Summary
細胞やタンパク質と機能化することができる生体適合性フィルムを作成するためのバイアス電極の存在下で刺激応答性多糖類の沈着：この資料では、biofabricationアプローチを説明しています。我々は、ラボ·オン·チップ·アプリケーション用の対話biofunctionalizedサーフェスを作成するためのフィルムだけでなく、その基本的な用途を生成するためのベンチトップ型の戦略を示しています。
Abstract
低コスト、優れた感度、移植性、および高いスループットによる研究と医学の両方を変革するためのラボオンチップ技術の約束の進歩。生物学的微小電気機械システム（バイオMEMS）の上に生体成分の混入は、これらの目標を達成するための大きな可能性を示している。微細加工、電子チップは、マイクロメートルスケールでの機能に加えて、センシングおよびアクチュエーションのための電気的接続を可能にします。機能的な生物学的なコンポーネントは、システムの測定対象化合物、酵素の機能、および全細胞機能の特異的検出のための能力を与える。標準的な微細加工プロセスとバイオ分析技術が正常に、それぞれのコンピュータと生物学的な産業における数十年にわたって利用されている。ラボオンチップ環境でそれらの組み合わせとのインタフェースは、しかし、など新たな課題をもたらします。電極と生物学的compon間のインタフェースを構築できる技術のための呼び出しがあります穏やかで、作製したパターンが容易であるENT。
Biofabricationは、ここで説明され、有効になっているオンチップ機能に汎用性を備えた生体成分のその、簡単に組み立てるの取り込みのために偉大な約束を示しているそのようなアプローチである。 Biofabricationは、ボトムアップの階層的なアセンブリに生物学的物質および生物学的メカニズム（自己組織化、酵素のアセンブリ）を使用します。私たちのラボは多くのフォーマット1,2,3にこれらの概念を実証しているが、ここでは、シグナル·ベースの相互作用の複数のアプリケーションに続いて電着に基づいて、組立工程を示しています。組立工程は、電極及びそのようなDNA、酵素、または4,5 -生きている細胞などの生体成分とのその後の官能基に生体適合性の刺激応答性高分子膜の電着で構成されています。電着は、電解からバイアス電極の表面で作成されたpH勾配を利用しています、水6,7の。キトサンおよびアルギン酸塩は、8課した電気信号に応答して、ハイドロゲルフィルムに自己集合するようにトリガーすることができる刺激応答性の生物学的ポリマーである。これらのハイドロゲルの厚さは、pH勾配が電極から延びるする程度によって決定されます。これは、様々な電流密度と堆積時間6,7を使用して変更できます。このプロトコルは、キトサンフィルムは共有結合酵素的または電気化学的方法9,10のいずれかを介してフィルム上に存在する豊富な第一級アミン基に生体成分を付加することによって堆積し、官能化され方法について説明します。アルギン酸塩フィルムと生細胞のそれらの捕捉も11を対処されることになります。最後に、biofabricationのユーティリティは、化学 - 電気、細胞から細胞へ、また酵素の細胞信号伝送を含む信号ベースの相互作用の例を通じて実証されています。
両方の電と官能基は、試薬を必要とせずに近い生理的条件下で行うため、過酷な条件から不安定な生体成分を割くことができます。さらに、キトサン、アルギン酸塩の両方が長い生物学的に関連の目的で12,13のために使用されている。全体として、biofabrication、単にベンチ上で実行することができます急速な技術は、電極上に機能的な生体成分のミクロンスケールのパターンを作成するために使用することができ、ラボ·オン·チップのさまざまなアプリケーションに使用することができます。
Protocol
1。アルギン酸電
- ワニ口クリップを使用して、パッチコードを使用してカスタム製作した電極に電源を接続します。インジウムスズ酸化物（ITO）カバーガラススライドには、カソード（対向電極）となるアノード（作用電極）とプラチナ箔として機能します。官能するITOの表面は対極に反対し、溶液又は堆積溶液が表面に含まれている水平にそのような中に浸漬される垂直方向のいずれに配置されるように電極を配置します。
- 蒸留水に1％のアルギン酸塩、0.5％CaCO 3を （重量比）混合し、溶液をオートクレーブしてアルギン酸塩堆積溶液を調製します。それが連続して使用しないときは、溶液を攪拌することをお勧めします。
- 成ソリューションに沈めるには、両電極。使用されるアルギン酸は、蛍光fluorescenを可能にするために、としてCheng ら 14％、蛍光粒子（Invitrogen社）で標識することができ得られたフィルムのCEイメージング。
- 2分間の定電流密度（3 / m 2の ） を適用し 、電圧が2-3の範囲内でシフトしますV.
