Disposable polyester-toner electrophoresis microchips for DNA analysis

Microchip electrophoresis has become a powerful tool for DNA separation, offering all of the advantages typically associated with miniaturized techniques: high speed, high resolution, ease of automation, and great versatility for both routine and research applications. Various substrate materials have been used to produce microchips for DNA separations, including conventional (glass, silicon, and quartz) and alternative (polymers) platforms. In this study, we perform DNA separation in a simple and low-cost polyester-toner (PeT)-based electrophoresis microchip. PeT devices were fabricated by a direct-printing process using a 600 dpi-resolution laser printer. DNA separations were performed on PeT chip with channels filled with polymer solutions (0.5% m/v hydroxyethylcellulose or hydroxypropylcellulose) at electric fields ranging from 100 to 300Vcm(-1). Separation of DNA fragments between 100 and 1000 bp, with good correlation of the size of DNA fragments and mobility, was achieved in this system. Although the mobility increased with increasing electric field, separations showed the same profile regardless of the electric field. The system provided good separation efficiency (215 000 plates per m for the 500 bp fragment) and the separation was completed in 4 min for 1000 bp fragment ladder. The cost of a given chip is approximately $0.15 and it takes less than 10 minutes to prepare a single device.

Spurenanalyse von Uran und Plutonium sowie Speziationsuntersuchungen an Plutonium mit massenspektrometrischen und kapillarelektrophoretischen Methoden

Die Elemente Uran und Plutonium besitzen seit Entdeckung der Kernspaltung und der technischen Nutzung der Kernenergie eine globale Bedeutung. So trägt Pu hauptsächlich zur Radiotoxizität von abgebrannten Brennelementen bei und erfordert im Falle einer Endlagerung in einer tiefen geologischen Formation einen sicheren Verschluss für bis zu einer Million Jahre. Das Wissen über die vorliegenden chemischen Spezies ist dabei entscheidend für das Verständnis der chemisch-physikalischen Wechselwirkungen im jeweiligen geochemischen System, insbesondere mit dem Wirtsgestein (hier Ton) und den allgegenwärtigen Huminstoffen (hier Fulvinsäure). Längerfristig sind so Vorhersagen über einen Transport des hochradioaktiven Abfalls nach Auslaugung und Austritt aus einem Endlager bis in die Biosphäre möglich. Gerade der Ultraspurenbereich, im Fernfeld eines Endlagers zu erwarten, ist dabei von besonderem Interesse. Darüber hinaus machen nuklearforensische Untersuchungen – in Hinblick auf illegal benutztes Nuklearmaterial, Schmuggel oder Nuklearterrorismus – zur Bestimmung der Herkunft, des Alters oder der Radiotoxizität isotopenselektive Nachweismethoden im Ultraspurenbereich notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierfür die Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) zur isotopenselektiven Spuren- und Ultraspurenanalyse von U und Pu sowie die Kapillarelektrophorese (CE) gekoppelt an die induktiv gekoppelte Plasma (ICP)-Massenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Speziation von Pu eingesetzt. Für den isotopenselektiven Nachweis von Ultraspurenmengen von Uran mittels RIMS wurden vorbereitende Studien durchgeführt und mehrere zweifach resonante Anregungsleitern mit nicht-resonanter Ionisation untersucht. Eine Effizienz von ca. 10^-10 bei einer Nachweisgrenze von 10^12 Atomen U-238 konnte erzielt werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radiochemie, TU München, wurde mittels RIMS die Isotopenzusammensetzung von Plutonium, abgetrennt aus einem panzerbrechenden Urangeschoss aus dem Kosovokonflikt, bestimmt und dieses als Waffenplutonium mit einem Gehalt von 15 pg Pu-239/g Uran identifiziert. Rückschlüsse über Herkunft und Alter des Plutoniums konnten daraus gewonnen werden. Für Studien zur Umweltüberwachung von Plutonium in Rheinland-Pfalz wurden Grund-, Oberflächen- und Klärwasserproben mittels RIMS untersucht. Oberhalb der Nachweisgrenze von ca. 10^7 Atomen Pu-239/500 mL konnte kein signifikanter Gehalt bestimmt werden. Zusätzlich wurden Klärschlammproben untersucht, wobei in einer Probe 5,1*10^7 Atome Pu-239/g gemessen wurde, was auf eine Anreicherung von Pu im Klärschlamm aus großen Wasservolumina hindeuten könnte. Speziationsuntersuchungen von Plutonium in Kontakt mit Fulvinsäure und dem Tonmineral Kaolinit wurden in Hinblick auf die Wechselwirkungen im Umfeld eines nuklearen Endlagers durchgeführt. Die Redoxkinetik von Pu(VI) in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure zeigt eine mit steigendem pH zunehmend schnellere und vollständige Reduktion und ein vergleichbares Verhalten zur Huminsäure. Für ein Plutoniumgemisch aus allen vier umweltrelevanten Oxidationsstufen in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure konnte nach ca. 1 Monat Kontaktzeit eine fasst vollständige Reduktion zum tri- und tetravalenten Pu beobachtet werden. Sorptionsuntersuchungen der stabilsten Oxidationsstufe, Pu(IV), in Kontakt mit Kaolinit bei pH = 0 bis 13 im Konzentrationsbereich 10^-7 bis 10^-9 mol/L verdeutlichen das ausgeprägte Sorptionsverhalten von Pu(IV) (ca. 60% bis 90% Sorption) im umweltrelevanten pH-Bereich bei einem Einsetzen der Sorption bei pH = 0 bis 2. Im Rahmen des "Colloid and Radionuclide Retardation" (CRR) Experiments im Felslabor Grimsel, Schweizer Alpen, wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgung, Karlsruhe, die kolloidgetragene Migration von Pu(IV) in einem Grundwasserstrom durch Scherzonen im Granitgestein unter umweltrelevanten Bedingungen untersucht. Bei Zugabe von im Grundwasser stabilen Bentonitkolloiden – Bentonit wird als ein geeignetes Verschlussmaterial für nukleare Abfälle erforscht – konnte ein erhöhter Transport des Pu(IV) beobachtet werden, der durch Sorption des Pu an die mobilen Kolloide hervorgerufen wird. Zur Speziation von Plutonium im Ultraspurenbereich wurde im Rahmen dieser Arbeit an der Entwicklung der Kopplung der CE mit der sehr sensitiven RIMS gearbeitet. Das Prinzip der offline-Kopplung basiert auf dem Sammeln der zu unterschiedlichen Zeiten am Ende der Kapillare eluierten Oxidationsstufen in einzelnen Fraktionen. Aus jeder Fraktion wird ein eigenes Filament hergestellt und mit RIMS auf seinen Plutoniumgehalt untersucht. Eine erste Validierung der Methode konnte durch Bestimmung der Oxidationsstufenzusammensetzung eines bekannten Gemischs erfolgreich für einen Gehalt von ca. 6*10^9 Atome Pu-239 durchgeführt werden. Dies stellt einen möglichen Zugang zu dem erwarteten Konzentrationsbereich im Fernfeld eines Endlagers dar.

