この論文の著者は、どの競合する経済的利益を持っていない。

1。 PEDOT：PSS溶液の調製<ol><li> PEDOT 50mlに：（PEDOTエチレングリコール：PSS）PSS、エチレングリコール（導電率を増加させる）を1:4の体積比での追加、0.5μlの/界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸（DBSA）の溶液、および10mg /溶液をスライドガラスに導電性ポリマーの接着を促進するための架橋剤として3 - グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（GOPS）。 </li></ol> 2。 OECT作製（図3） <ol><li>リフトオフリソグラフィーを経由して熱的に蒸発した金ソースおよびドレインコンタクトを定義します。 <ol><li> 30秒間3000rpmで通常の清浄なガラススライド上にコートしたフォトレジストをスピン。ガラスの寸法はインチ×1の3である</li><li>フォトリソグラフィによりパターンを定義します。寸法は、しかし、ここに記載されている寸法は、最適な感度をもたらすことが示された、変更することができる。その後、現像液を使用しています。 </li><li>それぞれ、5 nmおよびクロムと金を100nmを蒸発させる。 </li><li>リフトオフACにおけるフォトレジストソースとドレインAuのみに接触面積を有する基板を残して1時間etone浴。 </li></ol></li><li> PEDOTの所望の長さ：PSSチャンネルは1mmである。これは、パリレン-C（Paの-C）剥離技術を用いてパターニングすることによって達成される。 <ol><li>コー​​ティングのセットアップで、PA-Cの3.5グラムをロードします。一様に金接点を有する基板上にパリレン-Cの2程度を蒸発させる。 </li><li>フォトリソグラフィによるパターンのチャンネルを： <ol><li> 30秒間3000rpmでコートしたフォトレジストをスピン。 </li><li>紫外線へのチャネルおよび金接点20秒を照射するためにマスクを使用し、露光されたフォトレジストを現像液に可溶となります。 </li><li>フォトレジスト上にチャネル領域を開くために、開発者を使用しています。 </li></ol></li><li>チャネルと金接点を開くために15分間のプラズマステップ（O 2（50 SCCM）および160 WのCHF 4（3 SCCM）プラズマ）により、チャネル領域にPA-Cとエッチ。 </li></ol></li><li>でスピンコーティングによってPSS混合物溶液：PEDOTを堆積45秒間500 rpmで。 110℃で30秒間焼く</li><li>剥離PA-Cは、PEDOTを明らかにする：下の基板のPSSチャネルを。このチャネルは、わずかにプロトコル1で行われた金接点と重複する必要があります。 </li><li>大気条件下で140℃で1時間ベークサンプル。 </li></ol> 3。デバイス組立<ol><li>基本中の溶液を硬化さとの比1:10（通常キットに一緒に付属）2溶液を混合することによって、PDMSを作る。 120℃で1時間焼く</li><li>穴パンチを使って、うまく設計し、所望の領域の周りの正方形をカット。 </li><li>約6mm 2の流路面積をもたらすように、チャネルの上にウェルを接着PDMS。ソースおよびドレイン電極がカバーされていないことを確認してください。 </li><li>それの穴（セルカルチャーインサート用のホルダを使用することができます）とプラスチック製のサポートを行ってから、PDMSの上に接着します。一晩乾燥してみましょう。 </li><li>ワットで予備充填により漏れたためによくをテストER。 </li><li>スズと、ソースとドレインの接触時に電線を半田付けします。 </li></ol> 4。細胞培養<ol><li>次のように細胞培養培地を調製する。 <ol><li> DMEM中で、1％グルタミン、10％ウシ胎児血清、0.5％ペニシリン - ストレプトマイシン、および0.1％ゲンタマイシンを追加。 </li><li>滅菌フィルター装置を用いた細胞培養培地を滅菌する。 </li></ol></li><li>細胞培養培地中で、5％CO 2の加湿雰囲気中、37℃で通路49と68との間のCaco-2細胞を維持する。 </li><li>一度1.5×10 4細胞/挿入でトリプシンおよび種子を使用して週にセルを分割します。 </li><li>細胞培養培地は、3週間にわたり週二回変化する。 </li></ol> 5。 OECTによる測定<ol><li>ゲート電極として使用するためにソースメータに銀/塩化銀線を接続します図1aに示すように、電解質として使用する細胞培養培地中に先端を浸し。 </li><li> Tに、ソースとドレインから配線を接続彼はソースメータ（デュアルチャネル設定）。 </li><li>方形パルスに正の電圧（：地上基準電極として使用される）、ゲート·ソース間（V GS）を適用します。ドレインとソース（V DS）との間の負の定電圧が印加され、対応する電流（I DS）が測定される。 </li><li>パソコン、実行中のプログラムのデータ収集を使用してください。次のようにカスタマイズされた取得プログラムに入力されたOECTパラメータは次のようになります。V DS =-0.2V、V GS = 0.3 V、V GS時間に= 2秒、オフ時間= 28秒。 </li><li>ソース-ドレイン電流（I DS）、ゲート電流（I GS）を読み出す。安定したベースライン信号を確実にするために数分間測定を行う。 </li></ol> 6。測定のためにOECTで細胞を統合注：実験前に、細胞層の完全性は、インピーダンス分光素子とTERを測定することによって検証することができる。それぞれ3週齢のCaco-2細胞InSeにのTERRTは400Ωを超えるべきである。CM 2。 <ol><li> OECT測定のオフ時間中：、電解質からゲート電極を取り外し、細胞培養インサートを組み込んで、細胞培養インサートの内部にゲート電極を置き換える。 </li><li>安定した信号を確実にするために数分間細胞とベースライン測定を実施しています。このベースラインは、インタクトな単層（0）に対応する正規化値を算出するためとして使用される。 </li></ol> 7。毒性化合物の合成と紹介<ol><li>第トリス塩基で7.4に溶液のpHを調整する、DI水にEGTAの1 M溶液を調製する。 </li><li>考慮容積をとる（ 例えば 、5 mMおよび100 mMの間）に所望の濃度を得るために、適切な容量のEGTA溶液を加える。 EGTAはオフ時間の間、基底チャンバー内に追加する必要があります。 </li><li>プロトコル5のように90分間連続して測定します。測定はBEIの場合ngの室温で行って、細胞の安定性は、90分後に一定のままではありません。 </li><li>実行の最後に、この点は、フィルタを除去し、培地中のゲート電極を浸漬することにより行うことができる15分間バリア層と測度の完全な破壊をもたらすのに細胞層を傷つける。このベースラインは、破壊された単層に対応する正規化された値の計算のためとして使用されます。 </li></ol>

