유기 전기화학 트랜지스터를 이용한 세포외 전자 전달 활동의 번역

우리의 연구는 바이오센싱 및 바이오컴퓨팅 응용 분야를 확장하기 위해 박테리아 세포외 전자 전달 또는 EET를 통합하는 바이오일렉트로닉스를 개발하는 데 중점을 두고 있습니다. 우리는 EET가 전자 재료와 어떻게 상호 작용하는지, 전기 성능을 최적화하기 위해 EET를 유전적으로 조절하는 방법, 그리고 살아있는 세포를 포함하는 이러한 전기 화학 시스템에 새로운 새로운 기능이 있는지 여부에 대한 답을 찾고 있습니다. 박테리아 HR 세포 또는 전자 전달 연구의 발전은 EET 경로 엔지니어링을 위한 합성 생물학, 예를 들어 산화 환원 모니터링을 위한 전기화학 시스템, 세포 활동에 대한 현미경 검사, 전자 흐름 분석을 위한 원자력 현미경 및 매크로 전극 수행, 재료 생물학 인터페이스 특성화를 위한 UAV Raman과 같은 고급 분광학을 사용합니다.

우리는 질병에 대한 유전자 조작이 OECT 출력을 조절하여 생물학적으로 유도된 전기 반응을 가능하게 할 수 있음을 입증했습니다. 연구 결과에는 생체 전자 성능에 영향을 미치는 직간접적인 EET 경로를 설명하고, 유전 논리를 전기 결과와 연결하고, EET를 통해 유전적 가소성을 조정하는 것이 포함됩니다. 기존의 OECT 작업과 비교했을 때, 살아있는 세포는 세포 외 전자 전달을 통한 역동적인 유전적으로 프로그래밍 가능한 제어 및 실시간 반응을 위해 세포 대사를 활용할 수 있는 능력과 같은 이점을 제공합니다.

형광 리포터를 사용하는 기존의 생물학적 회로와 비교하여 OECT 사용자는 높은 감도로 더 빠른 직접 전기 결과를 제공합니다. 우리의 미래 연구에는 EET를 구동하기 위해 유전 회로를 확장하고 전자 장치가 EET 유전자 발현을 조절할 수 있도록 후성 유전학 또는 광유전학을 개발하는 것이 포함됩니다. 우리는 또한 신경망 훈련과 같은 응용 프로그램을 위한 제어 루프를 만드는 데 관심이 있습니다.

마지막으로, 우리는 다양한 OECT 채널 재료와 미세유체역학의 포함을 탐구하고 있으며, 장치 성능을 추가로 제어하기 위해 산소 발생을 도입하고 있습니다. 시작하려면 유기 전기화학 트랜지스터 또는 OECT 슬라이드, 폴리디메틸실록산 또는 PDMS 시트 및 은, 염화은 기준 전극을 오토클레이브합니다. 오토클레이브 구성 요소를 섭씨 80도에서 굽고 건조시킵니다.

오토클레이브 OECT 슬라이드와 은, 염화은 기준 전극을 글로브 박스로 옮깁니다. PDMS 시트를 글로브 박스의 안티 챔버에서 4 시간 동안 진공 상태로 만들어 갇힌 산소를 탈착시킵니다. 그런 다음 OECT 장치를 조립하려면 PDMS 시트를 OECT 슬라이드 위에 놓습니다.

45마이크로리터의 Shewanella 기저 배지 또는 SBM을 각 OECT 챔버에 주입합니다. OECT 챔버 포트를 PDMS 시트로 덮어 매체 증발 및 오염을 방지합니다. 0에서 0.2V까지의 게이트 전압 단계에 대한 채널 전류 IDS를 측정하여 초기 OECT 전기화학 측정을 시작합니다.

전류가 안정화될 때까지 일정한 채널 드레인 소스 전압 또는 VDS에서 OECT 채널 드레인 코스 전류 또는 IDS를 모니터링합니다.tage 또는 VDS는 마이너스 0.05볼트이고 게이트 볼륨tage VGS는 전류가 안정화될 때까지 0.2볼트입니다. OECT 채널 전류 IDS를 측정하도록 기기 채널 1을 구성합니다. 기술 이름을 고속 전류 측정법으로, 평형 시간을 1초로, 평형 전압을 -0.05V로, 바이어스 전압을 -0.05V로, 런타임을 14초로, 샘플 간격을 0.5밀리초로 설정합니다.

다음으로, 게이트 전압 VGS를 제어하도록 계측기 채널 2를 구성합니다. 기술 이름을 혼합 모드로, 조건 시간을 1초로, 조건 전압을 0 볼트로, 스테이지 1 모드를 상수 E로, 스테이지 1 바이어스 전압을 0 볼트로 설정합니다. 런타임을 4초로 스테이지합니다.

