Name: gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection
Uploaded: 2019-05-13T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Gold Nanoparticle Modified Carbon Fiber Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection at JoVE.com

نود أن نشكر الجامعة الأمريكية، ومنحة دعم البحوث الكلية، وناسا DC منحة الفضاء، وNSF-MRI #1625977.

1- بناء أقطاب كهربائية من ألياف الكربون
<ol><li>
إعداد ألياف الكربون
	<ol>
<li>لإنشاء الأقطاب الدقيقة من ألياف الكربون، قم أولاً بفصل ألياف الكربون (ألياف الكربون، قطرها 7 مم) واحداً تلو الآخر باستخدام اليدين والقفازات وملعقة.</li>
		<li>سحب أو سحب ألياف واحدة من الغزل الملتوية.</li>
		<li>استنشق ?...

<ol>
	<li>Zestos, A. G., Nguyen, M. D., Poe, B. L., Jacobs, C. B., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epoxy+insulated+carbon+fiber+and+carbon+nanotube+fiber+microelectrodes.">Epoxy insulated carbon fiber and carbon nanotube fiber microelectrodes.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 182, 652-658 (2013).</li><li>Bucher, E. S., Wightman, R. 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+analysis+of+neurotransmitters.">Electrochemical analysis of neurotransmitters.</a> Annual review of analytical chemistry. 8, 239-261 (2015).</li><li>Zestos, A. G., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Communication&#8212;Carbon+Nanotube+Fiber+Microelectrodes+for+High+Temporal+Measurements+of+Dopamine.">Communication&#8212;Carbon Nanotube Fiber Microelectrodes for High Temporal Measurements of Dopamine.</a> Journal of The Electrochemical Society. 165, G3071-G3073 (2018).</li><li>Park, J., Takmakov, P., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+comparison+of+norepinephrine+and+dopamine+release+in+rat+brain+by+simultaneous+measurements+with+fast-scan+cyclic+voltammetry.">In vivo comparison of norepinephrine and dopamine release in rat brain by simultaneous measurements with fast-scan cyclic voltammetry.</a> Journal of neurochemistry. 119, 932-944 (2011).</li><li>Abdalla, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Ambient+Serotonin+Measurements+at+Carbon-Fiber+Microelectrodes.">In Vivo Ambient Serotonin Measurements at Carbon-Fiber Microelectrodes.</a> Analytical chemistry. 89, 9703-9711 (2017).</li><li>Ganesana, M., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+changes+in+transient+adenosine+during+cerebral+ischemia+and+reperfusion+injury.">Early changes in transient adenosine during cerebral ischemia and reperfusion injury.</a> PloS one. 13, e0196932 (2018).</li><li>Denno, M. E., Privman, E., Borman, R. P., Wolin, D. C., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+histamine+and+carcinine+in+Drosophila+melanogaster+tissues.">Quantification of histamine and carcinine in Drosophila melanogaster tissues.</a> ACS chemical neuroscience. 7, 407-414 (2016).</li><li>Sanford, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voltammetric+detection+of+hydrogen+peroxide+at+carbon+fiber+microelectrodes.">Voltammetric detection of hydrogen peroxide at carbon fiber microelectrodes.</a> Analytical chemistry. 82, 5205-5210 (2010).</li><li>Heien, M. L., Johnson, M. A., Wightman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolving+neurotransmitters+detected+by+fast-scan+cyclic+voltammetry.">Resolving neurotransmitters detected by fast-scan cyclic voltammetry.</a> Analytical chemistry. 76, 5697-5704 (2004).</li><li>Raju, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+modified+carbon+fiber-microelectrodes+and+waveform+modifications+enhance+neurotransmitter+metabolite+detection.">Polymer modified carbon fiber-microelectrodes and waveform modifications enhance neurotransmitter metabolite detection.</a> Analytical Methods. 11, 1620-1630 (2019).</li><li>Jacobs, C. B., Ivanov, I. N., Nguyen, M. D., Zestos, A. G., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+temporal+resolution+measurements+of+dopamine+with+carbon+nanotube+yarn+microelectrodes.">High temporal resolution measurements of dopamine with carbon nanotube yarn microelectrodes.</a> Analytical chemistry. 86, 5721-5727 (2014).</li><li>Zestos, A. G., Yang, C., Jacobs, C. B., Hensley, D., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanospikes+grown+on+metal+wires+as+microelectrode+sensors+for+dopamine.">Carbon nanospikes grown on metal wires as microelectrode sensors for dopamine.</a> Analyst. 140, 7283-7292 (2015).</li><li>Zestos, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanoelectrodes+for+the+Electrochemical+Detection+of+Neurotransmitters.">Carbon Nanoelectrodes for the Electrochemical Detection of Neurotransmitters.</a> International Journal of Electrochemistry. , (2018).</li><li>Kim, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dopamine+neurons+derived+from+embryonic+stem+cells+function+in+an+animal+model+of+Parkinson's+disease.">Dopamine neurons derived from embryonic stem cells function in an animal model of Parkinson's disease.</a> Nature. 418, 50 (2002).</li><li>Zestos, A. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ruboxistaurin+Reduces+Cocaine-Stimulated+Increases+in+Extracellular+Dopamine+by+Modifying+Dopamine-Autoreceptor+Activity.">Ruboxistaurin Reduces Cocaine-Stimulated Increases in Extracellular Dopamine by Modifying Dopamine-Autoreceptor Activity.</a> ACS Chemical Neuroscience. 10, 1960-1969 (2019).</li><li>Zestos, A. G., Kennedy, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microdialysis+Coupled+with+LC-MS/MS+for+In+Vivo+Neurochemical+Monitoring.">Microdialysis Coupled with LC-MS/MS for In Vivo Neurochemical Monitoring.</a> The AAPS Journal. 19, 1284-1293 (2017).</li><li>Carpenter, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+and+systemic+administration+of+a+CNS-permeant+tamoxifen+analog+reduces+amphetamine-induced+dopamine+release+and+reinforcing+effects.">Direct and systemic administration of a CNS-permeant tamoxifen analog reduces amphetamine-induced dopamine release and reinforcing effects.</a> Neuropsychopharmacology. 42, 1940 (2017).</li><li>Zestos, A. G., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube-Based+Microelectrodes+for+Enhanced+Neurochemical+Detection.">Carbon Nanotube-Based Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection.</a> ECS Transactions. 80, 1497-1509 (2017).</li><li>Zachek, M. K., Hermans, A., Wightman, R. M., McCarty, 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=Electrochemical+Dopamine+Detection:+Comparing+Gold+and+Carbon+Fiber+Microelectrodes+using+Background+Subtracted+Fast+Scan+Cyclic+Voltammetry.">Electrochemical Dopamine Detection: Comparing Gold and Carbon Fiber Microelectrodes using Background Subtracted Fast Scan Cyclic Voltammetry.</a> J Electroanal Chem (Lausanne Switz). 614, 113-120 (2008).</li><li>Li, J., Xie, H., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sensitive+hydrazine+electrochemical+sensor+based+on+electrodeposition+of+gold+nanoparticles+on+choline+film+modified+glassy+carbon+electrode.">A sensitive hydrazine electrochemical sensor based on electrodeposition of gold nanoparticles on choline film modified glassy carbon electrode.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 153, 239-245 (2011).</li><li>Hartings, M. R., Fox, D. M., Miller, A. E., Muratore, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hybrid+integrated+laboratory+and+inquiry-based+research+experience:+replacing+traditional+laboratory+instruction+with+a+sustainable+student-led+research+project.">A hybrid integrated laboratory and inquiry-based research experience: replacing traditional laboratory instruction with a sustainable student-led research project.</a> Journal of Chemical Education. 92, 1016-1023 (2015).</li><li>Hart, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein-templated+gold+nanoparticle+synthesis:+protein+organization,+controlled+gold+sequestration,+and+unexpected+reaction+products.">Protein-templated gold nanoparticle synthesis: protein organization, controlled gold sequestration, and unexpected reaction products.</a> Dalton Transactions. 46, 16465-16473 (2017).</li><li>Hartings, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concurrent+zero-dimensional+and+one-dimensional+biomineralization+of+gold+from+a+solution+of+Au3++and+bovine+serum+albumin.">Concurrent zero-dimensional and one-dimensional biomineralization of gold from a solution of Au3+ and bovine serum albumin.</a> Science and technology of advanced materials. 14, 065004 (2013).</li><li>Xiao, N., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid,+sensitive+detection+of+neurotransmitters+at+microelectrodes+modified+with+self-assembled+SWCNT+forests.">Rapid, sensitive detection of neurotransmitters at microelectrodes modified with self-assembled SWCNT forests.</a> Analytical chemistry. 84, 7816-7822 (2012).</li><li>Zestos, A. G., Jacobs, C. B., Trikantzopoulos, E., Ross, A. E., Venton, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyethylenimine+Carbon+Nanotube+Fiber+Electrodes+for+Enhanced+Detection+of+Neurotransmitters.">Polyethylenimine Carbon Nanotube Fiber Electrodes for Enhanced Detection of Neurotransmitters.</a> Analytical chemistry. 86, 8568-8575 (2014).</li><li>Yang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotubes+grown+on+metal+microelectrodes+for+the+detection+of+dopamine.">Carbon nanotubes grown on metal microelectrodes for the detection of dopamine.</a> Analytical chemistry. 88, 645-652 (2015).</li></ol>

