Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Multi-analyt Biochip (MAB) Baserat på All-solid-state jonselektiva elektroder (assise) för fysiologisk forskning

Published: April 18, 2013 doi: 10.3791/50020

Summary

All-solid-state jonselektiva elektroder (Assises) konstruerade från en ledande polymer (CP) givaren ger flera månader av funktionella livstid i flytande media. Här beskriver vi tillverkning och kalibreringen av Assises i ett lab-on-a-chip-format. Den assise demonstreras att ha upprätthållit en nära-Nernstian lutning profil efter långvarig förvaring i komplexa biologiska medier.

Abstract

Lab-on-a-chip (LOC) tillämpningar inom miljö-, biomedicinsk-, jordbruks-, biologiska och rymdfärder forskning kräver en jon-selektiv elektrod (ISE) som tål långvarig förvaring i komplexa biologiska medier 1-4. En all-solid-state jon-selektiva-elektrod (assise) är särskilt attraktivt för ovannämnda ansökningar. Elektroden skall ha följande positiva egenskaper: enkel konstruktion, låga underhållskostnader och (risk för) miniatyrisering, vilket möjliggör batch-bearbetning. En mikrofabricerad assise avsedd för kvantifiering av H +, Ca2 +, och CO 3 2 - joner konstruerades. Den består av en ädel-metallelektrod skiktet (Pt), en transduktion skikt, och ett jonselektivt membran (ISM) skiktet. Transduktion skiktet fungerar att transducera den koncentrationsberoende kemisk potential av det jonselektiva membranet till en mätbar elektrisk signal.

Than livslängden för en assise befinns bero på att upprätthålla potentialen vid det ledande skiktet / membran gränssnitt 5-7. För att förlänga assise arbetar livslängd och därmed upprätthålla stabila potentialer vid gränsskiktet skikten, utnyttjade vi den ledande polymeren (CP) poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 7-9 i stället för silver / silverklorid (Ag / AgCl) eftersom givarens skiktet. Vi konstruerade assise i ett lab-on-a-chip-format, som vi kallade multi-analyt biochip (MAB) (Figur 1).

Kalibreringar i testlösningar visade att MAB kan övervaka pH (driftområde pH 4-9), CO 3 2 - (mätt intervallet 0,01 mM - 1 mM) och Ca 2 + (log-linjära intervallet 0,01 mM till 1 mM). Den MAB för pH ger en nära-Nernstian lutning svar efter nästan en månad lagring i alger medium. Karbonatet biochips visar en potentiometrisk profil som liknar den hos en konventionell jon-selektiv elektrod. Physiological mätningar användes för att övervaka biologiska aktiviteten hos modellsystemet, den mikroalg Chlorella vulgaris.

Den MAB förmedlar en fördel i storlek, mångsidighet och multiplex analyt avkänning kapacitet, vilket gör den användbar till många trånga övervakningssituationer, på jorden eller i rymden.

Biochip Design och experimentella metoder

Den biochip är 10 x 11 mm i dimension och har 9 Assises betecknade som arbetar elektroder (Wes) och 5 Ag / AgCl elektroder hänvisning (RES). Varje arbetsgrupp elektrod (WE) är 240 mm i diameter och är jämnt fördelade på 1,4 mm från RES, som är 480 mikrometer i diameter. Dessa elektroder är anslutna till elektriska kontaktplattor med en dimension av 0,5 mm x 0,5 mm. Den schematiska visas i figur 2.

Cyklisk voltammetry (CV) och galvanostatiska metoder nedfall används för att electropolymerize PEDOT filmerna med en Bioanalytical Systems Inc. (BASI) C3 cell stativ (Figur 3). Den Motjonen för PEDOT Filmen är anpassad för att passa den analyt jonen av intresse. En PEDOT med poly (styrensulfonat) motjon (PEDOT / PSS) utnyttjas för H + och CO 3 2 -, medan en med sulfat (tillsatt till lösningen som CaSO 4) utnyttjas för Ca 2 +. De elektrokemiska egenskaperna hos PEDOT-belagda WE analyseras med användning av CV i redox-aktiv lösning (dvs. 2 mM kaliumferricyanid (K3Fe (CN) 6)). Baserat på CV-profil, var Randles-Sevcik analys används för att bestämma den effektiva ytan 10. Spin-coating vid 1500 rpm används för att gjuta ~ 2 im tjocka jonselektiva membran (LIS) på MAB arbetselektroderna (WEs).

