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 vill tacka American University, fakultetens forskningsstöd Grant, NASA DC Space Grant, och NSF-MRI # 1625977.

1. konstruktion av kol fiber mikroelektroder
<ol><li>
Beredning av kolfibrer
	<ol>
<li>För att skapa kol-fiber mikroelektroder, först separera kolfibrer (kolfiber, 7 mm i diameter) en efter en med händer, handskar och spatel.</li>
		<li>Dra eller YANK en fiber från den vridna garn.</li>
		<li>Aspirera en isolerad kolfiber till ett glas kapillär (Single-fat borosilikatglas kapillärglas utan mikrofilament, 1,2 mm ytterdiameter, 0,68 mm innerdiameter).</li>
		<li>Skapa en elektrodhållare för elekt...

<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 denna studie, vi visar en ny metod för att konstruera guld-nanoparticle modifierade kolfiber mikroelektroder för detektion av signalsubstanser som dopamin med snabb skanning cyklisk voltametri. Metoden är en effektiv, grön och relativt billig metod för att förbättra känsligheten för detektion av biomolekyler. Tjockleken på guld deponeras på ytan av kolfiber kan styras av tiden för elektrodeposition och koncentrationen av guld som finns i elektroavsättning lösning. Guldmodifierade kol fiber mikroelektroder...

