במחקר זה, אנו משנים פחמן סיבים מיקרואלקטרודות עם חלקיקי זהב כדי לשפר את הרגישות של זיהוי נוירוטרנסמיטר.
מאמר שיטה
במחקר זה, אנו משנים פחמן סיבים מיקרואלקטרודות עם חלקיקי זהב כדי לשפר את הרגישות של זיהוי נוירוטרנסמיטר.
במשך 30 שנים, סיבי פחמן מיקרואלקטרודות (CFMEs) כבר תקן זיהוי נוירוטרנסמיטר. בדרך כלל, סיבי פחמן מואבקים לתוך נימים זכוכית, משכה להתחדד, ולאחר מכן אטום באמצעות אפוקסי כדי ליצור חומרים אלקטרודה המשמשים לסריקה מהירה מחזורית בדיקות וולטממטריה. לשימוש CFMEs חשופים יש מספר מגבלות, למרות. בראש ובראשונה, סיבי הפחמן מכיל בעיקר פחמן המטוס בסיס, אשר יש שטח בשטח נמוך יחסית ותשואות רגישויות נמוכות יותר nanחומרים אחרים. יתר על כן, פחמן graphitic מוגבל על ידי הרזולוציה הטמפורלית שלה, ואת מוליכות נמוכה יחסית. לבסוף, נוירוכימיקלים וקרו ידועים לרעה על פני השטח של אלקטרודות פחמן שבו הם יוצרים חומרים פולימרים שאינם מוליך לחסום את הספיחה מוליך עצבי נוסף. עבור מחקר זה, אנו משנים CFMEs עם חלקיקי זהב כדי לשפר את בדיקות נוירוכימיות עם סריקת מחזורי וולטממטריה במהירות. Au3 + הופקד על פני השטח של cfmes או שהיה מצופה בחשמל מתוך תמיסה קולאידית. מכיוון שהזהב הוא מתכת יציבה ויחסית, הוא חומר האלקטרודה האידיאלי למדידות אנליטיות של נוירוכימיקלים. ננו-חלקיק זהב שונה (אונפ-CFMEs) היה יציבות לתגובת דופמין עבור מעל 4 שעות. יתר על כן, התערוכה של אונפ-CFMEs רגישות מוגברת (זרם חמצוני גבוה יותר של מחזורי הוולטמגרמות) וקינטיקה מהירה יותר של העברת אלקטרון (נמוך יותר ΔEP או הפרדת שיא) מאשר לא שונו בעבר cfmes. התפתחות האתר מספקת את הקמתה של חיישני האלקטרוכימי החדשניים לגילוי שינויים מהירים בריכוז הדופאמין ובחומרים נוירוכימיקלים אחרים במגבלות הנמוכות של גילוי. לעבודה זו יישומים נרחבים לשיפור המדידות הנוירוכימיות. הדור של הזהב ננו-חלקיק שונה CFMEs יהיה מאוד חשוב לפיתוח חיישני אלקטרודה הרומן לזהות נוירוטרנסמיטורים ב vivo מכרסמים ודגמים אחרים כדי ללמוד השפעות נוירוכימיות של שימוש בסמים, דיכאון, שבץ, איסכמיה, ומדינות התנהגותיות ומחלות אחרות.
פחמן סיבים מיקרואלקטרודות (cfmes)1 משמשים הטובים ביותר כחיישנים ביולוגיים כדי לזהות את החמצון של מספר נוירוטרנסמיטורים קריטיים2, כולל דופמין3, נוראדרנלין4, סרוטונין5, אדנוזין6, היסטמין7, ואחרים8. תאימות וגודל של סיבי פחמן להפוך אותם אופטימלי עבור השרשה כמו יש נזק רקמות מוחלט לעומת אלקטרודות סטנדרטיות גדול יותר. 9 cfmes ידועים בעלי תכונות אלקטרוכימיות שימושיות והם מסוגלים לבצע מדידות מהירה בעת שימוש עם טכניקות אלקטרוכימיות מהיר, בדרך כלל מהירה סריקה מחזורית (fscv)10,11. Fscv היא טכניקה הסורקת את הפוטנציאל המוחל במהירות ומספק מחזורי וולטמגרמה ספציפיים עבור אנליטים ספציפיים12,13. הנוכחי טעינה גדולה המיוצר על ידי סריקה מהירה יציבה על סיבי פחמן והוא יכול להיות ברקע מופחתים כדי לייצר מחזורי וולטמגרמות ספציפיים.