- 電極を外し、非堆積ソリューションを削除します。優しく余分なアルギン酸を削除するには、塩化ナトリウム（0.145 M）を有するフィルムをすすぎます。
- ゲルを強化するためのCaCl 2（0.1M）のフィルムを短く（約1分）インキュベートします。 NaClでリンス（0.145 M）およびCaCl 2（1 mM）を補充した、目的の溶液中でインキュベートする。
- 蛍光顕微鏡（ 図1B）を使用してイメージ。
2。アルギン酸での通信の細胞集団の共析
- LB培地で増殖させた信号送信細胞培養（W3110重量大腸菌 ）と、信号受信機の細胞培養（MDAI2 + pCT6-LSRR - AMP R + PET-DsRedを - 館 r）を、LB培地で栽培さ+ 50 μg/ mLのカナマイシンとアンピシリンの各々は、一晩成長されている必要がありNDは1の光学密度（600nmでの）への成長のために再接種した。使用前にLBと0.4から0.6に受信機の細胞培養の光学密度を調整します。
- 約半分の濃度に希釈した細胞と、1％アルギン酸塩、0.5％CaCO 3の最終濃度が1:1の割合で堆積2％アルギン酸塩の溶液と1％のCaCO 3と、各セル文化とミックスを調製培養密度。
- よくポリジメチルシロキサン（PDMS）（Sylgardの指示に従って調製し、目的のサイズにカット）と白金カウンター電極に含まれる2枚のITO電極をパターニングし、スライドガラスを使用しています。手順1（アルギン酸電）に記載されている白金と電源に1 ITO電極を接続します。
- レシーバの細胞を含む堆積溶液に電極を浸します。表面積寸法は执行上の単一の電極で定義されている/ m 2の 3の密度で定電流の電源を設定します。nが発生します。
- アルギン酸塩マトリックス内の細胞の共析を可能にするために2分間電流を適用します。
- ステップ1.5で説明したようにフィルムをすすぎます。
- 第二に、隣接した、ITO電極に陽極接続を切り替える。
- 成手順を実行し（ステップ2.4から2.7まで）繰り返しますが、今回は送信者の細胞を含む溶液を導入する。
- 10％のLB培地と1mMのCaCl 2を添加した緩衝生理食塩水（PBS）°C、リン酸で37℃で一晩共蒸着細胞とカルシウムアルギン酸を含む2電極チップをインキュベートします。
- インキュベーション後、蛍光顕微鏡（ 図2B）を使用してイメージ。
3。キトサン電
- ワニ口クリップを介して電極に電源を接続します。ゴールドコーティングされたシリコンチップでは、カソード（作用電極）として機能するとプラチナ箔を陽極（対電極）として機能します。金電極の表面に置きますので、目で、それは対極に反対し、両方は、溶液または堆積溶液が表面に含まれている水平にそのような中に浸漬することのどちらか垂直に配置されています。
- 水にキトサンフレークを混合し、ゆっくりとMeyer らによって概説される手順に従っていることを確認しながら、多糖類（最終pH 5.6）に溶解するために2 M HClを添加することによりキトサン溶液を調製15。
- 完全に堆積させるための所望の領域を水没、キトサン溶液（0.8％）に電極を配置します。キトサンを使用蛍光5でラベルを付けることができます- （および-6） -カルボキシ6Gスクシンイミジルエステル（Invitrogen社製）、Wu らに従って、 図8に示すように 、蛍光顕微鏡による画像電着膜をします。
- 2分間の定電流密度（4 / m 2の ） を適用します 。電圧が2-3の範囲内でシフトV.执行にさらされた作用電極の金表面面積の関数として電流密度を計算します。n個のソリューションを提供します。
- 余分なキトサンを削除するには、DI水で電極を洗浄します。チップは、水またはPBS（10mMの、pH7.0）に保存することができます。
- 蛍光顕微鏡（ 図3C）を使用してイメージ。
4。官能キトサン膜を用いた電気化学的伝達
- 手順3（キトサン電）に従ってパターン化電極の上に4の電流密度/ m 2の少なくとも溶液（1％キトサン、680 U / mLのGOXは、pH 5.6）からの共析出キトサンとグルコースオキシダーゼ（GOX）。 GOXに閉じ込められたキトサン膜が生成されます。
- 図4Aで説明した作用電極として三電極系、参照電極として対向電極とAg / AgCl電極として白金線に処理された電極を取り付けます。
- のNaCl（0.1 M）を含むリン酸緩衝液（0.1M、pH7.0）中に電極を浸す。
- 電気化学的にキトサンにタンパク質を共役クロノアンペロメトリー10を使用して 、60年代に一定の電圧（0.9 V）を印加することによりフィルム。
- リン酸緩衝液でチップ（0.1 M、pH7.0）を配置し、任意の未反応のNaClおよび非抱合GOXを削除するには、オービタルシェーカー上で10分間洗浄する。
