Die Autoren dieses Beitrags haben keine finanziellen Interessen konkurrieren.

1. PEDOT: PSS Herstellung der Lösung <ol><li> 50 ml von PEDOT: PSS, Äthylenglykol (erhöht Leitfähigkeit) in einem Volumenverhältnis von 1:4 (Ethylenglykol zu PEDOT: PSS), 0,5 &amp;mgr; l / ml Dodecylbenzolsulfonsäure (DBSA) als Tensid und 10 mg / ml 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (GOPS) als Vernetzer, um die Haftung des leitenden Polymers auf dem Glasträger zu fördern. </li></ol> 2. OECT Fabrication (Fig. 3) <ol><li> Definieren thermisch verdampft Gold Source-und Drain-Kontakte via Lift-off-Lithografie: <ol><li> Schleuderbeschichtung Photoresist auf einem normalen sauberen Glasobjektträger bei 3000 Upm für 30 Sekunden. Glasmaße sind in 3 x 1 Zoll </li><li> Muster eingrenzen Photolithographie. Maße verändert werden, aber die hier aufgelisteten Maße wurde gezeigt, dass die optimale Empfindlichkeit führen. Dann mit einem Entwickler. </li><li> Verdampfen 5 nm und 100 nm Chrom und Gold auf. </li><li> Lift-off der Photoresist in einer WechselAzeton-Bad für 1 Stunde, so dass das Substrat mit der Source-und Drain-Kontaktbereich Au. </li></ol></li><li> Die gewünschte Länge der PEDOT: PSS-Kanal ist 1 mm. Dies wird durch Strukturieren unter Verwendung eines Parylen-C (Pa-C) Abziehfolie Technik erzielt: <ol><li> Legen 3,5 g Pa-C in der Beschichtung Setup. Gleichmäßig verdampfen 2 um Parylene-C auf der Oberseite des Substrats mit Au-Kontakten. </li><li> Muster der Kanal durch Photolithographie: <ol><li> Schleuderbeschichtung Photoresist bei 3000 Upm für 30 Sekunden. </li><li> Eine Maske zu beleuchten Kanal und Goldkontakt 20 Sek. UV, wird der belichtete Fotolack löslich werden im Entwickler. </li><li> Verwenden Entwickler die Kanalbereich auf dem Fotolack zu öffnen. </li></ol></li><li> Ätzen des Pa-C in der Kanalbereich durch eine 15 min Plasmaschritt (O 2 (50 sccm) und CHF 4 (3 sccm) Plasma bei 160 W), um den Kanal und die Goldkontakt zu öffnen. </li></ol></li><li> Zahlen Sie die PEDOT: PSS Mischlösung durch Schleuderbeschichtung auf500 rpm für 45 sec. Backen für 30 sek bei 110 ° C. </li><li> Peel-off der Pa-C zeigen die PEDOT: PSS-Kanal des Substrats darunter. Dieser Kanal sollte etwas mit den Au-Kontakte im Protokoll Nr. 1 gemacht lappen. </li><li> Bake Proben für 1 Stunde bei 140 ° C unter atmosphärischen Bedingungen. </li></ol> 3. Geräte-Montage <ol><li> Machen PDMS durch Mischen von zwei Lösungen (in der Regel in einem Kit zusammen geliefert) in einem Verhältnis 1:10 Härterlösung in der Basislösung. Backen für 1 h bei 120 ° C. </li><li> Entwerfen Sie gut durch die Verwendung eines Locher und schneiden ein Quadrat um den gewünschten Bereich. </li><li> Kleben Sie ein PDMS auch auf dem Kanal, in einem Kanal von ca. 6 mm 2 führen. Stellen Sie sicher, dass die Source-und Drain-Kontakte nicht abgedeckt sind. </li><li> Machen Sie einen Kunststoffträger mit einem Loch drin (kann die Halterung für die Zellkultureinsatz zu verwenden) und kleben Sie es auf der Oberseite der PDMS dann. Lassen Sie es über Nacht trocknen. </li><li> Testen Sie das auch für die Weitergabe von Vorbefüllen mit watäh. </li><li> Löten elektrischen Leitungen auf der Source-und Drain-Kontakt mit Zinn. </li></ol> 4. Zellkultur <ol><li> Zellkulturmedien herzustellen, wie folgt: <ol><li> In DMEM Fügen 1% Glutamine 10% Fetal Bovine Serum 0,5% Penicillin Streptomycin und 0,1% Gentamycin. </li><li> Sterilisieren der Zellkulturmedien mit einer sterilen Filtervorrichtung. </li></ol></li><li> Aufrechterhaltung Caco-2-Zellen zwischen Passage 49 und 68 bei 37 ° C in einer befeuchteten Atmosphäre von 5% CO 2 in Zellkulturmedien. </li><li> Teilen Sie die Zellen einmal in der Woche mit Trypsin und Samen bei 1,5 x 10 4 Zellen / Insert. </li><li> Ändern Zellkulturmedien zweimal pro Woche über 3 Wochen. </li></ol> 5. Messungen mit OECT <ol><li> Verbinden einer Ag / AgCl-Draht auf eine Source zur Verwendung als Gate-Elektrode. Tauchen Sie die Spitze in Zellkulturmedien, die als Elektrolyt verwendet wird, wie in Fig. 1a dargestellt. </li><li> Die Drähte von Source und Drain zu ter Source (Zweikanal-Setup). </li><li> Tragen Sie einen Rechteckimpuls positive Spannung (V GS) zwischen dem Gate und Source (als Referenzelektrode verwendet: Erde). Eine negative Konstantspannung zwischen Drain und Source (V DS) aufgebracht wird und die entsprechenden Strom (I DS) wird gemessen. </li><li> Verwenden Sie einen PC laufenden Programm die Datenerfassung. In einer angepassten Erfassungsprogramm eingegeben OECT Parameter sollten wie folgt sein: V DS = -0,2 V, V GS = 0,3 V, V GS auf Zeit = 2 Sek., Aus-Zeit = 28 sek. </li><li> Lesen Sie Source-Drain-Strom (I DS) und Gate-Strom (I GS). Führen Sie die Messung für mehrere Minuten bis eine stabile Basislinie Signals zu gewährleisten. </li></ol> 6. Die Integration von Zellen mit OECT für Mess- Hinweis: Vor dem Experiment kann die Integrität der Zellschicht durch Messen TER mit einem Impedanzspektroskopievorrichtung verifiziert werden. TER von jeweils 3 Wochen alte Caco-2 Zell insert sollte oberhalb von 400 Ω cm 2 sein.. <ol><li> In der Nebenzeit von OECT Messung: Entfernen Sie die Gate-Elektrode aus dem Elektrolyten, beinhalten die Zellkultureinsatz, und ersetzen Sie die Gate-Elektrode im Inneren der Zellkultureinsatz. </li><li> Führen Sie eine Baseline-Messung mit den Zellen für mehrere Minuten, um ein stabiles Signal zu gewährleisten. Diese Grundlinie wird für die Berechnung der normalisierten Wert entsprechend einer intakten Monoschicht (0) verwendet werden. </li></ol> 7. Vorbereitung und Einleitung der toxischen Verbindung <ol><li> Vorbereitung einer 1 M Lösung von EGTA in DI-Wasser, zuerst den pH-Wert der Lösung auf 7,4 mit Tris-Base. </li><li> In EGTA-Lösung in das entsprechende Volumen, um die gewünschte Konzentration (zB zwischen 5 mM und 100 mM) unter Berücksichtigung der Volumen zu erhalten. Die EGTA sollte bei der Aus-Zeit in der basalen Kammer hinzugefügt werden. </li><li> Messen Sie kontinuierlich für 90 min in Protokoll 5. Wenn die Messung being durchgeführt bei Raumtemperatur wurde die Stabilität der Zellen nicht konstant nach 90 min bleiben. </li><li> Am Ende des Versuchs, kratzen die Zellschicht zu einer vollständigen Zerstörung der Sperrschicht und Messung für 15 min Ergebnis konnte dieser Punkt durch Entfernen des Filters und das Eintauchen der Gate-Elektrode in den Medien durchgeführt werden. Diese Grundlinie wird für die Berechnung der normalisierten Wert entsprechend einer Monoschicht zerstört werden. </li></ol>

