生理学的研究のための全固体型イオン選択性電極（ASSISE）に基づき、多検体バイオチップ（MAB）

Summary

導電性高分子（CP）トランスデューサから構築全固体型イオン選択電極（ASSISEs）液体培地における機能生涯の数ヶ月を提供します。ここでは、ラボオンチップ形式でASSISEsの製作と校正プロセスについて説明します。 ASSISEは、複雑な生物学的培地で長期保管した後、近ネルンスト傾斜プロファイルを維持していることが実証されています。

Abstract

環境、医学、農業、生物学、そして宇宙飛行研究のラボオンチップ（LOC）のアプリケーションは、複雑な生物学的メディア^1-4に長期保管に耐えることができ、イオン選択性電極（ISE）が必要です。全固体型イオン選択性電極（ASSISE）は、前述の用途に特に魅力的である。バッチ処理を可能にし、容易に構築、低メンテナンス、および（の可能性）小型化：電極は、以下の有利な特性を持つ必要があります。微細加工ASSISE H ^{+、Ca 2 +}の^を定量化するためのもの、と₃ CO ^2を-イオンが建設された。これは、貴金属電極層（ すなわち Pt）から、伝達層と、イオン選択性膜（ISM）層からなる。伝達層の機能は、測定可能な電気信号にイオン選択性膜の濃度依存性の化学ポテンシャルを伝達する。

T彼ASSISEの寿命は^5-7導電層/膜界面の電位を維持することに依存することがわかった。 ASSISEワーキング寿命を延長することにより、界面層に安定した電位を維持するために、我々は（PEDOT）銀/塩化銀の代わりに^7-9（銀/塩化銀）の導電性高分子（CP）、ポリ（3,4 -エチレンジオキシチオフェン）を利用変換器層として。我々は、多検体バイオチップ（MAB）（ 図1）と呼ばれるラボオンチップ形式でASSISEを構築した。

（測定範囲0.01ミリメートル- ^- 1 mM）を、およびCa ^{2 +（1} mMのに対数線形範囲0.01 mM）をテスト·ソリューションの校正は、MABはpH値（動作範囲のpHは4-9）、CO ₃ ^2を監視することができることを実証した。 pHのためのMABは藻類培地のほぼ1ヶ月保存した後に近いネルンストスロープ応答を提供します。炭酸塩バイオチップは、従来のイオン選択性電極と同様の電位差プロファイルを示す。生理学ogical測定は、微細藻類クロレラ尋常性モデル系の生物学的活性を監視するために用いられた。

MABは、サイズ、汎用性に利点を伝え、そして検体センシング機能を多重化、地球上または空間内で、多くの閉じ込められた監視状況にそれが適用されること。

バイオチップの設計と実験方法

バイオチップは、ディメンションで10×11ミリメートルで、作用電極（WES）と5のAg / AgCl参照電極（RES）として指定された9 ASSISEsを持っています。各ワーキング電極（WE）、直径240μmでかつ平等に、直径480ミクロンであるREを、から1.4ミリメートルに離間している。これらの電極は、0.5ミリメートル×0.5mmの寸法を有する電気接触パッドに接続されている。概略を図2に示されている。

サイクリックボルタンメトリー（CV）と定電流堆積方法はBioanalytic PEDOTを使用してフィルムをelectropolymerizeするために使用されるアル·システムズ（BASI）C3セルスタンド（ 図3）。 PEDOTフィルムの対イオンは、目的の分析物イオンに合わせて調整される。ポリ（スチレンスルホン酸）対イオン（PEDOT / PSS）とPEDOTは、H ⁺及びCO ₃ ²のために利用される^{- 、}硫酸（のCaSO ₄として溶液に添加）と、ワンは、Ca ^{2 +}のために利用されている。 PEDOT-コーティングの電気化学的特性は、WEは、レドックス活性溶液（フェリシアン化カリウムすなわち 2mMの（K ₃の_{Fe（CN）6））}でCVを用いて分析されている。 CVプロファイルに基づいて、ランドレス·シェフチク分析は、有効表面積^10を決定した。 1,500 rpmでスピンコーティングはMABワーキング電極（WES）で〜2μmの厚さのイオン選択膜（ISMS）をキャストするために使用されます。