في هذه الدراسة، ونحن نبرهن على طريقة جديدة لبناء الذهب نانوجسيم تعديل الأقطاب الدقيقة من ألياف الكربون للكشف عن الناقلات العصبية مثل الدوبامين باستخدام المسح الضوئي السريع قياس فولتامتري دوري. هذه الطريقة هي نهج فعال وأخضر وغير مكلف نسبيا لتعزيز حساسية الكشف عن الجزيئات الحيوية. سمك الذ...

يتم استخدام الأقطاب الدقيقة من ألياف الكربون (CFMEs)1 على أفضل وجه كأجهزة استشعار حيوية للكشف عن أكسدة العديد من الناقلات العصبية الحاسمة2, بما في ذلك الدوبامين3, إفراز4, السيروتونين5, أدينوزين6, الهستامين7، وغيرها8. التوافق البيولوجي وحجم ألياف الكربون جعلها الأمثل لزرع كما أن هناك تخفيف تلف الأنسجة بالمقارنة مع الأقطاب القياسية أكبر. 9 ومن المعروف أن CFMEs تمتلك خصائص الكهروكيميائية المفيدة وقادرة على إجراء قياسات سريعة عند استخدامها مع التقنيات الكهروكيميائية السريعة، والأكثر شيوعا سريع المسح الضوئي قياس فولتاممتري دوري (FSCV)10،11. FSCV هو الأسلوب الذي يمسح الإمكانات المطبقة بسرعة ويوفر صورة فولتوغرام دوري محددة لanalytes محددة12،13. تيار الشحن الكبير الذي ينتجه المسح السريع مستقر على ألياف الكربون ويمكن طرح الخلفية لإنتاج صور فولتوغرام دورية محددة.
نظراً لالكيمياء الكهربائية المثلى والأهمية العصبية البيولوجية, وقد درست الدوبامين على نطاق واسع. الدوبامين الكاتيكولامين هو رسول الكيميائية الأساسية التي تلعب دورا محوريا في السيطرة على الحركة, الذاكرة, الإدراك, والعاطفة داخل الجهاز العصبي. فائض أو نقص الدوبامين يمكن أن يسبب العديد من التدخل العصبي والنفسي; ومن بين هذه هي مرض باركنسون، والفصام، والسلوك الادمان. اليوم, مرض باركنسون لا يزال اضطراب امنى بسبب انحطاط الخلايا العصبية في الدماغ المتوسط المشاركة في تخليق الدوبامين14. وتشمل أعراض مرض باركنسون الهزة، وبطء الحركة، وتصلب، ومشاكل في الحفاظ على التوازن. من ناحية أخرى, المنشطات مثل الكوكايين15 والأمفيتامين16,17 تعزيز تجاوز الدوبامين. تعاطي المخدرات يحل في نهاية المطاف محل التدفق المنتظم للدوبامين وظروف الدماغ تتطلب فائضا من الدوبامين, مما يؤدي في نهاية المطاف إلى سلوكيات الادمان.
في السنوات الأخيرة، كان هناك تركيز على تحسين وظائف القطب الكهربائي في الكشف عن الناقل العصبي18. الطريقة الأكثر انتشارا لتعزيز حساسية القطب الكهربائي هو عن طريق طلاء سطح الألياف. ومن المستغرب، كان هناك بحوث محدودة أجريت على الجسيمات النانوية المعدنية الكهربائي على ألياف الكربون19. الجسيمات المعدنية النانوية النبيلة مثل الذهب، قد تكون مودعت كهربائيا على سطح الألياف مع مواد وظيفية أخرى20. على سبيل المثال، زيادة المساحة السطحية الكهروتيفة للإمتزاز العصبي تحدث. الجسيمات النانوية المعدنية المعبأة بالكهرباء تشكل بسرعة، ويمكن تنقيتها، والتمسك ألياف الكربون. ولا تزال الكيمياء الكهربائية هامة لكل من ترسب الجسيمات النانوية المعدنية النبيلة وتعزيز سطح ألياف الكربون، لأنها تسمح بالتحكم في النويات ونمو هذه الجسيمات النانوية. وأخيراً، فإن زيادة الخصائص الحفازة والموصلية، وتحسين النقل الجماعي هما من بين مزايا أخرى لاستخدام الجسيمات النانوية المعدنية في التحليل الكهربائي.
دورة التسلسل مختبر متقدم من الجامعة الأمريكية (الكيمياء البيولوجية التجريبية الأولى والثانية CHEM 471/671-472/672) هو مزيج من مختبرات التحليل والفيزيائي والكيمياء الحيوية. الفصل الدراسي الأول هو لمحة عامة عن تقنيات المختبر. الفصل الدراسي الثاني هو مشروع بحثي يقوده الطلاب ويقوده21. لهذه المشاريع، وقد فحص الطلاب سابقا آلية الجزيء الحيوي، والبروتين، والببتيد، والأحماض الأمينية التي يسهلها توليف الجسيمات النانوية الذهب22،23. وقد ركزت الأعمال الأحدث على تشكيل إنتاج الجسيمات النانوية الذهبية (AuNP) على أسطح الأقطاب الكهربائية وتقييم آثار الملوثات المعالجة الهـذاية على قدرة الـ CFMEs على الكشف عن الناقلات العصبية. في العمل الحالي، وقد طبق المختبر هذه التقنية لإثبات أن حساسية CFMEs في الكشف عن الدوبامين الأكسدة يتم تعزيزها من خلال وضع القطب من AuNP على سطح الألياف. ويتميز كل عارية-CFME من قبل متفاوتة معدل المسح الضوئي, الاستقرار وتركيز الدوبامين عند الكشف عن التيارات الدوبامين أكسدة لقياس أكسدة الدوبامين على سطح CFME. [أو]3+ كان بعد ذلك [إلكتروبلند] إلى [أو]0 و [إلكترود] [أنس تو] [إلكترود] [أنفيز] على الألياف سطح كجسيمات نانوية, يتبع ب [سري] من توصيف تجارب. بعد مقارنة مباشرة, تم العثور على AuNP-CFMEs لامتلاك حساسية أعلى من الكشف عن الدوبامين. طلاء موحد من AuNP على سطح الألياف عن طريق الكهربائي يجعل أعلى منطقة السطح الكهروتيف. وبالتالي, زيادة الامتزاز الدوبامين على سطح القطب المعدلة. أدى هذا إلى ارتفاع التيارات التأكسدية الدوبامين. الفصل المحتمل لأكسدة الدوبامين والحدمن قمم (E ع) من AuNP-CFMEs كان أيضا أصغر, مما يشير إلى أسرع حركة نقل الإلكترون. وتشمل الأعمال المستقبلية لهذه الدراسة اختبار في الجسم الحي على حد سواء العارية وAuNP-CFMEs للكشف عن الدوبامين.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Dopamine hydrochloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H8502-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P5493-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pine WaveNeuro Potentiostat</td>
			<td>Pine Instruments</td>
			<td>NEC-WN-BASIC</td>
			<td>This orders comes in bulk with all other accessories such as headstages, adapters, cords, and other electronics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pine Flow Cell and Micromanipulator</td>
			<td>Pine Instruments</td>
			<td>NEC-FLOW-1</td>
			<td>This is also another bulk order including the micromanipulator, flow cell, knobs, tubing, connectors, etc.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass-Capillary</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>602500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-650 Carbon Fiber</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td>C 005711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epon 828 Epoxy</td>
			<td>Miller-Stephenson</td>
			<td>EPON 828 TDS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethelynetriamine</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D93856-5ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold (III) chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>254169</td>
			<td>Comes as either HAuCl4 or AuCl3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>S90528</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Farraday Cage</td>
			<td>AMETEK TMC</td>
			<td>81-334-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>NEW ERA PUMP</td>
			<td>NE-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Pipettes and Tips</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>2231000222</td>
			<td>This is also a bulk order containing multiple pipettes and tips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 -1,000 mL beakers</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10536-390</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon fiber</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td>C 005711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JSM-IT100</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection

لأكثر من 30 عاما، كانت الأقطاب الدقيقة من ألياف الكربون (CFMEs) المعيار للكشف عن الناقل العصبي. عموما، يتم استنشاق ألياف الكربون في الشعيرات الدموية الزجاجية، وسحبت إلى تفتق غرامة، ومن ثم مختومة باستخدام الايبوكسي لخلق مواد القطب الكهربائي التي تستخدم لاختبار قياس فولتامتري دوري سريع. استخدام CFMEs العارية له عدة قيود، على الرغم من. أولا وقبل كل شيء، ألياف الكربون يحتوي في الغالب الكربون القاعدية الطائرة، التي لديها مساحة سطح منخفضة نسبيا وتسفر عن حساسية أقل من المواد النانوية الأخرى. وعلاوة على ذلك، فإن الكربون الجرافيتي محدود بقراره الزمني، والموصلية المنخفضة نسبياً. وأخيراً، من المعروف أن المواد الكيميائية العصبية والجزيئات الكبيرة قد فول على سطح أقطاب الكربون حيث أنها تشكل البوليمرات غير الموصلة التي تمنع المزيد من امتصاص العصبي. لهذه الدراسة، ونحن تعديل CFMEs مع الجسيمات النانوية الذهب لتعزيز الاختبارات الكيميائية العصبية مع قياس فولتامتري دوري المسح السريع. تم إيداع Au3+ كهربائياً أو مطلياً من محلول غروي على سطح CFMEs. وبما أن الذهب معدن مستقر وخامل نسبياً، فهو مادة قطبية مثالية للقياسات التحليلية للمواد الكيميائية العصبية. الذهب الجسيمات النانوية المعدلة (AuNP-CFMEs) كان الاستقرار لاستجابة الدوبامين لأكثر من 4 ح. وعلاوة على ذلك، تظهر AuNP-CFMEs حساسية متزايدة (ارتفاع ذروة التأكسد الحالي من تصوير الفولتاجرام الدوري) وأسرع حركية نقل الإلكترون (أقل ΔEP أو فصل الذروة) من CFMEs عارية غير معدلة. تطوير AuNP-CFMEs يوفر إنشاء أجهزة استشعار الكهروكيميائية جديدة للكشف عن التغيرات السريعة في تركيز الدوبامين والمواد الكيميائية العصبية الأخرى في حدود أقل للكشف. هذا العمل له تطبيقات واسعة لتعزيز القياسات الكيميائية العصبية. سيكون توليد الجسيمات النانوية الذهبية المعدلة CFMEs ذات أهمية حيوية لتطوير أجهزة استشعار أقطاب جديدة للكشف عن الناقلات العصبية في الجسم الحي في القوارض ونماذج أخرى لدراسة الآثار الكيميائية العصبية لتعاطي المخدرات، والاكتئاب، والسكتة الدماغية، ونقص التروية، وغيرها من الدول السلوكية والمرض.

بالنسبة للرقم 1، نعرض مخططًا حيث يتم استخدام اختبار FSCV لقياس تركيز الناقلات العصبية في المختبر. يعرض الشكل 1 الموجي الدوبامين المطبقة. والمسح الموجي المثلث من -0.4 V إلى 1.3 V في 400 V / ثانية. في الجزء الثاني من الشكل إلى اليسار, فإنه يعرض أكسدة ال?...

Watch this Scientific Journal Video about Gold Nanoparticle Modified Carbon Fiber Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection at JoVE.com

Gold Nanoparticle Modified Carbon Fiber Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection

في هذه الدراسة، نقوم بتعديل الأقطاب الدقيقة من ألياف الكربون مع جسيمات نانوية ذهبية لتعزيز حساسية الكشف العصبي.

الذهب نانوجسيم تعديل الأقطاب الدقيقة ألياف الكربون لتعزيز الكشف العصبي الكيميائي

For over 30 years, carbon-fiber microelectrodes (CFMEs) have been the standard for neurotransmitter detection. Generally, carbon fibers are aspirated into ...

وهذه الطريقة هامة لأنها تمكن من الكشف الكيميائي العصبي مع ارتفاع دقة المكانية والزمانية التي يمكن أن تعزز في طرق الجسم الحي للكشف الكيميائي العصبي. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هو أنه هو طريقة سريعة وسهلة وقابلة للتكرار لتعزيز حساسية ودقة زمنية للكشف عن الناقل العصبي. التظاهر الإجراء سيكون سانوجا موهاناج وبولين ووننبرغ، طلاب الدراسات العليا من مختبري.للبدء، فصل المواد ألياف الكربون في خيوط الفردية وسحب واحد ألياف الكربون قطرها سبعة ميكرومتر من حبلا. توصيل خط فراغ إلى الشعرية الزجاجي البورسليكات وpireate الألياف الكربونية في الشعيرات الدموية. ثم قطع 10 سنتيمترا في 25 سنتيمترا قطعة من الورق المقوى لتكون بمثابة حامل القطب.الشريط منشفة ورقية حول الورق المقوى كدعم، ثم إدراج الشعيرات الدموية في حامل القطب وتأمين بعناية في سحب شعري عمودي. تكوين بكرة شعرية لسحب الشعرية الزجاجية إلى تفتق غرامة للمواد القطب والبدء في ذلك. مرة واحدة سحب التشطيبات ولفائف التدفئة قد هدأت، وقطع الألياف الكربونية التي تربط الأقطاب التي سحبت أنبوب.إزالة بعناية microelectrodes من بولجر الشعرية. باستخدام منظار مجسم أو مجهر، استخدم شفرة حادة أو مقص جراحي لتقليم ألياف الكربون البارزة على كل قطب كهربائي إلى حوالي 100 إلى 150 ميكرومتر في الطول. بعد ذلك ، في قارورة 25 ملليلتر ، استخدم مسحة قطنية لخلط 10 جرام من الايبوكسي مع 0.2 ملليلتر من التصلب.ملء قارورة أخرى مع الأسيتون. لكل قطب، غمر تلميح ألياف الكربون في الايبوكسي لمدة 15 ثانية ثم تراجع في الأسيتون لمدة ثلاث ثوان لإزالة الايبوكسي الزائد. بعد الايبوكسي، ثم يتم علاج الأقطاب الكهربائية الايبوكسي في الفرن لمدة ثلاث ساعات في 125 درجة مئوية.بعد ذلك، استخدم ميكرومانبولاتور لوضع ميكروكيلترود ألياف الكربون في القطب المرجعي الفضة والفضة والكلوريد في محلول 0.5 ملليمولار من حمض الكلورووريك في 0.1 كلوريد البوتاسيوم الخام. توصيل الأقطاب الكهربائية إلى قويوستات مع ميكرولكترورود ألياف الكربون كما القطب العامل. مسح القطب من 0.2 فولت إلى ناقص فولت واحد في 50 ملفول في الثانية لمدة 10 دورات لإجراء ترسب القطب.