Biochip Multi-אנליטי (MAB) על בסיס אלקטרודות יון-All-סלקטיבית של מצב מוצק (ASSISE) למחקר הפיזיולוגי

המטרה הכוללת של הליך זה היא לתפעל אלקטרודה סלקטיבית של יונים במצב מוצק הן עבור קטיון והן עבור זיהוי יונים אלקטרו פילמור ראשון. שכבת מתמר פולימרי מוליך על האלקטרודות העובדות של מעטפת הספין MAB, שכבת ממברנה סלקטיבית של יונים ומצב את השבבים למשך הלילה כדי להפעיל את הממברנה הסלקטיבית של היונים. כעת בתא תא הזרימה, חבר את רפידות המגע לפתרון מדידת הסטטיסטיקה הפוטנציאלית של שלוש האלקטרודות BASSI לתוך החדר.

הסרת בועות לא רצויות, בסופו של דבר ניתן לבצע כיולים של שבב ה-MAB ליונים מעניינים ולתעד אות פלט מה-MAB בזמן אמת. בניגוד לטכנולוגיות בדיקה מסורתיות של מיקרו אלקטרודות ותיוג רדיו, כל האלקטרודות הסלקטיביות של יונים במצב מוצק אינן פולשניות וניתן להכפיל אותן למדידות בזמן אמת של פעילויות יונים ולדגמן מערכות ביולוגיות ופיזיולוגיות. לראשונה עלה לנו הרעיון לבצע את השיטה הזו תוך כדי השתתפות במחקר אסטרוביולוגיה שדורש מקום מוגבל לביצוע מדידות פיזיולוגיות.

ג'ון יום פארק, סטודנטית לתואר שני במתקן חישה פיזיולוגי של עלי בורבון, תסייע לי בהדגמה ליצירת התא האלקטרוכימי לפילמור אלקטרו. השתמש במעמד תא Bassi C3 ובסטטיסטיקת גלוון פוטנציאל אפסילון EC. מניחים את תמיסת הפילמור האלקטרוכימי בתא האלקטרוכימי, ואז מבעבעים חנקן למשך 20 דקות כדי להסיר חמצן מומס.

כעת הצמד אלקטרודה נגדית של גזה פלטינה לתא האלקטרוכימי במיקום האלקטרודה הנגדית. לאחר מכן הצמד את ה- MAB במיקום האלקטרודה העובדת או במיקום המרכזי של התא האלקטרוכימי כשהאלקטרודות העובדות פונות לגזה הפלטינה, כוונן את עומק ה- MAB כך שרק האלקטרודות העגולות ישקעו בתמיסת הפילמור האלקטרו. הימנעות ממגע תמיסה עם רפידות המגע החשמליות המרובעות.

לאחר מכן, הניחו אלקטרודה רוויה באסי במיקום אלקטרודת הייחוס של התא האלקטרוכימי. ודא שאלקטרודת הייחוס אינה נוגעת באלקטרודות העובדות והנגדיות. לאחר מכן, באמצעות פוטנציאל אפסילון EC, סטאט גל ואנוס מריץ גרם מחזורי יחיד מאפס עד 1.1 וולט עם קצב סריקה של 20 מילי-וולט לשנייה בסולם פלוס מינוס 100 מיקרו אמפו.

לחישת סידן, בצע תצהיר PDO של סידן גופרתי על בועת MAB, תמיסת e. בתוספת סידן גופרתי למשך 20 דקות. כדי לאפיין את משטחי ה-pdot, השתמש בטלמטריה מחזורית של מצומדי הפולימר המבוססים על pdot.

בשני מילי-מולרי אשלגן ציאניד מריצים גרמים מחזוריים בודדים מ-653 מילי-וולט שלילי ל-853 מילי-וולט עם קצבי סריקה משתנים במרכז פלוס מינוס 10 מיקרופר, ה-bio chipp המולטי-אנליטי על צ'אק ספינר הוואקום מפקיד את הממברנה של 100 מיקרוליטר על מרכז ה-MAB ומפעיל את המדידה. הסיבוב הבא ציפוי את הממברנה הסלקטיבית של היונים ב-1, 500 סל"ד למשך 30 שניות עם רמפה של חמש שניות למעלה ולמטה, שואב את ה-MAB המצופה בסיבוב למשך 30 דקות. לאחר מכן אופים את הצ'יפס בתנור של 70 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות.