Elementspeziation von Neptunium im Ultraspurenbereich

In der vorliegenden Arbeit wurde der Nachweis des Isotops Np-237 mit Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) entwickelt und optimiert. Bei RIMS werden Probenatome mehrstufig-resonant mit Laserstrahlung angeregt, ionisiert und anschließend massenspektrometrisch nachgewiesen. Die Bestimmung geeigneter Energiezustände für die Anregung und Ionisation von Np-237 erfolgte durch Resonanzionisationsspektroskopie (RIS), wobei über 300 bisher unbekannte Energieniveaus und autoionisierende Zustände von Np-237 identifiziert wurden. Mit in-source-RIMS wird für das Isotop eine Nachweisgrenze von 9E+5 Atome erreicht. rnrnDie Mobilität von Np in der Umwelt hängt stark von seiner Elementspeziation ab. Für Sicherheitsanalysen potentieller Endlagerstandorte werden daher Methoden benötigt, die Aussagen über die unter verschiedenen Bedingungen vorliegenden Neptuniumspezies ermöglichen. Hierzu wurde eine online-Kopplung aus Kapillarelektrophorese (CE) und ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) genutzt, mit der die Np-Redoxspezies Np(IV) und Np(V) noch bei einer Konzentrationen von 1E-9 mol/L selektiv nachgewiesen werden können. Das Verfahren wurde eingesetzt, um die Wechselwirkung des Elements mit Opalinuston unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Dabei konnte gezeigt werden, dass bei Gegenwart von Fe(II) Np(V) zu Np(IV) reduziert wird und dieses am Tongestein sorbiert. Dies führt insgesamt zu einer deutlich erhöhten Sorption des Np am Ton.

