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

We willen graag de American University bedanken, de faculteits Onderzoeksondersteuning subsidie, NASA DC ruimte subsidie, en NSF-MRI # 1625977.

1. constructie van koolstofvezel micro elektroden
<ol><li>
Bereiding van koolstofvezels
	<ol>
<li>Voor het maken van koolstofvezel micro elektroden, eerst scheiden de koolstofvezels (koolstofvezel, 7 mm in diameter) één voor één met behulp van handen, handschoenen, en spatel.</li>
		<li>Trek of haal één vezel uit het gedraaide garen.</li>
		<li>Aspireren van een geïsoleerde koolstofvezel in een glazen capillaire (single-vat borosilicaat capillair glas zonder micro filament, 1,2 mm buitendiameter...

<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>

In deze studie, we demonstreren een nieuwe methode voor het construeren van goud-nanodeeltjes gemodificeerde koolstofvezel micro elektroden voor de opsporing van neurotransmitters zoals dopamine met behulp van snelle scan cyclische voltammetrie. De methode is een efficiënte, groene en relatief goedkope benadering voor het verbeteren van de gevoeligheid van biomolecule detectie. De dikte van goud afgezet op het oppervlak van de koolstofvezel kan worden gecontroleerd door de tijd van elektro depositie en de concentratie v...

Koolstofvezel micro elektroden (CFMEs)1 worden het best gebruikt als biosensoren voor het detecteren van de oxidatie van verschillende cruciale neurotransmitters2, met inbegrip van dopamine3, noradrenaline4, serotonine5, adenosine6, histamine7, en anderen8. De biocompatibiliteit en de grootte van koolstofvezels maken ze optimaal voor implantatie omdat er verminderde weefselbeschadiging is in vergelijking met grotere standaard elektroden. 9 cfmes bezitten nuttige elektrochemische eigenschappen en zijn in staat snelle metingen te verrichten bij gebruik in combinatie met snelle elektrochemische technieken, meestal Fast-scan cyclisch voltammetrie (fscv)10,11. Fscv is een techniek die het toegepaste potentieel snel scant en voorziet in een specifiek cyclisch voltammogram voor specifieke analyten12,13. De grote laadstroom die wordt geproduceerd door snel scannen is stabiel op koolstofvezels en kan achtergrond-worden afgetrokken om specifieke cyclische voltammogrammen te produceren.
Vanwege de optimale elektrochemie en neurobiologisch belang, dopamine is wijd bestudeerd. De Catecholamine dopamine is een essentiële chemische boodschapper die een cruciale rol in de controle van de beweging speelt, geheugen, cognitie, en emotie binnen het zenuwstelsel. Een overschot of een tekort aan dopamine kan leiden tot talrijke neurologische en psychologische interferentie; onder deze zijn de ziekte van Parkinson, schizofrenie, en verslavend gedrag. Vandaag, de ziekte van Parkinson blijft een heersende stoornis als gevolg van de degeneratie van de zenuwcellen die betrokken zijn bij dopamine synthese14. Symptomen van de ziekte van Parkinson omvatten tremor, traagheid van beweging, stijfheid, en problemen bij het handhaven van evenwicht. Aan de andere kant, stimulerende middelen zoals cocaïne15 en amfetamine16,17 bevorderen de overloop van dopamine. Drugsmisbruik vervangt uiteindelijk de regelmatige stroom van dopamine en voorwaarden de hersenen te vereisen een overschot van dopamine, die uiteindelijk leidt tot verslavend gedrag.
In de afgelopen jaren, is er een nadruk op het verbeteren van elektrode functionaliteit in neurotransmitter detectie18. De meest voorkomende methode van het verbeteren van de elektrode gevoeligheid is door coating van het vezel oppervlak. Verrassend genoeg is er beperkt onderzoek gedaan naar metaal nanodeeltjes elektro depositie op carbon-vezels19. Edele metalen-nanodeeltjes zoals goud, kunnen op het vezel oppervlak worden geelektro met andere functionele materialen20. Bijvoorbeeld, het verhogen van de elektroactieve oppervlakte voor neurotransmitter adsorptie optreden. Electrogestorte metalen nanodeeltjes vormen snel, kunnen worden gezuiverd en voldoen aan de koolstofvezel. Elektrochemie blijft significant voor zowel de afzetting van edele metalen nanodeeltjes en oppervlakte verbetering van koolstofvezels, omdat het de controle van nucleatie en groei van deze nanodeeltjes mogelijk maakt. Tot slot, de verhoogde katalytische en geleidende eigenschappen, en verbeterde massatransport behoren tot de andere voordelen van het gebruik van metalen nanodeeltjes voor elektro analyse.
De geavanceerde laboratorium sequentie cursus van de Amerikaanse Universiteit (experimentele biologische chemie I en II CHEM 471/671-472/672) is een combinatie van analytische, fysische en biochemie laboratoria. Het eerste semester is een overzicht van laboratoriumtechnieken. Het tweede semester is een student-gedreven en geleid onderzoeksproject21. Voor deze projecten hebben de studenten eerder gekeken naar het mechanisme van biomolecule, proteïne, peptide en aminozuur-gefaciliteerde synthese van goud nanodeeltjes22,23. Meer recent werk is gericht op de vorming van goud nano artikel (AuNP) productie op elektrode oppervlakken en de evaluatie van tantes effecten op het vermogen van CFMEs om neurotransmitters te detecteren. In het huidige werk heeft het laboratorium deze techniek toegepast om aan te tonen dat de gevoeligheid van CFMEs bij het opsporen van de dopamine-oxidatie wordt versterkt door de elektroafzetting van AuNP op het vezel oppervlak. Elke kale-CFME wordt gekenmerkt door wisselende scan-rate, stabiliteit en dopamine-concentratie bij het opsporen van dopamine-oxidatieve stromingen te meten van dopamine oxidatie op het oppervlak van de CFME. Au3 + werd vervolgens electroreduced naar au0 en gelijktijdig galvaniseren op het vezel oppervlak als nanodeeltjes, gevolgd door een reeks van karakterisering experimenten. Na een directe vergelijking, de AuNP-CFMEs bleken te bezitten van een hogere gevoeligheid van dopamine detectie. De uniforme coating van Tanp op het vezel oppervlak via elektro afzetting maakt een hoger elektroactief oppervlak; Dus, verhoging van de adsorptie van dopamine op het gemodificeerde elektrode oppervlak. Dit leidde tot hogere dopamine oxidatieve stromen. De potentiële scheiding van de dopamine oxidatie-en reductie pieken (∆ Ep) van AUNP-cfmes was ook kleiner, wat suggereert dat het een snellere elektron Transfer kinetiek zou zijn. Toekomstige werken van deze studie omvat de in vivo testen van zowel de kale-als de AuNP-CFMEs voor de opsporing van dopamine.

