Uređaj za elektroforezu na bazi kapilara i vlakana
UKRATKO:
Organske elektronske ionske pumpe (OEIP) su svestrani alati za
elektroforetsku isporuku supstanci visoke spatiotemporalne rezolucije. OEIP-ovi i slične
iontronske komponente proizvedene su tehnikom tankih filmova i često se oslanjaju na naporne,
višestepene fotolitografske procese. OEIP su prikazani u različitim vrstama in vitro i in vivo
podešavanjia za kontrolu bioloških sistema, ali forma tankog filma i
ograničenost materijala od polielektrolita i tehnika izrade uređaja
nepotrebno ogranicavaju mogućnost minimizacije (minijaturizacije) i izuzetno
lokalizovanog prenosenja supstanci, na primer, veći opseg farmaceutskih jedinjenja,
na velicini od od jedne ćelije.
Ovde ćemo demonstrirati potpuno novi OEIP oblik zasnovan na kapilarnim vlaknima
koji uključuju hiperrazgranate poliglicerole (dPG) kao selektivnu elektroforetsku membranu.
DPG-ovi omogućavaju elektroforetske kanale sa visokom koncentracijom fiksnih naboja i
dobro kontrolisanim umrežavanjem i mogu se implementirati koristeći jednostavan
protočni fluidni protokol za proizvodnju u jednom sudu.
Prikazan je selektivni elektroforetski transport kationa i aniona raznih veličina,
uključujući „velike“ materije koje je teško transportovati sa drugim OEIP tehnologijama.
Predstavljamo metod za pravljenje i karakterizaciju koncentracije fiksnog naboja elektroforetskih kanala
u operativno stanje. Zatim upoređujemo eksperimentalne performanse ovih kapilarnih OEIP-ova
sa računskim modelirati i objasnjavamo neočekivane karakteristike jonske struje za transport
i isporuku većih jona slabije pokretljivosti jedinjenja. Iz ovog modela možemo razjasniti
nekoliko operativnih i dizajnerskih principa relevantnih za minijaturizaciju elektroforetske
tehnologije za isporuku lekova uopšte.
Sveukupno, kompaktnost kapilarnog OEIP-a omogućava elektroforetske uređaje za isporuku sa
geometrijom sonde, pogodnih za mnoštvo jonskih jedinjenja, utirući put za manje invazivne
implantacije u biološke sisteme i za zdravstvene potrebe.
****
UVOD:
Organska bioelektronika
je nova tehnološka platforma koja sjedinjuje svojstva biološki
relevantnog organskog porekla materijala u organske elektronske uređaje da bi se omogućio
provod signala kroz jaz između biologije i tehnologije.
Organski elektronski materijali
mogu da poseduju mnoga arhetipski biokompatibilna,
biomimetička i biostabilna svojstva polimernih biomaterijala u kombinaciji sa
biohemijso-elektronskim (i obrnuto) svojstvima prenosa signala, čineći ih pogodnim za niz bioloških
primena.
Na osnovu ovih povoljnih svojstava razvijeni su i istrazeni razni
organski bioelektronski senzori i
aktuatori istražio
, u in vitro i in vivo, za različite dijagnostike, aplikacije za praćenje
i terapiju.
Još jedna klasa bioelektronskih uređaja za prevođenje elektronski-biohemijski,
je takozvana
organska elektronska pumpa jona (OEIP)
, jonski uređaj za isporuku zasnovan
na elektroforetskom transportu jonskim nabojem selektvine membrane.
Tokom poslednje decenije, OEIP i drugi iontronički uređaji obično su proizvedeni korišćenjem
fotolitografskih procesa savitljivih minijaturisanih uređaja veličine mikron na ravnim
podlogama ili kao samostalni tanki filmova, da bi se postigao vrlo lokalna i brza isporuka
malih nabojnih molekula, npr. alkalni joni i neurotransmiteri.
Ovi elektroforetski uređaji se koriste za modulaciju funkcije ćelija i tkiva neurona
koristeći isporuku bez protoka malih jedinjenja biološke signalizacije pri visokim
spatiotemporalnim rezolucijama, in vitro, in vivo, i nedavno u biljkama.
Uzimajući u obzir medicinske uređaje i tehnologije iz korisnicke perspektive,
kapilari, kateteri i vlakna
su se pokazala da mogu biti svestrani faktori u
zdravstvu i medicinskim istraživanjima i se široko koriste u dijagnostičkoj, terapijskoj i
hirurškoj proceduri.
Za vođenje optičkih talasnih dužina,
vlakna
od optičkog stakla
su našla svoj put u oblastima snimanja, minimalno invazivnoj hirurgiji, ablaciji tkiva,
bioloških senzora,i dijagnoze tkiva.
Kateteri i kapilari
se obično koristi za zadrzavanje i provodjenje tečnosti ili da isporucuju rastvorene
materijale ili promene pritiska u izlaz šupljeg jezgra.
Primeri primene uključuju kapilarnu elektroforezu, balonsku valvotomija, i biokatalizu.
OEIP-
Ispunjavanjem šupljine jezgre (unutrašnjeg precnika20–50 µm) staklenih vlakana sa
polielektrolitom (PE), moguće je lako kreirati samostalne OEIP uređaje sa geometrijom sonde sa
otvorom na skali jedne ćelije.
OEIP uređaji su obično proizvedeni od anionskih ili kationskih PE membrana koje omogućavaju
selektivni transport kationa ili aniona.
Selektivnost naboja PE je postignut kada je fiksna
koncentracija naboja unutar PE je znatno veća od okružujeceg elektrolita.
Zahvaljujući naelektrisanom prenosu jona kroz PE, hemijski gradijent jona na određenim
lokacijama i u određeno vreme može direktno da se kontroliše primenom električnog polja u OEIP
kanalu.
Ovde koristimo funkcionalizovane
dendritične, hiperrazgranate poliglicerole (dPG)
za proizvodnju
elektroforetskih kanala, koje nazivamo
„dendrolitima“(DL-ovi).
Koristimo kation-dPG (CdPG) koji je funkcionalizovan za transport aniona, i anion-funkcionalizovani
analogni dPG (AdPG) za prenos kationa.
DL-ovi omogućavaju transport i isporuka relativno većih i čvršćih jonskih jedinjenja
Nadalje, koristeći kapilarni OEIP kao modelni uredjaj, mi predstavljamo tehnike za
karakterizaciju ključnog iontronskog materijalnog parametra OEIP uređaja, naime koncentraciju
fiksnoh naboja i jonsku provodljivost PE u operativnosti. Pored toga, upoređujući
eksperimentalna merenja kapilarnih OEIP-ova sa računarskim fizičkim modelom, mi mozemo
utvrditi važne opšte operativne i dizajnerske principe za OEIP uređaje. Konkretno, kroz
analizu rezultata iz našeg računarskog modela možemo da razjasnimo kritični odnos između
transportovanih molekularnih vrsta i radnog svojstva OEIP-a, tj. geometrije elektroforetskog
kanala, provodljivost i efikasnost transporta za određeni jon.
*KAPILARNO-OEIP FABRIKACIJA*
