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

Мы хотели бы поблагодарить Американский университет, Грант поддержки исследований факультета, космический грант НАСА DC, и NSF-MRI-1625977.

1. Строительство микроэлектродов из углеродного волокна
<ol><li>
Подготовка углеродных волокон
	<ol>
<li>Для создания микроэлектродов из углеродного волокна сначала отделяют углеродные волокна (углеродное волокно, 7 мм в диаметре) один за другим, используя руки, перчатки и шпатель.</l...

<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>

В этом исследовании мы демонстрируем новый метод построения золотисто-наночастиц ы модифицированных микроэлектродов углеродного волокна для обнаружения нейротрансмиттеров, таких как допамин с помощью быстрой циклической вулканической вольтамметрии. Этот метод является эффективны...

Углеродно-волокнисты хреноводов (CFMEs)1 лучше всего использовать в качестве биосенсоров для обнаружения окисления нескольких важнейших нейротрансмиттеров2, в том числе допамина3, норадреналина, серотонин5, аденозин6, гистамин7, и другие8. Биосовместимость и размер углеродных волокон делают их оптимальными для имплантации, так как по сравнению с более крупными стандартными электродами можно смягчить повреждения тканей. 9 CFMEs, как известно, обладают полезными электрохимическими свойствами и способны сделать быстрые измерения при использовании с быстрыми электрохимическими методами, чаще всего быстро сканировать циклическую вольтамметрию (FSCV)10,11. FSCV это метод, который сканирует прикладной потенциал быстро и обеспечивает конкретные циклические вольтаммограммы для конкретных анализов12,13. Большой зарядный ток, производимый при быстром сканировании, стабилен на углеродных волокнах и может быть вычитан фоном для получения специфических циклических вольтаммограмм.
Благодаря своей оптимальной электрохимии и нейробиологической важности, допамин был широко изучен. Катехоламин допамина является важным химическим посланником, который играет ключевую роль в контроле движения, памяти, познания и эмоций в нервной системе. Избыток или дефицит допамина может вызвать многочисленные неврологические и психологические вмешательства; среди них болезнь Паркинсона, шизофрения и аддиктивное поведение. Сегодня болезнь Паркинсона продолжает быть распространенным расстройством из-за дегенерации нейронов среднего мозга, участвующих в синтезе допамина14. Симптомы болезни Паркинсона включают тремор, медлительность движения, жесткость, и проблемы в поддержании баланса. С другой стороны, стимуляторы, такие как кокаин15 и амфетамин16,17 способствовать переполнению допамина. Злоупотребление наркотиками в конечном итоге заменяет регулярный поток допамина и условия мозга требуют избытка допамина, что в конечном итоге приводит к привыканию поведения.
В последние годы, был акцент на улучшение функциональности электрода в нейромедиатор обнаружения18. Наиболее распространенным методом повышения чувствительности электродов является покрытие поверхности волокна. Удивительно, но было проведено ограниченное исследование, сделанное по электродепозиции металлических наночастиц на углеродные волокна19. Благородные металлические наночастицы, такие как золото, могут быть электродепозитированы на поверхность волокна с другими функциональными материалами20. Например, увеличение области электроактивной поверхности для нейромедиатора адсорбции произойти. Электродепозитные металлические наночастицы образуются быстро, могут быть очищены, и придерживаться углеродного волокна. Электрохимия по-прежнему имеет важное значение как для осаждения благородных металлических наночастиц, так и для улучшения поверхности углеродных волокон, так как позволяет контролировать нуклеацию и рост этих наночастиц. Наконец, увеличение каталитических и проводящих характеристик, а также улучшение общественного транспорта являются одними из других преимуществ использования металлических наночастиц для электроанализа.
Продвинутый лабораторный курс последовательности Американского университета (Experimental Biological Chemistry I и II CHEM 471/671-472/672) представляет собой сочетание аналитических, физических и биохимических лабораторий. Первый семестр представляет собой обзор лабораторных методов. Второй семестр является студентом инициативе и привело исследовательский проект21. Для этих проектов студенты ранее изучили механизм биомолекулы, белка, пептида и аминокислотного синтеза золотых наночастиц22,23. В последнее время основное внимание уделялось формированию производства золотых наночастиц (AuNP) на поверхностях электродов и оценке влияния AuNPs на способность CFMEs обнаруживать нейротрансмиттеры. В настоящей работе, лаборатория применила этот метод, чтобы продемонстрировать, что чувствительность CFMEs в обнаружении допамина окисления повышается за счет электродепозиции AuNP на поверхность волокна. Каждый голый CFME характеризуется различной скоростью сканирования, стабильностью и концентрацией допамина при обнаружении допамина-оксидативных токов для измерения окисления допамина на поверхности CFME. Ау-3был затем электросточен до Au0 и одновременно электродепозитов на поверхность волокна, как наночастицы, а затем ряд экспериментов по характеристике. После прямого сравнения было установлено, что АУНП-CFMEs обладают более высокой чувствительностью к обнаружению допамина. Равномерное покрытие AuNP на поверхность волокна через электродепозицию делает более высокую электроактивную область поверхности; таким образом, увеличивая адсорбцию допамина на модифицированную поверхность электрода. Это привело к более высоким допамина окислительных токов. Потенциальное разделение дофаминового окисления и пиковсокращения (Е п) АУНП-CFMEs также было меньше, что свидетельствует о более быстром кинетике передачи электронов. Будущие работы этого исследования включает в себя in vivo тестирования как голые и AuNP-CFMEs для обнаружения допамина.