Carbon-Fiber mikroelektroder (CFMEs)1 används bäst som biosensorer för att upptäcka oxidation av flera viktiga signalsubstanser2, inklusive dopamin3, noradrenalin4, serotonin5, adenosin6, histamin7, och andra8. Den biokompatibilitet och storlek av kolfibrer göra dem optimala för implantation eftersom det finns mildras vävnadsskada jämfört med större standard elektroder. 9 cfmes är kända för att ha användbara elektrokemiska egenskaper och kan göra snabba mätningar när den används med snabb elektrokemisk teknik, oftast snabb-Scan cyklisk voltametri (fscv)10,11. Fscv är en teknik som skannar den tillämpade potentialen snabbt och ger en specifik cyklisk voltamogrammen för specifika analyter12,13. Den stora laddningsström som produceras av snabb skanning är stabil på kolfibrer och kan vara bakgrund-subtrafieras för att producera specifika cykliska voltammograms.
På grund av dess optimala elektrokemi och neurobiologisk betydelse, dopamin har studerats i stor utsträckning. Den katekolamin dopamin är en viktig kemisk budbärare som spelar en central roll i kontrollen av rörelse, minne, kognition, och känslor inom nervsystemet. Ett överskott eller brist på dopamin kan orsaka många neurologiska och psykologiska störningar; bland dessa är Parkinsons sjukdom, schizofreni, och beroendeframkallande beteende. Idag, Parkinsons sjukdom fortsätter att vara en utbredd sjukdom på grund av degeneration av mellanhjärnan nervceller inblandade i dopamin syntes14. Symtomen på Parkinsons sjukdom inkluderar tremor, långsamhet i rörelse, stelhet och problem med att upprätthålla balansen. Å andra sidan, stimulantia som kokain15 och amfetamin16,17 främja överflöd av dopamin. Drogmissbruk ersätter så småningom det regelbundna flödet av dopamin och villkor hjärnan att kräva ett överskott av dopamin, som så småningom leder till beroendeframkallande beteenden.
Under de senaste åren har det varit en betoning på att förbättra elektrod funktioner i signalsubstansen detektion18. Den mest utbredda metoden för att förbättra elektrod känsligheten är genom att belägga fiber ytan. Överraskande, det har varit begränsad forskning gjort på metall nanopartikel elektrodeposition på kol-fibrer19. Ädel metall-nanopartiklar som guld, kan elektrodeponeras på fiber ytan med andra funktionella material20. Till exempel, att öka den elektroaktiva ytan för signalsubstansen adsorption inträffa. Elektrodeponerade metallnanopartiklar bildas snabbt, kan renas, och följa kol-fiber. Elektrokemi fortsätter att vara betydande för både avsättning av ädel metall nanopartiklar och ytförbättring av kol-fibrer, eftersom det gör det möjligt för kontroll av nukleation och tillväxt av dessa nanopartiklar. Slutligen, de ökade katalytiska och ledande egenskaper, och förbättrad masstransport är bland andra fördelar med att använda metallnanopartiklar för elektroanalys.
Den avancerade laboratoriet sekvens kurs av American University (experimentell biologisk kemi I och II CHEM 471/671-472/672) är en kombination av analytiska, fysikaliska, och biokemi laboratorier. Första terminen är en översikt över laboratorietekniker. Andra terminen är ett student drivet och lett forskningsprojekt21. För dessa projekt har studenterna tidigare undersökt mekanismen för Biomolecule, protein, peptid, och aminosyra-förenklad syntes av Guldnanopartiklar22,23. Nyare arbete har fokuserat på bildandet av guld nanopartiklar (aunp) produktion på elektrodytor och utvärderingen av mops effekter på förmågan hos cfmes att upptäcka signalsubstanser. I det nuvarande arbetet har laboratoriet tillämpat denna teknik för att visa att känsligheten för CFMEs i att upptäcka dopamin-oxidation förstärks genom elektrodeposition av AuNP på fiber ytan. Varje Bare-CFME kännetecknas av varierande Scan-Rate, stabilitet och dopamin-koncentration när upptäcka dopamin-oxidativa strömmar att mäta dopamin oxidation på ytan av CFME. AU3 + var då elektroreducerad till AU0 och samtidigt electrodeponeras på fiber ytan som nanopartiklar, följt av en rad karakterisering experiment. Efter en direkt jämförelse, den AuNP-CFMEs befanns ha högre känslighet av dopamin upptäckt. Den enhetliga beläggning av AuNP på fiber ytan via elektrodeposition gör en högre elektroaktiv yta; Sålunda, öka adsorption av dopamin på den modifierade elektrod ytan. Detta ledde till högre dopamin oxidativa strömmar. Den potentiella separationen av dopamin oxidation och reduktions toppar (∆ Ep) av aunp-cfmes var också mindre, vilket tyder på snabbare elektronöverföring kinetik. Framtida verk av denna studie omfattar in vivo testning av både kala-och AuNP-CFMEs för detektion 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 över 30 år, kol-fiber mikroelektroder (CFMEs) har varit standard för signalsubstansen upptäckt. Generellt är kolfibrer aspirerat i glas kapillärer, drog till en fin Kona, och sedan förseglade med hjälp av en epoxi för att skapa elektrod material som används för snabb skanning cyklisk voltametri testning. Användningen av Bare CFMEs har flera begränsningar, dock. Först och främst innehåller kol fiber mestadels basal plan kol, som har en relativt låg yta och ger lägre känslighet än andra nanomaterial. Dessutom är det grafitiska kol begränsas av dess temporala upplösning, och dess relativt låga ledningsförmåga. Slutligen, neurochemicals och makromolekyler har varit kända för att foul på ytan av Kolelektroder där de bildar icke-ledande polymerer som blockerar ytterligare signalsubstansen adsorption. För denna studie, vi modifiera CFMEs med Guldnanopartiklar att förbättra neurokemiska tester med snabb skanning cyklisk voltametri. AU3 + var elektrodeponeras eller dipcoated från en kolloidalt lösning på ytan av cfmes. Eftersom guld är en stabil och relativt inert metall, är det en idealisk elektrod material för analytiska mätningar av neurochemicals. Guld nanopartiklar modifierad (aunp-cfmes) hade en stabilitet till dopamin svar för över 4 h. Dessutom uppvisar AuNP-CFMEs en ökad känslighet (högre topp oxidativ ström av cyklisk voltammograms) och snabbare elektronöverföring kinetik (lägre ΔEP eller Peak separation) än kala oförändrade cfmes. Utvecklingen av AuNP-CFMEs ger skapandet av nya elektrokemiska sensorer för att upptäcka snabba förändringar i dopamin koncentration och andra neurochemicals vid lägre detektionsgränser. Detta arbete har stora tillämpningar för förbättring av neurokemiska mätningar. Generering av guldnanopartikel modifierade CFMEs kommer att vara oerhört viktigt för utvecklingen av nya elektrod sensorer för att upptäcka neurotransmittorer in vivo i gnagare och andra modeller för att studera neurokemiska effekter av drogmissbruk, depression, stroke, ischemia, och andra beteendemässiga och sjukdomstillstånd.