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Dieses Projekt wird von FP7-People-2009-RG, Marie-Curie-Projekt Nr. 256367 (CELLTOX) und der Europäischen ERC-2010-StG Research Council Vorschlag Nr. 258966 (IONOSENSE) sowie einer gemeinsamen Zuschuss von der Conseil Regional de unterstützt Provence Alpes Cote d&#39;Azur und CDL Pharma für ST. Wir danken George Malliaras für hilfreiche Diskussionen in Bezug auf OECT Design und Funktion.

Diese Technik stellt ein neues Verfahren, um eine organische elektrochemischen Transistor mit lebenden Zellen zu integrieren, um Sperrgewebeintegrität zu messen. Die Hauptvorteile dieses Verfahrens sind die Schnelligkeit und Empfindlichkeit, sondern auch die geringen Kosten der Vorrichtung zur dynamischen Überwachung eines Wandgewebes. Da diese Methode lebende Zellen verwendet, ist ein kritischer Punkt, um sicher sein, eine Monoschicht, die eine intakte Barriereschicht darstellt verwenden....

Der Magen-Darm-Epithel ist ein Beispiel für Gewebebarriere, die den Durchgang von Molekülen zwischen verschiedenen Kompartimenten des Körpers steuert. Das Epithel besteht aus länglichen säulenförmigen Zellen Komplexe von Proteinen, die eine physikalische Barriere gegen Krankheitserreger 1 und Toxinen miteinander verbunden, während die den Durchgang von Wasser und Nährstoffen erforderlich, um den Körper zu stützen. Diese Selektivität ist auf die Polarisation der Epithelzellen, die zwei verschiedene Membrandomänen erzeugt: die apikale Seite der Zellen in das Lumen und der basalen Seite der Zellen auf das darunter liegende Gewebe verankert 2,3 ausgesetzt. Tight Junctions (TJ) sind Komplexe von Proteinen an der apikalen Teil der epithelialen Zellen vorhanden und sind Teil eines größeren Komplex der apikalen Ausfahrt 4 bekannt. Ionenfluss über die Barriere Gewebe kann entweder gehen über den transzellulären (durch die Zelle) oder über einen parazellulären (zwischen zwei benachbarten Zellen)-Weg. Die Summe derder Transport durch beide Wege als transepithelialen Widerstand bekannt. Der apikale Übergang ist für die Regulierung von Ionen und Molekülen durch die Barriere hindurch 5,6 über eine bestimmte Öffnungs-und Schließfunktion verantwortlich. Eine Dysfunktion oder Störung dieser Proteinkomplexe wird oft Krankheit 7-11 stehen. Darüber hinaus sind viele enterischen Pathogenen / Toxine bekannt, speziell auf diese komplexe, wodurch der Körper und die Eingabe, die zu Durchfall, wahrscheinlich als Folge einer massiven Fehlregulation der Ion / Wasserstrom über die Barriere 12-14. Wandgewebes kann auch durch Veränderung der extrazellulären Mikroumgebung modifiziert werden. Cadherin ist ein kritischer Protein für Zell-Zell-Adhäsion und bei der Bildung des apikalen Übergang beteiligt. Calcium ist für die korrekte strukturelle Konformation Cadherin erforderlich, und eine Abnahme der extrazellulären Calcium wurde gezeigt, dass die Zerstörung der Zell-Zell-Übergang und einem anschließenden Öffnen des Ergebnissesparazellulären Weg zwischen den Zellen 15. In dieser Studie, EGTA (Ethylenglykol-bis (beta-aminoethylether)-N, N, N &#39;, N&#39;-Tetra Essigsäure), ein spezifischer Calcium-Chelator, wurde verwendet, um eine Verletzung der Barrieregewebe zu induzieren, wie es wurde gezeigt, dass eine schnelle und drastische Auswirkungen auf die parazellulären Ionen fließen 16,17 zu haben. Diese Calcium-Chelator auf einer konfluenten Monoschicht von differenzierten Caco-2-Zelllinie verwendet. Kultiviert in Zellkultureinsätzen, ist diese Zelllinie bekannt, die Eigenschaften des Magen-Darm-Trakt zu entwickeln und wird von der pharmazeutischen Industrie verwendet, um die Absorption von Arzneimitteln 18,19 testen. Methoden zur Barriere Gewebeintegrität überwachen sind reichlich vorhanden. Diese Verfahren sind oft optische, sich auf Immunfluoreszenzfärbung von bestimmten Proteinen bekannt, am apikalen Übergang 20 sein oder sich auf der Quantifizierung eines fluoreszierenden Tracermoleküls, die normalerweise undurchlässig für das Sperrgewebe21,22. Allerdings sind markierungsfreien Methoden (dh ohne Fluorophor / Chromophor) vorzuziehen, da die Verwendung eines Etiketts können Artefakte entstehen, und oft erhöht die Kosten-und Testzeit. Elektrische, markierungsfreie Überwachung der Barriere Gewebe wurde vor kurzem als eine dynamische Überwachungsmethode 23 entstanden. Beispielsweise die jüngsten technologischen Fortschritte in der elektrischen Impedanz-Spektroskopie haben die Entwicklung eines kommerziell verfügbaren Scanvorrichtung, die 24,25 transepithelialen Widerstandes (TER), eine Messung der Ionenleitfähigkeit in der Zellschicht messen erlaubt. Organische Elektronik ist eine einzigartige Gelegenheit, die Welt der Elektronik und Biologie 26,27 28,29 durch Verwendung leitfähiger Polymere, die sowohl elektronische und ionische Träger leiten kann Schnittstelle erstellt. Eine neue Technik, um Verstöße bei der Verwendung der OECT 30-32 Barriere Nachweis von Gewebe wurde erst kürzlich eingeführt. Dieses Gerät wurde gegen uns bestehenden Techniken validierted barriereGewebeIntegrität, einschließlich Immunfluoreszenz, Durchlässigkeit Tests unter Verwendung von Lucifer Gelb und Impedanzspektroskopie mit Hilfe der Cellzscope beurteilen. Im Fall aller toxischen Verbindungen getestet, die OECT wurde festgestellt, dass gleiche oder bessere Empfindlichkeit zu arbeiten, und mit erhöhter zeitlicher