Name: bridging the bio-electronic interface with biofabrication
Uploaded: 2012-06-06T13:00:00
Duration: 16 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Bridging the Bio-Electronic Interface with Biofabrication at JoVE.com

אנו מכירים במימון DTRA לתמיכה של כתב היד הזה ומן ONR, DTRA, ו-NSF לתמיכה חלקית של המחקר הבסיסי.

<ol>
	<li>Luo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+generation+of+pH+gradients+in+microfluidic+devices+for+biofabrication+of+freestanding,+semi-permeable+chitosan+membranes.">In situ generation of pH gradients in microfluidic devices for biofabrication of freestanding, semi-permeable chitosan membranes.</a> Lab Chip. 10, 59-65 (2010).</li><li>Javvaji, V., Baradwaj, A. G., Payne, G. F., Raghavan, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Activated+Ionic+Gelation+of+Common+Biopolymers.">Light-Activated Ionic Gelation of Common Biopolymers.</a> Langmuir. 27, 12591-12596 (2011).</li><li>Dowling, M. B., Javvaji, V., Payne, G. F., Raghavan, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vesicle+capture+on+patterned+surfaces+coated+with+amphiphilic+biopolymers.">Vesicle capture on patterned surfaces coated with amphiphilic biopolymers.</a> Soft Matter. 7, 1219-1226 (2011).</li><li>Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofabrication+to+build+the+biology-device+interface.">Biofabrication to build the biology-device interface.</a> Biofabrication. 2, 022002-022002 (2010).</li><li>Yang, X., Shi, X. -. W., Liu, Y., Bentley, W. E., Payne, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orthogonal+Enzymatic+Reactions+for+the+Assembly+of+Proteins+at+Electrode+Addresses.">Orthogonal Enzymatic Reactions for the Assembly of Proteins at Electrode Addresses.</a> Langmuir. 25, 338-344 (2008).</li><li>Cheng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+quantitative+visualization+and+characterization+of+chitosan+electrodeposition+with+paired+sidewall+electrodes.">In situ quantitative visualization and characterization of chitosan electrodeposition with paired sidewall electrodes.</a> Soft Matter. 6, 3177-3183 (2010).</li><li>Cheng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+anodic+electrodeposition+of+calcium+alginate.">Mechanism of anodic electrodeposition of calcium alginate.</a> Soft Matter. 7, 5677-5684 (2011).</li><li>Wu, L. -. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatially+Selective+Deposition+of+a+Reactive+Polysaccharide+Layer+onto+a+Patterned+Template.">Spatially Selective Deposition of a Reactive Polysaccharide Layer onto a Patterned Template.</a> Langmuir. 19, 519-524 (2003).</li><li>Wu, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofabrication+of+antibodies+and+antigens+via+IgG-binding+domain+engineered+with+activatable+pentatyrosine+pro-tag.+Biotechnol.">Biofabrication of antibodies and antigens via IgG-binding domain engineered with activatable pentatyrosine pro-tag. Biotechnol.</a> bioeng. , 103-231 (2009).</li><li>Shi, X. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reagentless+Protein+Assembly+Triggered+by+Localized+Electrical+Signals.">Reagentless Protein Assembly Triggered by Localized Electrical Signals.</a> Adv. Mater. 21, 984-988 (2009).</li><li>Shi, X. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroaddressing+of+Cell+Populations+by+Co-Deposition+with+Calcium+Alginate+Hydrogels.">Electroaddressing of Cell Populations by Co-Deposition with Calcium Alginate Hydrogels.</a> Adv. Funct. Mater. 19, 2074-2080 (2009).</li><li>de Vos, P., Faas, M. M., Strand, B., Calafiore, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alginate+based+microcapsules+for+immunoisolation+of+islet+cells.">Alginate based microcapsules for immunoisolation of islet cells.</a> Biomaterials. 27, 5603-5617 (2006).</li><li>Jayakumar, R., Prabaharan, M., Sudheesh Kumar, P. T., Nair, S. V., Tamura, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+chitin+and+chitosan+nanofibers+and+their+biomedical+applications.">Novel chitin and chitosan nanofibers and their biomedical applications.</a> Biotechnol. Adv. 29, 322-337 (2011).</li><li>Cheng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroaddressing+Functionalized+Polysaccharides+as+Model+Biofilms+for+Interrogating+Cell+Signaling.">Electroaddressing Functionalized Polysaccharides as Model Biofilms for Interrogating Cell Signaling.</a> Adv. Funct. Mater. 22, 519-528 (2012).