Biofabricationとバイオエレクトロニック·インタフェースをブリッジする

次の実験の全体的な目標は、バイオポリマーフィルムを電気的に堆積させ、タンパク質や細胞などの生体成分で官能基化することです。電着は、バイアスされた電極で局所的に発生するpH変化をpH応答性多糖溶液と組み合わせて使用することで実現されます。カタルシスまたは陽極蒸着法を選択すると、電極はソウルゲル転移をトリガーするようにバイアスされ、エレクトロジオメトリによって定義されたパターンを持つ薄膜が生成されます。

さらに、タンパク質や細胞などの生物学的成分を電極堆積プロセス全体を通じて導入することができます。フィルムを生物学的に機能化するために、蛍光イメージングに基づいて、生物学的成分がフィルムに局在していることを示す結果が得られる。さらに、これらの成分は機能的であり、酵素活性の電気化学的検出とレポーター細胞応答の使用によって実証される環境と相互作用することができます。

バイオファブリケーションは、生物学とエレクトロニクスの間のインターフェースを構築するための新しいツールボックスを提供します。その主な利点は、そのシンプルさと生理学的条件に近い状態で組み立てる能力であると考えています。生物学は、自己組織化および酵素的手段を通じてナノスケールで製造することの専門家です これらの能力を活用することにより、他のアセンブリ技術が利用する複雑で危険で時間のかかる合成方法を回避します。

私たちの共同研究チームは、彼らの凧が電極堆積される可能性があるのを観察したときに、生物学的材料とメカニズムを使用してBioDデバイスインターフェースを構築するというアイデアを思いつきました。奇譚は、デバイスに課せられた電気信号を認識し、薄膜として堆積させることができるpH応答性膜形成多糖類です。kitanが電極堆積可能であることがわかったとき、生化学や分子生物学の幅広いツール群にアクセスして、BioDデバイスインターフェースを構築できることに気付きました。

このような技術の適用は、機能的な生物学的コンポーネントが必要なラボンチップ設定にまで及び、そのようなコンポーネントを電極上に位置特定するための安価で簡単な方法を提供するため、実行可能なままにすることができます。この方法の視覚的なデモンストレーションは、バイオファブリケートフィルムが専用で簡単に損傷する可能性があるため、非常に重要です。そのため、フィルムを洗ったり撮影したりする際には、厳しすぎないように注意する必要があります。

フィルムがデノミネートされる可能性があるため、簡単に乱されます。しかし、利点として、フィルムを簡単に剥がすことができるため、エレクトロを再利用することができます。このプロトコルを開始するには、ワニ口クリップを使用してパッチコードを介してカスタム作製電極に電源を接続します。

酸化インジウムスズまたはITOで覆われたスライドガラスは、陽極または作用電極として機能します プラチナ箔は、カソードまたは対極として機能します 電極を配置し、機能化されるIT Oの表面が対電極に対抗するように、IT Oの表面が溶液に浸される垂直または水平に配置されるようにします。 溶液を表面に含めることができるようにします。次に、蒸留水に1%アルギン酸と0.5%炭酸カルシウムを混合し、混合物をオートクレーブすることにより、アルギン酸沈着溶液を調製します。次に、混合およびボルテックスにより、アルギン酸塩を蛍光球で

これにより、得られたフィルムの蛍光イメージングが可能になりますオートクレーブ後、溶液は準備された堆積溶液に両方の電極を沈め、2分間2乗あたり3アンペア/メートルの一定の電流密度を適用します。電圧は2〜3ボルトの範囲でシフトします2分後、電極を切断し、非堆積溶液を取り出します。フィルムを塩化ナトリウムでやさしくすすぎ、余分なアルギン酸を取り除きます。

フィルムを0.1モルの塩化カルシウムで短時間インキュベートして、ゲルを強化します。次に、フィルムを目的の保存溶液でインキュベートします。共蒸着の前に、蛍光顕微鏡を使用してフィルムをイメージングします。

シグナル伝達細胞培養、およびシグナル伝達細胞培養を、このビデオに添付されている記載のプロトコルの指示に従って増殖させます。次に、アルギン酸塩と炭酸カルシウムの堆積溶液を調製します。溶液を各細胞培養物と1対1の比率で混合し、最終濃度を1%のアルギン酸と0.5%の炭酸カルシウムにし、細胞を培養密度の約半分に希釈します。

ポリジメチルシランウェルと白金対電極に含まれる2つのITO電極でパターン化されたスライドガラスを使用します。1つのITO電極と白金電極を電源に接続します。前回と同様に、レシーバーセルを含む堆積溶液に電極を浸します。

電源を3アンペア/メートルの2乗の密度で定電流に設定します。表面積の寸法は、蒸着が行われる単一の電極によって定義されます。電流を2分間印加して、アルギン酸マトリックス中の細胞の共沈着を可能にします。前と同じようにフィルムを塩化ナトリウムですすぎ、隣接するITO電極へのアンチック接続を切り替えます。

デポジション手順を繰り返しますが、今回は。センダーセルを含むソリューションをご紹介します。共沈着した細胞とアルゲン酸カルシウムを含む2つの電極チップを、リン酸緩衝生理食塩水で摂氏37度で一晩インキュベー

10%LB培地と1ミリモルの塩化カルシウムを補充。インキュベーション後、蛍光顕微鏡を使用してチップを画像化し、キトサン電極の堆積を開始します。電源を電極に接続します。

ワニ口クリップを発射します。金でコーティングされたシリコンチップがカソードとして機能し、プラチナホイルがアノードとして機能します。金電極の表面を、以前と同様に対極を堆積させるように配置します。

加藤砂フレークを水に混ぜ、2モル塩化水素をゆっくりと加えて多糖類を溶解することにより、加藤砂溶液を調製します。本文で参照されている手順に従って、Kato砂溶液を蛍光標識して、電極堆積フィルムを蛍光顕微鏡でイメージングすることができます。電極をカイザン溶液に注入し、堆積に必要な領域を完全に沈めます。

2分間、作用電極の表面積に基づいてメートルあたり4アンペアの2乗の密度で計算された定電流を印加します。この場合、16マイクロアンペアの電流が4ミリメートル二乗の金電極電圧に印加され、余分なキトサンを除去するために脱イオン水で電極をすすぎた後、2〜3ボルトの範囲でシフトします。蛍光顕微鏡、コポスキトサン、およびグルコースオキシダーゼを使用して、パターン化された電極上に1メートルあたり4ランプの二乗の電流密度の溶液からフィルムをイメージングします。

キトサン電極成膜法により、グルコースオキシダーゼが閉じ込められたカイザン膜が生成されます。処理された電極を作用電極として3つの電極システム、対電極として白金線、参照電極として銀、塩化銀に取り付け、電極を塩化ナトリウムを含むリン酸緩衝液に浸します。結合後にクロノパイロメトリーを使用して60秒間一定の電圧を印加することにより、タンパク質をKazam膜に電気化学的に結合します。

チップをリン酸緩衝液に入れ、オービタルシェーカーで10分間洗浄して、非反応性の塩化ナトリウムと非共役グルコースオキシダーゼを除去します。3電極システムを再び取り付け、5ミリモルグルコースの溶液を浸します。次に、周期的なボリューム テレメトリの desired パラメーターを設定して、電位を正の方向に 0.7 ボルトにスイープします。

グルコース溶液から電極を取り出し、リン酸緩衝液ですすいでください。次に、8ミリリットルのリン酸緩衝液を含む10ミリリットルのビーカーを電極に組み込んで、磁気攪拌板バイアス上に置きます。GOXは、作用電極として機能するためにチップを0.6ボルトに機能化しました。

欲求パラメータを設定したら、ベースライン記録を収集します。グルコースのアリコートをバッファーに添加して、各アリコートごとにグルコース濃度を4ミリモル増加させますこの実験では、80ミリモルグルコースの400マイクロリットルアリコートをバッファーに添加します。電流出力を各グルコース濃度に相関させる タンパク質の機能化を行うための標準曲線を生成するには、A-P-D-M-Sに含まれる隣接する金とITO電極でパターン化されたスライドガラスを使用します。

前に示すように、金電極をカタルシス電位で電極堆積物tizenにバイアスします。フィルムをすすぎた後、チロシナーゼを添加した青色の蛍光標識オートインデューサー2シンターゼの溶液を加えます。室温で1時間のインキュベーション後。

前回と同様にフィルムをPBSですすぎ、レシーバーセルを含むアルギン酸堆積溶液に浸したITO電極に陽極電位を印加します。アルギン酸中の細胞集団の共沈着で概説したのと同じ手順を続行して、伝達シグナルを酵素的に生成します。フィルムをすすぎた後、5マイクロモル、SAHおよびPBSの溶液を10%LB培地および1ミリモルで補充する溶液を添加する。