בשל האלקטרוכימיה האופטימלית והחשיבות הנוירוביולוגית שלו, הדופמין נחקר באופן נרחב. קטכולאמין דופמין הוא שליח כימי חיוני המשחק תפקיד מרכזי בשליטה של תנועה, זיכרון, קוגניציה, ורגש בתוך מערכת העצבים. עודף או מחסור של דופמין יכול לגרום להפרעות נוירולוגיות ופסיכולוגיות רבות; בין אלה הן מחלת פרקינסון, סכיזופרניה, והתנהגות ממכרת. היום, מחלת פרקינסון ממשיכה להיות הפרעה נפוצה בשל ניוון של מידות נוירונים מעורבים בסינתזה דופמין14. תסמיני המחלה של פרקינסון כוללים רעידות, איטיות תנועה, נוקשות, ובעיות בשמירה על האיזון. מצד שני, ממריצים כגון קוקאין15 ו אמפטמין16,17 לקדם את הגלישה של דופמין. שימוש בסמים בסופו של דבר מחליף את הזרימה הרגילה של דופמין ומצבים המוח לדרוש עודף דופמין, אשר בסופו של דבר מוביל התנהגויות ממכר.
בשנים האחרונות, יש דגש על שיפור פונקציונליות האלקטרודה בזיהוי נוירוטרנסמיטר18. השיטה הנפוצה ביותר של שיפור רגישות האלקטרודה היא על ידי ציפוי משטח סיבים. למרבה ההפתעה, יש כבר מחקר מוגבל נעשה על מתכת ננו-חלקיק electrodeposition תצהיר על סיבי פחמן19. אצילי מתכת-חלקיקים כגון זהב, עשוי להיות הופקד על המשטח סיבים עם חומרים פונקציונליים אחרים20. לדוגמה, הגדלת אזור המשטח האלקטרואקטיבי עבור ספיחה של נוירוטרנסמיטר להתרחש. אלקטרומופקד חלקיקי מתכת בצורה מהירה, ניתן לטהר, ולדבוק סיב פחמן. אלקטרוכימיה ממשיכה להיות משמעותית הן התצהיר של חלקיקי מתכת אצילי שיפור פני השטח של סיבי פחמן, כפי שהוא מאפשר את השליטה של התגררות וצמיחה של חלקיקים אלה. לבסוף, מוגבר מאפיינים קטליטיים ומוליך, ותחבורה המונית משופר הם בין היתרונות האחרים של ניצול חלקיקי מתכת לניתוח אלקטרו.
קורס רצף המעבדה המתקדמת של האוניברסיטה האמריקנית (הכימיה הביולוגית הניסיונית I ו-II כימית 471/671-472/672) הוא שילוב של מעבדות אנליטיות, פיזיקליות, וביוכימיה. הסמסטר הראשון הוא סקירה של טכניקות מעבדה. הסמסטר השני הינו פרויקט מחקר מונחה סטודנטים והוביל למחקרבן 21. עבור פרויקטים אלה, הסטודנטים בחנו בעבר את המנגנון של ביואוליכאל, חלבון, פפטיד, ו חומצת אמינו הקלה סינתזה של חלקיקי זהב22,23. עבודה עדכנית יותר התמקדה היווצרות של זהב ננו-חלקיק (אונפ) הייצור על משטחי האלקטרודה ואת הערכה של השפעות האונפס על היכולת CFMEs לזהות נוירוטרנסמיטורים. בעבודה הנוכחית, המעבדה החלה טכניקה זו כדי להדגים כי הרגישות של CFMEs בזיהוי חמצון-דופמין מוגברת באמצעות הפקדת האלקטרופ על פני השטח סיבים. כל חשופים-CFME מאופיין על ידי סריקה שונים, יציבות ו דופמין-ריכוז כאשר מזהה דופמין-זרמים חמצוני למדוד חמצון דופמין על פני השטח של CFME. Au3 + היה לאחר מכן חשמל או0 ו הופקד בו על משטח סיבים כמו חלקיקים, ואחריו סדרה של ניסויים אפיון. לאחר השוואה ישירה, הדודות-CFMEs נמצאו בעלי רגישות גבוהה יותר של זיהוי דופמין. הציפוי האחיד של הדודות על משטח הסיבים דרך הסיג החשמלי מעבד את שטח המשטח הגבוה יותר אלקטרואקטיבי; כך, הגברת הספיחה של דופמין על פני השטח אלקטרודה שונה. . זה הוביל לזרמי דופאמין גבוהים יותר ההפרדה הפוטנציאלית של חמצון דופמין ופסגות הפחתת (∆ Ep) של אונפ-cfmes היה גם קטן יותר, הרומז קינטיקה מהירה יותר העברת אלקטרון. עבודות עתידיות של מחקר זה כולל בדיקות vivo של הן חשופות ו-האונפ-CFMEs לאיתור דופמין.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. בניית מיקרואלקטרודות סיבי פחמן
2. הכנה למיקרואלקטרודה פחמן-סיב
3. אלקטרודפוציה
4. סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני
הערה: תמונה חשופים וזהב ננו-חלקיק שונה סיבי פחמן מיקרואלקטרודות באמצעות סריקת אלקטרון מיקרוסקופ כלי (SEM). טען את המדגם על סרט מוליך שחור ובעקבות ההוראות המתוארות ביצרן.
