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

Мы признаем, финансирование из DTRA для поддержки этой рукописи и с ОНР, DTRA и NSF для частичной поддержке базовых исследований.

<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>

Производство и свободного доступа к этой статье под эгидой обороны США Агентство по уменьшению угрозы.

Наши процедуры демонстрируют электроосаждения и функционализации биополимер фильмов, и этот процесс мы называем biofabrication. Через функционализации с клетки и биомолекул мы создаем биологических поверхностях, способных взаимодействовать друг с другом и электродом, к которому они собираются на. Первый шаг, электроосаждение, происходит через вызвало самоорганизации биополимеров, альгината и хитозана в наших исследованиях, в ответ на электрический сигнал. Как уже говорилось ранее градиент рН создается которой можно управлять с помощью плотности тока осаждения и времени, обеспечивая дополнительный контроль за фильм размеры и свойства 6,17. Мы обнаружили, что различные плотности тока и времени осаждения комбинации могут быть использованы для электродов, указанных в таблице 1. При использовании других электродов возможно, изменения в процедуру будет необходимо. По сравнению с другими методами образования пленки в процессе electrodeposiТион простой, быстрый и безреагентной. Существует нет необходимости в обширный репертуар дорогостоящего оборудования и кропотливая подготовка. Важно отметить, что этот процесс может выдерживать незначительные отклонения экспериментальных и может быть легко началась более в случае возникновения проблем. Хитозан способна реагировать на высоком катодной градиент рН в связи с важными функциональными свойствами присвоил ему высокое содержание первичных аминов. При высоком рН (больше, чем его рКа ~ 6.3) амины депротонированного и хитозан становится нерастворимым, что позволяет пленки. После осаждения, фильмы будут оставаться прикрепленной к электроду. Тем не менее, существует возможность расслаиваться их желанию. Фильмы будут оставаться стабильными до тех пор, как рН раствора не опускается ниже рКа. Кислотные растворы протонировать аминов и последующего электростатического отталкивания набухают гель до полного его растворения 18. То есть, сборка / разборка процесс является обратимым по требованию и аллоWS для удаления пленок и повторное использование электродов. Удобно, рН, при которой золь-гель-переход происходит близка к той, в которой большинство биологических компонентов функционировать оптимально. Это делает процесс идеально подходит для сохранения функциональности во время сборки 6. Формирование альгинат фильм способствует анодного электролиза воды, а также наличие карбоната кальция 7. Локализованных низким рН на аноде растворяется карбонат кальция приводит к катионов кальция релизе. Эти ионы в хелатной форме альгинат, образуя сшитые сети на поверхности электрода. Альгинат фильмов заметно обратимой конкуренции для ионов кальция из других соединений, хелатирующих, такие как цитрат или EDTA, который может быть использован для растворения пленок, позволяет повторное использование основных электродов. Таким образом, альгинат фильмов относительно хрупким при воздействии на физиологические условия, потому что ионы кальция легко сcavenged из геля матрицу, ослабляя его структуру и развитие фильм отслоения или повторное растворение. Чтобы преодолеть это ограничение, мы включили инкубации для фильма в 1 М CaCl 2 для укрепления геля. Кроме того, мы рекомендуем инкубации решение фильма (ячейка СМИ и т.