För bild 1, visar vi en schematisk där FSCV testning används för att mäta koncentrationen av signalsubstanser in vitro. Figur 1 visar dopamin vågform tillämpas. Triangeln vågform skannar från-0,4 V till 1,3 V vid 400 V/s. I den andra delen av figuren till vänster, den visar oxidation av dopamin till dopamin-Ortho-quinone (DOQ), en två elektronöverföring process sker från ytan av analyten till ytan av elektroden. Slu...

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 denna studie, vi ändra kol-fiber mikroelektroder med Guldnanopartiklar att öka känsligheten hos signalsubstansen upptäckt.

Guld Nanoparticle modifierade kolfiber mikroelektroder för förbättrad neurokemisk detektion

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

Metoden är betydande eftersom den möjliggör neurokemisk detektion med hög rumslig och tidsmässig upplösning som potentiellt kan förstärka in vivo-metoder för neurokemisk detektion. Den största fördelen med denna teknik är att det är en snabb, enkel och reproducerbar metod för att förstärka känsligheten och tidsmässiga upplösningen av neurotransmittordetektion. Demonstrera förfarandet kommer att Sanuja Mohanaraj och Pauline Wonnenberg, doktorander från mitt laboratorium.Till att börja, separera kolfiber material i enskilda strängar och dra en enda sju-mikrometer diameter kolfiber från en sträng. Anslut en vakuumledning till en borosilikat glas kapillär och aspirera kolfibern i kapillären. Skär sedan en 10 centimeter med 25-centimeters bit kartong för att fungera som en elektrodhållare.Tejpa fast en pappershandduk runt kartongen som stöd, sätt sedan i kapillären i elektrodhållaren och fäst den försiktigt i en vertikal kapillärdragare. Konfigurera kapillärdragaren för att dra glaskusillen till en fin kona för elektrodmaterial och starta den. När du drar finish och värmeslingan har svalnat, skär kolfiber som förbinder rördragna elektroder.Ta försiktigt bort mikroelektroderna från kapillärdragaren. Guidad av ett stereoskop eller mikroskop, använd ett vasst blad eller en kirurgisk sax för att trimma utskjutande kolfiber på varje elektrod till ca 100 till 150 mikrometer i längd. Nästa, i en 25-milliliter injektionsflaska, använd en bomullspinne för att blanda 10 gram epoxi med 0,2 milliliter härdare.Fyll en annan injektionsflaska med aceton. För varje elektrod, sänk ner kolfiberspetsen i epoxi i 15 sekunder och doppa den sedan i aceton i tre sekunder för att avlägsna överflödig epoxi. Efter epoxiing, de epoxied elektroder sedan botas i ugnen i tre timmar vid 125 grader Celsius.Därefter använder en micromanipulator för att placera en kolfiber mikroelektrod i en silver-silver-klorid referenselektrod i en 0,5 millimolar lösning av kloroauric syra i 0,1 molar vattenhaltigkaliumklorid. Anslut elektroderna till en potentiostat med en mikroelektrod av kolfiber som arbetselektrod. Skanna elektroden från 0,2 volt till minus en volt vid 50 millivolt per sekund under 10 cykler för att utföra elektroddeposition.Det är avgörande att optimera parametrarna för insättning av guldbeläggningen. För mycket beläggning kommer att orsaka buller och signal överbelastning medan för lite beläggning inte kommer att förbättra neurokemiska upptäckt. Före testet, förbereda en 10-millimolar stamlösning av dopamin i perklorsyra och ungefär en liter pH 7.4 PBS-baserad buffert i avjoniserat vatten.Pipett en mikroliter av dopamin stamlösningen i 10 milliliter buffert för att göra en cirka en mikromolar dopamin lösning. Anslut sedan en kolfiber mikroelektrod och en silver-silverklorid referenselektrod till en potentiostat. Fix kolfiber elektroden och referenselektroden i huvudet skede av flödet cell apparaten och använda micromanipulator för att sänka dem i flödet cellen.Dra 60 milliliter av PBS-bufferten i en spruta. Fyll flödescellen med buffert, och montera sprutan i en sprutpump. Börja flöda bufferten genom flödescellen med en hastighet av en milliliter per minut.Konfigurera sedan potentiostaten för att söka efter minus 0,4 volt till 1,3 volt vid 10 hertz och 400 volt per sekund. Kort tillämpa vågformen till mikroelektroden, observera