Name: gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection
Uploaded: 2019-05-13T14:45:00
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Gostaríamos de agradecer à universidade americana, à bolsa de apoio à pesquisa do corpo docente, à NASA DC Space Grant e à NSF-MRI # 1625977.

1. construção de microeletrodos de fibra de carbono
<ol><li>
Preparação de fibras de carbono
	<ol>
<li>Para criar microeletrodos de fibra de carbono, primeiro separe as fibras de carbono (fibra de carbono, 7 mm de diâmetro) uma a uma usando as mãos, luvas e espátula.</li>
		<li>Puxar ou arrancar uma fibra do fio trançado.</li>
		<li>Aspirar uma fibra de carbono isolada em um capilar de vidro (vidro capilar de borosilicato de barril único sem Microfilamento, 1,2 mm de diâmetro externo, 0,68 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>

Neste estudo, demonstramos um novo método para a construção de microeletrodos de fibra de carbono modificados com nanopartículas de ouro para a detecção de neurotransmissores como a dopamina usando voltametria cíclica de varredura rápida. O método é uma abordagem eficiente, verde e relativamente barata para melhorar a sensibilidade da detecção de biomoléculas. A espessura do ouro depositada na superfície da fibra de carbono pode ser controlada pelo tempo de eletrodeposição e a concentração de ouro prese...

Microeletrodos de fibra de carbono (CFMEs)1 são melhor utilizados como biossensores para detectar a oxidação de vários neurotransmissorescruciais 2, incluindo dopamina3, norepinefrina4, serotonina5, adenosina6, histamina7, e outros8. A biocompatibilidade e o tamanho das fibras de carbono os tornam ideais para a implantação, pois há dano tecidual atenuado comparado aos eletrodos padrão maiores. 9 cfmes são conhecidas por possuírem Propriedades eletroquímicas úteis e são capazes de fazer medições rápidas quando usadas com técnicas eletroquímicas rápidas, mais comumente a voltametria cíclica de rápida varredura (fscv)10,11. O fscv é uma técnica que verifica o potencial aplicado rapidamente e fornece um voltammograma cíclico específico para os analitos específicos12,13. A corrente de carregamento grande produzida pela exploração rápida é estável em fibras de carbono e pode ser fundo-subtraída para produzir voltammograms cíclicos específicos.
Devido à sua ótima eletroquímica e importância neurobiológica, a dopamina tem sido amplamente estudada. A dopamina da catecolamina é um mensageiro químico essencial que desempenha um papel crucial no controle do movimento, memória, cognição e emoção dentro do sistema nervoso. Um excedente ou deficiência de dopamina pode causar numerosas interferências neurológicas e psicológicas; entre estes são a doença de Parkinson, esquizofrenia, e comportamento viciante. Hoje, a doença de Parkinson continua a ser um distúrbio prevalente devido à degeneração dos neurônios do midbrain envolvidos na síntese de dopamina14. Os sintomas da doença de Parkinson incluem tremor, lentidão do movimento, rigidez e problemas na manutenção do equilíbrio. Por outro lado, estimulantes como a cocaína15 e a anfetamina16,17 promovem o excesso de dopamina. O abuso de drogas eventualmente substitui o fluxo regular de dopamina e condiciona o cérebro a exigir um excedente de dopamina, o que eventualmente leva a comportamentos viciantes.
Nos últimos anos, tem havido uma ênfase na melhoria da funcionalidade do eletrodo na detecção de neurotransmissores18. O método o mais generalizado de realçar a sensibilidade do elétrodo é revestindo a superfície da fibra. Surpreendentemente, tem havido uma pesquisa limitada feita sobre a eletrodeposição de nanopartículas metálicas sobre fibras de carbono19. O metal nobre-nanopartículas tais como o ouro, pode ser electrodepositado na superfície da fibra com outros materiais funcionais20. Por exemplo, aumentar a área de superfície eletroativa para a adsorção do neurotransmissor ocorra. As nanopartículas de metal electrodepositadas formam rapidamente, podem ser purificadas e aderir à fibra de carbono. A eletroquímica continua a ser significativa tanto para a deposição de nanopartículas de metais nobres quanto para o aprimoramento superficial das fibras de carbono, pois permite o controle da nucleação e do crescimento dessas nanopartículas. Finalmente, as características catalíticas e condutoras aumentadas, e o transporte de massa melhorado estão entre outras vantagens de utilizar nanopartículas do metal para a electroanálise.
O curso avançado da seqüência do laboratório da Universidade Americana (Chemistry biológico experimental I e II CHEM 471/671-472/672) é uma combinação de laboratórios analíticos, físicos, e da bioquímica. O primeiro semestre é uma visão geral das técnicas laboratoriais. O segundo semestre é um projeto de pesquisa conduzido pelo aluno e conduzido21. Para estes projetos, os estudantes examinaram previamente o mecanismo da biomolécula, da proteína, do peptide, e do amino-ácido-síntese facilitada de nanopartículas do ouro22,23. Trabalho mais recente tem focado na formação de nanopartículas de ouro (AuNP) produção em superfícies de eletrodos e a avaliação de efeitos AuNPs sobre a capacidade de CFMEs para detectar neurotransmissores. No presente trabalho, o laboratório aplicou esta técnica para demonstrar que a sensibilidade dos CFMEs na detecção da dopamina-oxidação é reforçada através da eletrodeposição de AuNP na superfície da fibra. Cada Bare-CFME é caracterizada pela variação da taxa de varredura, estabilidade e concentração de dopamina ao detectar correntes dopamina-oxidativas para medir a oxidação da dopamina na superfície do CFME. Au3 + foi então electroreduced para au0 e simultaneamente electrodepositado sobre a superfície da fibra como nanopartículas, seguido por uma série de experimentos de caracterização. Após uma comparação direta, os AuNP-CFMEs foram encontrados para possuir uma sensibilidade mais elevada da deteção do dopamine. O revestimento uniforme de aunp na superfície da fibra através do electrodeposição rende uma área de superfície eletroativa mais elevada; assim, aumentando a adsorção de dopamina na superfície modificada do eletrodo. Isso levou a maior dopamina correntes oxidativas. A separação potencial dos picos de oxidação e redução da dopamina (∆ Ep) de aunp-cfmes também foi menor, sugerindo uma cinética mais rápida de transferência de elétrons. Trabalhos futuros deste estudo incluem o teste in vivo de ambos os Bare-e AuNP-CFMEs para a detecção de dopamina.