Understanding Electrophoretic Stacking Of In-Capillary Generated Reaction Products

The separation of small molecules by capillary electrophoresis is governed by a complex interplay among several physical effects. Until recently, a systematic understanding of how the influence of all of these effects is observed experimentally has remained unclear. The work presented in this thesis involves the use of transient isotachophoretic stacking (tITP) and computer simulation to improve and better understand an in-capillary chemical assay for creatinine. This assay involves the use of electrophoretically mediated micro-analysis (EMMA) to carry out the Jaffé reaction inside a capillary tube. The primary contribution of this work is the elucidation of the role of the length and concentration of the hydroxide plug used to achieve tITP stacking of the product formed by the in-capillary EMMA/Jaffé method. Computer simulation using SIMUL 5.0 predicts that a 3-4 fold gain in sensitivity can be recognized by timing the tITP stacking event such that the Jaffé product peak is at its maximum height as that peak is electrophoresing past the detection window. Overall, the length of the hydroxide plug alters the timing of the stacking event and lower concentration plugs of hydroxide lead to more rapidly occurring tITP stacking events. Also, the inclusion of intentional tITP stacking in the EMMA/Jaffé method improves the sensitivity of the assay, including creatinine concentrations within the normal biological range. Ultimately, improvement in assay sensitivity can be rationally designed by using the length and concentration of the hydroxide plug to engineer the timing of the tITP stacking event such that stacking occurs as the Jaffé product is passing the detection window.

Modeling of electroosmotic and electrophoretic mobilization in capillary and microchip isoelectric focusing

Our dynamic capillary electrophoresis model which uses material specific input data for estimation of electroosmosis was applied to investigate fundamental aspects of isoelectric focusing (IEF) in capillaries or microchannels made from bare fused-silica (FS), FS coated with a sulfonated polymer, polymethylmethacrylate (PMMA) and poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Input data were generated via determination of the electroosmotic flow (EOF) using buffers with varying pH and ionic strength. Two models are distinguished, one that neglects changes of ionic strength and one that includes the dependence between electroosmotic mobility and ionic strength. For each configuration, the models provide insight into the magnitude and dynamics of electroosmosis. The contribution of each electrophoretic zone to the net EOF is thereby visualized and the amount of EOF required for the detection of the zone structures at a particular location along the capillary, including at its end for MS detection, is predicted. For bare FS, PDMS and PMMA, simulations reveal that EOF is decreasing with time and that the entire IEF process is characterized by the asymptotic formation of a stationary steady-state zone configuration in which electrophoretic transport and electroosmotic zone displacement are opposite and of equal magnitude. The location of immobilization of the boundary between anolyte and most acidic carrier ampholyte is dependent on EOF, i.e. capillary material and anolyte. Overall time intervals for reaching this state in microchannels produced by PDMS and PMMA are predicted to be similar and about twice as long compared to uncoated FS. Additional mobilization for the detection of the entire pH gradient at the capillary end is required. Using concomitant electrophoretic mobilization with an acid as coanion in the catholyte is shown to provide sufficient additional cathodic transport for that purpose. FS capillaries dynamically double coated with polybrene and poly(vinylsulfonate) are predicted to provide sufficient electroosmotic pumping for detection of the entire IEF gradient at the cathodic column end.

Mass spectrometric and capillary electrophoretic investigation of the enzymatic degradation of heparin-like glycosaminoglycans

Difficulties in determining composition and sequence of glycosaminoglycans, such as those related to heparin, have limited the investigation of these biologically important molecules. Here, we report methodology, based on matrix-assisted laser desorption ionization MS and capillary electrophoresis, to follow the time course of the enzymatic degradation of heparin-like glycosaminoglycans through the intermediate stages to the end products. MS allows the determination of the molecular weights of the sulfated carbohydrate intermediates and their approximate relative abundances at different time points of the experiment. Capillary electrophoresis subsequently is used to follow more accurately the abundance of the components and also to measure sulfated disaccharides for which MS is not well applicable. For those substrates that produce identical or isomeric intermediates, the reducing end of the carbohydrate chain was converted to the semicarbazone. This conversion increases the molecular weight of all products retaining the reducing terminus by the “mass tag” (in this case 56 Da) and thus distinguishes them from other products. A few picomoles of heparin-derived, sulfated hexa- to decasaccharides of known structure were subjected to heparinase I digestion and analyzed. The results indicate that the enzyme acts primarily exolytically and in a processive mode. The methodology described should be equally useful for other enzymes, including those modified by site-directed mutagenesis, and may lead to the development of an approach to the sequencing of complex glycosaminoglycans.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Improved estimation of postmortem interval with Cardiac Troponin T and improved analytical methods

