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

Vi vil gjerne takke American University, fakultetet forskning støtte Grant, NASA DC Space Grant, og NSF-MRI # 1625977.

1. bygging av karbon-fiber microelectrodes
<ol><li>
Utarbeidelse av karbon Fibre
	<ol>
<li>For å lage karbon-fiber microelectrodes, må du først skille karbon fibrene (karbonfiber, 7 mm i diameter) en etter en ved hjelp av hender, hansker og slikkepott.</li>
		<li>Trekk eller dra en fiber fra vridd garn.</li>
		<li>Aspirer en isolert karbonfiber inn i et glass kapillær (single-fat Borosilikatglass kapillær glass uten microfilament, 1,2 mm ytre diameter, 0,68 mm indre diameter).</li>
		<li>Lag en el...

<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>

I denne studien, viser vi en ny metode for å konstruere gull-nanopartikkel modifisert karbonfiber microelectrodes for påvisning av nevrotransmittere som Dopamin bruker rask skanning syklisk voltammetri. Metoden er en effektiv, grønn og relativt rimelig tilnærming for å øke følsomheten til biomolekyler deteksjon. Tykkelsen av gull avsatt på overflaten av karbonfiber kan styres av tidspunktet for elektrode posisjon og konsentrasjonen av gull til stede i elektrode posisjon løsning. Gold endret carbon-fiber microele...

Carbon-Fiber microelectrodes (CFMEs)1 er best brukt som biosensors å oppdage oksidasjon av flere viktige nevrotransmittere2, inkludert dopamin3, noradrenalin4, serotonin5, adenosin6, histamin7, og andre8. Biokompatibilitet og størrelsen på karbon fibre gjør dem optimale for implantation som det er dempet vevsskade sammenlignet med større standard elektroder. 9 CFMEs er kjent for å ha nyttige elektrokjemiske egenskaper og er i stand til å gjøre raske målinger når den brukes med raske elektrokjemiske teknikker, vanligvis rask skanning syklisk voltammetri (FSCV)10,11. FSCV er en teknikk som skanner anvendt potensialet raskt og gir en bestemt syklisk voltammogram for bestemte analytter12,13. Den store ladestrøm produsert av rask skanning er stabil på karbon fibre og kan være bakgrunn-trekkes til å produsere spesifikke sykliske voltammograms.
På grunn av sin optimale elektrokjemi og nevrobiologiske betydning, har dopamin blitt viden studert. Den katekolaminer dopamin er en viktig kjemisk budbringer som spiller en avgjørende rolle i kontroll av bevegelse, hukommelse, kognisjon, og følelser i nervesystemet. Et overskudd eller mangel på dopamin kan forårsake mange nevrologiske og psykologiske forstyrrelser; blant disse er Parkinsons sykdom, schizofreni, og vanedannende atferd. I dag, Parkinsons sykdom fortsetter å være en utbredt lidelse på grunn av degenerasjon av mellomhjernen neurons involvert i dopamin syntese14. Symptomer på Parkinsons sykdom inkluderer tremor, treghet i bevegelse, stivhet og problemer med å opprettholde balansen. På den annen side, sentralstimulerende midler som kokain15 og amfetamin16,17 fremme overløp av dopamin. Narkotikamisbruk erstatter til slutt den vanlige flyten av dopamin og tilstander hjernen til å kreve et overskudd av dopamin, som til slutt fører til vanedannende atferd.
I de senere årene har det vært en vekt på å forbedre elektrode funksjonaliteten i signal deteksjon18. Den mest utbredte metoden for å styrke elektrode følsomheten er ved å dekke fiber overflaten. Overraskende, har det vært begrenset forskning gjort på metall nanopartikkel elektrode posisjon på karbon-fiber19. Noble metal-nanopartikler som gull, kan være electrodeposited på fiber overflaten med andre funksjonelle materialer20. For eksempel øker electroactive overflateareal for signalstoffet absorpsjon oppstår. Electrodeposited metall nanopartikler form raskt, kan renses, og holder seg til karbon-fiber. Elektrokjemi fortsetter å være betydelig for både deponering av edle metall nanopartikler og overflate forbedring av karbon-fiber, som det gir mulighet for kontroll av kjernedannelse og vekst av disse nanopartikler. Til slutt, økt katalysator og ledende egenskaper, og forbedret masse transport er blant andre fordeler ved å utnytte metall nanopartikler for electroanalysis.
Den avanserte Laboratory sekvens løpet av amerikanske universitetet (eksperimentell biologisk kjemi I og II CHEM 471/671-472/672) er en kombinasjon av analytiske, fysiske, og biokjemi laboratorier. Det første semesteret er en oversikt over laboratorie teknikker. Det andre semesteret er en student-drevet og ledet forskningsprosjekt21. For disse prosjektene, har studentene tidligere undersøkt mekanismen av biomolekyler, protein, peptid, og aminosyre-tilrettelagt syntese av gull nanopartikler22,23. Nyere arbeid har fokusert på dannelsen av gull nanopartikkel (AuNP) produksjon på elektrode overflater og evalueringen av AuNPs effekter på evnen til CFMEs å oppdage nevrotransmittere. I dagens arbeid, har laboratoriet brukt denne teknikken for å demonstrere at følsomheten av CFMEs i å oppdage dopamin-oksidasjon forsterkes gjennom elektrode posisjon av AuNP på fiber overflaten. Hver bare-CFME er preget av varierende skanning-rate, stabilitet og dopamin-konsentrasjon når du oppdager dopamin-oksidativt strømninger å måle dopamin oksidasjon på overflaten av CFME. Au3 + ble deretter Electroreduced til au0 og samtidig electrodeposited på fiber overflaten som nanopartikler, etterfulgt av en rekke karakterisering eksperimenter. Etter en direkte sammenligning, AuNP-CFMEs ble funnet å ha høyere følsomhet for dopamin deteksjon. Det ensartede belegget på AuNP på fiber overflaten via elektrode posisjon gjengir et høyere electroactive overflate område; dermed øker absorpsjon av dopamin på den modifiserte elektrode overflaten. Dette førte til høyere dopamin oksidativt strømninger. Den potensielle separasjon av dopamin oksidasjon og reduksjon topper (∆ Ep) av AuNP-CFMEs var også mindre, noe som tyder raskere elektron overføring Kinetics. Fremtidige verker av denne studien inkluderer in vivo testing av både Bart-og AuNP-CFMEs for påvisning av dopamin.

<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

I mer enn 30 år har karbonfiber microelectrodes (CFMEs) vært standard for signal deteksjon. Vanligvis er karbon fibre pustende i glass blodkar, trakk til en fin taper, og deretter forseglet ved hjelp av en epoxy for å skape elektrode materialer som brukes for rask skanning syklisk voltammetri testing. Bruken av nakne CFMEs har flere begrensninger, skjønt. Først og fremst inneholder karbonfiber hovedsakelig basal fly karbon, som har en relativt lav overflateareal og gir lavere følsomhet enn andre nanomaterialer. Videre er den grafittlag karbon begrenset av sin timelige oppløsning, og dens relativt lav ledningsevne. Til slutt, nevrokjemiske og makromolekyler har vært kjent for å foul på overflaten av karbon elektroder der de danner ikke-ledende polymerer som blokkerer ytterligere signal absorpsjon. For denne studien, endrer vi CFMEs med gull nanopartikler for å forbedre nevrokjemiske testing med rask skanning syklisk voltammetri. Au3 + ble electrodeposited eller dipcoated fra en kolloidalt løsning på overflaten av CFMEs. Siden gull er en stabil og relativt inert metall, er det en ideell elektrode materiale for analytiske målinger av nevrokjemiske. Gold nanopartikkel modifisert (AuNP-CFMEs) hadde en stabilitet til dopamin respons i over 4 h. Videre AuNP-CFMEs viser en økt følsomhet (høyere peak oksidativt strøm av syklisk voltammograms) og raskere elektron overføring Kinetics (lavere ΔEP eller peak separasjon) enn bare uendret CFMEs. Utviklingen av AuNP-CFMEs gir etablering av romanen elektrokjemiske sensorer for å oppdage raske endringer i dopamin konsentrasjon og andre nevrokjemiske ved lavere grenser for deteksjon. Dette arbeidet har store anvendelser for styrking av nevrokjemiske målinger. Generering av gull nanopartikkel endret CFMEs vil være avgjørende for utviklingen av romanen elektrode sensorer for å oppdage nevrotransmittere i vivo i gnager og andre modeller for å studere nevrokjemiske effekter av narkotikamisbruk, depresjon, hjerneslag, iskemi, og andre atferds-og sykdomstilstander.