Auflösung, verglichen mit den oben genannten Techniken. In dieser Vorrichtung, PEDOT: PSS, ein leitendes Polymer, das gezeigt worden ist, stabil und biokompatibel 33,34 wird, wird als das aktive Material in dem Transistorkanal verwendet. Die OECT aus Drain-und Source-Elektroden auf beiden Seiten einer leitenden Polymer-Kanal besteht. Diese wird dann in Kontakt mit einem Elektrolyten, der Bestandteil der Vorrichtung bildet platziert. Eine Gate-Elektrode in den Elektrolyten (1) eingetaucht ist, und wenn eine positive Gate-Spannung an das Gate angelegt wird, werden Kationen aus dem Elektrolyten in den Kanal gedrückt wird, so Entdotieren des leitenden Polymers und was zu einer Änderung in den Source-Drain Strom. Der device ist somit extrem empfindlich auf kleinste Veränderungen in der Ionenfluss durch Verstärkung durch den Transistor. Eine Zellschicht auf einem Zellkultureinsatz gewachsen wurde zwischen der Gateelektrode und dem leitenden Polymerkanal angeordnet. Das Vorhandensein eines intakten Zellschicht als Barriere für die Kationen der Eingabe in den leitenden Polymer daher in der Gegenwart eines intakten Monoschicht wirkt der Drain-Strom abnimmt (Fig. 2: Übergang vom Bereich a bis b). In Gegenwart einer toxischen Verbindung, wird das Sperrgewebe allmählich verlieren ihre Integrität und ließ die Kationen in die Polymerfolie ein und Erhöhung des Drain-Stroms (Fig. 2: C-Region). Mit dieser Technik wird die Verletzung der Barrieregewebe durch die Modulation des Drainstroms gesehen, entsprechend der Modulation der Fluß durch die Monoschicht. Dieses Gerät ist in der Lage, kleinste Schwankungen der Ionenfluss mit bisher unerreichten Zeitauflösung und Empfindlichkeit in Echtzeit zu messen. Diese Technologie will von Interesse im Bereich der Toxikologie für Drogentests, Krankheitsdiagnose oder Grundlagenforschung als die Barriere Modell kann leicht angepasst werden kann. Dieses Verfahren wird auch helfen, Tierversuche zu verringern, da es die Validierung der in vitro-Modelle in vivo-Tests zu ersetzen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="589">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">CLEVIOS PH 1000</td>
			<td style="width:87px;">HERAUS CLEVIOS</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">AZ9260 resin</td>
			<td style="width:87px;">CIPEC SPECIALITIES</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA)</td>
			<td style="width:87px;">Acros Organic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GOPS)</td>
			<td style="width:87px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">24-well Suspended cell Culture insert Millicell&#160; PET 0.4 &#956;m Millipore</td>
			<td style="width:87px;">Dominique dutscher</td>
			<td style="width:119px;">51705</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">24-well cell culture plate BD Falcon</td>
			<td style="width:87px;">Dominique dutscher</td>
			<td style="width:119px;">51705</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">STERICUP-GP PES 0.22 &#956;M</td>
			<td style="width:87px;">Dominique dutscher</td>
			<td style="width:119px;">51246</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">ADVANCED DMEM Marque GIBCO</td>
			<td style="width:87px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:119px;">E3434T</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">FBS HEAT INACT. S.AMERICAN</td>
			<td style="width:87px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:119px;">E3387M</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">PENICILLIN STREPTOMYCIN</td>
			<td style="width:87px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:119px;">E3470C</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">GLUTAMAX</td>
			<td style="width:87px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:119px;">E3524T</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">TRYPSIN 0.05% EDTA</td>
			<td style="width:87px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:119px;">E3513N</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">EGTA (Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N&#8242;,N&#8242;-tetraacetic acid)</td>
			<td style="width:87px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">E4378</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">ETHYLENE GLYCOL, ANHYDROUS, 99.8%,</td>
			<td style="width:87px;">Sigma aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Caco-2 cells</td>
			<td style="width:87px;">ATCC</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">PDMS</td>
			<td style="width:87px;">Dow corning</td>
			<td style="width:119px;">SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Au (99.99%)</td>
			<td style="width:87px;">NEYCO</td>
			<td style="width:119px;">AU3X6</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Chromium (99.95%)</td>
			<td style="width:87px;">NEYCO</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Parylene C</td>
			<td style="width:87px;">Specialty Coating Systems</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Ag/AgCl wire</td>
			<td style="width:87px;">HARVARD APPARATUS</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Photoresist</td>
			<td style="width:87px;">CIPEC SPECIALITIES</td>
			<td style="width:119px;">R&#233;sine AZ9260</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sensing of barrier tissue disruption with an organic electrochemical transistor