Accurate knowledge of the time since death, or postmortem interval (PMI), has enormous legal, criminological, and psychological impact. In this study, an investigation was made to determine whether the relationship between the degradation of the human cardiac structure protein Cardiac Troponin T and PMI could be used as an indicator of time since death, thus providing a rapid, high resolution, sensitive, and automated methodology for the determination of PMI. ^ The use of Cardiac Troponin T (cTnT), a protein found in heart tissue, as a selective marker for cardiac muscle damage has shown great promise in the determination of PMI. An optimized conventional immunoassay method was developed to quantify intact and fragmented cTnT. A small sample of cardiac tissue, which is less affected than other tissues by external factors, was taken, homogenized, extracted with magnetic microparticles, separated by SDS-PAGE, and visualized with Western blot by probing with monoclonal antibody against cTnT. This step was followed by labeling and available scanners. This conventional immunoassay provides a proper detection and quantitation of cTnT protein in cardiac tissue as a complex matrix; however, this method does not provide the analyst with immediate results. Therefore, a competitive separation method using capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence (CE-LIF) was developed to study the interaction between human cTnT protein and monoclonal anti-TroponinT antibody. ^ Analysis of the results revealed a linear relationship between the percent of degraded cTnT and the log of the PMI, indicating that intact cTnT could be detected in human heart tissue up to 10 days postmortem at room temperature and beyond two weeks at 4C. The data presented demonstrates that this technique can provide an extended time range during which PMI can be more accurately estimated as compared to currently used methods. The data demonstrates that this technique represents a major advance in time of death determination through a fast and reliable, semi-quantitative measurement of a biochemical marker from an organ protected from outside factors. ^

Gold nanoparticles modified electrodes for biosensors

Biomolecules are chemical compounds found in living organisms which are the building blocks of life and perform important functions. Fluctuation from the normal concentration of these biomolecules in living system leads to several disorders. Thus the exact determination of them in human fluids is essential in the clinical point of view. High performance liquid chromatography, flow injection analysis, capillary electrophoresis, fluorimetry, spectrophotometry, electrochemical and chemiluminescence techniques were usually used for the determination of biologically important molecules. Among these techniques, electrochemical determination of biomolecules has several advantages over other methods viz., simplicity, selectivity and sensitivity. In the past two decades, electrodes modified with polymer films, self-assembled monolayers containing different functional groups and carbon paste have been used as electrochemical sensors. But in recent years, nanomaterials based electrochemical sensors play an important role in the improvement of public health because of its rapid detection, high sensitivity and specificity in clinical diagnostics. To date gold nanoparticles (AuNPs) have received arousing attention mainly due to their fascinating electronic and optical properties as a consequence of their reduced dimensions. These unique properties of AuNPs make them as an ideal candidate for the immobilization of enzymes for biosensing. Further, the electrochemical properties of AuNPs reveal that they exhibit interesting properties by enhancing the electrode conductivity, facilitating electron transfer and improving the detection limit of biomolecules. In this chapter, we summarized the different strategies used for the attachment of AuNPs on electrode surfaces and highlighted the electrochemical determination of glucose, ascorbic acid (AA), uric acid (UA) and dopamine derivatives using the AuNPs modified electrodes.

A novel human leucocyte antigen-DRB1 genotyping method based on multiplex primer extension reactions

We have developed and validated a semi-automated fluorescent method of genotyping human leucocyte antigen (HLA)-DRB1 alleles, HLA-DRB1*01-16, by multiplex primer extension reactions. This method is based on the extension of a primer that anneals immediately adjacent to the single-nucleotide polymorphism with fluorescent dideoxynucleotide triphosphates (minisequencing), followed by analysis on an ABI Prism 3700 capillary electrophoresis instrument. The validity of the method was confirmed by genotyping 261 individuals using both this method and polymerase chain reaction with sequence-specific primer (PCR-SSP) or sequencing and by demonstrating Mendelian inheritance of HLA-DRB1 alleles in families. Our method provides a rapid means of performing high-throughput HLA-DRB1 genotyping using only two PCR reactions followed by four multiplex primer extension reactions and PCR-SSP for some allele groups. In this article, we describe the method and discuss its advantages and limitations.