д.) дополнить CaCl 2 в концентрации 500 мкМ, 3 мм. Вторая основная процедура функционализации осажденной пленки с соответствующими биологическими компонентами. Это может быть достигнуто двумя способами, первый из которых электрохимического сопряжения, стратегия, которая позволяет быстро, безреагентной сборки белков с исключительным пространственным управления 10. Тем не менее, функционализации таким образом, ограничивается распространение Cl - ионов через пленку к электроду, а также распространение HOCl, созданных реактивных промежуточных обратно в раствор. Способность электрохимически активных молекул пройтичерез пленку позволяет трансдукции химических и биологических сигналов в легкой для чтения электрических сигналов 15. Мы показали, тирозиназы-опосредованной связи в качестве второй стратегии фермент функционализации в хитозан, свидетельствует ковалентного присоединения АИ-2-синтазы. Такая стратегия позволяет функционализации, чтобы процесс был контролируемым и селективные - в зависимости от конкретного реагента, тирозиназы, который действует избирательно на белки, содержащие тирозин теги 9. Мы покажем, полезность и биосовместимость многоадресной систем репликации природных путей на чипе. Сначала мы организовали две клеточные популяции (например, &quot;отправителей&quot; и &quot;приемников&quot;) в различные адреса, и показал, что они взаимодействуют между соседними электродами доставить АИ-2 и создания флуоресценции ответ. Эта концепция также была продемонстрирована Cheng и соавт. в микрожидком 14 чипов. Мы также имитировал взаимодействия, но вместо этого использоватьфермента синтеза АИ-2 для доставки. Таким образом, синтетические внутриклеточные пути, АИ-2 синтеза, была воспроизведена через biofabrication и действовал, сколько это будет в растворе. В обоих случаях, сборка нескольких адресов представляет задача предотвращения неспецифического связывания между адресами, потому что каждое отложение решения должны быть внесены в весь массив электродов, хотя электроосаждения предназначена только по одному адресу. Нежные еще тщательной промывки можно удалить большинство остаточных решение от не-предвзятым электродов, использование потоков в микрофлюидных каналов может также свести к минимуму не-специфичность. В частности, для соседней biofabrication хитозана и альгината адресов, мы рекомендуем сдачи фильма хитозана во-первых, после этого с biofunctionalization шаги, и после этого гальванопокрытию альгината. Хотя мы еще не сделали этого здесь, мы обнаружили, что блокирование фильм хитозана с инертными белками (например, милк, BSA, и т.д.) значительно снижает неспецифического связывания нежелательных молекул аминированию поверхности хитозана в. Мы нашли утилиту в создании узорной электродов, часто встречается в устройствах bioMEMS, как к «проекту» для комплекса расположение клеток и биомолекул. Использования хитозана в электроосажденных bioMEMS устройств выходит далеко за рамки примеры, приведенные здесь 19. Хитозан может быть нанесен на различные микромасштабной геометрии - например, в микроканалов и на не плоских поверхностей 20,15. Фильмы также могут быть изменены с другими полимерами и разнообразные белки, ДНК, наночастицы, и редокс-активных молекул на новые свойства 21,22,23. В устройствах bioMEMS, хитозан фильмов были использованы для доставки лекарств, окислительно-восстановительные и малые молекулы обнаружения, биокатализа и клеточной исследования 20,23,24,25. Кроме того, альгинат широко используется в качестве клеточного захвата и матрица была изучена для обратимых жидкостный сдерживанияклеточных популяций и в фильме иммуноанализа 26,27,28. Композитные пленки для применения тканевой инженерии были изготовлены на основе альгината электроосаждения с компонентами, такими как гидроксиапатит для ортопедических имплантатов 29. В нашей демонстрации biofabrication, мы показали, как взаимодействие между биологическими компонентами и всей биологической электронный интерфейс, в равной степени применимо, это ставит под достичь перспективы интеграции всех разновидностей взаимодействия для работы в сложных на-чипе передачи сигнала. Соответственно, biofabrication может способствовать производству устройств с пониженным &quot;минимальных размеров функцию&quot; как прямое последующих на быстрое развитие микротехнологий, как это часто мотивировано потребительской электроники. То есть, рядом устройств следующего поколения может на самом деле включают лабильных биологических компонентов, которые предлагают изысканное собрание природы и признание возможности на еще меньшую длину SCAле, чем техногенных систем. Мы предполагаем, ближайшее применение в аналитической аппаратуры, экологических датчиков, и даже биосовместимых имплантируемых устройств.

