Fastgørelse Biologiske Prober til silica Optiske biosensorer Anvendelse silankoblingsmidler
Summary
Biosensorer grænseflade med komplekse, biologiske miljøer og udføre målrettet detektion ved at kombinere meget følsomme sensorer med meget specifikke prober knyttet til sensoren via overfladebehandling. Her viser vi overflade funktionalisering af silica optiske sensorer med biotin ved hjælp af silankoblingsmidler at bygge bro over sensoren og det biologiske miljø.
Abstract
For at kommunikere med biologiske miljøer, biosensor platforme, såsom det populære BIAcore-systemet (baseret på overfladeplasmonresonans (SPR) teknik), anvendelse af forskellige overflademodifikation teknikker, som kan for eksempel forebyggelse overflade begroning gør, indstille hydrofobicitet / hydrofilicitet af overfladen, tilpasse sig til forskellige elektroniske omgivelser, og oftest inducere specificitet mod et mål af interesse. 1-5 Disse teknikker udvider funktionaliteten af ellers meget følsomme biosensorer til den virkelige verden i komplekse miljøer, såsom som blod, urin og spildevand analyse. 2,6-7 Mens kommercielle biosensorer platforme, såsom Biacore, har godt forstået, standardteknikker til at udføre sådanne overfladeændringer, har disse teknikker ikke er blevet oversat på en standardiseret måde til andre mærke- gratis biosensorer platforme, såsom hviskegallerimodus (WGM) optiske resonatorer. 8-9 < / P>
WGM optiske resonatorer udgør en lovende teknologi til at udføre label-fri detektion af en bred vifte af arter på ultra-lave koncentrationer 6,10-12 Den høje følsomhed disse platforme er et resultat af deres unikke geometriske optik:. WGM optiske resonatorer indskrænke cirkulerende . lys ved bestemte, integrerede resonansfrekvenser 13 ligesom SPR platforme, er det optiske felt ikke helt begrænset til sensorindretningen, men evanesces; dette "udklingende hale" kan derefter reagere med arter i det omgivende miljø. Denne interaktion forårsager det effektive brydningsindeks af det optiske felt ændres, hvilket resulterer i en svag, men detekterbar, forskydes i resonansfrekvensen for anordningen. Fordi det optiske felt cirkulerer, kan det interagere mange gange med miljøet, hvilket resulterer i en iboende forstærkning af signalet, og meget høje følsomhed overfor små ændringer i miljøet. 2,14-15
telt "> til at foretage målrettede detektion i komplekse miljøer, skal disse platforme parres med en sonde molekyle (som regel den ene halvdel af en bindende par, fx antistoffer / antigener) gennem overfladebehandling. 2 Selvom WGM optiske resonatorer kan fremstilles i flere geometrier fra forskellige materialer systemer, silica mikrosfære er den mest almindelige. Disse mikrosfærer er generelt fremstillet på enden af en optisk fiber, som tilvejebringer en "stamme", hvorved mikrokuglerne kan håndteres under funktionalisering og detektion eksperimenter. silicaoverflade kemier kan anvendes til at fastgøre probemolekyler til deres overflader, men traditionelle teknikker genereret for plane substrater er ofte ikke tilstrækkeligt for disse tre-dimensionelle strukturer, som alle ændringer på overfladen af mikrosfærerne (støv, forurening, overfladedefekter, og ujævne belægninger) kan få alvorlige, negative konsekvenser for deres sporingskapaciteten. Her har vi vise en letkøbt tilgangtil overfladen funktionalisering af silica mikrokugle WGM optiske resonatorer med silankoblingsmidler at udjævne det uorganiske overflade og det biologiske miljø, ved at fastgøre biotin til silicaoverfladen. 8,16 Selvom vi anvende silicabaserede mikrosfæreformuleringer WGM resonatorer som sensorsystemet i denne rapport, protokollerne er generelle og kan anvendes til at funktionalisere overflade på silica enhed med biotin.Protocol
Discussion
Som beskrevet i protokollerne, skabte vi et hus platform til at transportere silica mikrosfærerne ved deres stilke hele funktionalisering processen. Dette hus platform blev dannet som en løsning på overfladeforurening og skader, som resulterede fra mikrokuglen kommer i kontakt med væggene i de forskellige beholdere, der anvendes gennem hele funktionalisering processen. Vi indså den største vanskelighed opstod fra konstant påsætning og aftagning individuelle mikrokugler til forskellige beholdere under funktionali…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker professor Andrea Armani på University of Southern California for støtte i den tid, denne protokol blev udviklet. Finansieringen af den indledende udvikling af dette arbejde blev givet af National Science Foundation [085281 og 1028440] og National Institute of Health gennem NIH direktørens New Innovator Award Program [1DP2OD007391-01]. Yderligere oplysninger kan fås på http://web.missouri.edu/ ~ hunthk / .