- 5mMグルコースの溶液にステップ4.2と浸すで説明したように三電極系に再接続します。サイクリックボルタンメトリーを用いて、0.7に正方向に電位を掃引V.掃引（ 図4B）に見られる酸化量の比較として全くグルコースオキシダーゼを含まない制御フィルムを使用します。
- グルコース溶液から電極を削除してから、リン酸緩衝液8 mLの（0.1 M、pH7.0）を含む10mLのビーカーに電極を配置し、リン酸緩衝液（0.1M、pH7.0）で洗い流してください。バイアス0.6 VへGOX官能チップは、作用電極（ 図4C）として機能する。
- バッファへのグルコースのアリコートを追加します（各アリコートによりグルコース濃度を増加させる4㎜）。
- 定常状態の電流およびGOX官能キトサン膜のグルコース濃度との間の標準曲線を生成します。
5。酵素アセンブリを使用したタンパク質の機能化
- よくPDMS内に含まれている隣接した金とITO電極をパターニングし、スライドガラスを使用しています。前述のように電着キトサンにカソード電位とバイアス金電極を。ピペットでその後のDI水、PBSで簡単にフィルムをすすぎます。
- 蛍光"AI-2酵素" 16（DyLight標識キットを使用して）、PBS中の+ 100 U / mLのチロシナーゼというラベルの付いた青い3μMのソリューションを追加します。
- 室温で1時間インキュベートし、PBSでフィルムをすすぎます。
- 受信側のセルを（ステップ2.1から2.2に調製）を含むアルギン酸塩堆積ソリューションを共析出するためにITO電極に陽極電位を適用します。手順2の2.3から2.6（アルギン酸塩で細胞集団の共析）の手順に従います。
- 生成するには送信信号（AI-2）は酵素的に、洗浄後のフィルムは10％LBメディアおよび1mMのCaCl 2を添加したPBSで500μMS-アデノシルホモシステイン（SAH）の溶液を、追加します。溶液の蒸発を防ぎ、37℃で一晩インキュベートする電極を覆う℃にこれは、赤色蛍光タンパク質（DsRed）を生成することにより、レシーバの細胞応答を可能にする。
- 隣接する電極は、共蒸着レシーバ細胞（ 図5B）で表されるAI-2酵素と赤色蛍光の青色の蛍光を捕捉するフィルターを調整することにより、蛍光顕微鏡で撮像することができます。
6。代表的な結果
課せられた電気信号は、電極表面の近くにローカライズされた微小環境（例えば、フィールドやグラデーション）を作成することができ、これらの刺激は、電極表面上にハイドロゲル膜として堆積するアルギン酸塩、キトサン等の多糖類の自己組織化をトリガすることができます。ので、トン彼のゾル-ゲル転移が電極表面で発生し、得られたフィルムは、そのジオメトリは電極パターン（ 図1B、3C）をマッチングして、electroaddressedされています。そのようなアルギン酸塩、キトサンなどの生体適合性膜は、生体成分と官能化することができる表面を提供する。アルギン酸塩を使用して、ユニークな細胞集団は、別のアドレスで共蒸着されています。そのelectroaddressmentの証拠は送信側と受信側の細胞集団との間の相互作用によって観察される。送信者の細胞から分子オートインデューサー2（AI-2）拡散およびDsRed赤色蛍光タンパク質（ 図2A）の式で得られる受信機の細胞によって取り込まれる。 図2Bに、赤色蛍光は、レシーバが対処されている電極で観測されています。
キトサン上に存在するアミン基は、電着などの官能に適した表面のために必要なpH応答性とそれを提供しています。我々電気化学的にキトサン膜を電着するためのバイオセンシング酵素グルコースオキシダーゼ（GOX）を結合させることによって、これらのユニークな性質を利用した。この酵素は、その後電気化学的に出力電流を生成するために酸化することができる過酸化水素を生成する酵素反応（ 図4A）を介してグルコースを検出するための機能を提供します。 GOXはないGOXを含まないこれらの膜とは対照的に、グルコースの存在下で強力な陽極信号を生成する電気化学的に結合させたフィルムをすることを示していますこの方法では、化学信号は、電気図4Bに導入することができます。これらの結果はGOXが堆積キトサンフィルム上に組み立てることができ、触媒活性を保持することを示します。さらに、 図4Cは、増加するグルコース濃度に応答して産生さ陽極電流のステップ増加を示しています。 図4Cにも存在し、標準曲線は、ステップの増加はほぼ直線的FASで進行していることを示しグルコースの量に依存しhionが追加されました。これらの結果は、酵素はまた、キトサン膜に接合によってグルコース濃度の増加に対する感度を保持していることを示しています。それが以前マイヤーらの作業では、このシステムの特徴とされているように、検出下限値は、ここで勉強していませんでした。アル。