<table border="1"><tbody><tr><td> Имя компонента </td><td> Компания </td><td> Номер по каталогу </td></tr><tr><td> Источник питания </td><td> Keithley </td><td> SourceMeter 2400 </td></tr><tr><td> Три электрода потенциостате </td><td> CH инструменты </td><td> Потенциостате / Galvanostat 600D </td></tr><tr><td> RE-5B Ag / AgCl электрода сравнения Гибкий соединитель </td><td> Basi </td><td> MF-2052 </td></tr><tr><td> Золотое покрытие пластин кремния, 500um Si, 12nM Cr, 120nm Au, SiO 2 для изоляции </td><td> пользовательские сфабрикованы </td><td></td></tr><tr><td> Оксида индия и олова покрытые предметное стекло, прямоугольные, 8-12 Ом сопротивление </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 578274 </td></tr><tr><td> Лист Platinum / фольга (0,002 дюйма) </td><td> Surepure Chemetals </td><td> 1897 </td></tr><tr><td> Slim Line 2 &quot;зажимами </td><td> RadioShack </td><td> 270-346 </td></tr> &lt;TR&gt; <td> Multi-Укладка банан патч-корд Плагин </td><td> TSElectronic </td><td> B-36-02 B-24-02 </td></tr><tr><td> SYLGARD 184 силиконового эластомера комплект </td><td> Dow Corning </td><td> NC9020938 С Фишером </td></tr><tr><td> Fluorescecence стереомикроскоп </td><td> Олимп </td><td> MVX10 MacroView </td></tr><tr><td> Стандартный cellSens </td><td> Олимп </td><td> Версия 1.3 </td></tr></tbody></table> Таблица 1. Электроосаждение и флуоресценции техники визуализации. <table border="1"><tbody><tr><td> Название реагента </td><td> Компания </td><td> Номер по каталогу </td></tr><tr><td> Хитозан, со средним молекулярным весом </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 448877 </td></tr><tr><td> Соляная кислота, Aristar. ACS, NF, FCC Класс </td><td> VWR </td><td> BDH3030 </td></tr><tr><td> Гидроксид натрия, раствор. 10.00N </td><td>VWR </td><td> VW3247 </td></tr><tr><td> Альгиновой кислоты, натриевая соль </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 180947 </td></tr><tr><td> Multifex-MM Осажденный Карбонат кальция, 70-нм частицы </td><td> Специальность Минералы Инк </td><td> 100-3630-3 </td></tr></tbody></table> Таблица 2. Хитозана и альгината реагентов решение. <table border="1"><tbody><tr><td> Название реагента </td><td> Компания </td><td> Номер по каталогу </td></tr><tr><td> Кальция хлорид, дигидрат </td><td> JT Baker </td><td> 0504 </td></tr><tr><td> Натрия хлорид, сертифицированных ACS кристаллической </td><td> Фишер Научный </td><td> S271 </td></tr><tr><td> Калия фосфат Монокальцийфосфат, безводный </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P9791 </td></tr><tr><td> Калия фосфат двухосновный, безводный </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3786 </td></tr><tr><td> Фосфатного буфера </td><td> Sigma- Aldrich </td><td> P4417 </td></tr></tbody></table> Таблица 3. Другие компоненты решений и буферных реагентов. <table border="1"><tbody><tr><td> Название реагента </td><td> О компании / Источник </td><td> Номер по каталогу </td></tr><tr><td> Глюкозооксидазы из Aspergillus Нигер </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> G2133 </td></tr><tr><td> Тирозиназа из грибов </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> T3824 </td></tr><tr><td> LB бульоне, Миллер (гранулированный) </td><td> Фишер Научные </td><td> BP9723-2 </td></tr><tr><td> &quot;AI2-синтазы&quot; (HGLPT) </td><td> Лаборатория акции 16 </td><td></td></tr><tr><td> W3110 дикого типа клеток </td><td> Лаборатория акции 30 </td><td></td></tr><tr><td> MDAI2 + pCT6-LSRR - усилитель г + ПЭТ <eм&gt; DsRed - кан т клеток </td><td> Лаборатория акции 30 </td><td></td></tr><tr><td> Флуоросфер: 1 мкм в диаметре, Ex / Em: 505/515 </td><td> Invitrogen </td><td> F8765 </td></tr><tr><td> 5 - (а-6)-carboxyrhodamine 6G сукцинимидил эфир, Ex / Em: 525/560 </td><td> Invitrogen </td><td> C-6157 </td></tr><tr><td> DyLight антитела маркировки комплект, 405 </td><td> Thermo Scientific </td><td> PI-53020 </td></tr></tbody></table> Таблица 4. Ферменты, клетки и другие реагенты функционализации.