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このプロジェクトは、FP7-人民-2009-RG、マリー·キュリープロジェクト番号256367（CELLTOX）と欧州研究評議会ERC-2010-STG提案はありません258966（IONOSENSE）だけでなく、Conseilの地域·ドの共同助成金によってサポートされていますSTのためのプロヴァンス=アルプ=コート·ダジュールとCDLファーマ。我々はOECTのデザインと機能に関する有益な議論のために、ジョージMalliarasに感謝します。

この技術は、バリア組織の完全性を測定するために生きた細胞を用いて、有機電気化学トランジスタを統合するための新規な方法を提供する。この技術の主な利点は、迅速性及び感度でなく、バ​​リア組織の動的監視のための装置の低コストである。 この方法は、生細胞を使用するので、重要な点は、完全なバリア層を表している単分子層を、使用してくださいする?...

胃腸上皮は、身体の異なる区画間での分子の通過を制御するバリア組織の一例である。上皮は、身体を維持するために必要な水や栄養素の通過を可能にしながら、病原体および毒素に対する物理的障壁を提供する1のタンパク質の複合体によって結合細長い円柱細胞からなる。ルーメンと下にある組織2,3に固定された細胞の基底側に曝露された細胞の頂端側：この選択性は、二つの異なる膜ドメインを作成し、上皮細胞の分極に起因している。タイトジャンクション（TJ）は、上皮細胞の頂端部分に存在するタンパク質の複合体であり、頂端の接合部4として知られている大規模複合施設の一部である。バリア組織を横切るイオンの流れは、（セルスルー）経を介して、または（2隣接セル間の）傍細胞経路を介して行くことができるどちらか。の合計両方の経路を通る輸送は、上皮抵抗として知られている。頂端の接合部は、特定の開閉機能を介してバリア5,6越え通過するイオンや分子の制御を担当しています。これらのタンパク質複合体の機能不全又は破壊は、多くの場合、疾患7-11に関連している。さらに、多くの腸管病原体/毒素は12-14障壁を横切るイオン/水の流れの大規模な調節不全の結果として、おそらく、それによって体内に侵入し、下痢をもたらす、特にこの複合体を標的化することが知られている。バリア組織はまた、細胞外微小環境を変化させることによって修飾することができる。カドヘリンは細胞 - 細胞接着に重要なタンパク質であり、頂端接合の形成に関与している。カルシウムは、カドヘリンの正しい構造コンフォメーションに必要であり、細胞外カルシウムの減少は、細胞 - 細胞間結合の破壊とその後の開口部をもたらすことが示されているセル15間の傍細胞経路。それが有する限り、この研究では、EGTA（エチレングリコール - ビス（β-アミノエチルエーテル）-N、N、N &#39;、N&#39;-四酢酸）、特定のカルシウムキレート剤は、バリア組織における侵害を誘導するために使用された傍細胞イオン流16,17上で迅速かつ劇的な効果を有することが示された。このカルシウムキレート剤は、Caco-2細胞行のコンフルエントと差別化された単層で使用した。細胞培養インサートで培養し、この細胞株は、胃腸管の特性を発現することが知られており、広く18,19薬物の吸収を試験するために製薬産業によって使用される。 バリア組織の完全性を監視するための方法はたくさんあり​​ます。これらの方法は、頂端側接合部20であることが知られている特定のタンパク質の免疫蛍光染色に頼る、またはバリア組織に対して通常不浸透性である蛍光トレーサー分子の定量化に頼ることが多い光である21,22。ラベルの使用は、アーティファクトが発生し、多くの場合、コストと分析時間を増加させることができますしかし、（ つまり 、フルオロフォア/発色団のない）ラベルフリーの方法が好ましい。バリア組織の電気、ラベルフリーの監視は、最近の動的監視方法23として浮上している。例えば、電気インピーダンス分光法における最近の技術的進歩は、経上皮抵抗（TER）、細胞膜を横切るイオン伝導度の測定値を測定することができる市販の走査装置24,25の開発を可能にしている。 