For figur 1viser vi et SKJEMATISK hvor FSCV-testing benyttes for å måle konsentrasjonen av nevrotransmittere i vitro. Figur 1 viser dopamin bølgeform påføres. Trekanten bølgeform skanner fra-0,4 V til 1,3 V ved 400 V/s. I den andre delen av figuren til venstre, det viser oksidasjon av dopamin til dopamin-ortho-quinone (DOQ), en to elektron overføringsprosessen oppstår fra overflaten av analytt til overflaten av elektroden...

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

I denne studien, endrer vi karbon-fiber microelectrodes med gull nanopartikler for å forbedre følsomheten til signalstoffet deteksjon.

Gullet Nanopartikkel modifisert karbon fiber Microelectrodes for forsterket nevrokjemiske oppdagelsen

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

Metoden er betydelig fordi den muliggjør nevrokjemisk deteksjon med høy romlig og timelig oppløsning som potensielt kan forbedre in vivo metoder for nevrokjemisk deteksjon. Den største fordelen med denne teknikken er at det er en rask, enkel og reproduserbar metode for å forbedre følsomheten og timelig oppløsning av nevrotransmitterdeteksjon. Å demonstrere prosedyren vil være Sanuja Mohanaraj og Pauline Wonnenberg, graduate studenter fra laboratoriet mitt.Til å begynne, skille karbonfiber materiale i individuelle tråder og trekke en enkelt syv-mikrometer diameter karbonfiber fra en tråd. Koble en vakuumlinje til en borosilikatglasskapillær og aspirer karbonfiberen inn i kapillæren. Klipp deretter et 10-centimeter med 25 centimeter stykke papp for å tjene som elektrodeholder.Tape et papirhåndkle rundt papp som en støtte, sett deretter kapillæren inn i elektrodeholderen og fest det forsiktig i en vertikal kapillær avtrekker. Konfigurer kapillærtrekkeren til å trekke glasskapillæren til en fin taper for elektrodematerialer og starte den. Når du er i gang med å trekke ferdig og varmespolen er avkjølt, kutt karbonfiberen som forbinder de rørdrasserte elektrodene.Fjern mikroelektrodene forsiktig fra kapillærtrekkeren. Styres av et stereoskop eller mikroskop, bruk et skarpt blad eller kirurgisk saks for å trimme den utstående karbonfiberen på hver elektrode til ca 100 til 150 mikrometer i lengde. Deretter, i et 25-milliliter hetteglass, bruk en bomullspinne til å blande 10 gram epoksy med 0,2 milliliter herder.Fyll et nytt hetteglass med aceton. For hver elektrode, dypp karbonfiberspissen i epoksy i 15 sekunder og dypp den deretter i aceton i tre sekunder for å fjerne overflødig epoksy. Etter epoksying blir de epoxied elektrodene deretter herdet i ovnen i tre timer ved 125 grader Celsius.Deretter bruker du en mikromanipulator til å plassere en karbonfibermikroelektrod i en sølv-sølvkloridreferanseelektrode i en 0,5 millimolar oppløsning av klororicsyre i 0,1 molar vandig kaliumklorid. Koble elektrodene til en potentiostat med en karbonfibermikroelektrod som arbeidselektrode. Skann elektroden fra 0,2 volt til minus ett volt ved 50 millivolt per sekund i 10 sykluser for å utføre elektrodededeponering.Det er viktig å optimalisere parametrene for deponering av gullbelegget. For mye belegg vil forårsake støy og signal overbelastning mens for lite belegg ikke vil forbedre nevrokjemisk deteksjon. Før testen, forberede en 10-millimolar lagerløsning av dopamin i perklorsyre og omtrent en liter pH 7,4 PBS-basert buffer i deionisert vann.Pipette en mikroliter av dopamin lager løsning i 10 milliliter buffer for å lage en omtrent en mikromos dopamin løsning. Koble deretter en karbonfibermikroelektrod og en sølvsølvkloridreferanseelektrode til en potentiostat. Fest karbonfiberelektroden og referanseelektroden i hodestadiet av strømningscelleapparatet og bruk mikromanipulatoren til å senke dem ned i strømningscellen.Trekk 60 milliliter av PBS-bufferen inn i en sprøyte. Fyll strømningscellen med buffer, og monter sprøyten i en sprøytepumpe. Begynn å strømme buffer gjennom strømningscellen med en hastighet på én milliliter per minutt.Deretter konfigurerer du poteniostat for å skanne etter minus 0,4 volt til 1,3 volt ved 10 hertz og 400 volt per sekund. Bruk kort bølgeformen på mikroelektrogen, observere oscilloskopet og juster forsterkningen for å forhindre overbelastning. La mikroelektrogen likevekt i 10 minutter i bufferen.Trekk deretter den fortynnede dopaminoppløsningen inn i en sprøyte og koble den til injeksjonsporten til strømningscellen. Angi den totale kjøretiden på potensiostat til 30 sekunder. Begynn å registrere målingene, vent 10 sekunder, og injiser deretter 0,2 milliliter dopaminoppløsning i strømningscellen.Når kjøringen er ferdig, behandle dataene med HD syklisk voltammetry analyse programvare. La mikroelektrogen re-likevekt i 10 minutter før du utfører en ny test. Når testene er ferdige, rengjør strømningscellen ved å injisere tre milliliter vann og tre milliliter luft i buffer- og injeksjonsportene tre ganger.Belagte karbonfibre ble avbildet med skanning av elektronmikroskopi. Tykkelsen og partikkelstørrelsen på gullnanopartikler kan styres av elektrodedeponeringstiden. 20 minutter med elektrodedeponering ga et tykt gullbelegg med skarpe rygger, mens fem minutter ga et tynt, ensartet gullbelegg.Gull nanopartikkel belagt karbonfiber mikroelektroder hadde betydelig høyere topp oksidative strømmer og raskere elektron overføring kinetikk enn umodifiserte elektroder. Gullnanopartikkelbelegget hadde ingen signifikant effekt på stabiliteten til elektroderesponsene som demonstrert her i en løsning av dopamin. Både nakne og gull nanopartikkelbelagte elektroder reagerte lineært på skannehastighetsendringer med en mye større endringsstørrelse i de gullbelagte elektrodene.Dette indikerte at dopaminabsorpsjon kunne kontrolleres via skannehastigheten. Både nakne og gull nanopartikkelbelagte elektroder reagerte lineært mellom dopaminkonsentrasjoner på 100 nanomolar til 10 mikromos. En asymptotisk kurve ble observert ved høyere konsentrasjoner, noe som indikerer at dopamin er overmettet på elektrodeoverflaten.Evnen til å oppdage nevrokjemiske endringer i raskere tidsskala og ved høyere følsomhet vil bidra til å svare på komplekse spørsmål i nevrovitenskap. Denne metoden har også bruk i analytisk kjemi, metabolomics, og miljøvitenskap. Selv om det er lett å lære, er visuell demonstrasjon avgjørende for å lære å lage, modifisere og teste mikroelekrodene.Fremtidige retninger for denne metoden inkluderer justering av avsetning av gull og andre belegg for å ta hensyn til tykkelse, størrelse, form og morfologi for å optimalisere påvisning av spesifikke nevrotransmittere. Forskere bør øve på å håndtere små fibre under et mikroskop før de prøver denne teknikken. Også, neurotransmitter lager løsning bør tilberedes i en røyk hette fordi de bruker 1 molar perchloric acid.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Transport av Surface-modifisert karbonnanorør gjennom en Soil kolonne

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

En Filter-baserte Surface Enhanced Raman Spektroskopiske analyse for rask påvisning av kjemiske forurensninger

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

Hydrokinon Basert Syntese av gull 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

Væske-celle overføring elektronmikroskop for sporing selvstendig montering av nanopartikler

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

Utvinning av Rami Fiber i lut hydrogenperoksid systemet støttes av kontrollert-release Alkali kilde

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

Elektrokjemiske impedans spektroskopi som et verktøy for elektrokjemiske Rate konstant estimering

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

Rask Nanoprobe Signal forsterkning av i Situ gull hydrogenion syntese

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 formasjon i ulike konformasjonen av bovin Serum Albumin ved Binding av 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

Syntese av Aptamer-PEI-g-PEG Modifisert Gull Nanopartikler Lastet med Doxorubicin for målrettet legemiddellevering

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

Kvantitativ SERS-deteksjon av urinsyre via dannelse av presise plasmoniske nanoforskrifter innen aggregater av gull nanopartikler og 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 ...