bridging the bio-electronic interface with biofabrication

Advancements in lab-on-a-chip technology promise to revolutionize both research and medicine through lower costs, better sensitivity, portability, and higher throughput. The incorporation of biological components onto biological microelectromechanical systems (bioMEMS) has shown great potential for achieving these goals. Microfabricated electronic chips allow for micrometer-scale features as well as an electrical connection for sensing and actuation. Functional biological components give the system the capacity for specific detection of analytes, enzymatic functions, and whole-cell capabilities. Standard microfabrication processes and bio-analytical techniques have been successfully utilized for decades in the computer and biological industries, respectively. Their combination and interfacing in a lab-on-a-chip environment, however, brings forth new challenges. There is a call for techniques that can build an interface between the electrode and biological component that is mild and is easy to fabricate and pattern.
Biofabrication, described here, is one such approach that has shown great promise for its easy-to-assemble incorporation of biological components with versatility in the on-chip functions that are enabled. Biofabrication uses biological materials and biological mechanisms (self-assembly, enzymatic assembly) for bottom-up hierarchical assembly. While our labs have demonstrated these concepts in many formats 1,2,3, here we demonstrate the assembly process based on electrodeposition followed by multiple applications of signal-based interactions. The assembly process consists of the electrodeposition of biocompatible stimuli-responsive polymer films on electrodes and their subsequent functionalization with biological components such as DNA, enzymes, or live cells 4,5. Electrodeposition takes advantage of the pH gradient created at the surface of a biased electrode from the electrolysis of water 6,7,. Chitosan and alginate are stimuli-responsive biological polymers that can be triggered to self-assemble into hydrogel films in response to imposed electrical signals 8. The thickness of these hydrogels is determined by the extent to which the pH gradient extends from the electrode. This can be modified using varying current densities and deposition times 6,7. This protocol will describe how chitosan films are deposited and functionalized by covalently attaching biological components to the abundant primary amine groups present on the film through either enzymatic or electrochemical methods 9,10. Alginate films and their entrapment of live cells will also be addressed 11. Finally, the utility of biofabrication is demonstrated through examples of signal-based interaction, including chemical-to-electrical, cell-to-cell, and also enzyme-to-cell signal transmission. 
Both the electrodeposition and functionalization can be performed under near-physiological conditions without the need for reagents and thus spare labile biological components from harsh conditions. Additionally, both chitosan and alginate have long been used for biologically-relevant purposes 12,13. Overall, biofabrication, a rapid technique that can be simply performed on a benchtop, can be used for creating micron scale patterns of functional biological components on electrodes and can be used for a variety of lab-on-a-chip applications.

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

Bridging the Bio-Electronic Interface with Biofabrication

В этой статье описывается biofabrication подход: осаждение стимулов проблематику полисахариды в присутствии предвзято электродов для создания биосовместимых фильмов, которые могут быть функциональными клетками или белками. Мы показываем, настольные стратегии для создания фильмов, а также их основных применений для создания интерактивных biofunctionalized поверхности для лабораторий-на-чипе приложений.

Преодоление Био-Электронный интерфейс с 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

Адгезия частот для пробирной В Ситу Кинетика Анализ кросс-соединительного молекулярных взаимодействий в клетка-клетка интерфейс

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

Золото Nanostar Синтез с опосредованная Серебряный Метод роста Семени

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

Создание клей и растворимых Градиенты для работы с изображениями миграции клеток с флуоресцентной микроскопии

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

Развитие амелогенина-хитозана гидрогеля для<em&gt; Экстракорпоральное</em&gt; Эмаль Восстановление с плотной интерфейса

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

Методы самостоятельной интеграции Megamolecular биополимеров на сушильный воздух-LC интерфейс

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

Использование синтетической биологии инженеру живых клеток, которые взаимодействуют с программируемыми материалов

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

Синтез гидрогелей с противообрастающей недвижимостью в качестве мембран для очистки воды

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

Изготовление композитного регенеративного интерфейса периферических нервов (C-RPNI) во взрослой крысе

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

Изображение кровотока с ультрабыстрым доплером

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

Температура контролируемой сборки и характеристики droplet интерфейс Bilayer

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