Den MAB ingår i ett mikroflödessystem flödescellen kammare fylld med en 150 | il volym hos alger medium; kontaktkuddarna är elektriskt anslutna till den BASI systemet (Figure 4). Den fotosyntetiska aktiviteten av Chlorella vulgaris övervakas i omgivande ljus och mörka förhållanden.

Protocol

Ett. Framställning av poly (3,4-ethylenedioxythiophene): Poly (natrium-4-styrensulfonat) (PEDOT: PSS) elektropolymerisation lösning för H + och CO 3 2 - Joner

  1. Tillsätt 70 mg poly (natrium-4-styrensulfonat) (Na + PSS -) till 10 ml avjoniserat (DI) vatten och skaka tills helt dispergerat (ca 10 sek).
  2. Lägg 10.7 l 3,4-ethlyenedioxythiophene (EDOT) till lösningen under 1,1 och skaka tills lösningen är helt blandat.

2. Framställning av poly (3,4-ethylenedioxythiophene): Kalcium sulfat (PEDOT: CaSO 4) elektropolymerisation lösning för Ca2 +-joner

  1. Lägg 136 sulfat mg kalcium (CaSO 4) till 10 ml avjoniserat vatten och skaka, lösningen kommer inte att helt skingra och verkar mjölkig.
  2. Lägg 10.7 l EDOT till lösningen i 2,1 och skaka tills det är helt blandat.

3. Elektropolymerisation av PEDOT-baseradeLedande polymer

  1. En Bioanalytical Systems Inc. (BASI) C3 cell stativ (Figur 3) och en EG-epsilon potentiostat / galvanostat används för att bilda den elektrokemiska cellen för elektropolymerisation. Placera EDOT: PSS elektropolymerisation lösning i den elektrokemiska cellen och kväve bubbla under 20 min för att avlägsna löst syre.
  2. Nu klipp ett platina-gasväv vid motelektroden positionen för den elektrokemiska cellen. Sedan klipper MAB vid arbetselektroden position elektrokemisk cell med arbetselektroderna inför platina-gasväv. Justera MAB djup så att endast de cirkulära elektroderna är nedsänkta i PEDOT: PSS elektropolymerisation lösning. Undvik lösning kontakt med de fyrkantiga elektriska kontaktdynor.
  3. Placera en BASI mättad silver / silverklorid (Ag / AgCl) elektrod i referenselektroden positionen för den elektrokemiska cellen. Kontrollera att referenselektroden inte är i mellan de arbetande och counter elektroder.
  4. För PEDOT: PSS nedfall: Bubble den elektrokemiska cellen under 20 min, och använda EG: epsilon potentiostat / galvanostat att köra en enda cykliskt voltammogram från 0V - 1.1V med en svephastighet på 20 mV / sek på en ± 100 | iA skala.
  5. För PEDOT: CaSO 4 nedfall: Bubble den elektrokemiska cellen under 20 min, och använd EG epsilon potentiostat / galvanostat att köra kronopotentiometri på 814 nA i 30 min.

4. Cyklisk voltammetri av PEDOT-baserade polymerkonjugat i K3Fe (CN) 6

  1. Utför steg 3,1-3,3 ovan.
  2. Använd EG epsilon potentiostat / galvanostat kunna driva en enda cykliska voltammogram från -653 mV till 853 mV med varierande skanningshastighet av (25, 50, 75, 100, L25, 150, 175, 200) mV / sek på en ± 10 | iA skala .

5. Ytfunktionalisering Protocol

  1. Insättning ledande polymer konjugat specifika för joner av intresse som i steg 3.
  2. Applicera jonselektivt membran som i Steg 6.

6. Tillämpning av jonselektivt membran

  1. Centrera MAB på vakuum spinner chuck.
  2. Deposition 100 pl membran på mitten av MAB och springa.
  3. Spin-coat jonselektivt membran med en spinnbeläggare vid 1500 rpm under 30 sek med en 5 sek ramp upp och ner.
  4. Dammsug spinnbelades MAB i 30 min och baka chipet i en ugn vid 70 ° C under 20 minuter.