oscilloskopet, och justera vinsten för att förhindra överbelastning. Låt mikroelektroden eklibrera i 10 minuter i bufferten.Dra sedan den utspädda dopaminlösningen i en spruta och anslut den till flödescellens injektionsport. Ställ in den totala körtiden på potentiostaten till 30 sekunder. Börja registrera mätningarna, vänta 10 sekunder, och injicera sedan 0,2 milliliter dopaminlösning i flödescellen.När körningen är klar, bearbeta data med high definition cykliska voltametri analys programvara. Låt mikroelektroden återjämna i 10 minuter innan du utför ett nytt test. När testerna är klara rengör du flödescellen genom att injicera tre milliliter vatten och tre milliliter luft i buffert- och injektionsportarna tre gånger.Belagda kolfibrer var avbildade med scanning elektronmikroskopi. Tjockleken och partikelstorleken på de guld nanopartikel beläggningar kan kontrolleras av elektroden nedfall tid. 20 minuter av elektrod nedfall gav en tjock guld beläggning med vassa åsar medan fem minuter gav en tunn enhetlig guld beläggning.Guld nanopartikel belagda kol-fiber mikroelektroder hade betydligt högre topp oxidativa strömmar och snabbare elektron överföring kinetik än omodifierade elektroder. Den guld nanopartikel beläggning hade ingen signifikant effekt på stabiliteten i elektrod svaren som visats här i en lösning av dopamin. Både nakna och guld nanopartikel belagda elektroder svarade linjärt att skanna kurs förändringar med en mycket större omfattning av förändring i guld-belagda elektroder.Detta indikerade att dopaminabsorption kunde kontrolleras via skanningsfrekvensen. Både bare och guld nanopartikel-belagda elektroder svarade linjärt mellan dopamin koncentrationer av 100 nanomolar till 10 mikromolar. En asymptotisk kurva observerades vid högre koncentrationer, vilket indikerar att dopamin är övermättat vid elektrodytan.Förmågan att upptäcka neurokemiska förändringar på en snabbare tidsskala och vid högre känslighet kommer att bidra till att besvara komplexa frågor inom neurovetenskap. Denna metod har också användningsområden inom analytisk kemi, metabolomik, och miljövetenskap. Även om det är lätt att lära sig, visuell demonstration är avgörande för att lära sig att göra, ändra och testa mikroelektroderna.Framtida riktningar för denna metod inkluderar att justera nedfallet av guld och andra beläggningar för att ta hänsyn till tjocklek, storlek, form och morfologi för att optimera detektering av specifika signalsubstanser. Forskare bör öva hantering av små fibrer under ett mikroskop innan du försöker denna teknik. Också, signalsubstans stamlösning bör beredas i en rök huva eftersom de använder 1 molar perklorsyra.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Transport av Ytmodifierade kolnanorör via ett mark Kolumn

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 filterbaserad yta Enhanced Raman spektroskopiska analys för snabb detektion av kemiska föroreningar

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 baserad syntes av guld nanostavar

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

Vätska-cell transmissionselektronmikroskopi för spårning självmontering av nanopartiklar

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 Alkali väteperoxid System stöds av kontrollerad frisättning Alkali källa

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

Elektroimpedansspektroskopi som ett verktyg för elektrokemisk hastighet konstant uppskattning

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

Snabb Nanoprobe Signal förbättring genom In Situ guld nanopartiklar syntes

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

Luminofor är placerad delen Formation i olika konformationer av bovint Serum Albumin genom bindning 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

Syntes av Aptamer-PEI-g-PEG modifierade guldnanopartiklar laddade med Doxorubicin för riktad läkemedelsleverans

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-detektion av urinsyra via bildning av exakta plasmoniska nanojunktioner inom aggregat av guldnanopartiklar och 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 ...