2단계 모드는 상수 E로, 2단계 바이어스 전압은 0.2V입니다. 2단계 런타임을 10초로, 샘플 간격을 0.5밀리초로 설정합니다. 일정한 채널 볼륨을 적용tag마이너스 0.05볼트의 VDS와 게이트 볼륨tag0.2볼트의 VGS를 모든 OECT 장치에 연결합니다.

1500 3G에서 Shewanella oneidensis 현탁액을 4분 동안 원심분리하고 1ml의 신선한 성장 배지로 세포 펠릿을 세 번 세척합니다. 마지막 세척 후, 0.5 밀리리터 또는 원래 배양 부피의 절반으로 세포를 재현탁시켜 광학 밀도가 1 - 3.5의 600인 농축 세포 현탁액을 얻습니다. 농축된 세포 현탁액을 글로브 박스로 옮깁니다.

퍼지된 배지 스톡이 있는 글로브 박스에서 갓 준비된 젖산이 보충된 SBM+를 사용하여 세포를 의도된 광학 밀도 0.1로 희석하여 접종물을 준비합니다. 전위차(potentiostat)를 중지합니다. 제조된 접종물 5마이크로리터를 45마이크로리터 SBM을 포함하는 OECT 챔버에 주입하여 0.01의 최종 흡광도를 달성합니다.

매체 증발 및 오염을 방지하기 위해 OECT 챔버 포트를 PDMS 시트로 덮습니다. 혐기성 배양의 경우, 성장 배지와 동일한 구성을 가진 희석 배지를 사용하여 Shewanella 세포 배양을 10배 희석합니다. 전위차(potentiostat)를 중단한 후, 45마이크로리터의 SBM 배지를 함유한 5마이크로리터의 혐기성 접종물을 OECT 챔버에 주입합니다.

OECT 챔버 포트를 PDMS 시트로 덮습니다. 채널 전압 VDS가 마이너스 0.05볼트이고 게이트 전압 VGS가 0.2볼트인 OECT 채널에 24시간 동안 일정한 바이어스 전압을 적용합니다. 특성화를 위한 시점 측정 중에만 개별 OECT 장치에서 전위 stat를 분리하십시오.

초기 8시간 동안 OECT 채널 도핑 상태의 중요한 변화를 모니터링합니다. 24시간 후, 은, 염화은 기준 전극을 유체 교환 포트를 통해 부드럽게 비틀고 밀어 OECT 챔버에 삽입합니다. 마이너스 0.05볼트의 일정한 바이어스 전압 VDS로 채널 전류 IDS를 모니터링하면서 게이트 전압을 마이너스 0.1볼트에서 0.6볼트로 스윕하여 OECT의 전송 곡선을 측정합니다.

동시에 기준 전극에 대해 정확한 게이트 및 소스 전극 전위를 측정합니다. 크로노암페어로메트리 기법을 사용하여 OECT 채널 전류 IDS를 측정하도록 기기 채널 1을 구성합니다. 평형 시간을 5초로, 평형 전압을 -0.05V로, 바이어스 전압을 -0.05V로, 런타임을 35초로, 샘플 간격을 0.09915초로 설정합니다.

그런 다음 선형 스윕 전압주사법을 사용하여 OECT 게이트 전압 VGS를 제어하도록 기기 채널 2를 구성합니다. 평형 시간을 5초로 설정하고 평형 전압을 마이너스 0.1볼트로 설정합니다. 시작 전압은 마이너스 0.1볼트입니다.

종료 전압은 0.6볼트입니다. 전압 단계는 0.002볼트이고 스캔 속도는 초당 0.02볼트입니다. 개방 회로 전위차계를 사용하여 은, 염화은 기준 전극에 대해 OECT 소스 전위 VS를 측정하도록 기기 채널 3을 구성합니다.

런타임을 40초로 설정하고 샘플 간격을 0.09915초로 설정합니다. 개방 회로 전위차계를 사용하여 기준 전극에 대한 OECT 게이트 전위 VG를 측정하도록 기기 채널 4를 구성합니다. 런타임을 40초로 설정하고 샘플 간격을 0.09915초로 설정합니다.

각 측정 후에는 기준 전극을 70% 에탄올로 헹구고 새로운 낮은 보푸라기 타월로 닦습니다. 전자 전달 활성에 대한 적합율 상수는 델타 MtrC 및 델타 MTR 돌연변이가 야생형 S.oneidensis MR-1에 비해 감소된 상수를 보이며 균주 간에 유의한 차이를 보였습니다. MtrC 또는 MTRC AB로 돌연변이를 보완하면 유도 조건 하에서 속도가 야생형 수준으로 회복되었습니다.

OECT 채널 전류는 접종 후 1.5시간 이내에 드레인 소스 전류와 정규화된 드레인 소스 전류로 전자 전달 활성을 빠르게 감지하는 것으로 나타났습니다. 비생물적 대조군과 유도되지 않은 돌연변이는 최소한의 변화를 보였으며, 이는 하이브리드 시스템의 민감도를 강화했다.