</li><li>Meyer, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitosan-coated+wires:+conferring+electrical+properties+to+chitosan+fibers.">Chitosan-coated wires: conferring electrical properties to chitosan fibers.</a> Biomacromolecules. 10, 858-864 (2009).</li><li>Fernandes, R., Roy, V., Wu, H. -. C., Bentley, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+biological+nanofactories+trigger+quorum+sensing+response+in+targeted+bacteria.">Engineered biological nanofactories trigger quorum sensing response in targeted bacteria.</a> Nat. Nanotechnol. 5, 213-217 (2010).</li><li>Yi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofabrication+with+chitosan.">Biofabrication with chitosan.</a> Biomacromolecules. 6, 2881-2894 (2005).</li><li>Liba Benjamin, D., Aranha India, V., Kim, E., Payne Gregory, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ACS+Symposium+Series+Ch.+4.">ACS Symposium Series Ch. 4.</a> Renewable and Sustainable Polymers. 1063, 61-71 (2011).</li><li>Koev, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chitosan:+an+integrative+biomaterial+for+lab-on-a-chip+devices.">Chitosan: an integrative biomaterial for lab-on-a-chip devices.</a> Lab Chip. 10, 3026-3042 (2010).</li><li>Luo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+assembly+of+a+metabolic+pathway+enzyme+in+a+pre-packaged+reusable+bioMEMS+device.">Programmable assembly of a metabolic pathway enzyme in a pre-packaged reusable bioMEMS device.</a> Lab Chip. 8, 420-430 (2008).</li><li>Spinks, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+"dual+mode"+actuation+in+chitosan/polyaniline/carbon+nanotube+fibers.">A novel "dual mode" actuation in chitosan/polyaniline/carbon nanotube fibers.</a> Sensor Actuat B-Chem. 121, 616-621 (2007).</li><li>Yi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+assembly+of+genetically+modified+viral+nanotemplates+via+nucleic+acid+hybridization.">Patterned assembly of genetically modified viral nanotemplates via nucleic acid hybridization.</a> Nano letters. 5, 1931-1936 (2005).</li><li>Kim, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox-cycling+and+H2O2+generation+by+fabricated+catecholic+films+in+the+absence+of+enzymes.">Redox-cycling and H2O2 generation by fabricated catecholic films in the absence of enzymes.</a> Biomacromolecules. 12, 880-888 (2011).</li><li>Xie, Y., Xu, B., Gao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+transdermal+delivery+of+model+drug+compounds+by+MEMS+microneedle+array.">Controlled transdermal delivery of model drug compounds by MEMS microneedle array.</a> Nanomedicine. 1, 184-190 (2005).</li><li>Odaci, D., Timur, S., Telefoncu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microbial+biosensor+based+on+bacterial+cells+immobilized+on+chitosan+matrix.">A microbial biosensor based on bacterial cells immobilized on chitosan matrix.</a> Bioelectrochemistry. 75, 77-82 (2009).</li><li>Selimoglu, S. M., Elibol, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alginate+as+an+immobilization+material+for+MAb+production+via+encapsulated+hybridoma+cells.">Alginate as an immobilization material for MAb production via encapsulated hybridoma cells.</a> Crit Rev Biotechnol. 30, 145-159 (2010).</li><li>Braschler, T., Johann, R., Heule, M., Metref, L., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gentle+cell+trapping+and+release+on+a+microfluidic+chip+by+in+situ+alginate+hydrogel+formation.">Gentle cell trapping and release on a microfluidic chip by in situ alginate hydrogel formation.</a> Lab Chip. 5, 553-559 (2005).</li><li>Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-Film+Bioprocessing+and+Immunoanalysis+with+Electroaddressable+Stimuli-Responsive+Polysaccharides.">In-Film Bioprocessing and Immunoanalysis with Electroaddressable Stimuli-Responsive Polysaccharides.</a> Adv. Funct. Mater. 20, 1645-1652 (2010).</li><li>Cheong, M., Zhitomirsky, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposition+of+alginic+acid+and+composite+films.">Electrodeposition of alginic acid and composite films.</a> Colloid Surface A. 328, 73-78 (2008).</li><li>Tsao, C. Y., Hooshangi, S., Wu, H. C., Valdes, J. J., Bentley, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autonomous+induction+of+recombinant+proteins+by+minimally+rewiring+native+quorum+sensing+regulon+of+E.+coli.">Autonomous induction of recombinant proteins by minimally rewiring native quorum sensing regulon of E. coli.</a> Metab. Eng. 12, 291-297 (2010).</li></ol>