7. Kalibrering av PEDOT-PSS ledande polymer Konjugat med pH och Carbonate (CO 3 2 -) jonselektivt membran

  1. Skick MAB natten i 10 iM natriumbikarbonat (NaHCO 3) och 5 mM kaliumklorid (KCl) i alger media.
  2. Sätt MAB in mikroflödessystem flow-cell chip hållare.
  3. Injicera 5 ml av provet med initialt pH-värde eller koncentration (t.ex. pH 4 eller 10 iM för CO3 2 -). Ta bort bubker från flödet-cellen chip hållare.
  4. Placera flow-cell chip hållare på flödet-cellen elektrisk fixtur.
  5. Öppna EG epsilon programvara och ange öppen krets potential (OP) läget. Ställ in tiden till 300 minuter, spänningen skala ± 1V, och cutoff frekvensen till 10 kHz, och registrera värdet var 2 sek.
  6. Låt MAB stabiliseras (leta efter en rak linje) innan du fortsätter med kalibreringen.
  7. När MAB har stabiliserats, spola flödet cellen med testlösning och injicera nästa koncentrationen som ska kalibreras (pH 5 eller 25 ^ M CO3 2 -). Se till att inga bubblor tillåts komma in i flödet cellen. Upprepa steg 7.5 och 7.6 för pH 6, 7, 8, och 9 eller CO 3 2 - koncentrationer av 50, 75, 100, 250, 500, 750 och 1000 nm.
  8. Efter den sista koncentrationen har gått, ta bort MAB och torr med kväve luft.
  9. Placera MAB tillbaka till frisk konditionering lösning till nästa användning.

4 Conductive polymerkonjugat i CaCl2

  1. Konditionera MAB över natten i 7 ml 0,1 M CaCl2 och 10 ^ M NaNOs 3.
  2. Följ steg liknande 7,2-7,10. I steg 8.3, byt lösning karbonat testet med en initial koncentration av 0,01 mM CaCl2. Upprepa för prov-lösning koncentrationer av 0,05, 0,1, 0,5, 1 och 10 mm.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ett exempel på ett cykliskt voltammogram (CV) resultat av PEDOT: PSS och dess motsvarande katodisk toppström (i p) vs avsökningshastighet (v 1/2) visas i Figurerna 5a och 5b respektive. PEDOT: CaSO 4 vid olika svephastigheter och dess katodiska toppström visas inte. Använda Randles-Sevcik analys 10, de effektiva ytområden på solid kontakt PEDOT: PSS och PEDOT: CaSO 4 utan jonselektivt membran befanns vara 4,4 x 10 -11 cm 2 och 5,8 x 10 -11 cm 2, respektive. Dessa värden är relativt små i jämförelse med tidigare rapporterade elektroder på grund av elektroden storlek är ~ 130 gånger mindre än elektrodstorleken rapporterats från vår forskargrupp 11. Observera att MAB elektrodens effektiva ytarean kunde förbättras genom modifiering av ytan med nanomaterial 11.

t "> Kalibrering resultat för ISES baserade på PEDOT: PSS polymerkonjugaten i alg-media med pH som sträcker sig från 4 till 9 efter 20 dagars förvaring i alg-mediet visas i figur 6 Variationen i lutningen Profilen kunde bero på komplexet. biologiskt medium (ATCC medium:. 1,0 L Bristol lösning och 1,0 g proteas Peptone (BD Diagnostic System, Sparks, MD, USA), som har påväxt föreningar och störande salter som kan påverka mätningarna Syftet med arbetet är att testa assise kapacitet att förvärva mätningar i själva cellkultur miljö.

