Planar ruthenium oxide sensors for cell-on-a-chip metabolic studies

Brischwein, M.; Grothe, H.; Wiest, J.; Zottmann, M.; Ressler, J.; Wolf, B.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Planar ruthenium oxide sensors for cell-on-a-chip metabolic studies

Autorzy

Brischwein M. , Grothe H. , Wiest J. , Zottmann M. , Ressler J. , Wolf B.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://beta.chem.uw.edu.pl/chemanal/

Identyfikatory

Warianty tytułu

Planarne czujniki z tlenku rutenu w "cell-on-a-chip" do badań metabolicznych

Języki publikacji

Abstrakty

While the use of indium oxide electrodes for neuronal stimulation and pH sensing is continuously increasing, ruthenium oxide is a material less familiar in biomedicine. However, ruthenium oxide deposited by reactive sputtering glass or ceramic substrate with a platinum contact layer is shown to yield sensors well suitable for a extracellular recording of cell-mediated pH changes in cell culture media. Ruthenium oxide was directly grown with MCF-7 and L 929 cells and is fully biocompatible. The pH sensitivity ranges between 52 and 58 mV/pH. it is approximately linear between pH 5.5 and pH 11. The drift typically ranges between I and 2 mV h^-1 With increasing thickness of the ruthenium oxide layer, drift decreases and response time increases. A practicable tradeoff is a thickness of 1-2 um. A pronounced redox cross-sensitivity of ruthenium oxide is a limiting factor in situations where concentration of dissolved oxygen is not constant or cannot be determined independently. The observed sensitivity to dissolved oxygen is ≈ 0.2 mV/hPa. Ruthenium oxide spots on ceramic sensor chips were used for an exemplary cell based assay with MCF-7 cells and showed a response of extracellular acidification rate to the alkaloid drug cytocha-lasin B.

Zastosowanie elektrod wykorzystujących tlenek irydu w neuronowej stymulacji i pomiarach pH wzrasta, lecz tlenek rutenu jest mniej powszechnie spotykany w biomedycynie. Niemniej, wykazano, że tlenek rutenu osadzony w wyniku napylania na szklanym lub ceramicznym substracie z kontaktem platynowym może tworzyć czujniki przydatne do pozakomórkowego rejestrowania regulowanych przez komórkę zmian pH w kulturach komórkowych. Tlenek rutenu jest w pełni kompatybilny z komórkami MCF-7 i L 929. Czułość pH waha się w granicach miedzy 52 a 58 mV/pH, i jest w przybliżeniu liniowa między pH 5,511. Dryft zwykle jest zawarty w granicach l do 2 mV h^-1. Wzrost grubości warstwy tlenku rutenu powoduje zmniejszenie dryftu i przedłużenie czasu odpowiedzi. Optymalna grubość wartswy wynosi 1-2 urn. Interferencje redoks są istotnym czynnikiem ograniczającym stosowanie czujników gdy stężenie rozpuszczonego tlenu jest zmienne lub gdy nie może być niezależnie określone. Zaobserwowana czułość na rozpuszczony tlen wynosi ≈ 0,2 mV/hPa. Kropki tlenku rutenu w ceramicznych czujnikach były stosowane z komórkami MCF-7 i pozwaliły obserwować wpływ leku cytochalazyny B na szybkość pozakomórkowego zakwaszania.

Słowa kluczowe

ruthenium oxide pH sensor sensor chip extracellular acidification cell based assay

tlenek rutenu czujnik pH czujnik ceramiczny zakwaszanie pozakomórkowe

Wydawca

Komitet Chemii Analitycznej PAN

Czasopismo

Chemia Analityczna

Rocznik

2009

Tom

Vol. 54, No. 6

Strony

1193--1201

Opis fizyczny

Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Brischwein M.

autor

Grothe H.

autor

Wiest J.

autor

Zottmann M.

autor

Ressler J.

autor

Wolf B.

Heinz Nixdorf-Lehrstuhl fur Medizinische Elektronik TU Munchen, D-80333 Munchen, Germany Fax: +49 89 289 22950, brischwein@tum.de

Bibliografia

1. Cooper M.A., Drug Discovery Today, 11, 1068 (2006).
2. Ges I.A., Ivanov B.L., Werdich A.A. and Baudenbacher F.J., Biosens. Bioelectron., 22, 1303 (2007).
3. Walker G.M., Zeringue H.C. and Beebe D.J., Lab Chip, 4, 91 (2004).
4. Wiest J., Stadthagen T., Schmidhuber M., Brischwein M., Ressler J., Raeder U., Grothe H., Melzer A. and Wolf B., Anal. Lett., 39, 1759 (2006).
5. Gatenby R.A. and Gillies R.J., Int. J. Biochem. Cell Biol., 39, 1358 (2007).
6. Harguindey S., Orive G., Pedraz J.L., Paradiso A., and Reshkin S.J., Biochim. Biophys. Acta, 1756, 1 (2005).
7. Henning T., Kraus M., Brischwein M., Otto A.M. and Wolf B., Anti-Cancer Drugs, 15, 7 (2004).
8. McConnell H.M., Owicki J.C., Parce J.C., Miller D.L., Baxter G.T., Wada H.G. and Pitchford S., Science, 257, 1906 (1992).
9. Poghossian A., Ingebrandt S., Offenhäuser A. and Schöning M.J., Semin. Cell Dev. Biol., 20, 41 (2009).
10. Ceriotti L., Kob A., Drechsler S., Ponti J., Thedinga E., Colpo P., Ehret R. and Rossi F., Anal. Biochem., 371, 92 (2007).
11. Ressler J., Sensorchips für die multiparametrische zelluläre Bioanalytik und für biohybride Bauelemente, PhD Thesis at Technische Universität München (2008).
12. O.Hare D., Parker K.H. and Winlove C.P., Med. Eng. Phys., 28, 982 (2006).
13. Glab S., Hulanicki A., Edwall G. and Ingman F., Crit. Rev. Anal. Chem., 21, 29 (1989).
14. Koncki R. and Mascini M., Anal. Chim. Acta, 351, 143 (1997).
15. Fog A. and Buck R., Sens. Actuators, 5, 137 (1984).
16. Brischwein M., Motrescu E.R., Otto A.M., Cabala E., Grothe H. and Wolf B., Lab Chip, 3, 234 (2003).
17. Olthuis W., Robben M.A.M., Bergveld P., Bos M. and Van Der Linden W.E., Sens. Actuators B, 2, 247 (1990).
18. Healy T.W., Yates D.E., White L.R. and Chan D., J. Electroanal. Chem., 80, 57 (1977).
19. Wang, M., Yao S. and Madou M., Sens. Actuators B, 81, 313 (2002).
20. Hendrikse J., Olthuis W. and Bergveld P., Sens. Actuators B, 53, 97 (1998).
21. Ferrick D.A., Neilson A. and Beeson C., Drug Discovery Today, 13, 268 (2008).
22. Geisler T., Ressler J., Harz H., Wolf B. and Uhl R., IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., 3, 169 (2006).
23. Yang H., Kang, S.K., Choi, C.A., Kim H., Shin D.-H., Shin Kim Y. and Tae Kim, Y., Lab Chip, 4, 42 (2004).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPP2-0003-0025