haku: @supervisor Laurila, Tomi / yhteensä: 18
viite: 7 / 18
| Tekijä: | Sovanto, Katariina |
| Työn nimi: | Feasibility of SU-8 photoresist derived pyrolytic carbon for neurotransmitter measurement in biosensing applications |
| SU-8 johdetun pyrolyyttisen hiilen soveltuvuus hermovälittäjäaineiden mittaamiseen biosensorisovelluksissa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2016 |
| Sivut: | (8) + 86 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Sähkötekniikan korkeakoulu |
| Oppiaine: | Mikro- ja nanotekniikka (S3010) |
| Valvoja: | Laurila, Tomi |
| Ohjaaja: | Peltola, Emilia |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201611025270 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 5600 | Arkisto |
| Avainsanat: | pyrolytic carbon electrochemical characterization biocompatibility dopamine cyclic voltammetry pyrolyyttinen hiili sähkökemiallinen karakterisointi bioyhteensopivuus dopamiini syklinen voltametria viabiliteetti erilaistuminen |
| Tiivistelmä (fin): | Dopamiinin sähkökemiallisen havaitsemisen suurimpia haasteita ovat biologisten liuosten monimutkaisuus, sekä dopamiinin alhainen pitoisuus ja nopea poistuminen näistä liuoksista. Biologisissa liuoksissa on lukuisia dopamiinin sähkökemiallista havaitsemista haittaavia molekyylejä, joista haitallisin on askorbiinihappo. Askorbiini-hapon konsentraatiot ovat in vivo huomattavasti dopamiinia korkeampia, ja niiden hapettumispiikit osuvat hiilimateriaaleilla tyypillisesti hyvin lähelle toisiaan. Materiaalin täytyy siis olla sekä selektiivinen että herkkä dopamiinia kohtaan. Pyrolyyttiset hiilet ovat pyrolyysissä valmistettuja nanografiittisia hiilimateriaaleja. Tässä työssä arvioitiin fotoresisti SU-8:sta johdetun pyrolyyttisen hiilen soveltuvuutta dopamiinin mittaamiseen in vivo. Materiaalin havaittiin muodostavan hyvin tasaisia, nanokiteisiä, grafiittisia pintoja, joilla on hyvä sähkönjohtavuus. SU-8 -resististä johdetulla pyrolyyttisellä hiilellä havaittiin nopeat ja reversiibelit sähkökemialliset ulkokehäreaktiot, kun resisti on pyrolysoitu 800 - 900 °C:ssa. Materiaalilla pystyy havaitsemaan dopamiinia alhaisimmillaan ainakin 500 nM liuoksesta. Askorbiinihapon ja dopamiinin hapettumispiikkejä ei materiaalilla ainakaan vielä pystytty testatuilla konsentraatioilla erottelemaan, mutta anodisointi ja happiplasmakäsittely molemmat paransivat niiden erotettavuutta. Dopamiinin havaitseminen onnistuu happiplasmaamattomalla elektrodilla myös soluviljelymediasta. Happiplasmakäsittely saa kuitenkin materiaalin reagoimaan mediassa olevien elektroaktiivisten molekyylien kanssa, vaikeuttaen dopamiinin mittaamista. Bioyhteensopivuudesta puhutaan yleensä kudoskohtaisesti, ja neurologisen implantin tulee olla yhteensopiva nimenomaan hermokudoksen kanssa. Anturisovellus vaatii erityisen hyvää bioyhteensopivuutta, sillä elektrodin pinta ei saa kapseloitua tai likaantua, ja siten eristyä aktiivisesta aivokudoksesta. Kaiken kaikkiaan elektrodi-materiaalin pitäisi pystyä tukemaan hermosolujen kasvua, selviytymistä ja erilaistumista dopaminergisiksi neuroneiksi. SU-8:sta johdetulla pyrolyyttisellä hiilellä ei havaittu sytotoksista vaikutusta hermokantasolujen kasvuun. Mitattu viabiliteetti vastasi suunnilleen viabiliteettia tetraedrisellä amorfisella hiilellä. Happiplasma-käsitellyillä näytteillä viabiliteetti saadaan yli kaksinkertaistettua. Hiiren hermokanta-solujen erilaistaminen neuroneiksi ei onnistunut materiaalin pinnalla happikäsittelyn, poly-L-lysiinipinnoituksen, bFGF-kasvutekijän tai TSA erilaistamistekijän avulla. |
| Tiivistelmä (eng): | The biggest challenges in electrochemical detection of dopamine are the complexity of biological liquids, as well as the low and brief concentrations of dopamine in vivo. Within biological liquids there are multiple molecules which might interfere with dopamine detection. One of the major ones is ascorbic acid, which exists in the human brain in much higher concentrations than dopamine does. The oxidation peaks for the two materials tend to overlap on carbon materials. All in all, the electrode material needs to be both selective and sensitive towards dopamine. The purpose of this work is to evaluate the feasibility of SU-8 photoresist derived pyrolytic carbon for detecting dopamine in vivo. The fabrication process was found to result in extremely smooth, nanographitic surfaces with excellent conductivity. The material was characterized electrochemically using cyclic voltammetry. Rapid outer sphere reactions were measured in a FcMeOH solution indicated fast electron transfer and near reversible reactions for films fabricated at 800 - 900 °C. 500 nM DA concentration was the lowest in which dopamine was clearly detected. Separation for the oxidation peaks of dopamine and ascorbic acid could not be achieved in realistic concentrations, but some improvement in the peak shapes was achieved both after anodization and after oxygen plasma treatment of the electrodes. Dopamine was also detected successfully in cell culture media with an electrode, which was not treated with oxygen plasma. Oxygen plasma treatment made the electrode surface sensitive towards electroactive reagents within the cell culture media. Biocompatibility is considered separately for each tissue type. For neural sensing applications, extremely good biocompatibility with neural tissue is required. The electrode surface cannot be allowed to be encapsulated or fouled, as that might lead to electrochemical insulation from the target tissue. The material should be able to support growth, proliferation and neuronal differentiation cells. No cytotoxic effects were discovered on the SU-8 derived pyrolytic carbon, when mouse neural stem cells were seeded. The viability detected was about equal to the cellular viability on tetrahedral amorphous carbon. Oxygen plasma treatment of the pyrolytic carbon surface significantly increased cell viability. Cellular differentiation to neurons could not be induced despite treatment with poly-L-lysine, oxygen plasma, growth factor and differentiation factor. |
| ED: | 2016-11-13 |
INSSI tietueen numero: 54803
+ lisää koriin
INSSI