MABは、藻類媒体150μlの体積を充填したマイクロ流体フローセルチャンバー中に含まれ、コンタクトパッドを電気的に（ 図 BASIシステムに接続されているURE 4）。 クロレラブルガリスの光合成活性は、周囲の明暗条件で監視されています。

Protocol

1。ポリの調製（3,4 -エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（ナトリウム4 -スチレン）（PEDOT：PSS）H ⁺とCO ₃ ²用電解ソリューション^-イオン

1. 完全に分散するまで（約10秒）10ミリリットル脱イオン（DI）水と渦に^- 70mgのポリ（ナトリウム4 -スチレン）（のNa ⁺ PSS）を追加します。
2. 溶液が完全に混合されるまで、1.1のソリューション、ボルテックスに10.7μlの3,4 - ethlyenedioxythiophene（EDOT）を追加します。

2。硫酸カルシウム（PEDOT：のCaSO _4）のCa ²用電解液⁺イオンポリ（3,4 -エチレンジオキシチオフェン）の調製

1. 10ミリリットルのDI水と渦に136 mgのカルシウム硫酸（のCaSO _4）を追加し、ソリューションは、完全に分散させると乳白色表示されません。
2. 完全に混合されるまで、2.1、ボルテックスで液に10.7μlのEDOTを追加します。

3。 PEDOTベースの電解導電性ポリマー

1. バイオ分析シス....

Results

PEDOTのサイクリックボルタモグラム（CV）結果の例：PSSとそれに対応するカソードピーク電流（I _P）対スキャン速度（V _1/2）は、それぞれ図5aおよび5bに示されている。 PEDOT：様々なスキャンレートおよびそのカソードピーク電流でのCaSO _4は表示されません。 PSSとPEDOT：ランドレス-シェフチク分析^10、固体接触PEDOTの実効表面積を用いてイオン選択性膜なしでのCaSO _4は、それぞれ、4.4×10 ^-11 cm ²とし、5.8×10 ^-11 cm ^2であることがわかった。これらの値は、我々の研究グループ¹¹から通知された電極サイズより〜130倍小さいこと電極サイズに起因し以前報告された電極に比べて比較的小さい。 MAB電極有効表面積が¹¹ナノで表面を修飾することによって.......

Discussion

MABバイオチップは、Pt電極、測定可能な電気信号に関心のイオン濃度を伝達したとの組合せにPEDOTベースCP共役伝達層の上にISMから構成さASSISEsで構成されています。安定した電極電位はCP層とISM層の両方によって定義される。両方の層はまた、MABと測定された電気信号の品質（ノイズ、ドリフト）の作業寿命を決定する。

PEDOTは、そのイオンと電子特性（その酸化形態で）の両方に起因伝達層としては特に魅力的です。 PEDOTエフェクトを偏光導電性電極を最小限に抑えるために高いレドックスキャパシタンスのための能力を有し、我々は、153 mVの±6 Ag / AgClに対してで安定した酸化還元電位を測定した。この特性は、固体内部接点^12を使用してISEの電位安定性のために必要である。 PEDOT：PSS CPコンジュゲートは、SMAのための変換器として使用され一価の陽イオン（ 例えば H ^+）と二価のアニオン（ 例えば CO ₃ ^{2 - ）}う。炭酸選択性.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3,4-エチレンジオキシチオフェン	Sigma-Aldrich	483028
ポリ(4-スチレンスルホン酸ナトリウム)	Sigma-Aldrich	243051
EC イプシロンガルバノスタット/ポテンショスタット	バイオアナリシス システムズ	e2P
飽和 Ag/AgCl 参照電極	バイオアナリシス・システムズ	MF-2052
Ptガーゼ	Alfa Aesar	10283
フェリシアン化カリウム	Sigma-Aldrich	P-8131
硝酸カリウム	J.T. Baker	3190-01
重炭酸ナトリウム	Mallinckrodt/ Macron	7412-12
炭酸ナトリウム	Sigma-Aldrich	S-7127
塩化カルシウム	J.T. Baker	1311-01
塩化カリウム	Sigma-Aldrich	P9541
硫酸カルシウム	Sigma-Aldrich	237132
C3 cell stand	Bioanalytical Systems Inc.	EF-1085
フローセルチップホルダー			カスタム、提供:NASA Ames
フローセル電気器具			カスタム、提供:NASA Ames
Table 2.特定の試薬と機器.