הפקה וגישה חופשית למאמר זה ממומן על ידי הרשות האמריקנית האיום הביטחון הפחתת.

הנהלים שלנו להפגין electrodeposition ו functionalization של סרטים biopolymer, תהליך שאנו טווח biofabrication. דרך functionalization עם תאים ביומולקולות אנחנו יוצרים משטחים ביולוגיים בעלי יכולת אינטראקציה זה עם זה ואת כתובת האלקטרודה הם התאספו על. צעד electrodeposition 1, מתרחש באמצעות הרכבה עצמית מופעלות של אלגינט, biopolymers ו chitosan במחקרים שלנו, בתגובה לאות חשמלי. כפי שצוין קודם לכן שיפוע pH מופק אשר יכול להיות נשלט על ידי צפיפות זרם וזמן בתצהיר, מתן שליטה נוספת על הממדים הסרט ומאפיינים 6,17. מצאנו כי מגוון של צפיפות הנוכחית זמן שילובים בתצהיר יכול לשמש את האלקטרודות המצוין בלוח 1. תוך שימוש באלקטרודות אחרים אינו ריאלי, התאמות ההליך יהיה צורך. לעומת טכניקות אחרות, של יצירת הסרט תהליך של electrodeposiהנחה זו היא פשוטה, מהירה reagentless. אין צורך רפרטואר רחב של ציוד יקר ההכנות מייגע. חשוב לציין כי התהליך יכול לעמוד סטיות ניסויים קטנים וניתן לעבוד בקלות מעל במקרה של בעיה. Chitosan הוא מסוגל להגיב שיפוע pH גבוה קתודית בשל תכונות פעילות חשובים המוקנות לו לפי תוכן גבוהה של אמינים ראשוניים. ב-pH גבוה (יותר מ pKa של ~ 6.3) אמינים הם deprotonated ו chitosan הופך מסיס, המאפשר יצירת הסרט. בעקבות בתצהיר, הסרטים יישאר מחובר האלקטרודה. עם זאת, היכולת קיימת delaminate אותם אם תרצה בכך. הסרטים תישאר יציבה כל עוד ה-pH של התמיסה לא לרדת מתחת pKa. פתרונות חומציים protonate את אמינים ואת repulsions אלקטרוסטטי הבאים להתנפח ג&#39;ל עד שהוא נמס 18. כלומר, תהליך ההרכבה / פירוק הפיך לפי דרישה AlloWS להסרת הסרטים שהופקדו ושימוש חוזר של אלקטרודות. נוח, טווח ה-pH שבו המעבר סול ג&#39;ל מתרחש קרוב לזה שבו מרכיבים ביולוגיים ביותר לתפקד בצורה אופטימלית. זה הופך את תהליך אידיאלי עבור השמירה של פונקציונליות במהלך הרכבת 6. הסרט היווצרות אלגינט הוא הקל על ידי אלקטרוליזה של מים anodic כמו גם נוכחות של סידן פחמתי 7. PH נמוך מקומי על האנודה solubilizes סידן פחמתי המוביל את קטיוני סידן שחרור. יונים אלה לטיפולי קלאציה של אלגינט, להקים רשת crosslinked על פני האלקטרודה. סרטים אלגינט הוא הפיך בעיקר על ידי תחרות על יוני סידן מן אחרים תרכובות chelating כגון ציטרט או EDTA, אשר ניתן להשתמש בהם כדי לפזר את הסרטים, המאפשר שימוש חוזר של אלקטרודות היסוד. לכן, סרטים אלגינט שבירות יחסית, כאשר נתון בתנאים פיסיולוגיים כי יוני סידן הם בקלות שלcavenged של מטריקס ג&#39;ל, להחליש את המבנה שלה וקידום הסרט delamination או redissolution. כדי להתגבר על מגבלה זו, יש לנו כלל צעד הדגירה של הסרט ב 1 M CaCl 2 לחזק את הג&#39;ל. בנוסף, אנו ממליצים פתרון