<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

Por mais de 30 anos, microeletrodos de fibra de carbono (CFMEs) têm sido o padrão para a detecção de neurotransmissores. Geralmente, as fibras de carbono são aspiradas em capilares de vidro, puxado para um cone fino e, em seguida, selado usando um epóxi para criar materiais de eletrodo que são usados para o teste de voltametria cíclico de varredura rápida. O uso de CFMEs nua tem várias limitações, no entanto. Em primeiro lugar, a fibra de carbono contém principalmente o carbono plano basal, que tem uma área superficial relativamente baixa e produz sensibilidades inferiores aos outros nanomateriais. Além disso, o carbono grafítico é limitado por sua definição temporal, e por sua condutividade relativamente baixa. Por último, neuroquímicos e macromoléculas têm sido conhecidas por falta na superfície de eletrodos de carbono, onde formam polímeros não condutores que bloqueiam a adsorção do neurotransmissor. Para este estudo, modificamos CFMEs com nanopartículas de ouro para aprimorar o teste neuroquímico com voltametria cíclica de varredura rápida. Au3 + foi electrodepositado ou dipcoated de uma solução coloidal na superfície de cfmes. Desde que o ouro é um metal estável e relativamente inerte, é um material ideal do elétrodo para medidas analíticas dos neurochemicals. A nanopartícula do ouro modificada (AuNP-CFMEs) teve uma estabilidade à resposta do dopamine por mais de 4 h. Além disso, as AuNP-CFMEs exibem uma sensibilidade aumentada (maior pico de corrente oxidativa dos voltammogramas cíclicos) e uma cinética mais rápida de transferência de elétrons (menor ΔEP ou de pico de separação) do que os cfmes não modificados. O desenvolvimento de AuNP-CFMEs fornece a criação de novos sensores eletroquímicos para detectar mudanças rápidas na concentração de dopamina e outros neuroquímicos em limites inferiores de detecção. Este trabalho tem vastas aplicações para o aprimoramento de medições neuroquímicas. A geração de CFMEs modificados de nanopartículas de ouro será de vital importância para o desenvolvimento de novos sensores de eletrodos para detectar neurotransmissores in vivo em roedores e outros modelos para estudar os efeitos neuroquímicos do abuso de drogas, depressão, acidente vascular cerebral, isquemia, e outros Estados comportamentais e de doenças.