有機エレクトロニクスは、電子とイオンキャリアの両方を行うことができる導電性ポリマーを使用して電子機器や生物学26,27 28,29の世界をインタフェースするユニークな機会を作成しました。 OECT 30〜32を使用して、バリア組織内の違反を検出するための新しい技術が最近になって導入されました。このデバイスは、既存の技術問い合わせに対して検証したCellzscopeを用いて免疫蛍光、ルシファーイエローを使用して透過性アッセイ、およびインピーダンス分光含むバリア組織の完全性を評価するために編、。試験したすべての有害化合物の場合、OECTは同等以上の感度で動作することが見出され、そして上記の技術と比較して増加した時間分解能とした。この装置では、PEDOT：PSS、安定した、33,34、生体適合性であることが示されている導電性ポリマーは、トランジスタ·チャネルにおいて活性物質として使用される。 OECTは、導電性ポリマー流路の両側にドレイン電極とソース電極から構成されている。これは、デバイスの一体部分を形成する電解質と接触して配置される。ゲート電極は、電解質（ 図1）に浸漬し、正のゲート電圧がゲートに印加されると、電解質から陽イオンは、このように導電性ポリマーを脱ドープし、ソース-ドレイン間の変更を伴う、チャネルに強制される現在。 Deviceは、このように、トランジスタによる増幅とイオンフラックスの分の変化に非常に敏感である。細胞培養インサート上で増殖させた細胞層は、ゲート電極と導電性高分子のチャネルとの間に配置した。無傷の細胞層の存在は、ドレイン電流が減少するが（：領域aからbまでの遷移図2）カチオンは無傷の単層の存在下で、従って、導電性ポリマーの中に入るための障壁として作用する。毒性化合物の存在下では、バリア組織が ​​徐々に陽イオンが高分子膜に入り、ドレイン電流（：領域c 図2）を増加させること、その完全性を失うことになる。この技術では、バリア組織における侵害単層を横切る磁束の変調に対応し、ドレイン電流の変調によって見られる。この装置は、リアルタイムで前例のない時間分解能および感度で、イオンフラックスの微小変化を測定することができる。この技術ウィルLは、薬物検査、病気の診断や関門モデルを簡単に適応させることができるように基礎研究のための毒物学の分野において関心がある。また、このメソッドは、それがin vitroモデルの検証がin vivo試験に置き換えることを可能にするように、動物実験を減らすのに役立ちます。

<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

胃腸管は必要なイオンや分子の通過を可能にしながら、病原体および毒素の侵入に対する物理的なバリアを提供するバリア組織の一例である。この障壁内の違反は、細胞外のカルシウム濃度の低下によって引き起こされる場合があります。カルシウム濃度の減少は、傍細胞フラックスの増加をもたらす、バリアのシールに関与するタンパク質の立体構造変化を引き起こす。この効果を模倣するためにカルシウムキレート剤のエチレングリコール - ビス（β-アミノエチルエーテル）-N、N、N &#39;は、N&#39;-四酢酸（EGTA）は、胃腸管の代表であることが知られている細胞の単層上で使用した。バリア組織の破壊を検出するためのさまざまな方法は、すでにこのような免疫蛍光及び透過性アッセイとして、存在しています。しかしながら、これらの方法は時間がかかり、費用がかかり、動的またはハイスループットの測定に適していない。バリア組織を測定するための電子的方法整合性も上皮抵抗（TER）を測定するために存在するが、これらは多くの場合、高価で複雑である。バリア組織の完全性は、創薬および病原体/毒素診断において重要なパラメータであるように、急速な安価、かつ高感度な方法の開発が急務である。バリア組織形成細胞と一体化有機電気化学トランジスタ（OECT）は動的に、バリア組織の完全性を監視することが可能な新しいデバイスとして示されている。デバイスは、バリア組織の完全性の指標として、リアルタイムで、前例のない時間分解能および感度で、イオンフラックスの微小変化を測定することができる。この新しい方法は、ハイスループットスクリーニング用途と適合性であり、低コストで製造することができる簡単な装置に基づいている。