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| Methanol | Fisher | 67-56-1 | ACS grade |
| Sulfuric Acid | Fisher | 8014-95-7 | Fuming |
| Hydrogen Peroxide | Fisher | 7722-84-1 | 30 wt % |
| Aminopropyltrimethoxysilane | Fisher | 13822-56-5 | |
| NHS-biotin EZ linker | Pierce | 20217 | |
| Dimethylsulfoxide | Fisher | 67-68-5 | Anhydrous |
| Fluorescein Isothiocyanate | Pierce | 46425 | |
| Phosphate Buffered Saline | Fisher | 7647-14-5 | Powder concentrate |
| Sodium Bicarbonate Buffer | Fisher | NC0099321 | |
| Texas Red – Avidin Conjugate | Pierce | A820 | |
| Optical Fiber | Newport | F-SC | |
| Fiber Stripper | Fiber Instrument Sales | NN-175 | No-Nik 175 um stripper |
| Kimwipes | Fisher | 06666A | |
| Bare Fiber Cleaver | Ilsintech | Cl-03A | |
| Glass Microscope Slides | Fisher | 12-550B | |
| Polypropylene Vials | Fisher | 03-341-75A | 60 mL, hinged cap |
| Incubating Rocker | VWR | 12620-910 | |
| Vacuum Desiccator | Fisher | 08-594-15B |
References
- Datar, R. Cantilever Sensors: Nanomechanical Tools for Diagnostics. MRS Bull. 34, 449-454 (2009).
- Hunt, H. K., Armani, A. M. Label-free biological and chemical sensors. Nanoscale. 2, 1544-1559 (2010).
- Sundberg, F., Karlsson, R. Rapid detection and characterization of immune responses using label-free biacore immunoassays. Immunology. 120, 46-47 (2007).
- Hermanson, G. T. . Bioconjugate Techniques. , (2008).
- Bernards, M. T., Cheng, G., Zhang, Z., Chen, S. F., Jiang, S. Y. Nonfouling polymer brushes via surface-initiated, two-component atom transfer radical polymerization. Macromolecules. 41, 4216-4219 (2008).
- Fan, X. D. Sensitive optical biosensors for unlabeled targets: A review. Anal. Chim. Acta. 620, 8-26 (2008).
- Qavi, A. J., Washburn, A. L., Byeon, J. Y., Bailey, R. C. Label-free technologies for quantitative multiparameter biological analysis. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 394, 121-135 (2009).
- Hunt, H. K., Soteropulos, C., Armani, A. M. Bioconjugation Strategies for Microtoroidal Optical Resonators. Sensors. 10, 9317-9336 (2010).
- Kalia, J., Raines, R. T. Advances in Bioconjugation. Curr. Org. Chem. 14, 138-147 (2010).
- Matsko, A. B., Savchenkov, A. A., Strekalov, D., Ilchenko, V. S., Maleki, L. Review of Applications of Whispering-Gallery Mode Resonators in Photonics and Nonlinear Optics. IPN Progress Report. , 42-162 (2005).
- Armani, A. M., Kulkarni, R. P., Fraser, S. E., Flagan, R. C., Vahala, K. J. Label-free, single-molecule detection with optical microcavities. Science. 317, 783-787 (2007).
- Zhu, J. On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator. Nat. Photon. 4, 122-122 (2010).
- Armani, D. K., Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. Ultra-high-Q toroid microcavity on a chip. Nature. 421, 925-928 (2003).
- Vollmer, F., Arnold, S. Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules. Nat. Methods. 5, 591-596 (2008).
- Vollmer, F., Arnold, S., Keng, D. Single virus detection from the reactive shift of a whispering gallery mode. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 20701-20704 (2008).
- Hunt, H. K., Armani, A. M. Recycling microcavity optical biosensors. Opt. Lett. 36, 1092-1094 (2011).
- Soteropulos, C. E., Hunt, H. K., Armani, A. M. Determination of binding kinetics using whispering gallery mode microcavities. Appl. Phys. Lett. 99, 103703-103703 (2011).