Structural analyses of (1->3),(1->4)-β-D-glucan of oats and barley

The structures of (1→3),(1→4)-β-D-glucans of oat bran, whole-grain oats and barley and processed foods were analysed. Various methods of hydrolysis of β-glucan, the content of insoluble fibre of whole grains of oats and barley and the solution behaviour of oat and barley β-glucans were studied. The isolated soluble β-glucans of oat bran and whole-grain oats and barley were hydrolysed with lichenase, an enzyme specific for (1→3),(1→4)-β-D-β-glucans. The amounts of oligosaccharides produced from bran were analysed with capillary electrophoresis and those from whole-grains with high-performance anion-exchange chromatography with pulse-amperometric detection. The main products were 3-O-β-cellobiosyl-D-glucose and 3-O-β-cellotriosyl-D-glucose, the oligosaccharides which have a degree of polymerisation denoted by DP3 and DP4. Small differences were detected between soluble and insoluble β-glucans and also between β-glucans of oats and barley. These differences can only be seen in the DP3:DP4 ratio which was higher for barley than for oat and also higher for insoluble than for soluble β-glucan. A greater proportion of barley β-glucan remained insoluble than of oat β-glucan. The molar masses of soluble β-glucans of oats and barley were the same as were those of insoluble β-glucans of oats and barley. To analyse the effects of cooking, baking, fermentation and drying, β-glucan was isolated from porridge, bread and fermentate and also from their starting materials. More β-glucan was released after cooking and less after baking. Drying decreased the extractability for bread and fermentate but increased it for porridge. Different hydrolysis methods of β-glucan were compared. Acid hydrolysis and the modified AOAC method gave similar results. The results of hydrolysis with lichenase gave higher recoveries than the other two. The combination of lichenase hydrolysis and high-performance anion-exchange chromatography with pulse-amperometric detection was found best for the analysis of β-glucan content. The content of insoluble fibre was higher for barley than for oats and the amount of β-glucan in the insoluble fibre fraction was higher for oats than for barley. The flow properties of both water and aqueous cuoxam solutions of oat and barley β-glucans were studied. Shear thinning was stronger for the water solutions of oat β-glucan than for barley β-glucan. In aqueous cuoxam shear thinning was not observed at the same concentration as in water but only with high concentration solutions. Then the viscosity of barley β-glucan was slightly higher than that of oat β-glucan. The oscillatory measurements showed that the crossover point of the G´ and G´´ curves was much lower for barley β-glucan than for oat β-glucan indicating a higher tendency towards solid-like behaviour for barley β-glucan than for oat β-glucan.

Simultaneous Laser-Induced Fluorescence And Contactless-Conductivity Detection For Microfluidic Chip

A combined detection system involving simultaneous LIF and contactless-conductometric measurements at the same place of the microfluidic chip was described. The LIF measurement was designed according to the confocal principle and a moveable contactless-conductivity detector was used in (CD)-D-4. Both measurements were mutually independent and advantageous in analyses of mixtures. Various experimental parameters affecting the response were examined and optimized. The performances were demonstrated by simultaneous detection of Rhodamine B. And the results showed that the combined detection system could be used sensitively and reliably. (C) 2008 Yong Yu. Published by Elsevier B.V. on behalf of Chinese Chemical Society. All rights reserved.

Experimental Characterization Of Electrical Current Leakage In Poly(Dimethylsiloxane) Microfluidic Devices

Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) is usually considered as a dielectric material and the PDMS microchannel wall can be treated as an electrically insulated boundary in an applied electric field. However, in certain layouts of microfluidic networks, electrical leakage through the PDMS microfluidic channel walls may not be negligible, which must be carefully considered in the microfluidic circuit design. In this paper, we report on the experimental characterization of the electrical leakage current through PDMS microfluidic channel walls of different configurations. Our numerical and experimental studies indicate that for tens of microns thick PDMS channel walls, electrical leakage through the PDMS wall could significantly alter the electrical field in the main channel. We further show that we can use the electrical leakage through the PDMS microfluidic channel wall to control the electrolyte flow inside the microfluidic channel and manipulate the particle motion inside the microfluidic channel. More specifically, we can trap individual particles at different locations inside the microfluidic channel by balancing the electroosmotic flow and the electrophoretic migration of the particle.

Dual confocal laser-induced fluorescence/moveable contactless

A new dual simultaneous detector was developed for capillary electrophoresis microchip. Confocal laser-induced fluorescence (LIF) and moveable contactless conductivity detection (MCCD) were combined together for the first time. The two detection systems shared a common detection cell and could respond simultaneously. They were mutually independent and advantageous in analyses of mixtures containing organic and inorganic ions. The confocal LIF had high sensitivity and the MCCD could move along the separation channel and detect in different positions of the channel. The detection conditions of the dual detector were optimized. Rhodamine B was used to evaluate the performance of the dual detector. The limit of detection of the confocal LIF was <5 nM, and that of the MCCD was 0.1 μM. The dual detector had highly sensitivity and could offer response easily, rapidly and simultaneously.