de travail, la feuille de platine servira de cathode ou de contre-électrode pour positionner l’électrode de sorte que la surface de l’IT o à fonctionnaliser s’oppose à la contre-électrode de manière à ce que la surface de l’IT O soit positionnée soit verticalement pour être plongée dans la solution, soit horizontalement, de sorte que la solution puisse être contenue à la surface. Ensuite, préparez une solution de dépôt d’alginate en mélangeant 1 % d’alginate et 0,5 % de carbonate de calcium dans de l’eau distillée et en autoclavant le mélange. Ensuite, marquez par fluorescence l’alginate avec des sphères de fluor en mélangeant et en vortexant.

Cela permettra d’obtenir une imagerie par fluorescence du film résultant Après l’autoclavage, la solution immerge les deux électrodes dans la solution de dépôt préparée pour appliquer une densité de courant constante de trois ampères par mètre carré pendant deux minutes. La tension changera dans la plage de deux à trois volts Après deux minutes, débranchez l’électrode et retirez la solution sans dépôts. Rincez doucement le film avec du chlorure de sodium pour éliminer l’alginate superflu.

Incuber brièvement le film dans du chlorure de calcium de 0,1 molaire pour renforcer le gel. Le film est ensuite incubé dans la solution de stockage souhaitée. Procéder à l’imagerie du film à l’aide de la microscopie à fluorescence avant le codépôt.

Cultivez une culture cellulaire émettrice de signal et une culture cellulaire réceptrice de signal comme indiqué dans le protocole écrit accompagnant cette vidéo. Ensuite, préparez une solution de dépôt d’alginate et de carbonate de calcium. Mélangez la solution avec chaque culture cellulaire dans un rapport de un pour un jusqu’à une concentration finale de 1 % d’alginate et de 0,5 % de carbonate de calcium, les cellules étant diluées à environ la moitié de la densité de culture.

Utilisez une lame de verre avec deux électrodes ITO contenues par un puits de polydiméthylsilane et une contre-électrode en platine. Connectez une électrode ITO et l’électrode de platine à une source d’alimentation. Comme précédemment, immergez les électrodes dans la solution de dépôt contenant les cellules réceptrices.

Réglez l’alimentation sur un courant constant à une densité de trois ampères par mètre carré, où la dimension de la surface est définie par l’électrode unique sur laquelle le dépôt se produira. Appliquez le courant pendant deux minutes pour permettre le co-dépôt des cellules dans la matrice d’alginate. Rincez le film avec du chlorure de sodium comme précédemment, basculez la connexion antique sur l’électrode ITO adjacente.

Répétez la procédure de déposition, mais cette fois-ci. Présentation de la solution contenant les cellules de l’émetteur. Incuber la puce à deux électrodes contenant les cellules déposées et l’argénate de calcium pendant la nuit à 37 degrés Celsius dans une solution saline tamponnée au phosphate.

Complété par un milieu à 10 % LB et un chlorure de calcium millimolaire. Après l’incubation, imagez la puce à l’aide d’un microscope à fluorescence pour commencer le dépôt d’électrodes de chitosane. Connectez l’alimentation aux électrodes.

Pinces crocodiles de feu. Une puce de silicium recouverte d’or servira de cathode et une feuille de platine servira d’anode. Positionnez la surface de l’électrode en or de manière à ce qu’elle dépose la contre-électrode comme précédemment.

Préparez une solution de sable Kato en mélangeant des flocons de sable Kato dans de l’eau et en ajoutant lentement deux molaires de chlorure d’hydrogène pour dissoudre les polysaccharides. En suivant la procédure référencée dans le texte, la solution de sable Kato peut être marquée par fluorescence afin d’imager le film déposé par électrode par microscopie à fluorescence. Les électrodes dans la solution kaizan immergent complètement la zone souhaitée pour le dépôt.