Para a Figura 1, mostramos um esquema onde o teste de FSCV é utilizado para medir a concentração de neurotransmissores in vitro. A Figura 1 exibe a forma de onda de dopamina aplicada. A forma de onda do triângulo faz a varredura de-0,4 V a 1,3 V em 400 V/s. Na segunda parte da figura à esquerda, ele exibe a oxidação da dopamina para dopamina-orto-quinona (DOQ), um processo de transferência de dois elétrons ocorre a parti...

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Gold Nanoparticle Modified Carbon Fiber Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection

Neste estudo, nós modificamos microeletrodos de fibra de carbono com nanopartículas de ouro para aumentar a sensibilidade da detecção de neurotransmissores.

Nanopartícula de ouro modificado microeletrodos de fibra de carbono para detecção neuroquímica reforçada

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

O método é significativo porque permite a detecção neuroquímica com alta resolução espacial e temporal que pode potencialmente melhorar os métodos in vivo de detecção neuroquímica. A principal vantagem dessa técnica é que é um método rápido, fácil e reprodutível para aumentar a sensibilidade e a resolução temporal da detecção de neurotransmissores. Demonstrando o procedimento estarão Sanuja Mohanaraj e Pauline Wonnenberg, estudantes de pós-graduação do meu laboratório.Para começar, separe o material de fibra de carbono em fios individuais e puxe uma única fibra de carbono de sete micrômetros de diâmetro de um fio. Conecte uma linha de vácuo a um capilar de vidro borossilicato e aspire a fibra de carbono no capilar. Em seguida, corte um pedaço de papelão de 10 centímetros por 25 centímetros para servir como suporte de eletrodo.Coloque uma toalha de papel ao redor do papelão como suporte, depois insira o capilar no porta-eletrodos e fixe-o cuidadosamente em um puxador capilar vertical. Configure o puxador capilar para puxar o capilar de vidro para um fino taper para materiais de eletrodos e iniciá-lo. Uma vez que o acabamento de puxar e a bobina de aquecimento tenha esfriado, corte a fibra de carbono que liga os eletrodos puxados pelo tubo.Remova cuidadosamente os microeletros do puxador capilar. Guiado por um estereóscópio ou microscópio, use uma lâmina afiada ou uma tesoura cirúrgica para aparar a fibra de carbono salientes em cada eletrodo para cerca de 100 a 150 micrômetros de comprimento. Em seguida, em um frasco de 25 mililitros, use um cotonete para misturar 10 gramas de epóxi com 0,2 mililitros de endurecedor.Encha outro frasco com acetona. Para cada eletrodo, mergulhe a ponta de fibra de carbono em epóxi por 15 segundos e, em seguida, mergulhe-a em acetona por três segundos para remover o excesso de epóxi. Após a epóxi, os eletrodos epóxidos são então curados no forno por três horas a 125 graus Celsius.Em seguida, use um micromanipulador para colocar um microeletrode de fibra de carbono em um eletrodo de referência prata-prata-cloreto em uma solução de 0,5 milimolalar de ácido cloroautórico em 0,1 cloreto de potássio aquoso molar. Conecte os eletrodos a um potencialiostat com um microeletrodo de fibra de carbono como eletrodo de trabalho. Escaneie o eletrodo de 0,2 volts a menos um volt a 50 milvolts por segundo durante 10 ciclos para realizar a deposição de eletrodos.É fundamental otimizar os parâmetros para o depósito do revestimento dourado. Muito revestimento causará ruído e sobrecarga de sinal, enquanto um pouco de revestimento não melhorará a detecção neuroquímica. Antes do teste, prepare uma solução de estoque de 10 milimolars de dopamina em ácido polemórico e cerca de um litro de tampão à base de pH 7,4 PBS em água desionizada.Pipeta um microliter da solução de estoque de dopamina em 10 mililitros de tampão para fazer uma solução de dopamina de aproximadamente um micromolar. Em seguida, conecte uma microeletroda de fibra de carbono e um eletrodo de referência de cloreto de prata-prata a um potencialiostat. Fixar o eletrodo de fibra de carbono e o eletrodo de referência no estágio principal do aparelho celular de fluxo e usar o micromanipulador para reduzi-los para a célula de fluxo.Desenhe 60 mililitros do buffer PBS em uma seringa. Encha a célula de fluxo com tampão e monte a seringa em uma bomba de seringa. Comece a fluir tampão através da célula de fluxo a uma taxa de um mililitro por minuto.Em seguida, configure o potencialiostat para digitalizar para menos 0,4 volts a 1,3 volts a 10 hertz e 400 volts por segundo. Aplique brevemente a forma de onda ao microeletro, observe o osciloscópio e ajuste o ganho para evitar sobrecarga. Deixe o microeletrodo equilibrar por 10 minutos no buffer.Em seguida, desenhe a solução de dopamina diluída em uma seringa e conecte-a à porta