הדגירה של הסרט (מדיה נייד וכו &#39;) להשלים עם CaCl 2 בריכוז מ&quot;מ מיקרומטר-3 500. ההליך העיקרי השני הוא functionalization של הסרט שהופקדו עם רכיבים ביולוגיים רלוונטיים. זו יכולה להיות מושגת בשתי דרכים, לצמידה הראשון הוא אלקטרו, אסטרטגיה המאפשרת הרכבה מהירה reagentless של חלבונים עם שליטה מרחבית יוצא דופן 10. עם זאת, functionalization באופן זה הוא מוגבל על ידי דיפוזיה של Cl - יונים באמצעות הסרט אל האלקטרודה, כמו גם את הפצת HOCl, תגובתי שנוצר ביניים, חזרה אל הפתרון. היכולת של מולקולות פעילות electrochemically לעבורדרך הסרט מאפשר התמרה של אותות כימיים ביולוגיים לתוך קל לקרוא אותות חשמליים 15. הראינו טירוסינאז בתיווך צימוד כאסטרטגיה 2 עבור functionalization האנזים chitosan, שמפגינים קוולנטית חיבור AI-2 synthase. אסטרטגיה זו מאפשרת תהליך functionalization להיות מבוקרת סלקטיבית - תלוי מגיב מסוים, טירוסינאז, הפועל discriminately על חלבונים המכילים תג טירוזין 9. אנחנו מראים את התועלת ואת biocompatibility של הכתובת מרובה מערכות ידי שכפול מסלולים טבעיים על שבב. ראשית ארגנו שתי אוכלוסיות תאים (כלומר, &quot;שולחים&quot; ו &quot;מקלטי&quot;) על כתובות שונות, והראה כי הם אינטראקציה בין האלקטרודות הסמוכות לספק AI-2 וליצור תגובה פלואורסצנטי. תפיסה זו יש גם הוכחה על ידי נג et al. ב 14 שבבים microfluidic. אנחנו גם חיקה את האינטראקציה, אבל במקום להשתמשאנזים לסנתז AI-2 עבור משלוח. בדרך זו, מסלול תאיים סינתטי, AI-2 סינתזה, חזר על עצמו דרך biofabrication ופעל ככל שזה יהיה פתרון. בשני המקרים הרכבה של מספר כתובות מציג את האתגר של מניעת שאינו מחייב בין כתובות ספציפיות, כי כל פתרון חייב להיות מוצג בתצהיר למערך אלקטרודות כולו, למרות electrodeposition נועד רק לכתובת אחת. כביסה עדינה אך יסודית ניתן להסיר את רוב פתרון שיורית של מוטות שאינם אלקטרודות; השימוש זרימה בערוצים microfluidic עשוי לצמצם עוד יותר את הספציפיות לא. במיוחד biofabrication הסמוך chitosan וכתובות אלגינט, מומלץ להפקיד את הסרט chitosan 1, בעקבות זאת בצעדים biofunctionalization, ואחרי זה, electrodepositing אלגינט. למרות שלא עשינו אז הנה, מצאנו כי חסימת הסרט chitosan עם חלבונים אינרטי (כגון MILK, BSA, וכו &#39;) מפחיתה באופן משמעותי שאינם ספציפיים מחייב של מולקולות לא רצויות לפני השטח aminated של chitosan. מצאנו כלי עזר בהקמת אלקטרודות בדוגמת, לעתים קרובות למצוא מכשירים BioMEMS, בשם &quot;תוכניות&quot; של הסדר מורכב של תאים ביומולקולות. השימושים של electrodeposited chitosan ב BioMEMS התקנים יכול ללכת הרבה מעבר הדוגמאות שהוזכרו כאן 19. Chitosan יכול להיות מופקד על הגיאומטריות microscale שונים - כגון microchannels ועל משטחים לא