Vi övergår nu till de kalibreringsresultaten för PEDOT: PSS i karbonat (CO3 2 -)-lösning med en koncentration av 0,01 mM till 1 mM i både alger biologiskt medium och alger biologiskt medium buffrat vid pH 8,5 (figur 7). Mätningarna utförs vid pH 7,8. Den infällda bilden visar förändringen i koncentration, med en sänkning av lutningen med den buffradelösning. Resultaten visar pH-beroendet av karbonatet-selektiv elektrod. Dessa resultat är meningsfulla om man anser att det finns olika karbonat arter i upplöst form, speciellt H 2 CO 3 (kolsyra), HCO 3 - (bikarbonat,) och CO 3 2 - (karbonat). PK a1 värde för kolsyra till bikarbonatform är 6,4 medan pK a2 värdet från bikarbonat till karbonat är 10,4. När pH-värdet är större än pKa, är den art i sin deprotonerade form, medan när pH-värdet är lägre än pKa, är den art i sin protonerad form. Eftersom mätningarna görs vid pH 7,8, de flesta arter är i bikarbonatform. Inkrementet i spänning korrelerar med ökningen i karbonat arter. På grund av den pH-beroendet av karbonatet koncentration, måste man överväga detta beroende vid mätningar i biologiska media. Mätningar med hjälp av MAB med en PEDOT: PSS-baseradeISE i 150 | il algal medium innehållande alger Chlorella vulgaris vid pH 7,8 visas i figur 8. Vi noterar en 30 mV förändring som korrelerar till ett decennium förändring av karbonat koncentration i omväxlande ljusa och mörka förhållanden. Dessa resultat kan förklaras genom att betrakta den fysiologiska aktiviteten av mikroalger under fotosyntesen. Under mörka förhållanden algerna kvar i ett tillstånd av dvala där ingen fotosyntetiska aktivitet uppstår. Detta kan ses i grafen där mV behandlingen förblir konstant och nära till den ursprungliga baslinjen behandlingen. När algerna utsätts för ljus, de genomgår aktivt fotosyntes, varför en minskning av HCO3 - och CO 3 2 våningar observeras som förväntat. I termer av en mV läser detta bör motsvara en ökning av spänning eftersom nivåerna för HCO 3 - och CO 3 2 är sänkta. Kalibrering resultat PEDOT: Caso 4 iCaCl2-lösning med koncentrationer som sträcker sig från 0,01 mM till 1 mM visas i Figur 9. Den PEDOT: CaSO 4 används för att mönstra en 3D elektrod format för mätning kalciumnivåer från Fern spore Ceratopteris richardii, de resultaten redovisas inte här. Resultaten visar en nästan Nernstian lutning profil för 30 mV per årtionde förändring i Ca2 +-koncentrationen. Kalibreringen Resultatet kommer att användas för att mäta kalcium nuvarande nivåer i groende ormbunke sporer. Dessa resultat presenteras inte här.

Vid samtliga mätningar utförs mätningen linjära området skräddarsys för att passa området som krävs för tillämpningen.

Figur 1
Figur 1. Multi-analyt biochip (MAB). The biochip består av flera arbets-och elektroder referens.

er.within-sida = "alltid"> Figur 2
Figur 2. MAB designen schematiska. The MAB är en 10 x 11 mm biochip som består av 9 Pt elektroder = 240 nm) avsedda som ISE arbetselektroder (Wes), och 5 Pt = 480 nm) elektroder avsedda som referens elektroder (RES ). Två satser som består av tre elektroder delar en referenselektrod (RE), medan de återstående tre har sin egen RE. De uppsättningar av tre WEs med delade RE är avsedda för potentiometrisk mätning, medan resten är avsedda för amperometrisk mätning. WES och dess motsvarande RE är jämnt fördelade på 1,4 mm från varandra. Dessa elektroder är anslutna till Pt kontaktplattor (0,5 x 0,5 mm) som sitter på ena änden av biochip.

20fig3.jpg "/>
Figur 3. BASI cell stand tre-elektrod potentiostat / galvanostat systemet. The BASI är elektriskt ansluten till mikroflödessystem flödescellen kammare och registrerar spänning mätningar i realtid.

Figur 4
Figur 4. Microfluidic flödescellen kammaren. En spruta är ansluten vid både inloppet och utloppet av mikroflödessystem kammaren för att driva mätfluiden på biochip.

Figur 5
Figur 5. (A) cyklisk voltammetri profiler på olika svephastigheter och (b) motsvarande katodiska topp vs svephastigheten för Randles-Sevcik . analys baserad på Randles-Sevcik analys, var de effektiva ytan för elektroderna beräknades till 4,4 x 10 -11 cm 2 och 5,8 x 10 -11 cm 2 för PEDOT: PSS och PEDOT:. CaSO 4 respektive Klicka här för att se större figur .

