Name: multi-analyte biochip (mab) based on all-solid-state ion-selective electrodes (assise) for physiological research
Uploaded: 2013-04-18T08:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multi-analyte Biochip MAB Based on All-solid-state Ion-selective Electrodes ASSISE for Physiological Research at JoVE.com

Vorremmo ringraziare NASA Astrobiology Science and Technology strumento di sviluppo (ASTID) Programma per il sostegno finanziario (numeri di sovvenzione 103498 e 103692), Gale Lockwood del Birck Nantechnology Center presso la Purdue University per wirebonding dei dispositivi MAB, e Joon Hyeong Parco per la disegno CAD della camera di cella a flusso.

1. Preparazione di Poli (3,4-ethylenedioxythiophene): Poli (sodio 4-styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) elettropolimerizzazione Soluzione per H + e CO 3 2 - Ioni <ol><li> Aggiungere 70 mg di poli (sodio 4-styrenesulfonate) (Na + PSS -) a 10 ml deionizzata (DI) e vortex fino a completa dispersione (circa 10 sec). </li><li> Aggiungere 10,7 microlitri 3,4-ethlyenedioxythiophene (EDOT) alla soluzione in 1.1 e vortice finché la soluzione è completamente miscelato. </li></...

<ol>
	<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>

Il MAB biochip consiste di Assise che sono costruiti da un ISM cima a un coniugato CP strato trasduzione PEDOT basato su un elettrodo di Pt, la cui combinazione trasduce la concentrazione ionica di interesse ad un segnale elettrico misurabile. Un potenziale elettrodo stabile è definita sia lo strato di CP e lo strato ISM. Entrambi gli strati determinano anche la vita di lavoro del MAB e la qualità (rumore, deriva) del segnale elettrico misurato. PEDOT è particolarmente attraente come stra...

<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 applicazioni (LOC) in, ricerca ambientale, biomedico, agricolo biologico, e il volo spaziale richiedono un elettrodo ione-selettivo (ISE), in grado di sopportare lo stoccaggio prolungato in complessi mezzi biologici 1-4. Uno ione-selettivo-elettrodo all-solid-state (ASSISE) è particolarmente attraente per le suddette applicazioni. L&#39;elettrodo deve avere le seguenti caratteristiche favorevole: facilità di costruzione, manutenzione bassa, e (potenziale) di miniaturizzazione, consentendo l&#39;elaborazione in batch. Un ASSISE microfabricated inteso per quantificare H +, Ca 2 +, e CO 3 2 - ioni è stato costruito. È costituita da uno strato di metallo nobile-elettrodo (cioè Pt), uno strato di trasduzione, ed una membrana ione-selettivo (ISM) strato. Le funzioni di strato di trasduzione di trasdurre la concentrazione-dipendente potenziale chimico della membrana ione-selettivo in un segnale elettrico misurabile. Tegli durata di un ASSISE è trovato a dipendere mantenendo il potenziale al livello / interfaccia membrana conduttiva 5-7. Per prolungare la vita utile di esercizio ASSISE e quindi mantenere i potenziali stabili presso gli strati interfacciali, abbiamo utilizzato il polimero conduttivo (CP) poli (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 7-9 al posto di argento / cloruro di argento (Ag / AgCl) come strato trasduttore. Abbiamo costruito la ASSISE in un formato lab-on-a-chip, che abbiamo chiamato il biochip multi-analita (MAB) (Figura 1). Calibrazioni nelle soluzioni di prova hanno dimostrato che il MAB può monitorare il pH (pH operativa 4-9), CO 3 2 - (misurata gamma 0,01 mm - 1 mm), e Ca 2 + (range log-lineare 0,01 mm a 1 mm). Il MAB di pH fornisce una risposta pendio vicino-Nernst dopo quasi un mese di stoccaggio nel terreno di coltura algale. Biochip carbonato mostrano un profilo potenziometrico simile a quello di un elettrodo ione-selettivo convenzionale. Physiolmisurazioni ogical stati impiegati per monitorare l&#39;attività biologica del sistema modello, la microalga Chlorella vulgaris. Il MAB veicola un vantaggio in termini di dimensioni, versatilità, e multiplex analita capacità di rilevamento, che lo rende applicabile a molte situazioni di monitoraggio ristretti, sulla Terra o nello spazio. Biochip Disegno e Metodi Sperimentali Il biochip è di 10 x 11 mm di dimensioni e dispone di 9 Assise designati come elettrodo di lavoro (WE) e 5 elettrodi di riferimento Ag / AgCl (RES). Ogni elettrodo di lavoro (WE) è di 240 micron di diametro ed è equamente distanziati a 1,4 mm dal RE, che sono 480 micron di diametro. Questi elettrodi sono collegati a rilievi del contatto elettrico con una dimensione di 0,5 mm x 0,5 mm. Lo schema è mostrato in Figura 2. Voltammetria ciclica (CV) e metodi di deposizione galvanostatici sono usati per i film electropolymerize Pedot utilizzando un BioanalyticAl Systems Inc. (BASI) supporto cella C3 (Figura 3). Il contro-ione del film PEDOT è adatta a soddisfare lo ione analita di interesse. Un PEDOT con poli (styrenesulfonate) contro ione (PEDOT / PSS) è utilizzata per H + e CO 3 2 -, mentre uno con solfato (aggiunto alla soluzione come CaSO 4) vengono usate per Ca 2 +. Le proprietà elettrochimiche della PEDOT rivestita WE è analizzato tramite i CV in soluzione redox-attivo (cioè 2 mM potassio ferricianuro (K 3 Fe (CN) 6)). Sulla base del profilo CV, analisi Randles-Sevcik stato utilizzato per determinare l&#39;area superficiale effettiva 10. Spin-coating a 1.500 giri viene utilizzato per lanciare ~ 2 micron di spessore membrane iono-selettivi (ISMS) sugli elettrodi di lavoro MAB (WE). Il MAB è contenuto in una camera di flusso microfluidica-cella riempita con un volume di 150 ml di terreno di coltura algale; le trecce sono collegati elettricamente al sistema BASI (Figure 4). L&#39;attività fotosintetica di Chlorella vulgaris è monitorato in luce ambiente e al buio.