5. סריקה מהירה מחזורית בדיקות הוולטממטריה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבור איור 1, אנו מראים סכמטי שבו FSCV בדיקות מנוצל כדי למדוד את הריכוז של הנוירוטרנסמיטורים בתוך מבחנה. איור 1 מציג את בעלי הדופאמין שהוחלו על צורת הדופמין. המשולש בצורת גל סריקות מ-0.4 V כדי 1.3 V ב 400 V/s. בחלק השני של הדמות משמאל, זה מציג את החמצון של דופמין כדי דופמין-אורתופדיה-quinone (DOQ), שני תהליך העברת אלקטרונים מתרחשת מהמשטח של האנליטה אל פני השטח של האלקטרודה. לבסוף, העלילה הנוכחית לעומת זמן מצופה בעלילה צבעונית. העל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה, אנו להדגים שיטה הרומן לבנות זהב-ננו-חלקיק שונה סיבי פחמן מיקרואלקטרודות לאיתור של נוירוטרנסמיטורים כגון דופמין באמצעות סריקה מהירה מחזורית וולטמטריה. השיטה היא גישה יעילה, ירוקה, וזולה יחסית לשיפור הרגישות של גילוי ביואוכאל. עובי הזהב שהופקדו על פני סיבי הפחמן יכול להיות נשלט על ידי הזמן של התצהיר ואת ריכוז הזהב הנוכחי בפתרון אלקטרותצהיר. שונה זהב פחמן סיבים מיקרואלקטרודות הוכחו יש באופן משמעותי יותר אלקטרואקטיבי משטח הקרקע מאשר אלקטרודות חשופות בנוסף לקינטיקה מהירה יותר של העברת אלקטרון. כמו כן, היו להם רגישוי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
. למחברים אין מה לגלות
היינו רוצים להודות לאוניברסיטה האמריקאית, מחקר הפקולטה תמיכה מענק, נאס א DC מענק שטח, ו NSF-MRI 1625977.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| דופמין הידרוכלוריד | סיגמא אולדריץ' | H8502-5G | |
| פוספט חוצץ מלח | סיגמא אולדריץ' | P5493-1L | |
| Pine WaveNeuro Potentiostat | Pine Instruments | NEC-WN-BASIC | הזמנה זו מגיעה בכמויות גדולות עם כל שאר האביזרים כגון במות ראש, מתאמים, כבלים ואלקטרוניקה אחרת |
| תא זרימת אורן ומיקרומניפולטור | מכשירי אורן | NEC-FLOW-1 | זוהי גם הזמנה בתפזורת נוספת הכוללת את המיקרומניפולטור, תא הזרימה, הכפתורים, הצינורות, המחברים וכו'. |
| זכוכית-נימי | A-M Systems | 602500 | |
| T-650 סיבי פחמן | Goodfellow | C 005711 | |
| Epon 828 אפוקסי | מילר-סטיבנסון | EPON 828 TDS | |
| Diethelynetriamine | Sigma Aldrich | D93856-5ML | |
| זהב (III) כלוריד | סיגמא אולדריץ' | 254169 | מגיע כמד pH HAuCl4 או AuCl3 |
| Fisher | S90528 | ||
| Farraday Cage | AMETEK TMC | 81-334-03 | |
| משאבת מזרק | NEW ERA PUMP | NE-1000 | |
| Eppendorf Pipettes and Tips | Eppendorf | 2231000222 | זוהי גם הזמנה בתפזורת המכילה מספר פיפטות וטיפים |
| 10 -1,000 מ"ל כוסות | VWR | 10536-390 | |
| סיבי פחמן | Goodfellow | C 005711 | |
| SEM | JEOL | JSM-IT100 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה