| کد مقاله | کد نشریه | سال انتشار | مقاله انگلیسی | نسخه تمام متن |
|---|---|---|---|---|
| 7229191 | 1470918 | 2018 | 18 صفحه PDF | دانلود رایگان |
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Electrochemical biosensor system using a CMOS microelectrode array provides high spatially and temporally resolved images
ترجمه فارسی عنوان
سیستم حسگر زیستی الکتروشیمیایی با استفاده از آرایه میکروالکترود CMOS، تصاویر با کیفیت و وضوح بالای فضایی و زمانی ایجاد می‌کند
همین الان دانلود کنید
دانلود مقاله ISI انگلیسی
رایگان برای ایرانیان
کلمات کلیدی
سنسور زیستی CMOS، آرایه میکروالکترود، آمپرومتری، الکتروشیمی ولتامتری، ریزسیالات اکس ویوو، تصویرسازی داده
فهرست مطالب مقاله
چکیده
کلمات کلیدی
1.مقدمه
۲- مواد و روش‌ها
۲.۱- مروری بر دستگاه حسگر زیستی
شکل ۱- نمودار ساده سطح سیستم تصویربرداری الکتروشیمیایی با تفکیک‌پذیری فضازمانی بالا
۲.۲- سلول الکتروشیمیایی: ساختمان آرایه میکروالکترود
۲.۳- مدار روی چیپ: پتانسیواستات، سوییچ‌های آنالوگ و مدار منطقی دیجیتال
۲.۴- برد مدار: مدارهای پشتیبان و کانال‌های خوانش
۲.۵- جمع‌آوری داده
۲.۶- سیستم میکروسیال
شکل ۳- ساخت و برپایی میکروسیال. الف) صفحه فشار PMMA (بالا) و دستگاه میکروسیال PDMS بافت را در تماس با میکروچیپ تصویربرداری الکتروشیمیایی (پایین) نگه می‌دارند. ب) لایه‌های قالب برای ساخت نمونه میکروسیال PDMS. پ) دستگاه میکروسیال سختی و شکل هر لایه را نشان می‌دهد.
۲.۷- آماده‌سازی بافت اکس ویوو
۲.۸- تصویربرداری الکتروشیمیایی اکس ویوو
۳- نتایج و مباحث
۳.۱- عملکرد سیستم: نویز، محدودیت تشخیص و طیف دینامیک
شکل ۴- خلاصه عملکرد سیستم. الف) طیف نویز کانال خوانش نسبت به سیستم پیشین، پیشرفت نشان می‌دهد. ب) واکنش سیستم تصویربرداری الکتروشیمیایی و منحنی‌های حساسیت با ظرفیت توزیع یک سیگما. خط مبنا یک خط صاف است که با غلظت‌های ۸ تا ۱۰۲۴ نانومتر ساخته شده است. پ) تابع چگالی احتمال (PDF) خوانش‌های غلظت ۸ تا ۱۰۲۴ نانومتر با مقادیر همخوان حد خالی (LoB )، حد تشخیص (LoD) و حد میزان (LoQ ).
جدول ۱ـ مقایسه سیستم حسگر زیستی الکتروشیمیایی با استفاده از CMOS MEA.
۳.۲- پردازش داده و تصویرسازی
شکل۵- پیکربندی و پردازش داده ها. الف) داده‌های خام از سه کانال خوانش که نمایانگر مقادیر حداقل (قرمز)، متوسط (سبز) و حداکثر (آبی) هستند. چپ: داده‌های خام برای کل ویدیو، از جمله دنباله ولتاژ. وسط: اولین فریم ویدیو. راست: داده‌های مربوط به ۴ زیر آرایه، با نواحی نمونه‌برداری (۹۴ تا ۹۹ درصد از هر زیر آرایه) به عنوان نقطه قبل از هر راس نشان داده شده است. ب) چپ: مقادیر داده نمونه در کل ویدیو. میانه: داده‌ها پس از حذف مبنا. راست: داده‌های مبنا پس از آستانه با کدهای رنگی به مقیاس جت متلب که در محور سمت راست نشان داده شده است. ج) نقشه حرارتی نمونه که از نقشه‌برداری داده‌ها بر مکان فیزیکی واقعی در MEA ایجاد می‌شود.
۳.۳- تصویربرداری الکتروشیمیایی از بافت زنده
شکل ۶- نقشه‌های حرارتی شیمیایی آزمایش‌های اکس ویوو بیش از سه برش بافت مختلف کلیوی موش، قبل و بعد از تحریک با کافئین. نوار مقیاس، حاصل از منحنی حساسیت، غلظت کاتکول‌آمین (حداکثر ۱.۵ میلی‌متر) را برای هر آزمایش و برش بافت مشخص می‌کند.
۴- نتیجه گیری
کلمات کلیدی
1.مقدمه
۲- مواد و روش‌ها
۲.۱- مروری بر دستگاه حسگر زیستی
شکل ۱- نمودار ساده سطح سیستم تصویربرداری الکتروشیمیایی با تفکیک‌پذیری فضازمانی بالا
۲.۲- سلول الکتروشیمیایی: ساختمان آرایه میکروالکترود
۲.۳- مدار روی چیپ: پتانسیواستات، سوییچ‌های آنالوگ و مدار منطقی دیجیتال
۲.۴- برد مدار: مدارهای پشتیبان و کانال‌های خوانش
۲.۵- جمع‌آوری داده
۲.۶- سیستم میکروسیال
شکل ۳- ساخت و برپایی میکروسیال. الف) صفحه فشار PMMA (بالا) و دستگاه میکروسیال PDMS بافت را در تماس با میکروچیپ تصویربرداری الکتروشیمیایی (پایین) نگه می‌دارند. ب) لایه‌های قالب برای ساخت نمونه میکروسیال PDMS. پ) دستگاه میکروسیال سختی و شکل هر لایه را نشان می‌دهد.
۲.۷- آماده‌سازی بافت اکس ویوو
۲.۸- تصویربرداری الکتروشیمیایی اکس ویوو
۳- نتایج و مباحث
۳.۱- عملکرد سیستم: نویز، محدودیت تشخیص و طیف دینامیک
شکل ۴- خلاصه عملکرد سیستم. الف) طیف نویز کانال خوانش نسبت به سیستم پیشین، پیشرفت نشان می‌دهد. ب) واکنش سیستم تصویربرداری الکتروشیمیایی و منحنی‌های حساسیت با ظرفیت توزیع یک سیگما. خط مبنا یک خط صاف است که با غلظت‌های ۸ تا ۱۰۲۴ نانومتر ساخته شده است. پ) تابع چگالی احتمال (PDF) خوانش‌های غلظت ۸ تا ۱۰۲۴ نانومتر با مقادیر همخوان حد خالی (LoB )، حد تشخیص (LoD) و حد میزان (LoQ ).
جدول ۱ـ مقایسه سیستم حسگر زیستی الکتروشیمیایی با استفاده از CMOS MEA.
۳.۲- پردازش داده و تصویرسازی
شکل۵- پیکربندی و پردازش داده ها. الف) داده‌های خام از سه کانال خوانش که نمایانگر مقادیر حداقل (قرمز)، متوسط (سبز) و حداکثر (آبی) هستند. چپ: داده‌های خام برای کل ویدیو، از جمله دنباله ولتاژ. وسط: اولین فریم ویدیو. راست: داده‌های مربوط به ۴ زیر آرایه، با نواحی نمونه‌برداری (۹۴ تا ۹۹ درصد از هر زیر آرایه) به عنوان نقطه قبل از هر راس نشان داده شده است. ب) چپ: مقادیر داده نمونه در کل ویدیو. میانه: داده‌ها پس از حذف مبنا. راست: داده‌های مبنا پس از آستانه با کدهای رنگی به مقیاس جت متلب که در محور سمت راست نشان داده شده است. ج) نقشه حرارتی نمونه که از نقشه‌برداری داده‌ها بر مکان فیزیکی واقعی در MEA ایجاد می‌شود.
۳.۳- تصویربرداری الکتروشیمیایی از بافت زنده
شکل ۶- نقشه‌های حرارتی شیمیایی آزمایش‌های اکس ویوو بیش از سه برش بافت مختلف کلیوی موش، قبل و بعد از تحریک با کافئین. نوار مقیاس، حاصل از منحنی حساسیت، غلظت کاتکول‌آمین (حداکثر ۱.۵ میلی‌متر) را برای هر آزمایش و برش بافت مشخص می‌کند.
۴- نتیجه گیری
ترجمه چکیده
توانایی مشاهده رویدادهای بیولوژیک در زمان واقعی به صورت قابل توجهی به تحقیقات علوم زیستی کمک کرده است. در حالی که ضبط تغییرات در روابط آناتومیک به صورت زمان واقعی اهمیت دارد، به همان اندازه تجسم تغییرات در زمان واقعی در روابط شیمیایی که رفتارهای سلولی را معین می‌کند حائز اهمیت است. این مقاله یک سیستم تصویربرداری الکتروشیمیایی توصیف می‌کند که قادر است تغییرات شیب‌های شیمیایی بافت‌های زنده را ثبت کند. این سیستم شامل یک میکروچیپ CMOS با ۸۱۹۲ الکترود سطحی Pt قابل تنظیم، پتانسیواستات روی چیپ، کنترل منطقی روی چیپ و دستگاه میکروسیال طراحی شده به عنوان میانجی ارتباطی با چیپ CMOS است که از آزمایش بافتی اکس ویوو پشتیبانی می‌کند. همه روش‌های داده‌پردازی و تصویرسازی، کالیبره سنسور، ساخت میکروسیالات و آماده‌سازی بافت و فرایندهای انجام کار توضیح داده شده‌اند. با استفاده از نوراپی‌نفرین به عنوان آنالیت هدف برای اثبات مفهوم، این سیستم قادر است غلظت‌هایی از نوراپی‌نفرین به اندازه 8 μM تا 1024 μM را با استفاده از واکنش مستقیم و تفکیک‌پذیری 25.5μm × 30.4μm تشخیص دهد. تصویربرداری الکتروشیمایی با استفاده از بافت‌های کلیوی موش‌های آزمایشگاهی به عنوان یک مدل بیولوژیک آزمایش شد و با موفقیت، آزادسازی با محرک کافئینی کاته‌کولامین از بافت زنده کلیوی را با حساسیت زمانی نشان داد. این سیستم با موفقیت استفاده از آرایه میکروالکترود با تراکم بالا و تحلیل الکتروشیمیایی با تفکیک‌پذیری فضا-زمان بالا را برای جمع‌آوری اطلاعات شیب شیمیایی همراه با بررسی میکروسکوپ نوری نشان داد.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه
شیمی
شیمی آنالیزی یا شیمی تجزیه
چکیده انگلیسی
The ability to view biological events in real time has contributed significantly to research in the life sciences. While video capture of real time changes in anatomical relationships is important, it is equally important to visualize real time changes in the chemical communications that drive cell behaviors. This paper describes an electrochemical imaging system capable of capturing changes in chemical gradients in live tissue slices. The system consists of a CMOS microchip with 8192 configurable Pt surface electrodes, on-chip potentiostat, on-chip control logic, and a microfluidic device designed to interface with the CMOS chip to support ex vivo tissue experimentation. All data processing and visualization methods, sensor calibrations, microfluidics fabrication, and tissue preparation and handling procedures are described. Using norepinephrine as a target analyte for proof of concept, the system is capable of differentiating concentrations of norepinephrine as low as 8â¯ÂµM and up to 1024â¯ÂµM with a linear response and a spatial resolution of 25.5â¯Âµm Ãâ¯30.4â¯Âµm. Electrochemical imaging was tested using murine adrenal tissue as a biological model and successfully showed caffeine-stimulated release of catecholamines from live slices of adrenal tissue with temporal sensitivity. This system successfully demonstrates the use of a high-density microelectrode array for electrochemical analysis with high spatiotemporal resolution to gather chemical gradient information in parallel with optical microscopy recordings.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Biosensors and Bioelectronics - Volume 114, 30 August 2018, Pages 78-88
Journal: Biosensors and Bioelectronics - Volume 114, 30 August 2018, Pages 78-88
نویسندگان
William Tedjo, Jasmine E. Nejad, Rachel Feeny, Lang Yang, Charles S. Henry, Stuart Tobet, Tom Chen,