我々はまた、酵素的に制御された方法でキトサンにカスタムペンタ-チロシンのタグを含むように設計された興味のある酵素の共有結合固定化し、実証されている。具体的には、このプロセスは、酵素チロシナーゼによって媒介される。 図5Aのスキーム（上）、酵素によって示されているように、AI-2酵素はペンタ-チロシンタグが含まれています。チロシナーゼは、共有結合キトサンのアミンに結合するO-キノン類に残"フェノール基を酸化、チロシンタグに作用します。チロシナーゼアセンブリによってAI-2酵素とキトサンフィルムの機能化の証拠は、 図5Bに観察される図5A（下））。レシーバの細胞（ 図5B）の赤色蛍光は、再び他の1つからAI-2の拡散に起因するアドレスの間の相互作用を示し、さらに、キトサンに固定化酵素は、一度共有結合活性を保持していることを示します。
図1。アルギン酸電。 （A）アルギン酸塩電着のメカニズム：電極が陽極バイアスされているように、水電解は、ローカライズされた低pHを生成し、その表面で発生します。炭酸カルシウム粒子が余剰と反応粒子が溶解するようにプロトンのカルシウムイオンを放出する。アルギン酸の高分子鎖の存在下では、イオンが電極に架橋したヒドロゲルを形成し、 "卵パック"ネットワークにキレートなる。電極からの距離が増加するように、アルギン酸塩は、カルシウムイオンの減少が存在するために溶液中に残るために大きい傾向があります。 （B）L字型のパターンのITO電極は電着アルギン酸に使用されていました。 PDMSはよく緑色の蛍光標識されたアルギン酸塩（1％）およびCaCO 3（0.5％）の堆積ソリューションが含まれている電極に固定した。 2分間電着した後。 3A / m 2の電流密度で、electroaddressedアルギン酸ハイドロゲルは、蛍光顕微鏡で画像化した。
図2細胞集団の共析。 （A）方式には、2つのE.の間の相互作用を示す大腸菌株：One人口はオートインデューサー2（AI-2を生成する）、シグナル伝達分子、および "AI-2送信者"と呼ばれます他の人口は、と呼ばれる "AI-2受信機、" AI-2のレポーターである。送信者からの拡散によるAI-2の受信時には、赤色蛍光タンパク質はDsRedを表現しています。 （b）はAI-2送信者の人口を持つ電極対の赤色蛍光画像は、左の電極上にアルギン酸塩で共蒸着し、AI-2レシーバの人口は、右の電極上のアルギン酸塩を共蒸着。拡大図は、AI-2受信機のDsRedの発現を示しています。
図3キトサン電。 （A）Schemeは、キトサンのpH依存性電着を示す。陰極バイアス電極の水電解では、この地域ではキトサンのゾル - ゲル転移を促進するローカライズされた高pHを（顕微鏡のカソードに近いpH指示薬色素のローカライズされた色の変化で示す）になります。 （B）アミンは、キトサンは、iを与える上に存在するトンpH応答特性。 6.3（キトサンのpKa）のpHは、上記アミンはそのプロトン化水溶性の形からその不溶性のゲル形態への移行を容易に脱プロトン化されています。 （C）パターン金電極は電着キトサンに使用されていました。電源に接続された陰極電極は、緑色の蛍光標識されたキトサン（0.8％）の堆積溶液中に浸漬した。 2分間電着した後。 4 / m 2の電流密度で、electroaddressedキトサン膜は蛍光顕微鏡で画像化した。
図4官能性キトサン膜を電気化学的伝達。 （A）の回路図は、3つの電極システムのセットアップを示す。官能キトサンフィルムは、作用電極、参照電極として対向電極とAg / AgCl電極として白金線として機能します。目を介してグルコースの進行の電気化学的伝達電子酵素と電気化学反応が生成した過酸化水素が酸化作用電極で検出することができる示す。 （B）電気化学的に共役したグルコースオキシダーゼ（GOX）を含むキトサン膜を電極でのサイクリックvoltammagram（CV）は、5mMグルコース溶液中で陽極強いシグナルを示しています。ないGOXを含まないフィルムは対照として、同じソリューション内にシグナルを表示されません。 （C）アノード電流とグルコース濃度との間の標準曲線はほぼ直線関係（各アリコートは、4 mmのグルコース濃度を増加させ、また段階的な方法で挿入グラフの現在の振幅の増加）が表示されます。
図5酵素のアセンブリを使用してタンパク質の機能化。共有チロシナーゼアセンブリによってキトサン膜に繋留されているチロシン - タグ "AI-2酵素"を示す（上）スキーム。チロシン残基は、OXIDになるチロシナーゼの作用により、O-キノンに化されたと共有結合を形成し、キトサン膜上のアミン基と反応する可能性があります。 （下）AI-2酵素は、基質（SAH）からAI-2を生成し、受信側の細胞がDsRedの蛍光式によって生成されたAI-2を報告します。 （B）金のキトサンフィルムを示す蛍光画像は、青い標識AI-2酵素で官能。隣接して、AI-2レシーバの細胞は、ITO上にアルギン酸塩と共蒸着されています。よく、インキュベーションに酵素基質を添加した後に、AI-2レシーバ細胞はDsRedを表現します。
Discussion
私たちの手順では、高分子膜の電着と官能、biofabrication我々は長期的なプロセスを示しています。細胞や生体分子の機能化を通して、私たちはお互いに、それらが上に組み立てられる電極のアドレスと相互作用することができる生物学的な表面を作成します。最初のステップは、電着は、電気信号に応答して、我々の研究では生体高分子、アルギン酸塩、キトサンのトリガ自己組織化を介して行われます。述べたように、以前のpH勾配は6,17フィルムの寸法と特性を詳細に制御を提供し、電流密度と成膜時間で制御することができる生成されます。我々は電流密度の多様性と堆積時間の組み合わせは表1に示した電極に使用することができることを発見した。他の電極の使用は可能ですが、プロシージャへの調整が必要であろう。膜形成の他の技術electrodeposiのプロセスと比較してるには、単純、迅速かつ反応試薬である。高価な装置と骨の折れる準備の豊富なレパートリーの必要はありません。重要なのは、プロセスでは、マイナーな実験的な偏差を耐えることができ、問題が発生した場合、簡単に上を開始することができます。
キトサンは、第一級アミンの含有量が高いことによって、それに付与される重要な機能的特性に起因する高い陰極のpH勾配に応答することができます。高いpH（〜6.3のそのpKaがより大きい）で、アミンが脱プロトン化とキトサンは膜形成が可能になり、不溶化されています。堆積後、フィルムが電極に接続されたままになります。しかし、能力は必要に応じてそれらを剥離するために存在します。フィルムは、溶液のpHがpKa値を下回らない限り、安定したままになります。酸性溶液は、アミンをプロトン化し、それが18を溶解するまで、後続の静電反発は、ゲルを膨潤させる。つまり、組立/分解プロセスでは、需要と同種で可逆的である蒸着膜と電極の再利用を除去するためのWS。好都合なことに、ゾル - ゲル転移が行われるのpHの範囲は、ほとんどの生物学的なコンポーネントが最適に機能しているに近いです。これは、アセンブリ6時の機能の保持のためのプロセスが理想的です。
アルギン酸膜の形成は、水の陽極電解と同様に炭酸カルシウム7の存在によって促進される。アノードではローカライズされた低pHは、リリースカルシウムカチオンにつながる炭酸カルシウムを溶解。これらのイオンは電極表面上に架橋ネットワークを形成し、アルギン酸塩でキレートされています。アルギン酸塩フィルムは、基礎となる電極の再利用を可能にし、フィルムを溶解するために使用することができるようにクエン酸やEDTAなどの他のキレート化合物からのカルシウムイオンの競合により、特に可逆的である。カルシウムイオンが容易に秒であるため、このように、アルギン酸塩フィルムは、生理学的条件にさらされたとき比較的脆いその構造を弱体化、フィルム剥離や再溶解を促進し、ゲルマトリックスからcavenged。この制限を克服するために、我々はゲルを強化するため、1 M CaCl 2でのフィルムのためのインキュベーションステップが含まれている。さらに、我々は映画の培養液（細胞培地など）は、500μM-3 mMの濃度でCaCl 2を補足することをお勧めします。
番目の主要な手順は、関連する生物学的成分と堆積膜の機能化である。これには二つの方法は、最初である電気化学的接合、卓越した空間的制御10のタンパク質の迅速、反応試薬アセンブリを可能にする戦略で達成することができます。しかし、このように官能は、Clの拡散によって制限されます-電極に膜を介してイオンだけでなく、HOClの拡散、溶液中に戻って生成された反応性中間体、アウト。渡すための電気化学的に活性な分子の能力膜を介して読みやすい電気信号15に化学的および生物学的シグナルの伝達を可能にします。我々は、共有AI-2酵素を取り付けることによって実証し、キトサンの酵素機能化のために第二の戦略としてチロシナーゼを介したカップリングを示している。チロシンタグ9を含む蛋白質で差別的役割を果たし、特定の試薬 、チロシナーゼに依存-この戦略は、官能化プロセスが制御され、選択にすることができます。