<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

На протяжении более 30 лет микроэлектроды углеродного волокна (CFMEs) были стандартом для обнаружения нейромедиатора. Как правило, углеродные волокна аспирируются в стеклянные капилляры, вытащил на тонкой конус, а затем запечатаны с помощью эпоксидной для создания электродных материалов, которые используются для быстрого сканирования циклического вольтамметрии тестирования. Использование голых CFMEs имеет ряд ограничений, однако. Прежде всего, углеродное волокно содержит в основном базальный углерод плоскости, который имеет относительно низкую площадь поверхности и дает более низкую чувствительность, чем другие наноматериалы. Кроме того, графитический углерод ограничен своим временным разрешением и относительно низкой проводимостью. Наконец, нейрохимические и макромолекулы, как известно, фол на поверхности углеродных электродов, где они образуют непроводящие полимеры, которые блокируют дальнейшее адсорбции нейромедиатора. Для этого исследования мы модифицируем CFMс с золотыми наночастицами для повышения нейрохимического тестирования с быстрой циклической вольтэмметрией. Au3 "был электродепозитили или окунулся из коллоидного раствора на поверхность CFMEs. Поскольку золото является стабильным и относительно инертным металлом, оно является идеальным электродным материалом для аналитических измерений нейрохимических веществ. Золото наночастицы модифицированные (AuNP-CFMEs) имели стабильность допамина ответ на протяжении более 4 ч. Кроме того, AuNP-CFMEs обладают повышенной чувствительностью (более высокий пик окислительного тока циклических вольтаммограмм) и более быстрыми кинетиками передачи электронов (нижнийEP или пиковое разделение), чем голые неизмененные CFMEs. Разработка AuNP-CFMEs предусматривает создание новых электрохимических датчиков для обнаружения быстрых изменений концентрации допамина и других нейрохимических веществ при более низких пределах обнаружения. Эта работа имеет огромное применение для повышения нейрохимических измерений. Поколение золотых наночастиц модифицированных CFMEs будет жизненно важное значение для разработки новых датчиков электродов для обнаружения нейротрансмиттеров in vivo у грызунов и других моделей для изучения нейрохимических эффектов злоупотребления наркотиками, депрессии, инсульта, ишемии, и других поведенческих и болезней государств.

Для рисунка 1, мы показываем схему, где FSCV тестирование используется для измерения концентрации нейротрансмиттеров в пробирке. Рисунок 1 отображает форму допамина волны применяется. Сканирование формы треугольника от -0,4 В до 1,3 В при 400 ?...