מישוריים 20,15. הסרטים יכולים להיות גם שונה עם פולימרים אחרים וכן מגוון של חלבונים, דנ&quot;א, חלקיקים, ו חמזור פעילים מולקולות של מאפייני הרומן 21,22,23. במכשירים BioMEMS, סרטים chitosan שימשו למשלוח סמים, גילוי מולקולה חמזור וקטנים, Biocatalysis, ומחקרים סלולריים 20,23,24,25. באופן דומה, אלגינט הוא בשימוש נרחב כמו מטריקס תאים מלכודת ו נחקר על בלימה fluidic הפיך שלאוכלוסיות תאים בתוך הסרט immunoanalysis 26,27,28. סרטים מורכבים עבור יישומים הנדסת רקמות כבר מפוברק באמצעות electrodeposition אלגינט, עם מרכיבים כמו עם hydroxyapatite עבור שתלים אורתופדיים 29. בהפגנות שלנו biofabrication, הראינו גם את יחסי הגומלין בין מרכיבים ביולוגיים על פני ממשק ביו אלקטרונית לחול במידה שווה, זה מביא את האפשרות להגיע לשלב את כל סוגי אינטראקציות עבור ביצועים מתוחכמים של העברת אותות על השבב. בהתאם לכך, עשויה להקל על biofabrication ייצור של מכשירים עם &quot;גדלים תכונה מינימום&quot; צומצמו המשך ישיר על ההתפתחויות מהירים microfabrication, המונעים לעתים קרובות על ידי מוצרי האלקטרוניקה. כלומר, הבא של הדור הבא התקנים עלולה למעשה לכלול רכיבים ביולוגיים יציב המציעים הרכבה מופלאה של הטבע ויכולות זיהוי באריכות SCA קטן עוד יותרles מאשר מעשה ידי אדם מערכות. אנחנו מדמיינים לטווח הקרוב יישומים מכשור אנליטי, חיישנים סביבתיים, והתקנים מושתלת ביולוגית אפילו.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם הרכיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td></tr><tr><td> ספק כוח </td><td> Keithley </td><td> SourceMeter 2400 </td></tr><tr><td> שלוש אלקטרודות potentiostat </td><td> CH מכשירים </td><td> Potentiostat / Galvanostat 600D </td></tr><tr><td> RE-5 ב Ag / AgCl הפניה אלקטרודה עם מחבר גמיש </td><td> בשיא </td><td> MF-2052 </td></tr><tr><td> סיליקון מצופה זהב רקיק, 500um סי, 12nm CR, 120nM Au, SiO 2 לבידוד </td><td> אישית מפוברק </td><td></td></tr><tr><td> אינדיום בדיל זכוכית מצופה תחמוצת שקופיות, מלבנית, 8-12 אוהם להתנגד </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 578274 </td></tr><tr><td> פלטינום גיליון / רדיד (0.002 ב) </td><td> Surepure Chemetals </td><td> 1897 </td></tr><tr><td> סלים קו 2 &quot;התנינים קליפים </td><td> RadioShack </td><td> 270-346 </td></tr> &lt;tr&gt; <td> רב הערמה כבל בננה תיקון התוספת </td><td> TSElectronic </td><td> B-36-02 B-24-02 </td></tr><tr><td> SYLGARD 184 אלסטומר סיליקון ערכת </td><td> Dow Corning </td><td> NC9020938 מאת פישר </td></tr><tr><td> Fluorescecence סטראו </td><td> אולימפוס </td><td> MVX10 MacroView </td></tr><tr><td> cellSens רגיל </td><td> אולימפוס </td><td> גרסה 1.3 </td></tr></tbody></table> טבלה 1. Electrodeposition וציוד הדמיה פלואורסצנטי. <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td></tr><tr><td> Chitosan, משקל מולקולרי בינוני </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 448877 </td></tr><tr><td> חומצה הידרוכלורית, ARISTAR. ACS, NF, ה-FCC כיתה </td><td> VWR </td><td> BDH3030 </td></tr><tr><td> נתרן הידרוקסידי, פתרון. 10.00N </td><td>VWR </td><td> VW3247 </td></tr><tr><td> חומצה Alginic, מלח נתרן </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 180947 </td></tr><tr><td> Multifex-MM זירז סידן פחמתי, חלקיקים 70nm </td><td> המומחיות מינרלים בע&quot;מ </td><td> 100-3630-3 </td></tr></tbody></table> טבלה 2. Chitosan פתרון ריאגנטים אלגינט. <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td></tr><tr><td> סידן כלוריד, dihydrate </td><td> JT בייקר </td><td> 0504 </td></tr><tr><td> נתרן כלורי, מוסמך גבישי ACS </td><td> פישר מדעי </td><td> S271 </td></tr><tr><td> פוספט Monobasic אשלגן, נטול מים </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P9791 </td></tr><tr><td> פוספט Dibasic אשלגן, נטול מים </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3786 </td></tr><tr><td> פוספט שנאגרו מלוחים </td><td> Sigma- אולדריץ </td><td> P4417 </td></tr></tbody></table> לוח 3. רכיבי פתרון אחר ריאגנטים חיץ. <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב </td><td> חברת / מקור </td><td> מספר קטלוגי </td></tr><tr><td> גלוקוז אוקסידאז של אספרגילוס ניז&#39;ר </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> G2133 </td></tr><tr><td> טירוסינאז מ פטריות </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> T3824 </td></tr><tr><td> LB מרק, מילר (מגורען) </td><td> פישר סיינטיפיק </td><td> BP9723-2 </td></tr><tr><td> &quot;AI2-synthase&quot; (HGLPT) </td><td> מעבדת המניה 16 </td><td></td></tr><tr><td> W3110 wildtype תאים </td><td> מעבדת המניה 30 </td><td></td></tr><tr><td> MDAI2 + pCT6-lsrR - מגבר R + PET- <eמ&gt; dsRed - Kan-R תאים </td><td> מעבדת המניה 30 </td><td></td></tr><tr><td> FluoroSpheres: קוטר 1μm, אקס / em: 505/515 </td><td> Invitrogen </td><td> F8765 </td></tr><tr><td> 5 - (ו -6), carboxyrhodamine 6G succinimidyl אסתר, אקס / em: 525/560 </td><td> Invitrogen </td><td> C-6157 </td></tr><tr><td> DyLight נוגדנים תיוג קיט, 405 </td><td> Thermo Scientific </td><td> PI-53020 </td></tr></tbody></table> לוח 4. אנזימים, תאים, ריאגנטים functionalization אחרים.