Der Gastrointestinaltrakt ist ein Beispiel eines Sperrgewebe, das eine physikalische Barriere gegen den Eintritt von Pathogenen und Toxinen liefert, während es den Durchgang von Ionen und Molekülen erforderlich. Eine Verletzung dieser Barriere kann durch eine Verringerung der extrazellulären Calcium-Konzentration verursacht werden. Diese Verringerung der Calcium-Konzentration bewirkt eine Konformationsänderung in Proteinen im Verschweißen der Sperr beteiligt, was zu einer Erhöhung der parazellulären Fluss. Um diesen Effekt zu imitieren, die Calcium-Chelatbildner Ethylenglykol-bis (beta-aminoethylether)-N, N, N &#39;, N&#39;-Tetra-Essigsäure (EGTA) wurde auf einer Monoschicht von Zellen bekannt, repräsentativ für den Magen-Darm-Trakt verwendet werden. Verschiedene Methoden, um die Störung der Barriere Nachweis von Gewebe vorhanden ist, wie Immunfluoreszenz-Assays und Permeabilität. Jedoch sind diese Verfahren zeitaufwendig und teuer und nicht für dynamische oder Hochdurchsatz-Messungen geeignet. Elektronische Methoden zur Messung der Gewebe-SchrankeIntegrität auch zur Messung des transepithelialen Widerstandes (TER) vorhanden sind, aber diese sind oft teuer und komplex. Die Entwicklung von schnellen, billigen und empfindliche Verfahren ist dringend erforderlich, da die Integrität der Barriere Gewebe ist ein Schlüsselparameter in der Wirkstoffforschung und Krankheitserreger / Toxin Diagnostik. Die organische elektro Transistor (OECT) mit Barriere-Gewebe bildenden Zellen integriert wurde, als ein neues Gerät in der Lage, dynamisch Überwachung Barriere Gewebeintegrität gezeigt worden. Das Gerät ist in der Lage, kleine Veränderungen in der Ionenflusses mit beispiellosen zeitlichen Auflösung und Empfindlichkeit zu messen, in Echtzeit als Indikator der Sperrgewebeintegrität. Dieses neue Verfahren basiert auf einer einfachen Vorrichtung, die mit Hochdurchsatz-Screening-Anwendungen kompatibel sind und zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann, basiert.

Während des ersten Schritts der Messung kann der Drainstrom etwas variieren, aber in den meisten Fällen sollte stabil bleiben (Fig. 2, Abschnitt a). Wenn das Signal nicht stabil ist, ist der Transistor entsorgt und ersetzt werden. Diese Stabilitätsprüfung gewährleistet auch, dass alle Anfangsverluste in der Leitfähigkeit des Gerätes beeinträchtigen nicht die Folgebewertung. Nach mehreren Minuten der Messung ist der Einsatz mit Zellen bilden Gewebe Barriere auf der Oberseite des Kanals angeordnet...

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Sensing of Barrier Tissue Disruption with an Organic Electrochemical Transistor

Die Organische elektrochemischen Transistor mit lebenden Zellen integriert und zur Ionenfluss über den Magen-Darm-Epithel-Barriere zu überwachen. In dieser Studie wurde eine Erhöhung des Ionenflusses, um eine Unterbrechung der tight junctions, die durch die Anwesenheit der Calcium-Chelatbildner EGTA (Ethylenglykol-bis (beta-aminoethylether)-N, N, N &#39;, N&#39;-Tetra-Essigsäure induzierten verwandten Säure), wird gemessen.

Erkundung der Barrier Gewebestörung mit einem organischen Transistor Elektro

The gastrointestinal tract is an example of barrier tissue that provides a physical barrier against entry of pathogens and toxins, while allowing the ...

sensing-barrier-tissue-disruption-with-an-organic-electrochemical

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.6K Aufrufe.  Ecole Nationale Superieure des Mines.  Die Organische elektrochemischen Transistor mit lebenden Zellen integriert und zur Ionenfluss über den Magen-Darm-Epithel-Barriere zu überwachen. In dieser Studie wurde eine Erhöhung des Ionenflusses, um eine Unterbrechung der tight junctions, die durch die Anwesenheit der Calcium-Chelatbildner EGTA (Ethylenglykol-bis (beta-aminoethylether)-N, N, N ', N'-Tetra-Essigsäure induzierten verwandten Säure), wird gemessen. 

Serie: Sensing of Barrier Tissue Disruption with an Organic Electrochemical Transistor

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals suffering from chronic medical conditions facile assessment of their immediate physiological state. Furthermore, it could serve as a research tool for analysis of complex, multifactorial medical conditions. In order for such a multianalyte sensor to be realized, it must be minimally invasive, sampling of interstitial fluid must occur without pain or harm to the user, and analysis must be rapid as well as selective.
Initially developed for pain-free drug delivery, microneedles have been used to deliver vaccines and pharmacologic agents (e.g., insulin) through the skin.1-2 Since these devices access the interstitial space, microneedles that are integrated with microelectrodes can be used as transdermal electrochemical sensors. Selective detection of glucose, glutamate, lactate, hydrogen peroxide, and ascorbic acid has been demonstrated using integrated microneedle-electrode devices with carbon fibers, modified carbon pastes, and platinum-coated polymer microneedles serving as transducing elements.3-7,8
This microneedle sensor technology has enabled a novel and sophisticated analytical approach for in situ and simultaneous detection of multiple analytes. Multiplexing offers the possibility of monitoring complex microenvironments, which are otherwise difficult to characterize in a rapid and minimally invasive manner. For example, this technology could be utilized for simultaneous monitoring of extracellular levels of, glucose, lactate and pH,9 which are important metabolic indicators of disease states7,10-14 (e.g., cancer proliferation) and exercise-induced acidosis.15

This article details the construction of a multiplexed microneedle-based sensor. The device is being developed for in situ sampling and electrochemical analysis of multiple analytes in a rapid and selective manner. We envision clinical medicine and biomedical research uses for these microneedle-based sensors.

