הוספת בדיקות ביולוגיות Biosensors סיליקה אופטי באמצעות סוכני צימוד silane
Summary
Biosensors ממשק עם סביבות מורכבות ביולוגיות ולבצע איתור ממוקד על ידי שילוב של חיישנים רגישים מאוד עם בדיקות ספציפיות ביותר המחוברים חיישן באמצעות שינוי פני השטח. הנה, אנחנו מדגימים functionalization פני השטח של חיישנים אופטיים עם סיליקה ביוטין באמצעות סוכני צימוד silane לגשר על חיישן את הסביבה הביולוגית.
Abstract
על מנת ממשק עם סביבות ביולוגיים, פלטפורמות biosensor, כגון מערכת Biacore הפופולרי (מבוסס על משטח Plasmon תהודה (SPR) טכניקה), לעשות שימוש בטכניקות שונות שינוי פני השטח, זה יכול, למשל, למנוע עכירות פני השטח, לכוון את hydrophobicity / hydrophilicity של פני השטח, להתאים למגוון רחב של סביבות אלקטרוניים, לעתים קרובות ביותר, לגרום הספציפיות לקראת היעד של עניין. 1-5 טכניקות אלו להרחיב את הפונקציונליות של biosensors אחרת רגישים מאוד של העולם האמיתי יישומים בסביבות מורכבות, כגון כמו דם, שתן, וניתוח שפכים. 2,6-7 בעוד פלטפורמות biosensing מסחריים, כגון Biacore, יש להבין היטב, טכניקות סטנדרטיות לביצוע שינויים מסוג זה על פני השטח, טכניקות אלה לא תורגמו בצורה סטנדרטית אחרת תווית פלטפורמות biosensing בחינם, כמו לוחשים מצב גלריה (WGM) תהודה אופטי. 8-9 < / P>
תהודה WGM אופטיים מייצגים טכנולוגיה מבטיחה לביצוע ללא תווית זיהוי של מגוון רחב של מינים ב נמוך במיוחד בריכוזים 6,10-12 רגישות גבוהה של פלטפורמות אלה הוא תוצאה של אופטיקה גיאומטריות הייחודיות שלהם. WGM תהודה אופטי להגביל במחזור . אור, תדרים מסוימים תהודה אינטגרלי 13 כמו פלטפורמות SPR, בתחום האופטי אינו מוגבל לחלוטין למכשיר חיישן, אבל evanesces; זה "זנב חלוף" אז יכול לקיים אינטראקציה עם המין בתוך הסביבה. אינטראקציה זו גורמת מקדם השבירה יעילה של השדה האופטי לשנות, וכתוצאה מכך קל, אבל ניתן לגילוי, שינוי תדר התהודה של ההתקן. כי בתחום האופטי מסתובב, הוא יכול לתקשר עם הסביבה פעמים רבות, וכתוצאה מכך הגברה פנימית של האות, ואת רגישויות גבוהות מאוד לשינויים קלים בסביבה. 2,14-15
אוהל "> כדי לבצע איתור ממוקד בסביבות מורכבות, פלטפורמות אלה חייבים להיות יחד עם מולקולת בדיקה (בדרך כלל 1 1/2 של זוג מחייב, למשל נוגדנים / אנטיגנים) באמצעות שינוי פני השטח. 2 למרות תהודה WGM אופטיים יכול להיות מפוברק הגיאומטריות כמה מן מגוון רחב של מערכות גשמי, microsphere סיליקה היא הנפוצה ביותר. microspheres אלו מיוצרים בדרך כלל על קצה של סיב אופטי, המספק "גזע", שבאמצעותה microspheres ניתן לטפל במהלך הניסויים functionalization זיהוי. משטח chemistries סיליקה רשאי להיות מיושם לצרף מולקולות בדיקה כדי השטח שלהם, עם זאת, טכניקות מסורתיות שנוצר על מצעים מישוריים הם בדרך כלל לא מספיק אלה תלת ממדי מבנים, כמו כל שינוי פני השטח של microspheres (אבק, זיהום, ליקויים פני השטח, ציפוי אחיד) יכולות להיות חמורות, השלכות שליליות על יכולת הגילוי שלהן. הנה, אנחנו מדגימים את הגישה קלילעבור functionalization את פני השטח של microsphere תהודה סיליקה WGM אופטי באמצעות סוכני צימוד silane לגשר על פני אורגניים ואיכות הסביבה הביולוגית, על ידי הצמדת ביוטין אל פני השטח סיליקה. 8,16 למרות שאנו משתמשים microsphere סיליקה תהודה WGM כמערכת חיישן בדוח זה, הפרוטוקולים הם כלליים וניתן להשתמש functionalize את פני השטח של כל מכשיר עם סיליקה ביוטין.Protocol
Discussion
כפי שמתואר בפרוטוקולים, יצרנו פלטפורמה הדיור שבו להעביר סיליקה microspheres מרגליהן לאורך כל תהליך functionalization. פלטפורמה זו הדיור נוצר כפתרון זיהום פני השטח ואת הנזק כתוצאה microsphere לבוא במגע עם קירות מכולות שונים המשמשים בתהליך functionalization. הבנו את הקושי העיקרי נבע מן הזמן מצרף…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
החוקרים בתודה להכיר פרופ 'אנדריאה ארמני באוניברסיטה של דרום קליפורניה על התמיכה בתקופה זו פותח פרוטוקול. מימון הפיתוח הראשוני של העבודה זה סופק על ידי הקרן הלאומית למדע [085281 ו 1028440] לבין המכון הלאומי לבריאות בארה"ב NIH דרך ניו תוכנית של מנהל פרס ממציא [1DP2OD007391-01]. מידע נוסף זמין בכתובת 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).
