Name: gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection
Uploaded: 2019-05-13T14:45:00
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우리는 아메리칸 대학, 교수 연구 지원 보조금, NASA DC 우주 그랜트, NSF-MRI #1625977에 감사드립니다.

1. 탄소 섬유 마이크로 전극의 건설
<ol><li>
탄소 섬유의 준비
	<ol>
<li>탄소 섬유 마이크로 전극을 만들려면 먼저 탄소 섬유 (탄소 섬유, 직경 7mm)를 손, 장갑 및 주걱을 사용하여 하나씩 분리하십시오.</li>
		<li>꼬인 원사에서 섬유질 하나를 당기거나 양크합니다.</li>
		<li>유리 모세관에 고립 된 탄소 섬유를 흡인 (마이크로 필라멘트가없는 단일 배럴 보로 실리 케이트 모세관 유리, 1.2 mm ...

<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>

본 연구에서, 우리는 빠른 스캔 순환 voltammetry를 사용하여 도파민과 같은 신경 전달 물질의 검출을 위한 금 나노 입자 변형 탄소 섬유 마이크로 전극을 구성하는 새로운 방법을 보여줍니다. 이 방법은 생체 분자 검출의 감도를 향상시키기 위한 효율적이고 친환경적이며 비교적 저렴한 접근법입니다. 탄소 섬유의 표면에 증착된 금의 두께는 전착액에 존재하는 전착 및 금의 농도에 의해 제어될 수 ?...

탄소 섬유 마이크로 전극 (CFMEs)1은 도파민 3, 노르 에피네프린 4,세로토닌5,아데노신6을포함하여 몇 가지 중요한 신경 전달 물질2의산화를 검출하는 바이오 센서로 가장 잘 사용됩니다. 히스타민7, 그리고 다른사람 8. 탄소 섬유의 생체 적합성과 크기는 더 큰 표준 전극에 비해 조직 손상이 완화되기 때문에 이식에 최적입니다. 9개의 CFME는 유용한 전기화학적 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있으며, 빠른 전기화학 적 기술과 함께 사용될 때 빠른 측정을 할 수 있으며, 가장 일반적으로 빠른 스캔 주기적 voltammetry (FSCV)10,11. FSCV는 적용된 전위를 빠르게 스캔하고 특정 세포체 에 대한 특정 순환 볼탐모그램을 제공하는 기술이다12,13. 빠른 스캐닝으로 생성된 대형 충전 전류는 탄소 섬유에서 안정적이며 배경감 빼서 특정 순환 볼탐모그램을 생성할 수 있습니다.
그것의 최적의 전기 화학 및 신경 생물학적 중요성으로 인해, 도파민 널리 공부 하고있다. 카 테 콜 아민 도파민은 운동의 제어에 중요 한 역할을 하는 필수 화학 메신저, 메모리, 인식, 그리고 신 경계 내에서 감정. 잉여 또는 도파민의 결핍 수많은 신경 및 심리적 간섭을 일으킬 수 있습니다.; 이들 중 파킨슨 병, 정신 분열증, 중독성 행동이다. 오늘, 파 킨 슨 병 도파민 합성에 관련 된 중뇌 뉴런의 변성으로 인해 유행 장애 계속14. 파 킨 슨 병 증상은 떨림을 포함, 운동의 둔화, 강성, 그리고 균형을 유지 에 문제. 한편, 코카인15 및 암페타민16,17과 같은 각성제는 도파민의 오버플로를 촉진한다. 약물 남용 결국 도파민의 정기적인 흐름을 대체 하 고 도파민의 잉여를 필요로 하는 두뇌 조건, 결국 중독성 행동에 이르게.
최근 몇 년 동안, 신경 전달 물질 검출18에서전극 기능 개선에 중점을 두고 있다. 전극 감도를 향상시키는 가장 광범위한 방법은 섬유 표면을 코팅하는 것입니다. 놀랍게도, 탄소 섬유19에금속 나노 입자 전착에 대한 제한된 연구가 수행되었습니다. 금과 같은 귀금속 나노입자는, 다른 기능성물질(20)과함께 섬유 표면에 전기증착될 수 있다. 예를 들어, 신경전달물질 흡착이 일어나기 위한 전기활성 표면적을 증가시키게 된다. 전기 증착 된 금속 나노 입자는 빠르게 형성되고, 정제 될 수 있으며, 탄소 섬유에 부착 할 수 있습니다. 전기 화학은 이러한 나노 입자의 핵 형성 및 성장을 제어 할 수 있기 때문에 귀금속 나노 입자의 증착과 탄소 섬유의 표면 향상 모두에 대해 중요한 것으로 계속됩니다. 마지막으로, 증가 된 촉매 및 전도성 특성, 향상된 대중 수송은 전기 분석을위한 금속 나노 입자를 활용하는 다른 장점 중 하나입니다.
미국 대학의 고급 실험실 서열 과정 (실험 생물 화학 I 및 II CHEM 471/671-472/672) 분석의 조합, 물리, 생화학 실험실. 첫 학기는 실험실 기술의 개요입니다. 2학기는 학생 중심의 연구 프로젝트21입니다. 이러한 프로젝트의 경우, 학생들은 이전에 금 나노 입자22,23의생체 분자, 단백질, 펩타이드 및 아미노산 촉진 합성의 메커니즘을 조사했습니다. 최근 연구는 전극 표면에 금 나노 입자 (AuNP) 생산의 형성과 신경 전달 물질을 검출하는 CFM의 능력에 대한 AuNPs 효과의 평가에 초점을 맞추고있다. 본 작품에서, 실험실은 도파민 산화를 검출하는 CFM의 감도가 섬유 표면에 AuNP의 전착을 통해 강화된다는 것을 입증하기 위해이 기술을 적용했다. 각 베어-CFME는 CFME의 표면에서 도파민 산화를 측정하기 위해 도파민 산화 전류를 검출할 때 다양한 스캔 속도, 안정성 및 도파민 농도를 특징으로 합니다. Au3+는 Au 0으로 전기를 감소시키고 동시에 나노 입자로서 섬유 표면에 전기 증착하고 일련의 특성화 실험을 수행하였다. 직접 비교 후, AuNP-CFMEs 도파민 검출의 높은 감도 를 가지고 발견 되었다. 전착을 통해 섬유 표면에 AuNP의 균일 한 코팅은 더 높은 전기 활성 표면적을 렌더링; 따라서, 변형 된 전극 표면에 도파민의 흡착을 증가. 이 높은 도파민 산화 전류를 주도. AuNP-CFMEs의 도파민 산화 및 환원피크(□E p)의 잠재적분리도 더 작아졌으며, 더 빠른 전자 전달 역학을 시사한다. 이 연구의 미래 작품은 도파민의 검출을 위한 베어-및 AuNP-CFMEs 둘 다의 생체 내 시험을 포함한다.

<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

30년 이상, 탄소 섬유 마이크로 전극(CFMEs)은 신경 전달 물질 검출의 표준이었습니다. 일반적으로 탄소 섬유는 유리 모세 혈관으로 흡인되어 미세 한 테이퍼로 당겨진 다음 에폭시를 사용하여 밀봉하여 빠른 스캔 순환 voltammetry 테스트에 사용되는 전극 재료를 만듭니다. 그러나 베어 CFMEs의 사용에는 몇 가지 제한사항이 있습니다. 무엇보다도 탄소 섬유는 상대적으로 낮은 표면적을 가지고 있으며 다른 나노 물질보다 낮은 감도를 생성하는 기저 평면 탄소를 주로 함유하고 있습니다. 또한, 흑연 탄소는 시간적 분해능과 상대적으로 낮은 전도도에 의해 제한된다. 마지막으로, 신경 화학물질과 거대분자는 탄소 전극의 표면에서 파울을 하는 것으로 알려져 있으며, 여기서 그들은 추가 신경 전달 물질 흡착을 차단하는 비 전도성 폴리머를 형성합니다. 이 연구를 위해, 우리는 빠른 스캔 주기적 voltammetry를 가진 신경 화학 시험을 강화하기 위하여 금 나노 입자를 가진 CFME를 수정합니다. Au3+는 콜로이드 용액으로부터 CFM의 표면상에 전기 증착 또는 디코팅되었다. 금은 안정적이고 상대적으로 불활성 금속이기 때문에 신경 화학 물질의 분석 측정에 이상적인 전극 재료입니다. 금 나노입자 개질(AuNP-CFMEs)은 4시간 이상 동안 도파민 반응을 위한 안정성을 가졌다. 더욱이, AuNP-CFMEs는 수정되지 않은 CFMEs보다 증가된 감도(주기적 볼탐모그램의 높은 피크 산화 전류) 및 더 빠른 전자 전달 역학(낮은 ΔEP 또는 피크 분리)을 나타낸다. AuNP-CFMEs의 개발은 검출의 낮은 한계에서 도파민 농도 및 기타 신경 화학 물질의 빠른 변화를 감지하기위한 새로운 전기 화학 센서의 생성을 제공합니다. 이 작품은 신경 화학 측정의 향상을 위한 광대 한 응용 프로그램. 금 나노 입자 변형 CFMEs의 생성은 약물 남용, 우울증, 뇌졸중, 허혈의 신경 화학 적 효과를 연구하기 위해 설치류 및 기타 모델에서 생체 내 신경 전달 물질을 감지하는 새로운 전극 센서의 개발에 매우 중요합니다. 및 기타 행동 및 질병 상태.

도1의 경우, 우리는 FSCV 시험이 시험관 내에서 신경 전달 물질의 농도를 측정하는 데 사용되는 회로도를 보여줍니다. 도 1은 도파민 파형이 적용된 것을 표시한다. 삼각형 파형은 -0.4V에서 400V/s에서 1.3V로 스캔됩니다. 좌측 도면의 두 번째 부분에서, 도파민-정형-퀴논(DOQ)에 대한 도파민의 산화를 표시하며, 2개의 전자 전달 과정?...

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Gold Nanoparticle Modified Carbon Fiber Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection

이 연구에서는, 우리는 신경 전달 물질 검출의 감도를 향상시키기 위하여 금 나노 입자를 가진 탄소 섬유 마이크로 전극을 수정합니다.

향상된 신경 화학적 검출을 위한 금 나노입자 수정 탄소 섬유 마이크로 전극

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

이 방법은 잠재적으로 신경 화학 적 검출의 생체 개질 방법을 향상시킬 수있는 높은 공간 및 측두해상도로 신경 화학 적 검출을 가능하게하기 때문에 중요합니다. 이 기술의 주요 장점은 신경 전달 물질 검출의 감도와 시간적 해결을 향상시키는 빠르고 쉽고 재현 가능한 방법입니다. 절차를 시연하는 것은 사누자 모하나라지와 폴린 원넨베르크, 내 실험실에서 대학원생이 될 것입니다.먼저 탄소 섬유 물질을 개별 가닥으로 분리하고 7마이크로미터 직경의 탄소 섬유를 가닥에서 끌어냅니다. 진공 선을 보로실리케이트 유리 모세관에 연결하고 탄소 섬유를 모세관에 흡인시합니다. 그런 다음 전극 홀더 역할을하기 위해 판지 의 25 센티미터 조각으로 10 센티미터를 잘라.골판지 주위에 종이 타월을 지지로 테이프로 넣은 다음 모세관을 전극 홀더에 삽입하고 수직 모세관 풀러에 조심스럽게 고정하십시오. 모세관 풀러를 구성하여 유리 모세관을 전극 재료에 대한 미세 테이퍼로 당겨 서 시작합니다. 완성도를 당기고 가열 코일이 냉각되면 튜브로 당겨진 전극을 연결하는 탄소 섬유를 잘라냅니다.모세관 풀러에서 미세 전극을 조심스럽게 제거합니다. 스테레오스코프 또는 현미경에 의해 유도, 날카로운 블레이드 또는 수술 가위를 사용하여 길이에 대한 각 전극에 돌출 탄소 섬유를 손질 100 받는 약 150 마이크로 미터. 다음으로, 25 밀리리터 바이알에서 면 봉면을 사용하여 10 그램의 에폭시를 경화기 0.2 밀리리터와 혼합합니다.아세톤으로 다른 유리병을 채웁니다. 각 전극에 대해 탄소 섬유 팁을 에폭시로 15초 간 담근 다음 아세톤에 3초 간 담그고 과도한 에폭시를 제거합니다. 에폭시싱 후, 에포크화 전극은 섭씨 125도에서 3시간 동안 오븐에서 경화됩니다.다음으로, 마이크로조작기를 사용하여 0.1 대구물칼륨에 염화물산의 0.5 밀리머용액에 은은염화물 기준 전극에 탄소 섬유 미세전극을 배치한다. 작동 전극으로 탄소 섬유 마이크로 전극과 전극을 강력한 iostat에 연결합니다. 전극을 0.2볼트에서 10사이클동안 초당 50밀리볼트에서 마이너스 1볼트로 스캔하여 전극 증착을 수행합니다.금 코팅을 증착하기 위한 매개 변수를 최적화하는 것이 중요합니다. 코팅이 너무 많으면 소음과 신호 과부하가 발생하지만 코팅이 너무 적어 신경 화학 적 검출을 향상시키지 않습니다. 테스트 전에, 과염소산에서 도파민의 10 밀리마일 주식 용액을 준비하고 탈이온 물에 pH 7.4 PBS 기반 버퍼의 리터에 대해.파이펫 도파민 스톡 솔루션의 마이크로 리터 10 버퍼의 밀리리터에 약 하나의 마이크로 몰러 도파민 솔루션을 만들기 위해. 그런 다음 탄소 섬유 미세 전극과 은은 염화물 기준 전극을 강력한 iostat에 연결합니다. 유동 전지 장치의 헤드 스테이지에서 탄소 섬유 전극 및 기준 전극을 고정하고 마이크로 조작기를 사용하여 유동 셀로 하강합니다.PBS 버퍼60밀리리터를 주사기에 넣습니다. 플로우 셀을 버퍼로 채우고 주사기 펌프에 주사기를 장착합니다. 분당 1밀리리터의 속도로 유동 셀을 통해 버퍼를 흐르기 시작합니다.그런 다음 10 헤르츠에서 1.3 볼트와 초당 400 볼트로 마이너스 0.4 볼트를 스캔할 수 있는 강력한 iostat를 구성합니다. 파형을 미세 전극에 간략하게 적용하고, 오실로스코프를 관찰하고, 과부하를 방지하기 위해 게인을 조정한다. 마이크로 전전기가 완충제에서 10분 동안 평형화하게 합니다.그런 다음 희석 된 도파민 용액을 주사기로 끌어서 유동 셀의 사출 포트에 연결합니다. potentiostat의 총 런타임을 30초로 설정합니다. 측정 기록을 시작하고 10초 간 기다린 다음 0.2 밀리리터의 도파민 용액을 유량 셀에 주입합니다.실행이 완료되면 고화질 순환 voltammetry 분석 소프트웨어로 데이터를 처리합니다. 다른 테스트를 수행하기 전에 미세 전자전도가 10 분 동안 다시 평형화하십시오. 테스트가 완료되면 3밀리리터의 물과 3밀리리터의 공기를 완충및 사출 포트에 세 번 주입하여 유동 셀을 청소하십시오.코팅 된 탄소 섬유는 전자 현미경 스캔으로 이미지되었다. 금 나노입자 코팅의 두께 및 입자 크기는 전극 증착 시간에 의해 조절될 수 있다. 전극 증착 20분은 선명한 능선이 달린 두꺼운 금 코팅을 산출했고, 5분동안 얇은 균일한 금 코팅을 만들어내었습니다.금 나노 입자 코팅 탄소 섬유 마이크로 전극은 수정되지 않은 전극보다 피크 산화 전류와 빠른 전자 전달 운동학을 가졌다. 금 나노 입자 코팅도파민의 용액에서 여기에서 입증된 바와 같이 전극 반응의 안정성에 큰 영향을 미치지 않았다. 맨손으로 금 나노 입자 코팅 전극 모두 금 코팅 전극의 훨씬 더 큰 크기 변화와 함께 스캔 속도 변화에 선형으로 반응했습니다.이 도파민 흡수 스캔 속도 통해 제어 될 수 있습니다 표시. 맨손으로 금 나노 입자 코팅 전극 모두 100 나노 몰러의 도파민 농도 사이에 선형적으로 반응10 마이크로 몰라. 대용량 곡선은 더 높은 농도에서 관찰되었으며, 이는 도파민이 전극 표면에서 과포화되었음을 나타냅니다.더 빠른 시간 규모와 더 높은 민감도에서 신경 화학적 변화를 감지하는 능력은 신경 과학의 복잡한 질문에 대답하는 데 도움이됩니다. 이 방법은 또한 분석 화학, 메타볼로믹스 및 환경 과학에 사용됩니다. 배우기 쉽지만, 시각적 데모는 마이크로 전극을 만들고 수정하고 테스트하는 법을 배우는 데 중요합니다.이 방법에 대한 향후 방향은 특정 신경 전달 물질의 검출을 최적화하기 위해 두께, 크기, 모양 및 형태학을 고려하여 금 및 기타 코팅의 증착을 조정하는 것을 포함한다. 연구원은이 기술을 시도 하기 전에 현미경으로 작은 섬유를 취급 연습 해야 합니다. 또한, 신경 전달 물질 재고 솔루션 은 1 어과염소산을 사용하기 때문에 연기 후드에 준비해야합니다.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

토양 칼럼을 통해 표면 개질 된 카본 나노 튜브의 운송

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

연구

화학

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

화학 오염 물질의 신속 검출을위한 라만 분광 분석 향상된 필터 기반의 표면

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

금 나노 막대의 하이드로 퀴논 기반 합성

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

나노 입자의 자기 조립 추적에 대 한 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법

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

알칼리 과산화 수소 시스템 제어 릴리스 알칼리 소스에서 지 원하는 모시 섬유의 추출

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

전기 화학 임피던스 분 광 전기 화학 속도 상수 추정을 위한 도구로

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

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에 라 골드 나노 입자 합성에 의해 급속 한 Nanoprobe 신호 향상

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

Gold(III)의 바인딩에 의해 소 혈 청 알 부 민의 다양 한 Conformations에 Luminophore 형성

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

표적 약물 전달을 위해 독소루비신으로 로드된 압타머-PEI-g-PEG 수정 금 나노 입자의 합성

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

금 나노 입자와 Cucurbit[n]uril의 응집체 내에서 정확한 플라즈몬 나노 접합의 형성을 통한 요산의 정량적 SERS 검출

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