Hohle Mikronadel-basierten Sensor für Multiplex Transdermale elektrochemische Nachweis

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals ...

Forschung

Biotechnik

Bacterial Detection &amp; Identification Using Electrochemical Sensors

Electrochemical sensors are widely used for rapid and accurate measurement of blood glucose and can be adapted for detection of a wide variety of analytes. Electrochemical sensors operate by transducing a biological recognition event into a useful electrical signal. Signal transduction occurs by coupling the activity of a redox enzyme to an amperometric electrode. Sensor specificity is either an inherent characteristic of the enzyme, glucose oxidase in the case of a glucose sensor, or a product of linkage between the enzyme and an antibody or probe.
Here, we describe an electrochemical sensor assay method to directly detect and identify bacteria. In every case, the probes described here are DNA oligonucleotides. This method is based on sandwich hybridization of capture and detector probes with target ribosomal RNA (rRNA). The capture probe is anchored to the sensor surface, while the detector probe is linked to horseradish peroxidase (HRP). When a substrate such as 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) is added to an electrode with capture-target-detector complexes bound to its surface, the substrate is oxidized by HRP and reduced by the working electrode. This redox cycle results in shuttling of electrons by the substrate from the electrode to HRP, producing current flow in the electrode.

We describe an electrochemical sensor assay method for rapid bacterial detection and identification. The assay involves a sensor array functionalized with DNA oligonucleotide capture probes for ribosomal RNA (rRNA) species-specific sequences. Sandwich hybridization of target rRNA with the capture probe and a horseradish peroxidase-linked DNA oligonucleotide detector probe produces a measurable amperometric current.

Bakterielle Erkennung und Identifizierung mit elektrochemischen Sensoren

Electrochemical  sensors are widely used for rapid and accurate measurement of blood glucose and  can be adapted for detection of a wide variety of ...

Electric Cell-substrate Impedance Sensing for the Quantification of Endothelial Proliferation, Barrier Function, and Motility

Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) is an in vitro impedance measuring system to quantify the behavior of cells within adherent cell layers. To this end, cells are grown in special culture chambers on top of opposing, circular gold electrodes. A constant small alternating current is applied between the electrodes and the potential across is measured. The insulating properties of the cell membrane create a resistance towards the electrical current flow resulting in an increased electrical potential between the electrodes. Measuring cellular impedance in this manner allows the automated study of cell attachment, growth, morphology, function, and motility. Although the ECIS measurement itself is straightforward and easy to learn, the underlying theory is complex and selection of the right settings and correct analysis and interpretation of the data is not self-evident. Yet, a clear protocol describing the individual steps from the experimental design to preparation, realization, and analysis of the experiment is not available. In this article the basic measurement principle as well as possible applications, experimental considerations, advantages and limitations of the ECIS system are discussed. A guide is provided for the study of cell attachment, spreading and proliferation; quantification of cell behavior in a confluent layer, with regard to barrier function, cell motility, quality of cell-cell and cell-substrate adhesions; and quantification of wound healing and cellular responses to vasoactive stimuli. Representative results are discussed based on human microvascular (MVEC) and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), but are applicable to all adherent growing cells.

This protocol reviews Electric Cell-substrate Impedance Sensing, a method to record and analyze the impedance spectrum of adherent cells for the quantification of cell attachment, proliferation, motility, and cellular responses to pharmacological and toxic stimuli. Detection of endothelial permeability and assessment of cell-cell and cell-substrate contacts are emphasized.

Elektro-Zell-Substrat-Impedance Sensing zur Quantifizierung der endothelialen Proliferation, Barrierefunktion und Beweglichkeit

Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) is an in vitro impedance measuring system to quantify the behavior of cells within adherent cell layers. ...

Preparation of Silicon Nanowire Field-effect Transistor for Chemical and Biosensing Applications

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we describe the preparation of polycrystalline silicon nanowire field-effect transistors (pSNWFETs) that serve as biosensing devices for biomarker detection. A protocol for chemical and biomolecular sensing by using pSNWFETs is presented. The pSNWFET device was demonstrated to be a promising transducer for real-time, label-free, and ultra-high-sensitivity biosensing applications. The source/drain channel conductivity of a pSNWFET is sensitive to changes in the environment around its silicon nanowire (SNW) surface. Thus, by immobilizing probes on the SNW surface, the pSNWFET can be used to detect various biotargets ranging from small molecules (dopamine) to macromolecules (DNA and proteins). Immobilizing a bioprobe on the SNW surface, which is a multistep procedure, is vital for determining the specificity of the biosensor. It is essential that every step of the immobilization procedure is correctly performed. We verified surface modifications by directly observing the shift in the electric properties of the pSNWFET following each modification step. Additionally, X-ray photoelectron spectroscopy was used to examine the surface composition following each modification. Finally, we demonstrated DNA sensing on the pSNWFET. This protocol provides step-by-step procedures for verifying bioprobe immobilization and subsequent DNA biosensing application.