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

В этом исследовании мы модифицировать углеродно-волокнисты с золотыми наночастицами для повышения чувствительности обнаружения нейромедиатора.

Золото наночастицы модифицированных углеродного волокна микроэлектродов для расширенного нейрохимического обнаружения

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

Метод имеет важное значение, поскольку он позволяет нейрохимического обнаружения с высоким пространственным и временным разрешением, которые потенциально могут повысить in vivo методы нейрохимического обнаружения. Основным преимуществом этой техники является то, что это быстрый, простой и воспроизводимый метод для повышения чувствительности и временного разрешения обнаружения нейромедиатора. Демонстрацией процедуры будут Сануджа Моханарадж и Полин Вонненберг, аспиранты моей лаборатории.Для начала разделите материал углеродного волокна на отдельные нити и вытащите из нити углеродное волокно диаметром семь микрометров. Подключите вакуумную линию к борозиликатной стеклянной капиллярной и аспирировать углеродное волокно в капилляр. Затем вырезать 10-сантиметровый на 25-сантиметровый кусок картона, чтобы служить в качестве держателя электрода.Лента бумажное полотенце вокруг картона в качестве поддержки, а затем вставить капилляр в держатель электрода и тщательно закрепить его в вертикальной капиллярный шкив. Настройте капиллярный шкив, чтобы вытащить стеклянную капиллярную крышку к тонкому конусу для электродных материалов и запустите его. После потянув отделки и нагревательной катушки остыл, сократить углеродного волокна подключения трубки вытащил электродов.Аккуратно удалите микроэлектроды из капиллярного шкива. Руководствуясь стереоскопом или микроскопом, используйте острые лезвия или хирургические ножницы, чтобы обрезать выступающее углеродное волокно на каждом электроде примерно до 100-150 микрометров в длину. Далее, в 25-миллилитровом флаконе, используйте ватный тампон, чтобы смешать 10 граммов эпоксидной смолы с 0,2 миллилитров затвердевания.Заполните еще один флакон ацетоном. Для каждого электрода, погрузить кончик углеродного волокна в эпоксидной смолы в течение 15 секунд, а затем окунуть его в ацетон в течение трех секунд, чтобы удалить избыток эпоксидной смолы. После эпоксидной смолы, эпоксидные электроды затем вылечить в духовке в течение трех часов при температуре 125 градусов по Цельсию.Далее используйте микроманипулятор для помещения микроэлектрода из углеродного волокна в серебристо-серебряно-хлоридный эталонный электрод в 0,5 миллимолярновом растворе хлороауриновой кислоты в 0,1 моларного хлорида калия. Подключите электроды к потенциастату с помощью микроэлектрода из углеродного волокна в качестве работающего электрода. Сканирование электрода от 0,2 вольт до минус одного вольта при 50 милливольт в секунду в течение 10 циклов для выполнения электродного осаждения.Очень важно оптимизировать параметры для депонирования золотого покрытия. Слишком много покрытия вызовет шум и перегрузку сигнала в то время как слишком мало покрытия не будет способствовать нейрохимического обнаружения. Перед тестом, подготовить 10-миллимоляонный раствор запасов допамина в перхлорной кислоты и около литра рН 7,4 PBS основе буфера в деионизированной воде.Pipette один микролитр раствора дофамина фонда в 10 миллилитров буфера, чтобы сделать примерно один раствор микромолара допамина. Затем соедините микроэлектрод из углеродного волокна и серебристо-серебряный хлоридный эталонный электрод с мощным электростатом. Зафиксите электрод углеродного волокна и эталонный электрод в головной стадии аппарата клетки потока и используйте микроманипулятор, чтобы опустить их в клетку потока.Нарисуйте 60 миллилитров буфера PBS в шприц. Заполните ячейку потока буфером и смонтировать шприц в шприц-насосе. Начните протекать буфером через ячейку потока со скоростью одного миллилитра в минуту.Затем настройте potentiostat для сканирования на минус 0,4 вольт до 1,3 вольт на 10 герц и 400 вольт в секунду. Кратко нанесите волновую форму на микроэлектрод, наблюдайте за осциллоскопом и отрегулируйте усиление, чтобы предотвратить перегрузку. Пусть микроэлектрод эквилибрировать в течение 10 минут в буфере.