すべての測定セッションは、システム上の電気的な環境騒音を最小限に抑えるためにファラデーケージ内で行われました。前述のように、プロトコルで提示された単純な物理的機能化を利用することによって、超nernstian応答を有する高感度pHセンサを準備することが可能であった。提示された製造アプローチのために、これらのpHデバイスはMOAに統合され、一次海馬ラットニューロン26の代謝活性によって誘発されるわずかなpH変動を監視するために使用することができる。図4に示すように、低周波センシング専用の2つのOCMFFETのうち1つだけが選択的に機能し、アプローチの実現可能性を実証した。A受容体27の阻害剤であるビクキュリン(BIC)を用いて高い代謝状態を得ることができるが、テトロドトキシン(TTX)の添加によって低代謝状態を誘発することができ、最終的に細胞死を引き起こす288.記録設定は、電子活動測定に使用されるのと同じカスタムマルチチャネルエレクトロニクスで構成されていました。MΩのフィードバック抵抗を備えたI/Vコンバータと、カットオフ周波数が10Hzのローパスフィルタの2つのメインブロックで構成されたシンプルな回路で構成されていました。Vに偏っており、すべての測定はファラデーケージ内で行われ、外部ノイズが記録に与える影響を最小限に抑えました(これは細胞代謝活性によって引き起こされる低電流変動を考慮すると特に重要な側面です)。実験中、培養液を低緩衝培地に保持し、システム全体を制御された環境(37°Cおよび連続CO2/気流束)に配置した。BICを追加することで、pH感受性OCMFETの電流のみ変調することができました。これは、細胞代謝活性の対応する変動によって電流変動の誘導によってさらに確認された。TTXを添加した後も同じ実験を繰り返し、細胞代謝が徐々に低下した。TTXの添加に続いて、pH感受性OCMFETもpH感受性のものも、いかなる応答も示さなかったため、アプローチの有効性を実証した。これらの結果は、提案された機能化の有効性と最大2週間の相対的安定性を示す。提案された実験(電気活性と代謝活性の両方)から引き出すことができる重要な結論は、同じ培養領域内で異なるOCMFETを選択的に機能させることによって異なる種類のセンサーを調製することができるということです。この側面は、同じ細胞培養中の異なるパラメータを監視できることが、それらの生物学的システムの複雑さのより良い特性評価のために重要であるため、細胞アプリケーションのバイオセンシングにおける非自明な成果を表しています。図1:電気活性細胞の代謝および電気的モニタリングのための16チャンネルMOAのトップビュー。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。図2:電気活性細胞の代謝および電気的モニタリングのためのMOAの主な製造ステップ。(AおよびB)蒸発したTiフィルムは、標準のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターン化され、OCMFETのフローティングゲートを調製する。15nmのパリレンCの堆積物。この層は、天然の酸化チと共に、トランジスタのゲート誘電体として機能する。(D及びE)パリレンC層は、プラズマ酸素処理を用いてパターン化される。パターン化されたフォトレジスト層は、電気記録およびフローティングゲートバックコンタクトのセンシング領域を選択的に露出させるために使用されます。Auトップコンタクト、すなわちソース、ドレイン、コントロールゲート、およびフローティングゲートバックコンタクトのパターン化。自己整列技術は、デバイスの電気的性能を向上させるために使用されます。(G-I)代謝活動モニタリングのためのOCMFETのセンシング領域上のパリレンCの第2層の堆積。酸素プラズマ暴露後、この層はpH感受性膜(J)として作用する。(K)有機半導体(TIPSペンタセン)と培養室の位置付け後の完全なMOA(材料付き)の断面。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。DIV)のコンフルエント培養は、肉体タンパク質、トロペスミオシン(上部インセット)に対する記録セッションおよび免疫染色後に固定される。ボトムインセット:OCMFETで測定された単一の心筋細胞信号の例。