We describe key steps for biosensing by using polysilicon nanowire field-effect transistors, including the preparation of the device and the immobilization and confirmation of a DNA molecular probe on the nanowire surface, as well as conditions for DNA sensing.

Herstellung von Silizium-Nanodraht-Feldeffekttransistor für chemische und Biosensorik Anwendungen

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we ...

Wet Chemistry and Peptide Immobilization on Polytetrafluoroethylene for Improved Cell-adhesion

Endowing materials surface with cell-adhesive properties is a common strategy in biomaterial research and tissue engineering. This is particularly interesting for already approved polymers that have a long standing use in medicine because these materials are well characterized and legal issues associated with the introduction of newly synthesized polymers may be avoided. Polytetrafluoroethylene (PTFE) is one of the most frequently employed materials for the manufacturing of vascular grafts but the polymer lacks cell adhesion promoting features. Endothelialization, i.e., complete coverage of the grafts inner surface with a confluent layer of endothelial cells is regarded key to optimal performance, mainly by reducing thrombogenicity of the artificial interface.
This study investigates the growth of endothelial cells on peptide-modified PTFE and compares these results to those obtained on unmodified substrate. Coupling with the endothelial cell adhesive peptide Arg-Glu-Asp-Val (REDV) is performed via activation of the fluorin-containing polymer using the reagent sodium naphthalenide, followed by subsequent conjugation steps. Cell culture is accomplished using Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) and excellent cellular growth on peptide-immobilized material is demonstrated over a two-week period.

Cell-adhesiveness is key to many approaches in biomaterial research and tissue engineering. A step-by-step technique is presented using wet-chemistry for the surface modification of the important polymer PTFE with peptides.

Nasschemie und Peptid Immobilisation auf Polytetrafluoroethylen für verbesserte Zellhaftung

Endowing materials surface with cell-adhesive properties is a common strategy in biomaterial research and tissue engineering. This is particularly ...

Development of an Electrochemical DNA Biosensor to Detect a Foodborne Pathogen

Vibrio parahaemolyticus (V. parahaemolyticus) is a common foodborne pathogen that contributes to a large proportion of public health problems globally, significantly affecting the rate of human mortality and morbidity. Conventional methods for the detection of V. parahaemolyticus such as culture-based methods, immunological assays, and molecular-based methods require complicated sample handling and are time-consuming, tedious, and costly. Recently, biosensors have proven to be a promising and comprehensive detection method with the advantages of fast detection, cost-effectiveness, and practicality. This research focuses on developing a rapid method of detecting V. parahaemolyticus with high selectivity and sensitivity using the principles of DNA hybridization. In the work, characterization of synthesized polylactic acid-stabilized gold nanoparticles (PLA-AuNPs) was achieved using X-ray Diffraction (XRD), Ultraviolet-visible Spectroscopy (UV-Vis), Transmission Electron Microscopy (TEM), Field-emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), and Cyclic Voltammetry (CV). We also carried out further testing of stability, sensitivity, and reproducibility of the PLA-AuNPs. We found that the PLA-AuNPs formed a sound structure of stabilized nanoparticles in aqueous solution. We also observed that the sensitivity improved as a result of the smaller charge transfer resistance (Rct) value and an increase of active surface area (0.41 cm2). The development of our DNA biosensor was based on modification of a screen-printed carbon electrode (SPCE) with PLA-AuNPs and using methylene blue (MB) as the redox indicator. We assessed the immobilization and hybridization events by differential pulse voltammetry (DPV). We found that complementary, non-complementary, and mismatched oligonucleotides were specifically distinguished by the fabricated biosensor. It also showed reliably sensitive detection in cross-reactivity studies against various food-borne pathogens and in the identification of V. parahaemolyticus in fresh cockles.

A protocol for the development of an electrochemical DNA biosensor comprising a polylactic acid-stabilized, gold nanoparticles-modified, screen-printed carbon electrode to detect Vibrio parahaemolyticus is presented.

Entwicklung der eine elektrochemische DNA-Biosensor, einem Foodborne Krankheitserreger zu erkennen

Vibrio parahaemolyticus (V. parahaemolyticus) is a common foodborne pathogen that contributes to a large proportion of public health problems globally, ...