Затем нарисуйте разбавленный раствор допамина в шприц и соедините его с инъекционным портом клетки потока. Установите общее время времени времени работать на potentiostat до 30 секунд. Начните записывать измерения, подождите 10 секунд, а затем ввемите 0,2 миллилитров раствора допамина в клетку потока.Когда бег заканчивается, обработать данные с высокой четкости циклической вольтаметрии анализа программного обеспечения. Пусть микроэлектрод повторно эквилибрировать в течение 10 минут, прежде чем выполнять еще один тест. Когда испытания будут закончены, очистить поток ячейки путем введения трех миллилитров воды и три миллилитров воздуха в буфер и инъекционные порты в три раза.Покрытые углеродными волокнами были изображены с помощью сканирующей электронной микроскопии. Толщина и размер частиц покрытий золотых наночастиц можно контролировать с помощью времени осаждения электрода. 20 минут электродного осаждения дали толстое золотое покрытие с острыми хребтами, в то время как пять минут дали тонкое равномерное золотое покрытие.Микроэлектроды с покрытием золотого наночастица с углеродным волокном имели значительно более высокие пиковые окислительные токи и более быструю кинетику передачи электронов, чем неизмененные электроды. Золотое наночастицы покрытие не имело существенного влияния на стабильность реакции электрода, как попродемонстрировано здесь в растворе допамина. Оба голых и золотых наночастиц покрытием электродов ответил линейно для сканирования изменения скорости с гораздо большей величиной изменения в золотом покрытием электродов.Это показало, что поглощение допамина может контролироваться с помощью скорости сканирования. Электроды с наночастицами, покрытые голыми и золотыми наночастицами, линейно реагировали между концентрациями допамина в 100 наномолярных до 10 микромоляров. Асимптотическая кривая наблюдалась в более высоких концентрациях, что указывает на то, что допамин перенасыщен на поверхности электрода.Способность обнаруживать нейрохимические изменения в более быстром масштабе времени и с более высокой чувствительностью поможет ответить на сложные вопросы в неврологии. Этот метод также используется в аналитической химии, метаболомике и экологической науке. Хотя это легко узнать, визуальная демонстрация имеет решающее значение для обучения, чтобы сделать, изменить и проверить микроэлектроды.Будущие направления для этого метода включают корректировку осаждения золота и других покрытий с учетом толщины, размера, формы и морфологии для оптимизации обнаружения конкретных нейротрансмиттеров. Исследователя должны напрактиковать регулировать малые волокна под микроскопом перед пробовать этот метод. Кроме того, нейромедиатор фондовый раствор должен быть подготовлен в дым капот, потому что они используют 1 молярной перхлорной кислоты.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Транспортировка с модифицированной поверхностью углеродных нанотрубок через колонку почвы

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

Фильтром на основе поверхностного Enhanced Raman Спектроскопическое Анализ на быстрое обнаружение химических загрязнителей

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

Гидрохинон основе Синтез наностержней золота

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

Жидкости клеточной просвечивающей электронной микроскопии для отслеживания самостоятельной сборки наночастиц

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

Извлечение из волокна рами в системе перекиси водорода щелочных, поддерживаемых источником контролируемым высвобождением щелочных

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

Электрохимический импеданс спектроскопия как инструмент для электрохимических скорость постоянной оценки

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

Быстрый Nanoprobe сигнала повышение синтеза наночастиц золота в 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)

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

Формирование люминофора в различные конформации альбумина Bovine сыворотки путем связывания 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

Синтез Aptamer-PEI-g-PEG Модифицированные золотые наночастицы загружены доксорубицином для целевой доставки лекарств

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

Количественное SERS-обнаружение мочевой кислоты путем формирования точных плазмонных нанопереходов в агрегатах наночастиц золота и кукурбита[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 ...