mMベラパミルの添加に起因した。OCMFET平均と標準偏差の統計:基礎の4分のスパイクカウント(129±4.6)、ノルエピネフリン媒介物(280±28.6)およびベラパミル媒介活性(15±1.9)。心臓信号の伝搬の再構築。右:地点14からサイト41への信号の伝播を示す培養物の自発的な活動のラスタプロット(右)。(D)ラット胚由来の線条体細胞の作用電位(21DIV)。18から変更されています。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。図4:MOAを用いて代謝活性記録を行う。BICを加えたMOAのpH感受性および(B)pH感受性チャネルの応答。TTX添加後、pH感受性チャネルの挙動は、pH感受性チャネルの動作と同様になる。TTX誘発細胞死によるBIC添加後の電流変動は認められない。MOA.pH感受性およびpH感受性のOCMFETsはそれぞれ緑および赤で概説される。DIVの後にデバイス上で培養された健康な海馬ニューロン。26から変更されています。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。Discussion細胞アプリケーション用OCMFETの製造のための以前の方法とは異なり、提案された方法は、電気的および代謝的細胞活動を同時に検出できるMOAを調製するように特別に設計されている。pH感度を達成するためのこのアプローチは、標準的な製造プロトコルと互換性があり、センシング領域の化学修飾を伴わないという利点を有する(この側面は、デバイス全体の生体適合性を保証する)。pH感度は、ゲート誘電体(すなわち、生体適合性のパリレンC)として使用されるのと同じ材料を使用して達成され、このアプローチは速く、再生可能にする。セルラーアプリケーション用の柔軟で透明で低コストで多量感性の有機ツールです。これは、単一のトランジスタ構造とセンシング領域の簡単な物理的な変更を使用して得ることができるという事実は、有機電子材料および方法の使用によって提供される利点を追加します。OCMFETの導入原理は特定の半導体やFG材料に厳密に依存しないため、プロセス全体を特定の用途に応じて変更・アップスケールすることができます。提案された技術の重要な側面は、プラズマ活性化技術の再現性に関連している。一貫した結果を得るためには、パリレンCの厚さおよびそのエッチングレートの両方を制御する必要があります。パリレンC蒸着プロセスとプラズマクリーナーの頻繁なキャリブレーションは絶対に必要です。プロセスの再現性にも寄与する重要な側面として、デバイスの取り扱いや有機半導体の堆積化が重要です。ここでは、再現性の限界を本質的に生かしたシンプルなドロップキャスティング技術が使用されました。これらの問題を最小限に抑えるために、プロトコルステップ10.1で説明したように、同じ量の半導体溶液を毎回使用し、溶媒蒸発を可能な限り標準化すべきである。ホットプレートを使用して一定の温度を維持し、各液滴堆積後に基板を覆うことは、蒸発プロセスを遅くするのに役立ちます。この問題をさらに最小限に抑えるために、堆積技術(例えば、インクジェット印刷法を用いて)を切り替え可能である。提案されたプロトコルの制限は、pHセンシングのためのOCMFETの機能化の性質に由来する。pHセンサーの安定性は、数週間26に制限されています。提案されたアプローチの安定性ウィンドウは、神経培養の成長に必要な標準的なインキュベーション時間(2〜3週間)をカバーするのに十分大きい。他のタイプのセンシング領域の機能化は、より長い実験のために考慮されるべきである。製造プロトコルは、専用のバックコンタクトを使用して、FGsへの電気的アクセスを可能にします。この接触は、デバイスの正常な動作中に浮いたままで、異なる技術(例えば、電着)を使用して、デバイスの電気的特性とセンシング領域の機能化のために利用することができる。この手順は、広い材料やクリーンルーム設備を必要とせずに、セルラーアプリケーション用のマルチセンシングデバイスを準備するための便利な方法を表します。生体外の細胞システムを研究するための新しい特殊なツールを提供することができます。PONプロジェクト「TEX-STYLE」の助成金を認めている。reserved×-1::1。