In Vitro Multiparametric Cellular Analysis by Micro Organic Charge-modulated Field-effect Transistor Arrays

Modern electrophysiology has been constantly fueled by the parallel development of increasingly sophisticated tools and materials. In turn, discoveries in this field have driven technological progress in a back-and-forth process that ultimately determined the impressive achievements of the past 50 years. However, the most employed devices used for cellular interfacing (namely, the microelectrode arrays and microelectronic devices based on transistors) still present several limitations such as high cost, the rigidity of the materials, and the presence of an external reference electrode. To partially overcome these issues, there have been developments in a new scientific field called organic bioelectronics, resulting in advantages such as lower cost, more convenient materials, and innovative fabrication techniques.
Several interesting new organic devices have been proposed during the past decade to conveniently interface with cell cultures.&#160;This paper presents the protocol for the fabrication of devices for cellular interfacing based on the organic charge-modulated field-effect transistor (OCMFET). These devices, called micro OCMFET arrays (MOAs), combine the advantages of organic electronics and the peculiar features of the OCMFET to prepare transparent, flexible, and reference-less tools with which it is possible to monitor both the electrical and the metabolic activities of cardiomyocytes and neurons in vitro, thus allowing a multiparametric evaluation of electrogenic cell models.

In Vitro Multiparametric Cellular Analysis by Micro Organic Charge-modulated Field-effect Transistor Arrays

Here, we present the fabrication protocol of an organic charge-modulated field-effect transistor (OCMFET)-based device for in vitro cellular interfacing. The device, called a micro OCMFET array, is a flexible, low-cost, and reference-less device, which will enable the monitoring of the electrical and metabolic activities of electroactive cell cultures.

In vitro Multiparametrische Zellanalyse durch mikroorganisch ladungsmodulierte Feldeffekt-Transistorarrays

Modern electrophysiology has been constantly fueled by the parallel development of increasingly sophisticated tools and materials. In turn, discoveries in ...

Disruption of the Blood-Spinal Cord Barrier Using Low-Intensity Focused Ultrasound in a Rat Model

Low-intensity focused ultrasound (LIFU) uses ultrasonic pulsations at lower intensities than ultrasound and is being tested as a reversible and precise neuromodulatory technology. Although LIFU-mediated blood-brain barrier (BBB) opening has been explored in detail, no standardized technique for blood-spinal cord barrier (BSCB) opening has been established to date. Therefore, this protocol presents a method for successful BSCB disruption using LIFU sonication in a rat model, including descriptions of animal preparation, microbubble administration, target selection&#160;and localization, as well as BSCB disruption visualization and confirmation. The approach reported here is particularly useful for researchers who need a fast and cost-effective method to test and confirm target localization and precise BSCB disruption in a small animal model with a focused ultrasound transducer, evaluate the BSCB efficacy of sonication parameters, or explore applications for LIFU at the spinal cord, such as drug delivery, immunomodulation, and neuromodulation. Optimizing this protocol for individual use is recommended, especially for advancing future preclinical, clinical, and translational work.

Disruption of the blood-spinal cord barrier (BSCB) can be successfully achieved with the intravenous administration of microbubbles and the application of low-intensity focused ultrasound (LIFU). This protocol details the opening of the BSCB using LIFU in a rodent model, including equipment setup, microbubble injection, target localization, and BSCB disruption visualization.

Störung der Blut-Rückenmark-Schranke mittels fokussiertem Ultraschall niedriger Intensität im Rattenmodell

Low-intensity focused ultrasound (LIFU) uses ultrasonic pulsations at lower intensities than ultrasound and is being tested as a reversible and precise ...

Bewertung von MOF-induzierten Änderungen des Zellverhaltens durch elektrische Zell-Substrat-Sensorik

Electric Cell-Substrate Sensing for Real-Time Evaluation of Metal-Organic Framework Toxicological Profiles

Metal-organic frameworks (MOFs) are hybrids formed through the coordination of metal ions and organic linkers in organic solvents. The implementation of MOFs in biomedical and industrial applications has led to concerns regarding their safety. Herein, the profile of a selected MOF, a zeolitic imidazole framework, was evaluated upon exposure to human lung epithelial cells. The platform for evaluation was a real-time technique (i.e., electric cell-substrate impedance sensing [ECIS]). This study identifies and discusses some of the deleterious effects of the selected MOF on the exposed cells. Furthermore, this study demonstrates the benefits of using the real-time method versus other biochemical assays for comprehensive cell evaluations. The study concludes that observed changes in cell behavior could hint at possible toxicity induced upon exposure&#160;to MOFs of different physicochemical characteristics and the dosage of those frameworks being used. By understanding changes in cell behavior, one foresees the ability to improve safe-by-design strategies of MOFs to be used for biomedical applications by specifically tailoring their physicochemical characteristics.

Autor im Rampenlicht: Fortschritte bei der Bewertung der Reaktion menschlicher Lungenepithelzellen auf metallorganische Gerüste 

The following study evaluates the toxicological profile of a selected metal-organic framework utilizing electric cell-substrate impedance sensing (ECIS), a real-time, high-throughput screening technique.

Elektrische Zell-Substrat-Sensorik zur Echtzeit-Bewertung von toxikologischen Profilen metallorganischer Gerüstverbindungen

Metal-organic frameworks (MOFs) are hybrids formed through the coordination of metal ions and organic linkers in organic solvents. The implementation of ...