Name: multi-analyte biochip (mab) based on all-solid-state ion-selective electrodes (assise) for physiological research
Uploaded: 2013-04-18T08:00:00
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Wir möchten NASA Astrobiology Science and Technology Instrument Entwicklung (ASTID) Programm für finanzielle Unterstützung (grant Nummern 103498 und 103692), Gale Lockwood des Birck Nantechnology-Center an der Purdue University danken für Drahtbonden des MAB-Geräte und Joon Hyeong Park für die CAD-Zeichnung der Durchflusszelle Kammer.

Ein. Herstellung von Poly (3,4-ethylendioxythiophen): Poly (natrium-4-styrolsulfonat) (PEDOT: PSS) Elektropolymerisation Lösung für H + und CO 3 2 - Ionen <ol><li> In 70 mg Poly (natrium-4-styrolsulfonat) (Na + PSS -) und 10 ml entionisiertem (DI) Wasser und Wirbel bis alles aufgelöst ist (ca. 10 sec). </li><li> In 10,7 ul 3,4-ethlyenedioxythiophene (EDOT) zu der Lösung in 1.1 und Wirbel, bis die Lösung vollständig vermischt wird. </li></ol><p class="jove_ti...

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	<li>Migdalski, J., Bas, B., Blaz, T., Golimowski, J., Lewenstam, 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+Miniaturized+and+Integrated+Galvanic+Cell+for+the+Potentiometric+Measurement+of+Ions+in+Biological+Liquids.">A Miniaturized and Integrated Galvanic Cell for the Potentiometric Measurement of Ions in Biological Liquids.</a> J. Solid State Electrochem. 13, 149-155 (2009).</li><li>Buehler, M. G., Kounaves, S. P., Martin, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+a+Water-quality+Monitor+with+Ion-selective-electrodes.">Designing a Water-quality Monitor with Ion-selective-electrodes.</a> 1, 331-338 (2001).</li><li>Adamchuk, V. I., Lund, E. D., Sethuramasamyraja, B., Morgan, M. T., Doberman, A., Marx, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Measurement+of+Soil+Chemical+Properties+on-the-go+using+Ion-selective-electrodes.">Direct Measurement of Soil Chemical Properties on-the-go using Ion-selective-electrodes.</a> Journal Computers and Electronics in Agriculture. 48 (3), 272-294 (2005).</li><li>Oel&#946;ner, W., Hermann, S., Kaden, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Sensors+and+Sensor+Module+for+Studying+Biological+Systems+in+Space+Vehicles.">Electrochemical Sensors and Sensor Module for Studying Biological Systems in Space Vehicles.</a> Aerospace Science and Technology. 1, 291-296 (1997).</li><li>Bobacka, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conducting+Polymer-based+Solid-state+Ion-selective+Electrodes.">Conducting Polymer-based Solid-state Ion-selective Electrodes.</a> Electroanalysis. 18 (1), 7-18 (2006).</li><li>Buck, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ion Selective Electrodes in Analytical Chemistry. , (1980).</li><li>Nam, H., Cha, G. S., Yang, V. C., Ngo, T. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+18.">Chapter 18.</a> Biosensors and their Applications. , (2000).</li><li>Anatova-Ivanova, S., Mattinen, U., Radu, A., Bobacka, J., Lewenstem, A., Migdalski, J., Danielewski, M., Diamond, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Miniature+All-solid-state+Potentiometric+Sensing+System.">Development of Miniature All-solid-state Potentiometric Sensing System.</a> Sensors and Actuators B. 146, 199-205 (2010).</li><li>Michalska, A., Galuszkiewicz, A., Ogonowska, M., Ocypa, M., Maksymiuk, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PEDOT+Films:+Multifunctional+Membranes+for+Electrochemical+Ion+sensing.">PEDOT Films: Multifunctional Membranes for Electrochemical Ion sensing.</a> J. Solid State Electrochem. 8, 381-389 (2004).</li><li>Bard, A. J., Faulkner, L. R., ed, 2. n. d. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , (2000).</li><li>Claussen, J. C., Artiles, M. S., McLamore, E. S., Mohanty, S., Shi, J., Rickus, J., Fisher, T. S., Porterfield, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Glutamate+Biosensing+with+Naanocube+and+Nanosphere+Augmented+Single-walled+Carbon+Nanotube+Networks:+A+Comparative+Study.">Electrochemical Glutamate Biosensing with Naanocube and Nanosphere Augmented Single-walled Carbon Nanotube Networks: A Comparative Study.</a> J. Mater. Chem. 21, 11224-11231 (2011).</li><li>Bobacka, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+Stability+of+All-solid-state+Ion-selective+Electrodes+using+Conducting+Polymers+as+Ion-to-electron+Transducers.">Potential Stability of All-solid-state Ion-selective Electrodes using Conducting Polymers as Ion-to-electron Transducers.</a> Anal. Chem. 71, 4932-4937 (1999).</li><li>Lee, J. H., Yoon, I. J., Yoo, C. L., Pyun, H. J., Cha, G. S., Nam, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potentiometric+Evaluation+of+Solvent+Polymeric+Carbonate-selective+Membranes+based+on+Molecular+Tweezer-type+Neutral+Carriers.">Potentiometric Evaluation of Solvent Polymeric Carbonate-selective Membranes based on Molecular Tweezer-type Neutral Carriers.</a> Anal. Chem. 72, 4694-4699 (2000).</li><li>Song, F., Ha, J., Park, B., Kwak, T. H., Kim, I. T., Nam, H., Cha, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-solid-state+Carbonate+Selective+Electrode+based+on+a+Molecular+Tweezer-type+Neutral+Carrier+with+Solvent-soluble+Conducting+Polymer+Solid+Contact.">All-solid-state Carbonate Selective Electrode based on a Molecular Tweezer-type Neutral Carrier with Solvent-soluble Conducting Polymer Solid Contact.</a> Talanta. 57, 263-270 (2002).</li></ol>