Pendant deux minutes, appliquez un courant constant calculé à une densité de quatre ampères par mètre carré en fonction de la surface des électrodes de travail. Dans ce cas, un courant de 16 microampères est appliqué à une électrode d’or de quatre millimètres carrés, la tension se décalera dans la plage de deux à trois volts après le rinçage de l’électrode avec de l’eau désionisée pour éliminer le chitosane superflu. Procédez à l’imagerie du film à l’aide d’un microscope à fluorescence, de copos chitosane et de glucose oxydase à partir d’une solution à une densité de courant de quatre rampes par mètre carré sur une électrode à motifs.

Selon la procédure de dépôt d’électrodes de chitosan, un film kaizan piégé avec de la glucose oxydase sera généré. Fixez l’électrode traitée à un système à trois électrodes comme électrode de travail, un fil de platine comme contre-électrode et de l’argent, du chlorure d’argent comme électrode de référence, immergez les électrodes dans une solution tampon de phosphate contenant du chlorure de sodium. Conjuguer électrochimiquement la protéine au film Kazam en appliquant une tension constante pendant 60 secondes à l’aide de la chronopyrométrie après la conjugaison.

Placez la puce dans un tampon de phosphate et lavez-la pendant 10 minutes sur un agitateur orbital pour éliminer tout chlorure de sodium non réactif et glucose oxydase non conjugué. Remettez le système à trois électrodes en place et immergez-y une solution de cinq millimolaires de glucose. Réglez ensuite les paramètres souhaités pour que la télémétrie de vol cyclique balaie le potentiel dans une direction positive à 0,7 volts.

Retirez les électrodes de la solution de glucose et rincez-les avec un tampon de phosphate. Placez ensuite les électrodes entre un bécher de 10 millilitres contenant huit millilitres de tampon phosphate sur une plaque de mélange magnétique. La puce fonctionnalisée GOX à 0,6 volts pour servir d’électrode de travail.

Après avoir défini les paramètres de désir, collectez un enregistrement de base. Ajoutez des aliquotes de glucose dans le tampon pour augmenter la concentration de glucose de quatre millimolaires pour chaque aliquote Dans cette expérience, 400 aliquotes microlitres de 80 millimolaires de glucose sont ajoutées au tampon. Pour générer une courbe standard permettant d’effectuer la fonctionnalisation des protéines, utilisez une lame de verre dotée d’une électrode d’or et d’ITO adjacente contenue dans A-P-D-M-S.

Eh bien, bichez l’électrode d’or avec un potentiel cathartique pour déposer l’électrode tizen comme montré précédemment. Après avoir rincé le film, ajoutez une solution d’auto-inducteur 2 synthase marqué par fluorescence bleue complétée par de la tyrosinase. Après une incubation d’une heure à température ambiante.

Rincez le film avec du PBS comme précédemment, appliquez un potentiel anodique à l’électrode ITO immergée dans une solution de dépôt d’alginate contenant des cellules réceptrices. Poursuivez les mêmes étapes que celles décrites dans le codépôt de populations cellulaires dans l’alginate pour générer le signal transmis par voie enzymatique. Après le rinçage des films, ajoutez une solution de cinq micromolaires, SAH et PBS complétée par un milieu à 10 % LB et un millimolaire.

Le chlorure de calcium recouvre les électrodes pour empêcher l’évaporation de la solution et incube pendant la nuit à 37 degrés Celsius. Cela permettra une réponse de la cellule réceptrice en générant une protéine fluorescente rouge Les électrodes adjacentes DS rouges peuvent être imagées par microscopie à fluorescence par justesse. Les filtres pour capturer la fluorescence bleue de la deux synthase également inductrice et la fluorescence rouge exprimée par les cellules réceptrices cooptées impose des signaux électriques peuvent créer des microenvironnements localisés près de la surface d’une électrode et ces stimuli peuvent déclencher l’auto-assemblage de polysaccharides tels que l’alginate et le razan pour se déposer sous forme de film d’hydrogel sur la surface de l’électrode.