bridging the bio-electronic interface with biofabrication

התקדמות ההבטחה על שבב מעבדת הטכנולוגיה לחולל מהפכה גם מחקר ורפואה באמצעות עלויות נמוכות יותר, רגישות יותר, ניידות, ותפוקה גבוהה יותר. שילוב של רכיבים ביולוגיים על גבי מערכות מיקרו ביולוגיים (BioMEMS) הראה פוטנציאל רב להשגת מטרות אלה. שבבים אלקטרוניים Microfabricated לאפשר מיקרומטר בקנה מידה תכונות, כמו גם חיבור חשמל עבור חישה actuation. רכיבים ביולוגיים פונקציונלית לתת למערכת יכולת זיהוי ספציפי של analytes, פונקציות אנזימטיות, וכן כל תא ויכולות. Microfabrication תהליכים סטנדרטיים ביו טכניקות אנליטיות כבר נוצלו בהצלחה במשך עשרות שנים בענפי מחשב ביולוגי, בהתאמה. שילוב שלהם ממשק בסביבת מעבדה על שבב, לעומת זאת, מביאה אתגרים חדשים. יש קריאה טכניקות שיכולות לבנות ממשק בין האלקטרודה ו compon הביולוגיאף אוזן גרון, כי היא קלה קל לפברק דפוס. Biofabrication, המתוארת כאן, היא אחת הגישות כך הראו הבטחה גדולה התאגדותה קל להרכיב רכיבים ביולוגיים עם צדדיות של פונקציות על שבב המופעלים. Biofabrication משתמש בחומרים ביולוגיים ומנגנונים ביולוגיים (הרכבה עצמית, הרכבה האנזימטית) להרכבה מלמטה למעלה היררכי. בעוד המעבדות שלנו הוכיחו את המושגים האלה בפורמטים רבים 1,2,3, כאן אנחנו מדגימים את תהליך ההרכבה מבוסס על electrodeposition ואחריו מספר יישומים של האות מבוססי אינטראקציות. תהליך ההרכבה כולל electrodeposition של גירויים, תגובה סרטים ביולוגית פולימר על אלקטרודות functionalization הבאים שלהם עם מרכיבים ביולוגיים כמו DNA, אנזימים, או תאים חיים 4.5. Electrodeposition מנצל את מפל pH נוצר על פני השטח של האלקטרודה מוטה מן אלקטרוליזהמים 6,7,. Chitosan ו אלגינט הם גירויים תגובה פולימרים ביולוגיים שניתן מופעלות עצמית יותך סרטים הידרוג&#39;ל בתגובה לאותות חשמליים הטילה 8. עובי של הידרוג אלה נקבעת על ידי המידה בה שיפוע pH משתרע בין האלקטרודה. זה יכול להיות שונה באמצעות צפיפויות שונות הנוכחית ושעות בתצהיר 6,7. פרוטוקול זה יתאר כמה סרטים chitosan מופקדים ו פונקציונליות ידי קוולנטית מצרף מרכיבים ביולוגיים לקבוצות שפע אמין העיקריים הקיימים על הסרט בין אם באמצעות שיטות אנזימטיות או אלקטרוכימי 9,10. סרטים אלגינט ו מלכודת שלהם תאים חיים גם להתייחס 11. לבסוף, תוכנית השירות של biofabrication מודגם באמצעות דוגמאות של אינטראקציה המבוססת על אותות כימיים, כולל אל חשמלי, תא תא אל, וגם אנזים אל התא אות השידור. שניהם electrodepositionו functionalization יכול להתבצע תחת תנאים פיזיולוגיים כמעט ללא צורך ריאגנטים ובכך לחסוך רכיבים ביולוגיים יציב ממצבים קשים. בנוסף, הן chitosan ו אלגינט כבר זמן רב למטרות ביולוגית הרלוונטיים 12,13. בסך הכל, biofabrication, טכניקה מהירה שיכולה להתבצע רק על benchtop, יכול לשמש ליצירת בקנה מידה מיקרון דפוסים של רכיבים ביולוגיים תפקודית על אלקטרודות והוא יכול לשמש עבור מגוון רחב של מעבדה על שבב יישומים.