Die MAB Biochip besteht aus Assises, die von einem ISM auf einem PEDOT-basierte CP Konjugat Transduktion Schicht auf einem Pt-Elektrode, deren Kombination die Ionenkonzentration von Interesse umwandelt, um ein messbares elektrisches Signal ausgebildet sind. Eine stabile Elektrodenpotential wird sowohl durch die CP-Schicht und der ISM Schicht definiert. Beide Schichten bestimmen auch die Betriebslebensdauer des MAB und die Qualität (Rauschen, Drift) der gemessenen elektrischen Signals. PEDOT...

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td>Name of the items</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog number</td>
			<td>Comments </td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>3,4-Ethylenedioxythiophene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>483028</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Poly(sodium 4-styrenesulfonate)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>243051</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>EC epsilon galvanostat/potentiostat</td>
			<td>Bioanalytical Systems Inc.</td>
			<td>e2P</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Saturated Ag/AgCl reference electrode</td>
			<td>Bioanalytical Systems Inc.</td>
			<td>MF-2052</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Pt gauze</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>10283</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Potassium ferricyanide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P-8131</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Potassium nitrate</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td>3190-01</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Mallinckrodt/ Macron</td>
			<td>7412-12</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Sodium carbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S-7127</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Calcium chloride</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td>1311-01</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9541</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Calcium sulphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>237132</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>C3 cell stand</td>
			<td>Bioanalytical Systems Inc.</td>
			<td>EF-1085</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Flow-cell chip holder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom, courtesy of NASA Ames</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Flow-cell electrical fixture</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom, courtesy of NASA Ames </td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Table 2. Specific reagents and equipment.</td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

multi-analyte biochip (mab) based on all-solid-state ion-selective electrodes (assise) for physiological research

