Gouden nanodeeltjes gemodificeerde koolstofvezel micro elektroden voor verbeterde neurochemische detectie

De methode is belangrijk omdat het neurochemische detectie mogelijk maakt met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie die mogelijk in vivo methoden van neurochemische detectie kan verbeteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een snelle, eenvoudige en reproduceerbare methode is om de gevoeligheid en temporele resolutie van neurotransmitterdetectie te verbeteren. Demonstreren van de procedure zal worden Sanuja Mohanaraj en Pauline Wonberg, afgestudeerde studenten van mijn laboratorium.

Om te beginnen, scheiden koolstofvezel materiaal in individuele strengen en trek een enkele zeven-micrometer diameter koolstofvezel uit een streng. Sluit een vacuümlijn aan op een borosilicaatglas capillair en zuig de koolstofvezel aan in de capillaire. Snijd vervolgens een stuk karton van 10 centimeter bij 25 centimeter om als elektrodehouder te dienen.

Plak een papieren handdoek rond het karton als steun, steek de capillaire in de elektrodehouder en zet deze voorzichtig vast in een verticale capillaire trekker. Configureer de capillaire trekker om de glazen capillaire naar een fijne taper voor elektrodematerialen te trekken en te starten. Zodra het trekken afwerkingen en de verwarmingsspoel is afgekoeld, snijd de koolstofvezel aansluiten van de buis getrokken elektroden.

Verwijder de micro-elektroden voorzichtig uit de capillaire trekker. Geleid door een stereoscoop of microscoop, gebruik maken van een scherp mes of chirurgische schaar om de uitstekende koolstofvezel trim op elke elektrode tot ongeveer 100 tot 150 micrometer in lengte. Gebruik vervolgens in een flacon van 25 milliliter een wattenstaafje om 10 gram epoxy te mengen met 0,2 milliliter verharder.

Vul nog een flesje met aceton. Voor elke elektrode, dompel de koolstofvezel tip in epoxy voor 15 seconden en vervolgens duik in aceton gedurende drie seconden om overtollige epoxy te verwijderen. Na epoxying worden de geëpoxieerde elektroden vervolgens drie uur lang in de oven gehard bij 125 graden Celsius.

Gebruik vervolgens een micromanipulator om een koolstofvezelmicro-elektrorode in een zilverzilver-chloridereferentieelektrode in een 0,5 millimolaroplossing van chlorauurazuur in 0,1 molar waterig kaliumchloride te plaatsen. Sluit de elektroden aan op een potentiostat met een koolstofvezel micro-elektrode als de werkende elektrode. Scan de elektrode van 0,2 volt tot min één volt bij 50 millivolt per seconde gedurende 10 cycli om elektrodedepositie uit te voeren.

Het is van cruciaal belang om de parameters voor het deponeren van de gouden coating te optimaliseren. Te veel coating zal leiden tot ruis en signaal overbelasting, terwijl te weinig coating niet zal verbeteren neurochemische detectie. Bereid vóór de test een 10-millimolar voorraadoplossing van dopamine in perchloorzuur en ongeveer een liter pH 7.4 PBS-gebaseerde buffer in gedeïoniseerd water voor.

Pipet een microliter van de dopamine voorraad oplossing in 10 milliliter buffer om een ongeveer een micromolar dopamine oplossing te maken. Sluit vervolgens een koolstofvezel micro-elektrorode en een zilverzilvere chloridereferentie-elektrode aan op een potentiostat. Bevestig de koolstofvezelelektrode en de referentieelektrode in het hoofdstadium van het stroomcelapparaat en gebruik de micromanipulator om ze in de stroomcel te laten zakken.

Teken 60 milliliter van de PBS-buffer in een spuit. Vul de stroomcel met buffer en monteer de spuit in een spuitpomp. Start stromende buffer door de stroomcel met een snelheid van een milliliter per minuut.

Configureer vervolgens de potentiostat om te scannen op min 0,4 volt tot 1,3 volt bij 10 hertz en 400 volt per seconde. Breng de golfvorm kort aan op de micro-elektroder, observeer de oscilloscoop en pas de versterking aan om overbelasting te voorkomen. Laat de micro-elektrod gedurende 10 minuten in de buffer equiliberen.

Trek vervolgens de verdunde dopamine-oplossing in een spuit en sluit deze aan op de injectiepoort van de stroomcel. Stel de totale runtime op de potentiostat in op 30 seconden. Begin met het opnemen van de metingen, wacht 10 seconden en injecteer vervolgens 0,2 milliliter dopamine-oplossing in de stroomcel.

Wanneer de run is voltooid, verwerkt u de gegevens met cyclische voltammetrieanalysesoftware met hoge definitie. Laat de micro-elektrod opnieuw equilibrate gedurende 10 minuten voor het uitvoeren van een andere test. Wanneer de tests zijn voltooid, reinigt u de stroomcel door drie milliliter water en drie milliliter lucht drie maal in de buffer en injectiepoorten te injecteren.

Gecoate koolstofvezels werden afgebeeld met scanning elektronenmicroscopie. De dikte en deeltjesgrootte van de gouden nanodeeltjescoatings kunnen worden geregeld door de elektrodedepositietijd. 20 minuten elektrodedepositie leverde een dikke gouden coating met scherpe ribbels, terwijl vijf minuten leverde een dunne uniforme gouden coating.

Goud nanodeeltjes gecoate koolstofvezel micro-elektroden had aanzienlijk hogere piek oxidatieve stromen en snellere elektronen overdracht kinetiek dan ongewijzigde elektroden. De gouden nanodeeltjescoating had geen significant effect op de stabiliteit van de elektrodereacties zoals hier aangetoond in een oplossing van dopamine. Zowel kale als gouden nanodeeltjes gecoate elektroden reageerden lineair op scansnelheidsveranderingen met een veel grotere omvang van verandering in de met goud bedekte elektroden.

Dit gaf aan dat dopamine absorptie kan worden gecontroleerd via de scansnelheid. Zowel kale als gouden nanodeeltjes gecoate elektroden reageerden lineair tussen dopamineconcentraties van 100 nanomolar tot 10 micromolar. Een asymptotische curve werd waargenomen bij hogere concentraties, wat aangeeft dat dopamine is oververzadigd aan het elektrodeoppervlak.

De mogelijkheid om neurochemische veranderingen te detecteren op een snellere tijdschaal en bij hogere gevoeligheden zal helpen bij het beantwoorden van complexe vragen in de neurowetenschappen. Deze methode heeft ook toepassingen in analytische chemie, metabolomics, en milieuwetenschap. Hoewel het gemakkelijk is om te leren, visuele demonstratie is van cruciaal belang voor het leren maken, wijzigen en testen van de micro-elektroden.

Toekomstige aanwijzingen voor deze methode omvatten het aanpassen van de afzetting van goud en andere coatings om rekening te houden met dikte, grootte, vorm en morfologie om de detectie van specifieke neurotransmitters te optimaliseren. Onderzoekers moeten de praktijk omgaan met kleine vezels onder een microscoop alvorens te proberen deze techniek. Ook neurotransmitter voorraad oplossing moet worden bereid in een rookkap omdat ze gebruik maken van 1 molaire perchloorzuur.