塩化カルシウムは、溶液の蒸発を防ぐために電極を覆い、摂氏37度で一晩インキュベートします。これにより、赤色蛍光タンパク質を生成することにより、レシーバー細胞の応答が可能になります。DSの赤色隣接電極は、ジャスティングにより蛍光顕微鏡でイメージングできます。また、誘導剤である2つのシンターゼの青色蛍光を捕捉するフィルターと、電気信号を課された共取りされたレシーバー細胞によって発現される赤色蛍光は、電極表面の近くに局所的な微小環境を作り出すことができ、これらの刺激は、アルギン酸やラザンなどの多糖類の自己組織化を引き起こし、電極表面にヒドロゲル膜として堆積させることができます。

このソウルゲル転移は電極表面で起こるため、得られるフィルムは、電極パターンに一致する形状でエレクトロアドレス指定されます。アルギン酸塩を使用して、一意の細胞集団が別々のアドレスに共寄託されています。それらの電極アドレスの証拠は、送信者と受信者の細胞集団間の相互作用で観察されます。

分子自動誘導体2は、送信側細胞から拡散し、受信側細胞に取り込まれ、DS赤色蛍光タンパク質が発現します。ここは。赤色の蛍光は、レシーバーがアドレス指定されている電極でのみ観察されます。逆に、バイオセンシング酵素であるグルコースオキシダーゼは、過酸化水素を生成し、それを電気化学的に酸化して出力電流を生成することにより、酵素反応を通じてグルコースを検出する能力を提供します。

このようにして、化学信号を電気に変換することができます。このプロットは、Geo Xが化学的に結合したフィルムは、Geo Xを含まないフィルムとは対照的に、グルコースの存在下で強いアンチックシグナルを生成することを示しています。さらに、グルコース濃度の増加に応答して、耳電流の段階的な増加が生じます。

また、存在する標準曲線は、添加されるグルコースの量に応じて、ステップの増加がほぼ直線的に進行したことを示しています。これらの結果は、ここに描かれているように、酵素がラザ膜への結合時にもその感受性を保持していることを示しています。I 2合成酵素にはペンタチロシンタグが含まれています。チロシナーゼは、チロシンタグに作用し、残基フェノール基を酸化してoキノンにし、その後、チロシナーゼアセンブリによるa i two合成酵素内のKazamアミンの証拠をカザンのアミンに結合します この蛍光画像では、金上のカザ膜を示すカザ膜が観察されます送信者細胞として、SAHの存在下で取り込まれた受信者細胞に近接すると、受信者細胞はDSを発現することにより蛍光的に応答します。

レシーバー細胞の赤色赤色蛍光は、aiの一方から他方への2つの拡散によるアドレス間の相互作用を再び示し、さらに、tizenに固定化された10個の酵素が共有結合すると活性を保持することを示しています。このビデオを見れば、多糖類フィルムを電気堆積する方法と、さまざまな技術を使用してそれらを機能化する方法を十分に理解できるはずです。私たちは、これらの官能基化ステップの多様性を実証し、さらなる試験で多数の生物学的成分を扱うことを可能にしました。

この手法を習得すると、わずか数分で実行でき、生物学的成分を正確に移植できる明確なフィルムパターンを生成できます。このようにして、指定された電極上に生物学的にパターン化された活性表面を非常に簡単に生成することができ、すべてが組織化された方法で行われ、しかも複雑な生物学的相互作用を達成することができます。この手順に従うと、エレクトロアレイの設計と生物学的コンポーネントの選択の両方で創造性を発揮し、設計の相互作用を達成することができます。

私たちの願いは、バイオファブリケーションツールが、バイオテクノロジーとマイクロエレクトロニクスという2つの異なる分野を橋渡しし、それぞれが私たちの生活に革命をもたらしたことです。この2つの分野を結びつけることで、社会が抱える喫緊の課題に対して新たな解決策を創り出すことができると考えています。例えば、バイオファブリケーションは、ポイントオブケア、病気の診断、生物学的および化学的脅威のセンシングなど、新しいセンシング方法にシンプルで汎用性の高い方法を提供する可能性があると考えています。

1つの遠大な例は、次世代の動脈ステントがあなたの代謝プロファイルを監視するだけでなく、動脈を開いたままにすることもできるかもしれないということです。