<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

Al meer dan 30 jaar, koolstofvezel micro elektroden (CFMEs) zijn de standaard voor neurotransmitter detectie. In het algemeen, koolstofvezels worden aanzuiging in glazen capillairen, getrokken naar een fijne taper, en vervolgens verzegeld met behulp van een epoxy te maken van elektrode materialen die worden gebruikt voor snelle scan cyclische voltammetrie testen. Het gebruik van kale CFMEs heeft echter verschillende beperkingen. Eerst en vooral, de koolstofvezel bevat voornamelijk basale vliegtuig koolstof, die een relatief lage oppervlakte en levert lagere gevoeligheden dan andere nanomaterialen. Bovendien wordt de graphitische koolstof beperkt door zijn temporele resolutie en zijn relatief lage geleiding. Ten slotte, neurotransmitters en macromoleculen zijn gekend om te overtreding op het oppervlak van koolstof elektroden waar zij vormen niet-geleidende polymeren die verdere neurotransmitter adsorptie blokkeren. Voor deze studie, we wijzigen CFMEs met gouden nanodeeltjes ter verbetering van neurochemical testen met snelle scan cyclische voltammetrie. Au3 + werd galvaniseerd of met een dipcoating van een colloïdale oplossing op het oppervlak van cfmes. Omdat goud een stabiel en relatief inert metaal is, is het een ideaal elektrode materiaal voor analytische metingen van neurotransmitters. Goud nano artikel gemodificeerd (AuNP-CFMEs) had een stabiliteit aan dopamine reactie voor meer dan 4 h. Bovendien vertonen AuNP-CFMEs een verhoogde gevoeligheid (hogere piek oxidatieve stroom van de cyclische voltammogrammen) en snellere elektron Transfer kinetiek (lagere ΔEP of piek scheiding) dan kale ongewijzigde cfmes. De ontwikkeling van AuNP-CFMEs biedt de creatie van nieuwe elektrochemische sensoren voor het opsporen van snelle veranderingen in dopamine concentratie en andere neurotransmitters bij lagere grenzen van de detectie. Dit werk heeft enorme toepassingen voor de verbetering van neurochemical metingen. Het genereren van goud nanodeeltjes gemodificeerde CFMEs zal van vitaal belang zijn voor de ontwikkeling van nieuwe elektrode sensoren om neurotransmitters in vivo te detecteren in knaagdieren en andere modellen om neurochemische effecten van drugsmisbruik te bestuderen, depressie, beroerte, ischemie, en andere gedrags-en ziektetoestanden.

Voor Figuur 1, we tonen een schematische waar FSCV testen wordt gebruikt voor het meten van de concentratie van neurotransmitters in vitro. Figuur 1 toont de toegepaste dopamine golfvorm. De driehoek golfvorm scant van-0,4 V tot 1,3 V bij 400 V/s. In het tweede deel van de figuur links, het toont de oxidatie van dopamine aan dopamine-Ortho-Chinon (DOQ), een twee elektron overdracht proces vindt plaats van het oppervlak van de ana...

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

In deze studie, we wijzigen koolstofvezel micro-elektroden met gouden nanodeeltjes om de gevoeligheid van neurotransmitter detectie te verbeteren.

Gouden nanodeeltjes gemodificeerde koolstofvezel micro elektroden voor verbeterde neurochemische detectie

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

De methode is belangrijk omdat het neurochemische detectie mogelijk maakt met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie die mogelijk in vivo methoden van neurochemische detectie kan verbeteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een snelle, eenvoudige en reproduceerbare methode is om de gevoeligheid en temporele resolutie van neurotransmitterdetectie te verbeteren. Demonstreren van de procedure zal worden Sanuja Mohanaraj en Pauline Wonberg, afgestudeerde studenten van mijn laboratorium.Om te beginnen, scheiden koolstofvezel materiaal in individuele strengen en trek een enkele zeven-micrometer diameter koolstofvezel uit een streng. Sluit een vacuümlijn aan op een borosilicaatglas capillair en zuig de koolstofvezel aan in de capillaire. Snijd vervolgens een stuk karton van 10 centimeter bij 25 centimeter om als elektrodehouder te dienen.Plak een papieren handdoek rond het karton als steun, steek de capillaire in de elektrodehouder en zet deze voorzichtig vast in een verticale capillaire trekker. Configureer de capillaire trekker om de glazen capillaire naar een fijne taper voor elektrodematerialen te trekken en te starten. Zodra het trekken afwerkingen en de verwarmingsspoel is afgekoeld, snijd de koolstofvezel aansluiten van de buis getrokken elektroden.Verwijder de micro-elektroden voorzichtig uit de capillaire trekker. Geleid door een stereoscoop of microscoop, gebruik maken van een scherp mes of chirurgische schaar om de uitstekende koolstofvezel trim op elke elektrode tot ongeveer 100 tot 150 micrometer in lengte. Gebruik vervolgens in een flacon van 25 milliliter een wattenstaafje om 10 gram epoxy te mengen met 0,2 milliliter verharder.Vul nog een flesje met aceton. Voor elke elektrode, dompel de koolstofvezel tip in epoxy voor 15 seconden en vervolgens duik in aceton gedurende drie seconden om overtollige epoxy te verwijderen. Na epoxying worden de geëpoxieerde elektroden vervolgens drie uur lang in de oven gehard bij 125 graden Celsius.Gebruik vervolgens een micromanipulator om een koolstofvezelmicro-elektrorode in een zilverzilver-chloridereferentieelektrode in een 0,5 millimolaroplossing van chlorauurazuur in 0,1 molar waterig kaliumchloride te plaatsen. Sluit de elektroden aan op een potentiostat met een koolstofvezel micro-elektrode als de werkende elektrode. Scan de elektrode van 0,2 volt tot min één volt bij 50 millivolt per seconde gedurende 10 cycli om elektrodedepositie uit te voeren.Het is van cruciaal belang om de parameters voor het deponeren van de gouden coating te optimaliseren. Te veel coating zal leiden tot ruis en signaal overbelasting, terwijl te weinig coating niet zal verbeteren neurochemische detectie. Bereid vóór de test een 10-millimolar voorraadoplossing van dopamine in perchloorzuur en ongeveer een liter pH 7.4 PBS-gebaseerde buffer in gedeïoniseerd water voor.Pipet een microliter van de dopamine voorraad oplossing in 10 milliliter buffer om een ongeveer een micromolar dopamine oplossing te maken. Sluit vervolgens een koolstofvezel micro-elektrorode en een zilverzilvere chloridereferentie-elektrode aan op een potentiostat. Bevestig de koolstofvezelelektrode en de referentieelektrode in het hoofdstadium van het stroomcelapparaat en gebruik de micromanipulator om ze in de stroomcel te laten zakken.Teken 60 milliliter van de PBS-buffer in een spuit. Vul de stroomcel met buffer en monteer de spuit in een spuitpomp. Start stromende buffer door de stroomcel met een snelheid van een milliliter per minuut.Configureer vervolgens de potentiostat om te scannen op min 0,4 volt tot 1,3 volt bij 10 hertz en 400 volt per seconde. Breng de golfvorm kort aan op de micro-elektroder, observeer de oscilloscoop en pas de versterking aan om overbelasting te voorkomen. Laat de micro-elektrod gedurende 10 minuten in de buffer equiliberen.Trek vervolgens de verdunde dopamine-oplossing in een spuit en sluit deze aan op de injectiepoort van de stroomcel. Stel de totale runtime op de potentiostat in op 30 seconden. Begin met het opnemen van de metingen, wacht 10 seconden en injecteer vervolgens 0,2 milliliter dopamine-oplossing in de stroomcel.Wanneer de run is voltooid, verwerkt u de gegevens met cyclische voltammetrieanalysesoftware met hoge definitie. Laat de micro-elektrod opnieuw equilibrate gedurende 10 minuten voor het uitvoeren van een andere test. Wanneer de tests zijn voltooid, reinigt u de stroomcel door drie milliliter water en drie milliliter lucht drie maal in de buffer en injectiepoorten te injecteren.Gecoate koolstofvezels werden afgebeeld met scanning elektronenmicroscopie. De dikte en deeltjesgrootte van de gouden nanodeeltjescoatings kunnen worden geregeld door de elektrodedepositietijd. 20 minuten elektrodedepositie leverde een dikke gouden coating met scherpe ribbels, terwijl vijf minuten leverde een dunne uniforme gouden coating.Goud nanodeeltjes gecoate koolstofvezel micro-elektroden had aanzienlijk hogere piek oxidatieve stromen en snellere elektronen overdracht kinetiek dan ongewijzigde elektroden. De gouden nanodeeltjescoating had geen significant effect op de stabiliteit van de elektrodereacties zoals hier aangetoond in een oplossing van dopamine. Zowel kale als gouden nanodeeltjes gecoate elektroden reageerden lineair op scansnelheidsveranderingen met een veel grotere omvang van verandering in de met goud bedekte elektroden.Dit gaf aan dat dopamine absorptie kan worden gecontroleerd via de scansnelheid. Zowel kale als gouden nanodeeltjes gecoate elektroden reageerden lineair tussen dopamineconcentraties van 100 nanomolar tot 10 micromolar. Een asymptotische curve werd waargenomen bij hogere concentraties, wat aangeeft dat dopamine is oververzadigd aan het elektrodeoppervlak.De mogelijkheid om neurochemische veranderingen te detecteren op een snellere tijdschaal en bij hogere gevoeligheden zal helpen bij het beantwoorden van complexe vragen in de neurowetenschappen. Deze methode heeft ook toepassingen in analytische chemie, metabolomics, en milieuwetenschap. Hoewel het gemakkelijk is om te leren, visuele demonstratie is van cruciaal belang voor het leren maken, wijzigen en testen van de micro-elektroden.Toekomstige aanwijzingen voor deze methode omvatten het aanpassen van de afzetting van goud en andere coatings om rekening te houden met dikte, grootte, vorm en morfologie om de detectie van specifieke neurotransmitters te optimaliseren. Onderzoekers moeten de praktijk omgaan met kleine vezels onder een microscoop alvorens te proberen deze techniek. Ook neurotransmitter voorraad oplossing moet worden bereid in een rookkap omdat ze gebruik maken van 1 molaire perchloorzuur.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Vervoer van oppervlakte-gemodificeerde koolstof nanobuisjes via een bodem Column

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

A-filter op basis Surface Enhanced Raman spectroscopische test voor snelle opsporing van chemische verontreinigingen

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

Hydrochinon Based Synthese van Gold nanorods

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

Vloeistof-cel transmissie-elektronenmicroscopie voor Tracking zelf-assemblage van nanodeeltjes

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

Extractie van ramee vezel in Alkali waterstofperoxide systeem ondersteund door gecontroleerd-release Alkali-bron

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

Elektrochemische impedantie spectroscopie als een instrument voor elektrochemische Rate Constant schatting

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

Snelle nanosonde signaal versterking door In Situ gouden Nanoparticle synthese

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

Luminophore formatie in verschillende conformaties van bovien serumalbumine door Binding van Gold(III)

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

Synthese van Aptamer-PEI-g-PEG gemodificeerde gouden nanodeeltjes geladen met Doxorubicine voor gerichte medicijnafgifte

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

Kwantitatieve SERS-detectie van urinezuur via de vorming van nauwkeurige plasmonische nanojunctionen in aggregaten van gouden nanodeeltjes en cucurbit[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 ...