מספר שיטות כימיות לאיתור וכימות סמנים ביולוגיים משמשות באופן שגרתי הן בכימיה של חלבונים והן באבחון קליני, במיוחד באבחנות סרטן ובהערכת התקדמות מחלות לב וכלי דם. נכון לעכשיו, שיטות כגון כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC), בדיקה חיסונית הקשורה לאנזים (ELISA) וספקטרומטריית מסה מסתמכות על איסוף דגימות מתא כלי הדם 1,2,3 על ידי משיכת נוזלים בתפזורת או מהתא הבין-כוכבי על ידי מיקרודיאליזה. מיקרודיאליזה משתמשת בצינור ממברנה חצי-חדיר באורך ידוע הממוקם באזור עניין. נוזל האיסוף מחלחל דרך הצינור במשך מספר דקות4 כדי לאסוף את הדגימה לניתוח5, ובכך מגביל את הרזולוציה הטמפורלית. באופן זה, דגימות שנאספו מספקות רק ערך ממוצע לאורך זמן של המיקרו-סביבה המקומית ומוגבלות על ידי קצב הזלוף והאיסוף של נפח דגימה מספיק. יתר על כן, שיטות אלה דורשות איגום של נתונים ניסיוניים וממוצע אותות; לכן, הם עשויים שלא לתת דין וחשבון על השונות בין הנושאים. חשוב לציין כי הזמן שבין איסוף הדגימות לבין הניתוח הלא מקוון שלאחר מכן מונע התערבות קלינית וטיפולים מיידיים.
בפרוטוקול הנוכחי, מתואר השימוש בביו-סנסור אימונופרוב קיבולי (CI probe) לזיהוי חשמלי שנפתר בזמן של פפטידים ביו-אקטיביים ספציפיים. נוירופפטיד Y (NPY), המשתחרר מתאי עצב סימפתטיים פוסט-גנגליוניים המעצימים את כלי הדם, אנדוקרדיום, קרדיומיוציטים וגרעינים תוך-לבביים, הוא משדר פפטידים נוירומודולטוריים מרכזי במערכת הלב וכלי הדם 6,7,8,9. השיטה המוצגת כאן נועדה למדוד NPY, וההיתכנות הניסויית מודגמת במודל לב חזירי. עם זאת, גישה זו חלה על כל פפטיד ביו-אקטיבי שעבורו נוגדן סלקטיבי זמין10. שיטה זו מסתמכת על הצומת הקיבולי בין בדיקה של חוט פלטינה לבין הנוזל המוליך בקצה המתפקד11,12. ביישום זה, האינטראקציה הייתה מתווכת באמצעות נוגדן נגד נוירופפטיד המטרה (NPY), שהיה קשור לקצה האלקטרודה, והתממשק לסביבת הנוזל המוליך. פונקציונליזציה זו הושגה באמצעות אלקטרודפוזיציה של פולידופאמין תגובתי על קצה הגשושית חוט הפלטינה 10,13.
כאשר הגשושית המתפקדת על ידי נוגדנים ממוקמת באזור עניין in vivo, שחרור NPY אנדוגני מעורר מוביל לקשירת נוגדנים לוכדים על קצה הגשושית, והנוזל המוליך במשטח האלקטרודה נעקר על ידי חלבון NPY. שינוי מקומי בסביבה החשמלית גורם לתזוזה של נוזל דיאלקטרי בעל ניידות גבוהה עם מולקולה חסרת תנועה וטעונה סטטית. זה משנה את ממשק האלקטרודה-זורם, ובכך את הקיבוליות שלו, הנמדדת כשינוי בזרם המטען בתגובה לפוטנציאל פקודה של פונקציית צעד. פוטנציאל "איפוס" שלילי מופעל מיד לאחר כל מחזור מדידה בודד כדי להדוף NPY מאוגד מהנוגדן באמצעות אינטראקציה אלקטרוסטטית, ובכך לנקות את אתרי הקישור של הנוגדנים לסבבים הבאים של מדידה10. זה למעשה מאפשר מדידה של NPY באופן שנפתר בזמן. טכניקת CI הייחודית מתגברת על המגבלות של השיטות האימונוכימיות מבוססות המיקרודיאליזה שתוארו לעיל כדי למדוד רמות סמנים ביולוגיים דינמיים מניסוי יחיד ללא אגום נתונים או ממוצע איתותים על פני מספר ניסויים9, ומספקת נתונים כמעט בזמן אמת. יתר על כן, היכולת להתאים שיטה זו לכל סמן ביולוגי בעל עניין שעבורו קיים נוגדן מתאים בקנה מידה פתור ומלוקלי מספקת התקדמות טכנית משמעותית במדידה אימונוכימית להערכת התקדמות המחלה והכוונת התערבויות טיפוליות.
התוכנה לאיסוף וניתוח נתונים נכתבה בהתאמה אישית ב- IGOR Pro (סביבת תוכנה אינטראקטיבית לחלוטין). מערכת ממיר אנלוגית לדיגיטלית (A/D) הוציאה מתח פקודה תחת בקרת מחשב ורכשה נתונים ממגבר מותאם אישית. המגבר היה בעל תכונות ייחודיות מסוימות. אלה כללו נגד משוב (ניתן להחלפה) עבור כל אחד מארבעת ערוצי הרכישה, המאפשר בחירה במעגלי מהדקי מתח משוב של 1 MOhm או 10 MOhm כדי לשלב את השונות של האלקטרודה. יחידת במה עם ראש יחיד ומעגל קרקע/ייחוס הדדי לכל ארבעת ערוצי הרכישה נבנתה גם היא כדי למקם את המכשיר קרוב לחזה במודול פיזי יחיד. הגדרת נגד משוב 1 MOhm שימשה לאיסוף כל הנתונים המדווחים.
הגדרות המסנן והרווח הועתקו מהמגבר ותועדו בתוך קובץ הנתונים. הנתונים סוננו ב-1 קילוהרץ באמצעות מסנן בסל אנלוגי בן 2 קטבים שעבר דיגיטציה ב-10 קילוהרץ. ההבדל בפוטנציאל בין הגשושית לתמיסה המוליכה הסובבת יוצר שכבה קיבולית של הלמהולץ בקצה הגשושית. קשירת ליגנד לנוגדן בקצה הגשושית גורמת לשינוי במטען המקומי, ובכך לשינוי בקיבוליות הלמהולץ. שינוי זה ברכיב הקיבולי של המעגל גורם לשינוי בגודל המטען המוזרק הנדרש כדי להביא את הגשושית לפוטנציאל בפרוטוקול המתח של פונקציית הצעד. לפיכך, קשירת ליגנד מסוים לבדיקה הפונקציונלית גורמת לשינוי במדידת קיבוליות האלקטרודה כשינוי בזרם הקיבולי הגבוה ביותר.