Figur 6
Figur 6. Kalibrering profil för MAB ISES baseras på PEDOT:. PSS i lösning med ökande pH i 4 olika mätningar utförda med samma biochip under loppet av 28 dagar Resultaten visar ett större fel område vid pH 4 till följd av fluktuationer i H +-joner vid den nedre detektionsgränsen.

ure 7 "fo: innehåll-width =" 5.5in "fo: src =" / files/ftp_upload/50020/50020fig7highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50020/50020fig7.jpg "/>
Figur 7. Kalibrering profil för MAB ISES baserad på PEDOT: PSS i CaCO 3-lösning med ökande koncentration av CO 3 2 - i både alger mediet och buffrade algal mediet vid pH 8,5 Resultaten visar effekten av pH på CO 3 2 - avkänning på grund av den. tillgängligheten av flera karbonat arter vid olika dissociationskonstant (pKa) värden - H 2 CO 3 (kolsyra), HCO 3 - (bikarbonat,) och CO 3 2 - (karbonat). Eftersom MABs är att utföra mätningar i naturliga prov, är kalibrering görs med obuffrade alg medier, visar en lutning på -30 mV per decennium förändring CO3 2 - koncentration.

0020/50020fig8highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50020/50020fig8.jpg "/>
Figur 8. CO 3 2 -. Koncentration mätning med biologisk modell Chlorella vulgaris i omgivande ljus och mörka förhållanden visar en 30 mV ändra detta ~ 30 mV förändring korrelerar till ett decennium förändring CO3 2 - koncentration. En kontroll med enbart alger media visar inget svar, indikerar en funktionell biochip.

Figur 9
Figur 9. Kalibrering profil för MAB ISES baserad på PEDOT:. PSS i CaCl2-lösning med ökande koncentration Resultaten visar en nära-Nernstian lutning profil för tvåvärd katjon vid 30 mV per årtionde förändring i Ca2 +-koncentrationen.

s "> Kemiska komponenter för H + Membrane Vikt% Company Katalognummer polyuretan (PU) 23,1% Sigma Aldrich 81.367-5G polyvinylklorid (PVC) 9,9% Sigma Aldrich 81.387-250G kalium-tetrakis [3,5-bis (trifluormetyl) fenyl] borat (KTFPB) 0,5% Sigma Aldrich 60588-10mg väte jonofor I (H + jonofor) 1% Sigma Aldrich 95292-100mg bis (2-etylhexyl) sebacat (DOS) 65,5% Sigma Aldrich 84818-25ML Kemiska komponenter för Ca2 + Membrane Vikt% polyuretan (PU) 10,0% Sigma Aldrich 81.367-5G polyvinylklorid (PVC) 19,0% Sigma Aldrich 81.387-250G kalium-tetrakis [4 - chloropheny) borat (KTpCPB) 0,7% Sigma Aldrich 60591-100mg kalciumjonofor I (Ca 2 + jonofor) 1,0% Sigma Aldrich 21193-100mg bis (2-etylhexyl) sebacat 69,3% 84818-25ML Kemiska komponenter för CO3 2 - Membrane Vikt% polyuretan (PU) 17,8% Sigma Aldrich 81.367-5G polyvinylklorid (PVC) 18,2% Sigma Aldrich 81.387-250G Tridodecylmethylammonium klorid (tmACl) 1,0% Sigma Aldrich 91.661-100mg Karbonat jonofor IV (CO 3 2 - jonofor) 9,0% Sigma Aldrich 21856-1EA Bis (2-etylhexyl) sebacat 54,0% Sigma Aldrich 84818-25ML

Tabell 1. Jonselektivt membran kemiska sammansättning. Alla membran kompositioner löses i lösningsmedel (cyklohexanon) vid 10% vikt / volym. För alla membran kompositioner, 4,3 mg av kiseltetraklorid (Sigma Aldrich, katalognummer: 215120) tillsattes för 100 mg av torra komponenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den MAB biochip består av Assises som är tillverkade av ett ISM atop en PEDOT-baserade CP konjugat transduktion skikt på en Pt-elektrod, en kombination som omvandlar den joniska koncentrationen av intresse för en mätbar elektrisk signal. En stabil elektrodpotential definieras av både CP skiktet och ISM skiktet. Båda skikten bestämmer också arbetar livslängd MAB och kvalitet (buller, drift) av den uppmätta elektriska signalen.