Lab-on-a-chip (LOC) Anwendungen in der Umwelttechnik, Biomedizin, Landwirtschaft, biologische und Raumfahrt Forschung erfordern einen ionenselektiven Elektrode (ISE), die längere Lagerung in komplexen biologischen Medien 1-4 standhalten können. Ein all-solid-state ionenselektiven Elektrode (ASSISE) ist besonders attraktiv für die oben genannten Anwendungen. Die Elektrode sollte die folgenden günstigen Eigenschaften: einfache Konstruktion, geringer Wartungsaufwand, und (Potenzial für) Miniaturisierung, so dass für die Stapelverarbeitung. Mikrohergestellte ASSISE zur Quantifizierung H +, Ca 2 + und CO 3 2 soll - Ionen konstruiert. Es besteht aus einer Edelmetall-Elektrodenschicht (dh Pt), einer Transduktion Schicht und einer ionenselektiven Membran (ISM)-Schicht. Die Transduktion Schicht dient dazu, die Konzentration abhängigen chemischen Potentials der ionenselektiven Membran in ein messbares elektrisches Signal zu transduzieren. Ter Lebensdauer eines ASSISE gefunden wird, auf die Erhaltung der Potential an der leitfähigen Schicht / Membran-Grenzfläche 5-7 ab. Um die Lebensdauer zu verlängern ASSISE und dadurch eine stabile Potentiale an den Grenzschichten, verwendeten wir das leitfähige Polymer (CP) Poly (3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) 7-9 anstelle von Silber / Silberchlorid (Ag / AgCl) wie der Wandler aufweist. Wir konstruierten die ASSISE in einem Lab-on-a-Chip-Format, die wir als die Multi-Analyt-Biochip (MAB) (Abbildung 1). Kalibrierungen in Testlösungen gezeigt, dass die MAB können pH-Wert (pH 4-9 Betriebsbereich), CO 3 2 überwachen - (Messbereich 0,01 mm - 1 mm) und Ca 2 + (log-linearen Bereich von 0,01 mm bis 1 mm). Die MAB für pH bietet eine nahezu Nernst Steigung Antwort nach fast einen Monat Lagerung in Algenmedium. Die Carbonat Biochips zeigen eine potentiometrische Profil ähnlich dem eines herkömmlichen ionenselektiven Elektrode. Physiolgroßartiges Puzzle-Messungen wurden verwendet, um die biologische Aktivität des Modellsystems, die Mikroalge Chlorella vulgaris überwachen. Die MAB vermittelt einen Vorteil in der Größe, Vielseitigkeit und Multiplex-Analyten Sensing-Funktion, so dass es für viele beschränkt Überwachung von Situationen, auf der Erde oder im Weltraum. Biochip Entwurf und experimentelle Methoden Der Biochip 10 x 11 mm in Dimension und ist mit 9 Assises als Arbeitselektroden (wes) und 5 Ag / AgCl Referenzelektrode (EE) bezeichnet. Jede Arbeitselektrode (WE) ist 240 um im Durchmesser und ist gleichermaßen bei 1,4 mm von der REs, die 480 um im Durchmesser angeordnet sind. Diese Elektroden sind an elektrischen Kontaktstellen mit einer Größe von 0,5 mm x 0,5 mm verbunden ist. Die schematische wird in Abbildung 2 gezeigt. Cyclovoltammetrie (CV) und galvanostatischen Ablagerung Methoden werden verwendet, um die Filme mit einer PEDOT Bioanalytic electropolymerizeal Systems Inc. (BASI) C3 Stand Zelle (Abbildung 3). Das Gegenion für die PEDOT Film zugeschnitten ist, um den Analyten Ionen von Interesse zu entsprechen. A PEDOT mit Poly (styrolsulfonat) Gegenion (PEDOT / PSS) für H + und CO 3 2 verwendet -, während man mit Sulfat (zu der Lösung als CaSO 4) für Ca 2 + verwendet wird. Die elektrochemischen Eigenschaften der PEDOT beschichtete WE wird unter Verwendung Lebensläufe in Redox-aktive Lösung (dh 2 mM Kaliumhexacyanoferrat (K 3 Fe (CN) 6)). Basierend auf dem CV-Profil wurde Randles-Sevcik Analyse verwendet werden, um die effektive Oberfläche 10 zu bestimmen. Spin-Coating bei 1500 rpm wird verwendet, um ~ 2 um dick ionenselektiven Membranen (ISMS) auf den MAB Arbeiten Elektroden (WES) gegossen. Die MAB in einem Mikrofluidik-Kammer-Zelle mit 150 ul Volumen Algenmedium gefüllt enthalten, die Kontaktpads elektrisch mit der BASI verbunden (Abb.Abbildung 4). Die photosynthetische Aktivität von Chlorella vulgaris ist in Umgebungslicht und dunkler Umgebung überwacht.

<html> Ein Beispiel für eine zyklische voltammetrische Kurve (CV) Ergebnis der PEDOT: PSS und dem entsprechenden kathodischen Spitzenstrom (I p) verglichen mit der Abtastrate (v 1/2) sind in den Fig. 5a und 5b gezeigt. PEDOT: CaSO 4 bei verschiedenen Abtastraten und seine kathodischen Spitzenstrom sind nicht dargestellt. Mit Randles-Sevcik Analyse 10, die wirksamen Flächen des festen Kontakt PEDOT: PSS und PEDOT: CaSO 4...

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Multi-analyte Biochip MAB Based on All-solid-state Ion-selective Electrodes ASSISE for Physiological Research

All-Solid-State-Ionen-selektiven Elektroden (Assises) aus einem leitfähigen Polymer (CP) Wandler konstruiert ist mehrere Monate von funktionellen Lebensdauer in flüssigen Medien. Hier beschreiben wir die Herstellung und Kalibrierung von Assises in einem Lab-on-a-Chip-Format. Die ASSISE nachgewiesen wird beibehalten eine nahezu Nernst Höhenprofil nach längerer Lagerung in komplexen biologischen Medien.

Multi-Analyt-Biochip (MAB) auf All-Solid-State-Ionen-selektiven Elektroden (ASSISE) für physiologische Forschung Grundlage

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