<html> Un esempio di un voltammogramma (CV) risultato ciclica di PEDOT: PSS e la corrispondente corrente di picco catodica (i p) vs la frequenza di scansione (v 1/2) sono mostrati nelle Figure 5a e 5b, rispettivamente. PEDOT: CaSO 4 a varie frequenze di scansione e il suo picco di corrente catodica non sono mostrate. Utilizzando Randles Sevcik-analisi 10, le aree superficiali effettive del contatto solido PEDOT PSS e PEDOT: Ca...

Watch this Scientific Journal Video about Multi-analyte Biochip MAB Based on All-solid-state Ion-selective Electrodes ASSISE for Physiological Research at JoVE.com

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

Elettrodi ione-selettivi All-a stato solido (Assise) costruiti da un polimero conduttivo trasduttore (CP) forniscono diversi mesi di vita funzionale in mezzi liquidi. Qui, descriviamo il processo di fabbricazione e la taratura di Assise in un formato lab-on-a-chip. L&#39;ASSISE è dimostrato di aver mantenuto un profilo pendio vicino-Nernst dopo stoccaggio prolungato in mezzi biologici complessi.

Multi-analita biochip (MAB) Sulla base di elettrodi ionoselettivi All-a stato solido (ASSISE) per la ricerca fisiologica

Lab-on-a-chip (LOC) applications in environmental, biomedical, agricultural, biological, and spaceflight research require an ion-selective electrode (ISE) ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

Electrotaxis microfluidica-based per On-demand analisi quantitativa della<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; &#39;Locomotion

The nematode Caenorhabditis elegans is a versatile model organism for biomedical research because of its conservation of disease-related genes and ...

Ricerca

Bioingegneria

A Novel Three-dimensional Flow Chamber Device to Study Chemokine-directed Extravasation of Cells Circulating under Physiological Flow Conditions

A Novel tridimensionale del flusso Camera dispositivo per studiare Chemokine-diretto stravaso di cellule circolanti in condizioni di flusso fisiologici

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell ...

Harmonic Nanoparticles for Regenerative Research

Harmonic Nanoparticelle for Regenerative ricerca

In this visualized experiment, protocol details are provided for in vitro labeling of human embryonic stem cells (hESC) with second harmonic generation ...

A Microfluidic-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

Un Biochip elettrochimica Microfluidic-based per la libera-Label Ibridazione DNA Analysis

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

Cloning and Large-Scale Production of High-Capacity Adenoviral Vectors Based on the Human Adenovirus Type 5

Clonazione e produzione su larga scala di ad alta capacità vettori adenovirali in base al tipo Adenovirus umano 5

High-capacity adenoviral vectors (HCAdV) devoid of all viral coding sequences represent one of the most advanced gene delivery vectors due to their high ...

A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws

Un protocollo per bioispirati Design: A terra Sampler Sulla base di Sea Urchin Jaws

Bioinspired design is an emerging field that takes inspiration from nature to develop high-performance materials and devices. The sea urchin mouthpiece, ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

Film secco basati su Photoresist biosensore elettrochimico Microfluidic Platform: Fabbricazione di dispositivi, saggio su chip preparazione e funzionamento del sistema

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

Fabbricazione e validazione di un sistema di organo-on-chip con elettrodi integrati direttamente quantificare transendoteliale resistenza elettrica

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...

Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Monoliti Microhoneycomb preparati dalla liofilizzazione unidirezionale di cellulosa nanofibra basato Sols: metodo ed estensioni

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

Quantifying Fibrillar Collagen Organization with Curvelet Transform-Based Tools

Quantificazione dell'organizzazione del collagene fibrilla con strumenti a base di trasformata curvelet

Fibrillar collagens are prominent extracellular matrix (ECM) components, and their topology changes have been shown to be associated with the progression ...