PEDOT är speciellt attraktiv som transduktion skikt på grund av både dess joniska och elektroniska egenskaper (då i sin oxiderade form). PEDOT har kapacitet för höga redox kapacitans för att minimera ledande elektrod polariserande effekt, vi har mätt sin stabila redoxpotential vid 153 mV ± 6 vs Ag / AgCl. Denna egenskap är nödvändig för den potentiella stabiliteten i ISE, som använder en fast inre kontakt 12. Den PEDOT: är PSS CP-konjugat som används som en omvandlare för small monovalenta katjoner (t.ex. H +) och tvåvärda anjoner (t.ex. CO 3 2 -). Den olinjära lutning profilen av karbonatet-selektiv elektrod beror på dess beroende av pH. För mätningar med mikroalger, måste samtidig mätning göras för H + och CO 3 2 - joner. Resultatet för CO 3 2 - mätningar är liknande den för konventionella elektroder 13 och liknande plana elektroder som är mycket större i dimension 14. Därför ändrar elektrodgeometrin rapporterat om här inte potentiometriska egenskaper. Vidare, när lösningen är buffrad vid pH 8,5, lutningen profil för decennium förändring i CO 3 2 - koncentration minskar från -30 till -17 mV. Detta skulle kunna förklaras av det faktum att H 2 CO 3, HCO 3 -, CO 3 2 -, och löstes CO 2 alla samexistera i vattenlösningar och denna EQUILIBRIUm är beroende av pH. Fler studier behövs för att undersöka denna aspekt av resultaten karbonatjon. För mätningar med tvåvärda katjoner, ersätter vi PSS motjonen med CaSO 4 salt, vilket resulterar i en PEDOT: CaSO 4 polymerkonjugat. Vi tror att överskott tvåvärd Ca 2 + katjon från det upplösta CaSO 4 inom polymerkonjugatet förhindrar bindning av det uppmätta Ca 2 + från provlösningen.

Elektrokemiska metoder (cyklisk voltametrisk och galvanostatiska) används för att skräddarsy fysikaliska och elektrokemiska egenskaper av PEDOT-baserade polymerkonjugat. Dessa elektrokemiska metoder för deponering är användbara för snabb konstruktion av Assises. Tillämpningen av Assises är inte begränsad till jon sensor; CP konjugat kan funktionaliseras med biomolekyler och MAB kan fungera som en biosensor. På grund av den långa funktionella arbetande livstid demonstreras med ISES för H +-joner, är MAB lämpligt för applikationer som kräver långsiktig övervakning i ett komplext biologiskt flytande medium miljö. Därför har den potential att vara användbara i in vivo biomedicinsk forskning och långsiktig övervakning av joner i läkemedelsscreening.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har inget att lämna ut.