Watch this Scientific Journal Video about Bridging the Bio-Electronic Interface with Biofabrication at JoVE.com

Bridging the Bio-Electronic Interface with Biofabrication

מאמר זה מתאר גישה biofabrication: בתצהיר של גירויים, תגובה סוכרים בנוכחות אלקטרודות משוחדים ליצור סרטים ביולוגית אשר יכולה להיות פונקציונליות עם תאים או חלבונים. אנחנו מדגימים אסטרטגיה הספסל העליון לדור של סרטים כמו גם השימושים הבסיסיים ליצירת משטחים biofunctionalized אינטראקטיביים עבור מעבדה על שבב יישומים.

גישור ממשק ביו אלקטרונית עם Biofabrication

Advancements in lab-on-a-chip technology promise to revolutionize both research and medicine through lower costs, better sensitivity, portability, and ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Adhesion Frequency Assay for In Situ Kinetics Analysis of Cross-Junctional Molecular Interactions at the Cell-Cell Interface

Adhesion Frequency Assay for In Situ Kinetics Analysis of Cross-Junctional Molecular Interactions at the Cell-Cell Interface

תדירות הדבקה Assay עבור באתרו קינטיקס ניתוח חוצה Junctional אינטראקציות מולקולריות על ממשק Cell-Cell

The micropipette adhesion assay was developed in 1998 to measure two-dimensional (2D) receptor-ligand binding kinetics1. The assay uses a human red blood ...

Gold Nanostar Synthesis with a Silver Seed Mediated Growth Method

זהב Nanostar סינתזה עם שיטת Seed כסף מתווכת צמיחה

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest ...

Creating Adhesive and Soluble Gradients for Imaging Cell Migration with Fluorescence Microscopy

יצירת Gradients הדבק והמסיס לנדידת תאי דימות באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי

Cells can sense and migrate towards higher concentrations of adhesive cues such as the glycoproteins of the extracellular matrix and soluble cues such as ...

Development of Amelogenin-chitosan Hydrogel for In Vitro Enamel Regrowth with a Dense Interface

Development of Amelogenin-chitosan Hydrogel for In Vitro Enamel Regrowth with a Dense Interface

פיתוח של Hydrogel Amelogenin-chitosan עבור<em&gt; במבחנה</em&gt; אמייל לצמיחה מחודשת עם ממשק צפוף

Biomimetic enamel reconstruction is a significant topic in material science and dentistry as a novel approach for the treatment of dental caries or ...

Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

שיטות העצמי הוא השילוב של Biopolymers Megamolecular על ממשק האוויר-LC הייבוש

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and ...

Using Synthetic Biology to Engineer Living Cells That Interface with Programmable Materials

באמצעות ביולוגיה סינתטית מהנדס תאים חיים המתממשקות חומרים לתכנות

We have developed an abiotic-biotic interface that allows engineered cells to control the material properties of a functionalized surface. This system is ...

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

סינתזה של הידרוג עם מאפייני Antifouling ופלטות לטיהור מים

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI) in the Adult Rat

Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface C-RPNI in the Adult Rat

ייצור של ממשק היקפי מורכב משובי היקפית (C-RPNI) בעכברוש למבוגרים

Recent advances in neuroprosthetics have enabled those living with extremity loss to reproduce many functions native to the absent extremity, and this is ...

Blood Flow Imaging with Ultrafast Doppler

הדמיית זרימת דם עם דופלר אולטרה מהיר

The pulsed-Doppler effect is the main technique used in clinical echography to assess blood flow. Applied with conventional focused ultrasound Doppler ...

Temperature-Controlled Assembly and Characterization of a Droplet Interface Bilayer

הרכבה ואפיון מבוקרי טמפרטורה של Bilayer ממשק טיפה

The droplet interface bilayer (DIB) method for assembling lipid bilayers (i.e., DIBs) between lipid-coated aqueous droplets in oil offers key benefits ...