de injeção da célula de fluxo. Defina o tempo total de execução no potencialiostat para 30 segundos. Comece a gravar as medidas, espere 10 segundos e, em seguida, injete 0,2 mililitros de solução de dopamina na célula de fluxo.Quando a execução terminar, processe os dados com software de análise de voltammetry cíclica de alta definição. Deixe o microeletrídro se ree equilibrar por 10 minutos antes de realizar outro teste. Quando os testes terminarem, limpe a célula de fluxo injetando três mililitros de água e três mililitros de ar nas portas tampão e injeção três vezes.Fibras de carbono revestidas foram imagens com microscopia eletrônica de varredura. A espessura e o tamanho das partículas dos revestimentos de nanopartículas de ouro podem ser controlados pelo tempo de deposição do eletrodo. 20 minutos de deposição de eletrodos renderam um revestimento dourado espesso com cumes afiados, enquanto cinco minutos renderam um fino revestimento dourado uniforme.As microelerodas de fibra de carbono revestidas de nanopartículas de ouro tinham correntes oxidativas de pico significativamente maiores e cinéticas de transferência de elétrons mais rápidas do que eletrodos não modificados. O revestimento de nanopartículas de ouro não teve efeito significativo na estabilidade das respostas dos eletrodos, como demonstrado aqui em uma solução de dopamina. Os eletrodos revestidos de nanopartículas nuas e douradas responderam linearmente às mudanças na taxa de varredura com uma magnitude muito maior de mudança nos eletrodos revestidos de ouro.Isso indicou que a absorção de dopamina poderia ser controlada através da taxa de varredura. Eletrodos nus e revestidos de nanopartículas de ouro responderam linearmente entre concentrações de dopamina de 100 nanomolar a 10 micromolar. Uma curva assintomática foi observada em concentrações mais elevadas, indicando que a dopamina está supersaturada na superfície do eletrodo.A capacidade de detectar alterações neuroquímicas em uma escala de tempo mais rápida e em sensibilidades mais altas ajudará a responder a perguntas complexas na neurociência. Este método também tem usos em química analítica, metabolômica e ciência ambiental. Embora seja fácil de aprender, a demonstração visual é fundamental para aprender a fazer, modificar e testar os microeletrous.As direções futuras para este método incluem o ajuste da deposição de ouro e outros revestimentos para explicar a espessura, tamanho, forma e morfologia para otimizar a detecção de neurotransmissores específicos. Os pesquisadores devem praticar o manuseio de pequenas fibras sob um microscópio antes de experimentar essa técnica. Além disso, a solução de estoque neurotransmissor deve ser preparada em um capô de fumaça porque eles usam 1 ácido perclorólico molar.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Transporte de nanotubos de carbono de superfície modificada através de uma coluna de solo

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

Química

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

A superfície à base de filtro avançado Raman espectroscópica Ensaio para a rápida detecção de contaminantes químicos

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

Hidroquinona baseada Síntese de ouro 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

Microscopia eletrônica de transmissão de líquido-celular para rastreamento auto-montagem de nanopartículas

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

Extração da fibra do Ramie no sistema de peróxido de hidrogênio alcalino suportado pela fonte do alcaloide de liberação controlada

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Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Espectroscopia de impedância eletroquímica como uma ferramenta para estimativa de constante taxa eletroquímica

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Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

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Sinal de nanossondas rápida realce pela síntese de nanopartículas de ouro em Situ

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)

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Lumíforo formação em várias conformações de albumina de soro bovino por ligação de Gold(III)

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Síntese de Nanopartículas de ouro modificada Aptamer-PEI-g-PEG carregadas com doxorubicina para entrega de drogas direcionadas

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

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Detecção quantitativa de sers de ácido úrico através da formação de nanojunções plasmônicas precisas dentro de Agregados de Nanopartículas de Ouro e 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 ...