Acknowledgments

Vi vill tacka NASA Astrobiology vetenskap och teknik Instrument Development (ASTID) Program för finansiering stödet (nummer 103498 och 103.692), Gale Lockwood av Birck Nantechnology Center vid Purdue University för wirebonding av MAB-enheter, och Joon Hyeong Park för CAD-ritning av flödescellen kammaren.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3,4-Ethylenedioxythiophene Sigma-Aldrich 483028
Poly(sodium 4-styrenesulfonate) Sigma-Aldrich 243051
EC epsilon galvanostat/potentiostat Bioanalytical Systems Inc. e2P
Saturated Ag/AgCl reference electrode Bioanalytical Systems Inc. MF-2052
Pt gauze Alfa Aesar 10283
Potassium ferricyanide Sigma-Aldrich P-8131
Potassium nitrate J.T. Baker 3190-01
Sodium bicarbonate Mallinckrodt/ Macron 7412-12
Sodium carbonate Sigma-Aldrich S-7127
Calcium chloride J.T. Baker 1311-01
Potassium chloride Sigma-Aldrich P9541
Calcium sulphate Sigma-Aldrich 237132
C3 cell stand Bioanalytical Systems Inc. EF-1085
Flow-cell chip holder Custom, courtesy of NASA Ames
Flow-cell electrical fixture Custom, courtesy of NASA Ames
Table 2. Specific reagents and equipment.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Migdalski, J., Bas, B., Blaz, T., Golimowski, J., Lewenstam, A. A Miniaturized and Integrated Galvanic Cell for the Potentiometric Measurement of Ions in Biological Liquids. J. Solid State Electrochem. 13, 149-155 (2009).
  2. Designing a Water-quality Monitor with Ion-selective-electrodes. Buehler, M. G., Kounaves, S. P., Martin, D. P. Proceedings of the IEEE Aerospace Conference, 1, 331-338 (2001).
  3. Adamchuk, V. I., Lund, E. D., Sethuramasamyraja, B., Morgan, M. T., Doberman, A., Marx, D. B. Direct Measurement of Soil Chemical Properties on-the-go using Ion-selective-electrodes. Journal Computers and Electronics in Agriculture. 48 (3), 272-294 (2005).
  4. Oelβner, W., Hermann, S., Kaden, H. Electrochemical Sensors and Sensor Module for Studying Biological Systems in Space Vehicles. Aerospace Science and Technology. 1, 291-296 (1997).
  5. Bobacka, J. Conducting Polymer-based Solid-state Ion-selective Electrodes. Electroanalysis. 18 (1), 7-18 (2006).
  6. Buck, R. Ion Selective Electrodes in Analytical Chemistry. , Plenum Press. New York. (1980).
  7. Nam, H., Cha, G. S. Chapter 18. Biosensors and their Applications. Yang, V. C., Ngo, T. T. , Kluwer Academic/Plenum Publishers. N.Y. (2000).
  8. Anatova-Ivanova, S., Mattinen, U., Radu, A., Bobacka, J., Lewenstem, A., Migdalski, J., Danielewski, M., Diamond, D. Development of Miniature All-solid-state Potentiometric Sensing System. Sensors and Actuators B. 146, 199-205 (2010).
  9. Michalska, A., Galuszkiewicz, A., Ogonowska, M., Ocypa, M., Maksymiuk, K. PEDOT Films: Multifunctional Membranes for Electrochemical Ion sensing. J. Solid State Electrochem. 8, 381-389 (2004).
  10. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. ed, 2nd , 2nd ed, Wiley. New York. (2000).
  11. Claussen, J. C., Artiles, M. S., McLamore, E. S., Mohanty, S., Shi, J., Rickus, J., Fisher, T. S., Porterfield, D. M. Electrochemical Glutamate Biosensing with Naanocube and Nanosphere Augmented Single-walled Carbon Nanotube Networks: A Comparative Study. J. Mater. Chem. 21, 11224-11231 (2011).
  12. Bobacka, J. Potential Stability of All-solid-state Ion-selective Electrodes using Conducting Polymers as Ion-to-electron Transducers. Anal. Chem. 71, 4932-4937 (1999).
  13. Lee, J. H., Yoon, I. J., Yoo, C. L., Pyun, H. J., Cha, G. S., Nam, H. Potentiometric Evaluation of Solvent Polymeric Carbonate-selective Membranes based on Molecular Tweezer-type Neutral Carriers. Anal. Chem. 72, 4694-4699 (2000).
  14. Song, F., Ha, J., Park, B., Kwak, T. H., Kim, I. T., Nam, H., Cha, G. S. All-solid-state Carbonate Selective Electrode based on a Molecular Tweezer-type Neutral Carrier with Solvent-soluble Conducting Polymer Solid Contact. Talanta. 57, 263-270 (2002).

Tags

Bioteknik medicin medicinsk teknik kemiteknik elektroteknik maskinteknik kemi biokemi anatomi fysiologi miniatyrisering mikroteknologi elektrokemiska tekniker elektrokemiska processer astrobiologi analytisk diagnostiska och terapeutiska metoder och utrustning utredningsteknik teknik industri jordbruk elektrokemisk sensor all-solid-state jon-selektiv elektrod (assise) ledande polymer givare poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) lab-on-a-chip, Fotosyntes microfluidics
Multi-analyt Biochip (MAB) Baserat på All-solid-state jonselektiva elektroder (assise) för fysiologisk forskning
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wan Salim, W. W. A., Zeitchek, M.More

Wan Salim, W. W. A., Zeitchek, M. A., Hermann, A. C., Ricco, A. J., Tan, M., Selch, F., Fleming, E., Bebout, B. M., Bader, M. M., ul Haque, A., Porterfield, D. M. Multi-analyte Biochip (MAB) Based on All-solid-state Ion-selective Electrodes (ASSISE) for Physiological Research. J. Vis. Exp. (74), e50020, doi:10.3791/50020 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter