Elettrodi ione-selettivi All-a stato solido (Assise) costruiti da un polimero conduttivo trasduttore (CP) forniscono diversi mesi di vita funzionale in mezzi liquidi. Qui, descriviamo il processo di fabbricazione e la taratura di Assise in un formato lab-on-a-chip. L'ASSISE è dimostrato di aver mantenuto un profilo pendio vicino-Nernst dopo stoccaggio prolungato in mezzi biologici complessi.
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Articolo metodologico
Multi-analita biochip (MAB) Sulla base di elettrodi ionoselettivi All-a stato solido (ASSISE) per la ricerca fisiologica
In questo articolo
Sommario
Abstract
Lab-on-a-chip applicazioni (LOC) in, ricerca ambientale, biomedico, agricolo biologico, e il volo spaziale richiedono un elettrodo ione-selettivo (ISE), in grado di sopportare lo stoccaggio prolungato in complessi mezzi biologici 1-4. Uno ione-selettivo-elettrodo all-solid-state (ASSISE) è particolarmente attraente per le suddette applicazioni. L'elettrodo deve avere le seguenti caratteristiche favorevole: facilità di costruzione, manutenzione bassa, e (potenziale) di miniaturizzazione, consentendo l'elaborazione in batch. Un ASSISE microfabricated inteso per quantificare H +, Ca 2 +, e CO 3 2 - ioni è stato costruito. È costituita da uno strato di metallo nobile-elettrodo (cioè Pt), uno strato di trasduzione, ed una membrana ione-selettivo (ISM) strato. Le funzioni di strato di trasduzione di trasdurre la concentrazione-dipendente potenziale chimico della membrana ione-selettivo in un segnale elettrico misurabile.
Tegli durata di un ASSISE è trovato a dipendere mantenendo il potenziale al livello / interfaccia membrana conduttiva 5-7. Per prolungare la vita utile di esercizio ASSISE e quindi mantenere i potenziali stabili presso gli strati interfacciali, abbiamo utilizzato il polimero conduttivo (CP) poli (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 7-9 al posto di argento / cloruro di argento (Ag / AgCl) come strato trasduttore. Abbiamo costruito la ASSISE in un formato lab-on-a-chip, che abbiamo chiamato il biochip multi-analita (MAB) (Figura 1).
Calibrazioni nelle soluzioni di prova hanno dimostrato che il MAB può monitorare il pH (pH operativa 4-9), CO 3 2 - (misurata gamma 0,01 mm - 1 mm), e Ca 2 + (range log-lineare 0,01 mm a 1 mm). Il MAB di pH fornisce una risposta pendio vicino-Nernst dopo quasi un mese di stoccaggio nel terreno di coltura algale. Biochip carbonato mostrano un profilo potenziometrico simile a quello di un elettrodo ione-selettivo convenzionale. Physiolmisurazioni ogical stati impiegati per monitorare l'attività biologica del sistema modello, la microalga Chlorella vulgaris.
Il MAB veicola un vantaggio in termini di dimensioni, versatilità, e multiplex analita capacità di rilevamento, che lo rende applicabile a molte situazioni di monitoraggio ristretti, sulla Terra o nello spazio.
Biochip Disegno e Metodi Sperimentali
Il biochip è di 10 x 11 mm di dimensioni e dispone di 9 Assise designati come elettrodo di lavoro (WE) e 5 elettrodi di riferimento Ag / AgCl (RES). Ogni elettrodo di lavoro (WE) è di 240 micron di diametro ed è equamente distanziati a 1,4 mm dal RE, che sono 480 micron di diametro. Questi elettrodi sono collegati a rilievi del contatto elettrico con una dimensione di 0,5 mm x 0,5 mm. Lo schema è mostrato in Figura 2.
Voltammetria ciclica (CV) e metodi di deposizione galvanostatici sono usati per i film electropolymerize Pedot utilizzando un BioanalyticAl Systems Inc. (BASI) supporto cella C3 (Figura 3). Il contro-ione del film PEDOT è adatta a soddisfare lo ione analita di interesse. Un PEDOT con poli (styrenesulfonate) contro ione (PEDOT / PSS) è utilizzata per H + e CO 3 2 -, mentre uno con solfato (aggiunto alla soluzione come CaSO 4) vengono usate per Ca 2 +. Le proprietà elettrochimiche della PEDOT rivestita WE è analizzato tramite i CV in soluzione redox-attivo (cioè 2 mM potassio ferricianuro (K 3 Fe (CN) 6)). Sulla base del profilo CV, analisi Randles-Sevcik stato utilizzato per determinare l'area superficiale effettiva 10. Spin-coating a 1.500 giri viene utilizzato per lanciare ~ 2 micron di spessore membrane iono-selettivi (ISMS) sugli elettrodi di lavoro MAB (WE).
Il MAB è contenuto in una camera di flusso microfluidica-cella riempita con un volume di 150 ml di terreno di coltura algale; le trecce sono collegati elettricamente al sistema BASI (Figure 4). L'attività fotosintetica di Chlorella vulgaris è monitorato in luce ambiente e al buio.
Protocollo
1. Preparazione di Poli (3,4-ethylenedioxythiophene): Poli (sodio 4-styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) elettropolimerizzazione Soluzione per H + e CO 3 2 - Ioni
- Aggiungere 70 mg di poli (sodio 4-styrenesulfonate) (Na + PSS -) a 10 ml deionizzata (DI) e vortex fino a completa dispersione (circa 10 sec).
- Aggiungere 10,7 microlitri 3,4-ethlyenedioxythiophene (EDOT) alla soluzione in 1.1 e vortice finché la soluzione è completamente miscelato.
2. Preparazione di Poli (3,4-ethylenedioxythiophene): solfato di calcio (PEDOT: CaSO 4) elettropolimerizzazione Sol....
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Risultati
Un esempio di un voltammogramma (CV) risultato ciclica di PEDOT: PSS e la corrispondente corrente di picco catodica (i p) vs la frequenza di scansione (v 1/2) sono mostrati nelle Figure 5a e 5b, rispettivamente. PEDOT: CaSO 4 a varie frequenze di scansione e il suo picco di corrente catodica non sono mostrate. Utilizzando Randles Sevcik-analisi 10, le aree superficiali effettive del contatto solido PEDOT PSS e PEDOT: Ca.......
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Discussione
Il MAB biochip consiste di Assise che sono costruiti da un ISM cima a un coniugato CP strato trasduzione PEDOT basato su un elettrodo di Pt, la cui combinazione trasduce la concentrazione ionica di interesse ad un segnale elettrico misurabile. Un potenziale elettrodo stabile è definita sia lo strato di CP e lo strato ISM. Entrambi gli strati determinano anche la vita di lavoro del MAB e la qualità (rumore, deriva) del segnale elettrico misurato.
PEDOT è particolarmente attraente come strato .......
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Dichiarazioni
Non abbiamo nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Vorremmo ringraziare NASA Astrobiology Science and Technology strumento di sviluppo (ASTID) Programma per il sostegno finanziario (numeri di sovvenzione 103498 e 103692), Gale Lockwood del Birck Nantechnology Center presso la Purdue University per wirebonding dei dispositivi MAB, e Joon Hyeong Parco per la disegno CAD della camera di cella a flusso.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 3,4-Etilendiossitiofene | Sigma-Aldrich, | 483028 | |
| Poli(sodio 4-stirenesulfonato) | Sigma-Aldrich, | 243051 | |
| EC epsilon galvanostato/potenziostato | Bioanalytical Systems, Inc. | Elettrodo | |
| Bioanalytical Systems Inc. | MF-2052 | ||
| Garza Pt | Alfa Aesar | 10283 | |
| Ferrianuro di potassio | Sigma-Aldrich | P-8131 | |
| Nitrato di potassio | J.T. Baker | 3190-01 | |
| Bicarbonato di sodio | Mallinckrodt / Macron | 7412-12 | |
| Carbonato di sodio | Sigma-Aldrich | S-7127 | |
| Cloruro di calcio | J.T. Baker | 1311-01 | |
| Cloruro di potassio | Sigma-Aldrich | P9541 | |
| Solfato di calcio | Sigma-Aldrich | 237132 | |
| C3 supporto cellulare | Bioanalytical Systems Inc. | EF-1085 | |
| Portachip | a flusso Personalizzato, per gentile concessione della NASA Ames | ||
| Dispositivo | Personalizzato, per gentile concessione di NASA Ames | ||
| Tabella 2. Reagenti e attrezzature specifiche. |
Riferimenti
- Migdalski, J., Bas, B., Blaz, T., Golimowski, J., Lewenstam, A. A Miniaturized and Integrated Galvanic Cell for the Potentiometric Measurement of Ions in Biological Liquids. J. Solid State Electrochem. 13, 149-155 (2009).
- Designing a Water-quality Monitor with Ion-selective-electrodes. Buehler, M. G., Kounaves, S. P., Martin, D. P. Proceedings of the IEEE Aerospace Conference, 1, 331-....
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Ristampe e permessi