測定の最初の段階の間に、ドレイン電流が多少変動してもよいが、ほとんどの場合（ 図2、区間a）安定なままであるべきである。信号が安定していない場合には、トランジスタを廃棄、交換する必要があります。この安定性チェックは、デバイスの導電率のいずれかの最初の損失は、その後の測定に影響を与えないことが保証されます。測定の数分後、細胞は、バリア形成組織?...

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Sensing of Barrier Tissue Disruption with an Organic Electrochemical Transistor

有機電気化学トランジスタは、生細胞と統合および胃腸上皮バリアを横切ってイオン流束を監視するために使用される。本研究では、カルシウムキレート剤EGTA（エチレングリコール - ビス（ベータ - アミノエチルエーテル）-N、N、N &#39;、N&#39;-四酢酸の存在によって誘導密着結合の破壊に関連するイオン流束の増加、酸）を測定する。

有機電気化学トランジスタにバリア組織破壊の検出

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 ビュー.  Ecole Nationale Superieure des Mines. 有機電気化学トランジスタは、生細胞と統合および胃腸上皮バリアを横切ってイオン流束を監視するために使用される。本研究では、カルシウムキレート剤EGTA（エチレングリコール - ビス（ベータ - アミノエチルエーテル）-N、N、N '、N'-四酢酸の存在によって誘導密着結合の破壊に関連するイオン流束の増加、酸）を測定する。 

ビデオ: 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.

多重経皮電気化学センシングのための中空マイクロニードルベースの​​センサ

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

生物工学

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.

電気化学センサを用いた細菌検出＆識別

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.

内皮増殖、バリアー機能、運動性の定量のための電気細胞 - 基質インピーダンスセンシング

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.

化学とバイオセンシングアプリケーション用のシリコンナノワイヤ電界効果トランジスタの作製

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

Tissue Engineering by Intrinsic Vascularization in an In Vivo Tissue Engineering Chamber

In reconstructive surgery, there is a clinical need for an alternative to the current methods of autologous reconstruction which are complex, costly and trade one defect for another. Tissue engineering holds the promise to address this increasing demand. However, most tissue engineering strategies fail to generate stable and functional tissue substitutes because of poor vascularization. This paper focuses on an in vivo tissue engineering chamber model of intrinsic vascularization where a perfused artery and a vein either as an arteriovenous loop or a flow-through pedicle configuration is directed inside a protected hollow chamber. In this chamber-based system angiogenic sprouting occurs from the arteriovenous vessels and this system attracts ischemic and inflammatory driven endogenous cell migration which gradually fills the chamber space with fibro-vascular tissue. Exogenous cell/matrix implantation at the time of chamber construction enhances cell survival and determines specificity of the engineered tissues which develop. Our studies have shown that this chamber model can successfully generate different tissues such as fat, cardiac muscle, liver and others. However, modifications and refinements are required to ensure target tissue formation is consistent and reproducible. This article describes a standardized protocol for the fabrication of two different vascularized tissue engineering chamber models in vivo.

Tissue Engineering by Intrinsic Vascularization in an In Vivo Tissue Engineering Chamber

This is a guideline for constructing in vivo vascularized tissue using a microsurgical arteriovenous loop or a flow-through pedicle configuration inside a tissue engineering chamber. The vascularized tissues generated can be employed for organ regeneration and replacement of tissue defects, as well as for drug testing and disease modeling.

中に組み込み血管新生による組織工学<em&gt;インビボ</em&gt;ティッシュ・エンジニアリング商工会議所

In reconstructive surgery, there is a clinical need for an alternative to the current methods of autologous reconstruction which are complex, costly and ...

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.

改善された細胞接着のためのポリテトラフルオロエチレンにウェットケミストリーおよびペプチドの固定化

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.

食品由来病原体を検出する電気化学的 DNA のバイオ センサーの開発

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.

イン・ヴィトロ マイクロ有機電変調された電界効果トランジスタアレイによるマルチパラメトリックセルラー解析

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.

ラットモデルにおける低強度集束超音波を用いた脊髄バリアの破壊

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

電気セル基板センシングによるMOFによる細胞挙動変化の評価

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.

著者スポットライト:金属有機フレームワークに対するヒト肺上皮細胞の応答評価の進歩 

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.

有機金属骨格の毒性プロファイルのリアルタイム評価のための電気セル-基板センシング

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