من المهم للغاية تحسين معايير إيداع طلاء الذهب. سوف الكثير من الطلاء يسبب الضوضاء والحمولة الزائدة إشارة في حين أن القليل جدا من الطلاء لن تعزز الكشف الكيميائي العصبي. قبل الاختبار, إعداد محلول مخزون 10 ملليمولار من الدوبامين في حمض البيروكلوريك وحول لتر من درجة الحموضة 7.4 PBS القائم على عازلة في المياه الأيونية.Pipette واحد ميكرولتر من محلول الأسهم الدوبامين في 10 ملليلتر من العازلة لجعل ما يقرب من محلول الدوبامين ميكرومولار واحد. ثم قم بتوصيل ميكروكيلكترودي ألياف الكربون والكهرباء المرجعية كلوريد الفضة الفضة إلى قويتيوستات. إصلاح القطب الألياف الكربونية والأقطاب المرجعية في المرحلة الرأسية لجهاز تدفق الخلية واستخدام micromanipulator لخفضها في خلية التدفق.ارسم 60 ملليلتر من المخزن المؤقت لبرنامج تلفزيوني في حقنة. ملء خلية تدفق مع المخزن المؤقت، وجبل الحقنة في مضخة حقنة. بدء تدفق المخزن المؤقت خلال خلية التدفق بمعدل ملليلتر واحد في الدقيقة.ثم تكوين قوي لإجراء مسح ل-0.4 فولت إلى 1.3 فولت في 10 هرتز و 400 فولت في الثانية. تطبيق لفترة وجيزة الموجي إلى microelectrode، ومراقبة منظار، وضبط مكاسب لمنع الحمولة الزائدة. السماح للتكترويل الصغير لمدة 10 دقائق في المخزن المؤقت.ثم رسم محلول الدوبامين المخفف في حقنة وتوصيله إلى منفذ الحقن من خلية التدفق. تعيين إجمالي وقت التشغيل على قويتيوستات إلى 30 ثانية. بدء تسجيل القياسات, انتظر 10 ثانية, ومن ثم حقن 0.2 ملليلتر من حل الدوبامين في خلية تدفق.عند انتهاء تشغيل، معالجة البيانات مع برنامج تحليل metammetry دوري عالي الوضوح. السماح للميكروفيكتروده إعادة التوازن لمدة 10 دقائق قبل إجراء اختبار آخر. عند الانتهاء من الاختبارات، قم بتنظيف خلية التدفق عن طريق حقن ثلاثة ملليلترات من الماء وثلاثة ملليلترات من الهواء في منافذ المخزن المؤقت والحقن ثلاث مرات.تم تصوير ألياف الكربون المغلفة مع المجهر الإلكتروني المسح. يمكن التحكم في سمك وحجم الجسيمات من الطلاءات النانوية الذهب من قبل ترسب قطب الوقت. 20 دقيقة من ترسب القطب أسفرت عن طلاء الذهب سميكة مع التلال الحادة في حين أن خمس دقائق أسفرت عن طلاء الذهب موحدة رقيقة.وكان الذهب النانوية المغلفة الكربون الألياف microelectrodes أعلى بكثير ذروة التيارات التأ المؤدّدة وحركية نقل الإلكترون أسرع من الأقطاب الكهربائية غير المعدلة. لم يكن للطلاء الذهب النانوي تأثير كبير على استقرار استجابات القطب كما هو موضح هنا في حل الدوبامين. استجابت كل من الأقطاب الكهربائية المغلفة بالذهب والجسيمات النانوية المطلية خطياً لمسح التغيرات في معدل المسح الضوئي مع حجم أكبر بكثير من التغير في الأقطاب المغلفة بالذهب.وهذا يدل على أنه يمكن السيطرة على امتصاص الدوبامين عن طريق معدل المسح الضوئي. كل من أقطاب النانو المغلفة بالذهب والذهبي استجابت خطيا بين تركيزات الدوبامين من 100 نانومولار إلى 10 ميكرومولار. لوحظ منحنى غير مدبب في تركيزات أعلى، مما يشير إلى أن الدوبامين غير مشبعة في سطح القطب.إن القدرة على اكتشاف التغيرات الكيميائية العصبية على نطاق زمني أسرع وعلى مستويات أعلى من الحساسيات ستساعد في الإجابة على الأسئلة المعقدة في علم الأعصاب. هذه الطريقة أيضاً تستخدم في الكيمياء التحليلية, المستقلبوميكس, والعلوم البيئية. في حين أنه من السهل التعلم ، والتظاهر البصري أمر بالغ الأهمية لتعلم صنع وتعديل واختبار microelectrodes.وتشمل الاتجاهات المستقبلية لهذه الطريقة ضبط ترسب الذهب والطلاءات الأخرى لحساب سمك, حجم, شكل, ومورفولوجيا لتحسين الكشف عن الناقلات العصبية محددة. يجب على الباحثين ممارسة التعامل مع الألياف الصغيرة تحت المجهر قبل تجربة هذه التقنية. أيضا, ينبغي أن تكون مستعدة للمحلول الأسهم العصبي في غطاء الدخان لأنها تستخدم 1 حمض البيركلوريك الضرس.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

النقل من أنابيب الكربون النانوية المعدلة السطح من خلال عمود التربة

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

A Filter-based Surface Enhanced Raman Spectroscopic Assay for Rapid Detection of Chemical Contaminants

تعليق السطح القائم على تصفية المحسن رامان الطيفي الفحص للكشف السريع من الملوثات الكيميائية

We demonstrate a method to fabricate highly sensitive surface-enhanced Raman spectroscopic (SERS) substrates using a filter syringe system that can be ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

الهيدروكينون القائم على توليف نانواعواد الذهب

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

خلايا السائل مجهر إلكتروني لتعقب التجميع الذاتي من جسيمات نانوية

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source

استخراج الألياف الرامي في القلوي فوق أكسيد الهيدروجين نظام معتمد بواسطة مصدر قلوي تسيطر الإفراج

This protocol demonstrates a method for ramie fiber extraction by scouring raw ramie in an alkali hydrogen peroxide system supported by a ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

المعاوقة الكهروكيميائية التحليل الطيفي كأداة لتقدير معدل الكهروكيميائية المستمر

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

تعزيز السريع نانوبروبي إشارة بتوليف نانوحبيبات الذهب في الموقع

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity ...

Luminophore Formation in Various Conformations of Bovine Serum Albumin by Binding of Gold(III)

Luminophore Formation in Various Conformations of Bovine Serum Albumin by Binding of GoldIII

تشكيل لومينوفوري في والتشكلات المختلفة من ألبومين المصل البقري قبل الربط من الذهب الثلاثي

The purpose of the presented protocols is to study the process of Au(III) binding to BSA, yielding conformation change-induced red fluorescence (&#955;em ...

Synthesis of Aptamer-PEI-g-PEG Modified Gold Nanoparticles Loaded with Doxorubicin for Targeted Drug Delivery

توليف Aptamer-PEI-g-PEG الجسيمات النانوية الذهبية المعدلة المحملة بدوكسوروبيسين لتسليم الأدوية المستهدفة

Due to drug resistance and toxicity in healthy cells, use of doxorubicin (DOX) has been limited in clinical cancer therapy. This protocol describes the ...

Quantitative SERS Detection of Uric Acid via Formation of Precise Plasmonic Nanojunctions within Aggregates of Gold Nanoparticles and Cucurbit[n]uril

Quantitative SERS Detection of Uric Acid via Formation of Precise Plasmonic Nanojunctions within Aggregates of Gold Nanoparticles and Cucurbit[n]uril

الكشف الكمي SERS عن حمض اليوريك عن طريق تكوين تقاطعات نانوية بلازمونية دقيقة داخل مجاميع جسيمات الذهب النانوية والقرعيات[n]uril

This work describes a rapid and highly sensitive method for the quantitative detection of an important biomarker, uric acid (UA), via surface-enhanced ...