Parce que cette transition de gel d’âme se produit à la surface de l’électrode, le film résultant est électro-adressé avec sa géométrie correspondant au motif de l’électrode. À l’aide d’alginate, des populations cellulaires uniques ont été co-déposées à des adresses distinctes. Des preuves de leurs adresses d’électrodes sont observées lors de l’interaction entre la population de cellules émettrices et réceptrices.

La molécule auto-inductrice deux se diffuse à partir des cellules émettrices et est absorbée par les cellules réceptrices, ce qui entraîne l’expression de la protéine fluorescente rouge DS. Ici. La fluorescence rouge n’est observée qu’au niveau de l’électrode où les récepteurs sont adressés. À l’inverse, l’enzyme de biodétection glucose oxydase offre la capacité de détecter le glucose par une réaction enzymatique en produisant du peroxyde d’hydrogène, qui peut ensuite être oxydé électrochimiquement pour produire un courant de sortie.

De cette façon, un signal chimique peut être transduit en signal électrique. Ce graphique montre que les films dans lesquels Geo X a été conjugué chimiquement produisent un signal antique fort en présence de glucose, contrairement aux films ne contenant pas de Geo X. Ces résultats indiquent que Geo X peut être assemblé sur un film zam déposé et/ou conserver une activité catalytique. De plus, une augmentation progressive d’un courant otique est produite en réponse à l’augmentation des concentrations de glucose.

La courbe standard également présente montre que les augmentations de pas se sont déroulées de manière presque linéaire en fonction de la quantité de glucose ajoutée. Ces résultats montrent que l’enzyme conserve également sa sensibilité lors de la conjugaison au film de Razza comme illustré ici, la I deux synthase comprend une étiquette Penta tyrosine. La tyrosinase agit sur l’étiquette tyrosine en oxydant les groupes phénols des résidus en o quinones, qui se lient ensuite de manière covalente à l’amine de Kazam La preuve de la fonctionnalisation du film de Kazam au sein de l’assemblage de la a i deux synthase par tyrosinase est observée dans cette image de fluorescence montrant un film de kaza sur de l’or où la fonction fonctionnalisée I deux synthase a été marquée par fluorescence bleue parce qu’une I deux synthase génère un I deux à partir du substrat SAH de la même manière en tant que cellules émettrices, sa proximité avec des cellules réceptrices cooptées en présence de SAH provoque également une réponse fluorescente des cellules réceptrices en exprimant ds.

La fluorescence rouge rouge des cellules réceptrices démontre à nouveau l’interaction entre les adresses dues à la diffusion de l’ai, deux de l’une à l’autre, et indique en outre que 10 enzymes immobilisées à tizen conservent leur activité une fois liées de manière covalente. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’électrodéposer des films de polysaccharides et de les fonctionnaliser à l’aide d’une variété de techniques. Nous avons démontré la polyvalence de ces étapes de fonctionnalisation, ce qui nous permet de travailler avec une multitude de composants biologiques dans le cadre de tests ultérieurs.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quelques minutes seulement afin de générer des motifs de film bien définis sur lesquels des composants biologiques peuvent être greffés avec précision. De cette façon, nous sommes donc en mesure de générer très facilement des surfaces biologiquement structurées et actives sur des électrodes désignées, le tout de manière organisée et pourtant capable de réaliser des interactions biologiques complexes. À la suite de cette procédure, la créativité peut être utilisée à la fois dans la conception du réseau électrique et dans le choix des composants biologiques afin de réaliser l’interaction de conception.

Nous espérons que les outils de biofabrication feront le pont entre deux domaines disparates, la biotechnologie et la microélectronique, qui ont chacun révolutionné individuellement nos vies. En interagissant entre ces deux domaines, nous croyons que nous créerons de nouvelles solutions à certains des problèmes les plus pressants de la société. Par exemple, nous envisageons que la biofabrication pourrait fournir des méthodes simples et polyvalentes pour de nouvelles méthodes de détection, pour le diagnostic au point de service, le diagnostic des maladies et la détection des menaces biologiques et chimiques.

Un exemple de grande portée pourrait être que la prochaine génération de stent artériel serait également capable de surveiller votre profil métabolique et de garder votre artère ouverte.