התנה את ה-MAB למשך הלילה ב-10 נתרן ביקרבונט מיקרו-מולרי, וחמישה מילי-מולרי אשלגן כלורי במצע אצות. כעת הכנס את ה-MAB למחזיק שבב תא הזרימה המיקרופלואידי. הזרקו חמישה מיליליטר של תמיסת בדיקה עם ערך ה-pH הראשוני או הריכוז המתאים.

הסר את כל הבועות ממחזיק שבב תא הזרימה והנח את מחזיק שבב תא הזרימה על מתקן החשמל של תא הזרימה. לאחר מכן, פתח את תוכנת EC epsilon והיכנס למצב פוטנציאל מעגל פתוח. הגדר את הזמן ל-300 דקות, סולם המתח לפלוס מינוס וולט, תדר הניתוק ל-10 קילו-הרץ ורשום גם את הערך כל שתי שניות.

תן ל-MAB להתייצב לפני שתמשיך בתהליך הכיול. לאחר מכן שטוף את תא הזרימה בתמיסת בדיקה והזריק את הריכוז הבא לכיול. ודא שאסור לבועות להיכנס לתא הזרימה.

חזור על מדידות עבור הדגימות הנותרות של עקומת הכיול לאחר הריצה האחרונה. הסר את ה-MAB וייבש אותו באוויר חנקן. הנח את ה-MAB בחזרה לתמיסת ריכוך טרייה עד הבא.

השתמש לכיול של MAB וסידן כלורי מצב ה-MAB עם מצומד פולימר מוליך סידן גופרתי pdot וממברנה סלקטיבית של סידן בן לילה ב-0.1 סידן כלורי מולרי ו-10 נתרן חנקתי מיקרו-מולרי. לאחר מכן החלף את תמיסות בדיקת ה- pH או הקרבונט בריכוז ראשוני של 0.01 מילימולרי סידן כלורי. חזור על הפעולה עבור ריכוזי תמיסת הבדיקה האחרים.

נתונים אלה מראים וולטה מחזורית של PSS pdot וזרם השיא הקתרטי המקביל לו לעומת קצב הסריקה. הניתוח הסוביקי של רנדל קובע שטח פנים אפקטיבי של 4.4 כפול 10 לסנטימטר ה-11 השלילי בריבוע עבור המגע המוצק ללא ממברנה סלקטיבית יונים. כמבחן של כל יכולת ה-ISE במצב מוצק לרכוש מדידות בסביבת תרבית התאים בפועל.

ISEs כוילו במדיה של Lgal עם pH שנע בין ארבעה לתשע לאחר 20 יום אחסון במדיום ה-lgal. כאן PDO PSS כויל בתמיסת קרבונט עם טווח ריכוזים של 0.01 מילי-מולרית עד מילי-מולרית אחת הן במדיום הביולוגי של ה-lgal והן במדיום הביולוגי של ה-lgal ב-pH 8.5. שימו לב לשינוי בריכוז עם הורדת המדרון עם התמיסה המבודדת.

האלקטרודה הסלקטיבית הקרבונטית תלויה ב-pH ועלייה במתח מתאמת לעלייה במיני הקרבונט. מכיוון שהמדידות נעשות ב-pH 7.8, רוב המינים הם בצורת ביקרבונט, מדידות ריכוז קרבונט עם מודל ביולוגי כלורלה וולגריס בתנאי אור וחושך סביבתיים מראות שינוי של 30 מילי-וולט, בקרה עם אמצעי אצות בלבד אינה מראה תגובה המעידה על ביו-צ'יפ פונקציונלי. MAB ISEs אלה מבוססים על PPSS בתמיסת סידן כלורי עם ריכוז הולך וגדל, פרופיל שיפוע קרוב לניאן לקטיון דו-ערכי ב-30 מילי-וולט לעשור.

שינוי בריכוז הסידן ישמש למדידת רמות זרם הסידן בשרך נובט. לגישה זו יש תועלת בביולוגיה, חקלאות ורפואה לחקר המנגנונים הביו-מולקולריים הכוללים הובלת יונים ואלקטרופיזיולוגיה ואיתות של תאים ומערכות צמחים ובעלי חיים.