我々は、チップ上に自然な経路を複製することによって、マルチアドレスシステムの有用性と生体適合性を示しています。まず、異なるアドレスで2つの細胞集団（すなわち、 "送信者"と "受信機"）を組織し、彼らはAI-2を提供し、蛍光応答を生成するために、隣接する電極間に相互作用することを示した。この概念はまた、チェンらによって実証されています。マイクロ流体チップ14インチまた、相互作用を模倣するのではなく、使用配信のためにAI-2を合成する酵素。このように、合成細胞内経路、AI-2の合成に、biofabrication介してレプリケートして、溶液中と同じように非常に機能した。
両方のケースでは、複数のアドレスのアセンブリは、それぞれの堆積溶液が電着が1つだけのアドレスで意図されているにもかかわらず、全体の電極アレイを導入する必要があるため、アドレスの間の非特異的結合を回避するための課題となっています。穏やかな、まだ徹底した洗浄では、非バイアス電極からの残液の大部分を削除することができます。マイクロチャネル内の流れの使用は、さらに非特異性を最小限に抑えることができます。特にキトサンとアルギン酸アドレスの隣接biofabricationために、我々は、アルギン酸塩を電着、最初のキトサン膜を堆積biofunctionalizationの手順でこれを後にし、この後をお勧めします。私たちはそうここに行っていないが、我々は、ミルのような不活性蛋白質（キトサンフィルムを阻止することを見出したK、BSAなど）が大幅にキトサンのアミノ表面に不要な分子の非特異的結合を減少させる。
我々は、細胞や生体分子の複雑な配置のための "青写真"として、多くの場合、バイオMEMSデバイスに見られるパターン化電極を、確立するユーティリティを発見した。バイオMEMSデバイスにキトサンを電着の用途はよく19ここで説明した例を越えて行くことができます。このようなマイクロおよび非平面20,15上と-キトサンは、様々なマイクロジオメトリ上に堆積することができます。フィルムはまた、他のポリマーとの様々な蛋白質、DNA、ナノ粒子、および新規のプロパティ21,22,23ためのレドックス活性分子を変更することができます。バイオMEMSデバイスでは、キトサンフィルムは、薬物送達、レドックスおよび小分子の検出、生体触媒、およびセルの研究20,23,24,25に使用されています。同様に、アルギン酸塩は、広く細胞封入マトリックスとして使用されているとの可逆的流体封じ込めのために検討されている細胞集団との膜免疫分析26,27,28。組織工学アプリケーション用の複合フィルムは、そのような整形外科用インプラント29ハイドロキシアパタイトと同様に、コンポーネントを使用して、アルギン酸電を用いて作製されています。
biofabricationの我々のデモでは、生体成分の間に、バイオ、電子インタフェースを介して相互作用の両方が等しく適用可能であることが示されているが、これはオンチップの信号伝送で洗練されたパフォーマンスを得るために相互作用のすべての品種を統合するための見通しを達するにもたらします。したがって、biofabricationフォローオンとしてしばしばコンシューマエレクトロニクスによって動機づけられて微細加工の急速な発展に直接に低減 "最小特徴サイズ"でデバイスの製造を容易にすることができる。つまり、次の次世代デバイスは、実際にはさらに小さい長さSCAにおける自然の絶妙な組み立ておよび認識機能を提供する不安定な生体成分が含まれる場合があります人工システムに比べてレ。我々は、分析機器、環境センサー、さらには生体適合性植込み型デバイスの短期的なアプリケーションを想定。
Disclosures
この記事への生産とフリーアクセスは、米国の国防脅威削減局が主催しています。
Acknowledgments
我々は、基礎となる研究の部分的なサポートについては、この原稿のサポートのためにとONR、DTRA、およびNSFからDTRAからの資金調達を認める。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Power Supply | Keithley | SourceMeter 2400 | |
| Three electrode potentiostat | CH Instruments | Potentiostat/Galvanostat 600D | |
| RE-5B Ag/AgCl Reference Electrode with Flexible Connector | BASi | MF-2052 | |
| Gold coated silicon wafer, 500um Si, 12nM Cr, 120nM Au, SiO2 for insulation | custom fabricated | ||
| Indium Tin oxide coated glass slide, rectangular, 8-12 ohm resist | Sigma-Aldrich | 578274 | |
| Platinum sheet/foil (0.002 in) | Surepure Chemetals | 1897 | |
| Slim Line 2" Alligator Clips | RadioShack | 270-346 | |
| Multi-Stacking Banana Plug Patch Cord | TSElectronic | B-36-02 B-24-02 | |
| SYLGARD 184 silicone elastomer kit | Dow Corning | NC9020938 From Fischer | |
| Fluorescecence stereomicroscope | Olympus Corporation | MVX10 MacroView | |
| cellSens Standard | Olympus Corporation | version 1.3 | |
| Table 1. Electrodeposition and fluorescence visualization equipment. | |||
| Chitosan, medium molecular weight | Sigma-Aldrich | 448877 | |
| Hydrochloric Acid, ARISTAR. ACS, NF, FCC Grade | VWR international | BDH3030 | |
| Sodium Hydroxide, Solution. 10.00N | VWR international | VW3247 | |
| Alginic acid, sodium salt | Sigma-Aldrich | 180947 | |
| Multifex-MM Precipitated Calcium Carbonate, 70nm particles | Speciality Minerals Inc. | 100-3630-3 | |
| Table 2. Chitosan and alginate solution reagents. | |||
| Calcium chloride, dihydrate | J.T. Baker | 0504 | |
| Sodium Chloride, Certified ACS crystalline | Fischer Scientific | S271 | |
| Potassium Phosphate Monobasic, anhydrous | Sigma-Aldrich | P9791 | |
| Potassium Phosphate Dibasic, anhydrous | Sigma- Aldrich | P3786 | |
| Phosphate Buffered Saline | Sigma- Aldrich | P4417 | |
| Table 3. Other solution components and buffer reagents. | |||
| Glucose oxidase from aspergillus niger | Sigma-Aldrich | G2133 | |
| Tyrosinase from mushroom | Sigma-Aldrich | T3824 | |
| LB broth, Miller (granulated) | Fischer Scientific | BP9723-2 | |
| "AI2-Synthase" (HGLPT) | Lab stock 16 | ||
| W3110 wildtype cells | Lab stock 30 | ||
| MDAI2 + pCT6-lsrR-ampr + pET-dsRed-kanr cells | Lab stock 30 | ||
| FluoroSpheres: 1μm diameter, Ex/Em: 505/515 | Invitrogen | F8765 | |
| 5-(and-6)-carboxyrhodamine 6G succinimidyl ester, Ex/Em: 525/560 | Invitrogen | C-6157 | |
| DyLight antibody labeling kit, 405 | Thermo Fisher Scientific, Inc. | PI-53020 | |
| Table 4. Enzymes, cells, and other functionalization reagents. | |||
References
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