Bevestiging van biologische Probes aan Silica optische biosensoren gebruik van silaan agenten
Summary
Biosensoren-interface met complexe, biologische omgevingen en het uitvoeren van gerichte opsporing door het combineren van zeer gevoelige sensoren met zeer specifieke probes verbonden aan de sensor via oppervlakte modificatie. Hier tonen we het oppervlak functionalisering van silica optische sensoren met biotine met silaan koppelingsmiddelen aan de sensor en de biologische omgeving overbruggen.
Abstract
Om de interface met biologische omgevingen, biosensor platforms, zoals het populaire Biacore systeem (op basis van de Surface Plasmon Resonance (SPR) techniek), gebruik maken van verschillende oppervlakte modificatie technieken, dat kan, bijvoorbeeld, te voorkomen dat oppervlaktewater vervuilen, moet afstemmen op deze hydrofobiciteit / hydrofiliciteit van het oppervlak, aan te passen aan een verscheidenheid van elektronische leeromgevingen, en meest, specificiteit leiden naar een doel van belang. 1-5 Deze technieken de functionaliteit van de anders zeer gevoelige biosensoren uit te breiden tot real-world applicaties in complexe omgevingen, zoals als bloed, urine en afvalwater analyse. 2,6-7 Hoewel de commerciële biosensing platforms, zoals Biacore, hebben goed begrepen, standaard technieken voor het uitvoeren van dergelijke oppervlakmodificaties, zijn deze technieken niet vertaald in een gestandaardiseerde vorm aan andere label- gratis biosensing platforms, zoals Whispering Gallery Mode (WGM) optische resonatoren. 8-9 < / P>
WGM optische resonatoren een veelbelovende technologie voor het uitvoeren label zonder detectie van diverse soorten aan ultra-lage concentraties 6,10-12 De hoge gevoeligheid van deze platforms is het gevolg van zijn unieke geometrische optica. WGM optische resonatoren beperken circulerende . licht specifieke geïntegreerde resonantiefrequentie 13 Zoals de SPR platforms, wordt de optische veld niet volledig beperkt tot de sensorinrichting, maar evanesces, deze "vluchtige tail" kan dan samenwerken met species in de omgeving. Deze interactie veroorzaakt de effectieve brekingsindex van het optische veld veranderen, waardoor een lichte maar detecteerbare verschuiven in de resonantiefrequentie van het apparaat. Omdat het optische gebied circuleert, kan interageren vaak met de omgeving, waardoor een inherente versterking van het signaal, en zeer hoge gevoeligheid voor kleine veranderingen in de omgeving. 2,14-15
tent "> Voor een gerichte detectie in complexe omgevingen voeren deze platforms zijn gekoppeld met een probe molecuul (meestal een helft van een bindend paar, bijvoorbeeld antilichamen / antigenen) door oppervlaktemodificatie. 2 Hoewel WGM optische resonator kan worden vervaardigd in verschillende geometrieën van verschillende materialen systemen, silica microsfeer is het meest gebruikelijk. Deze microsferen algemeen vervaardigd op het uiteinde van een optische vezel, die een "stam" waarbij de microsferen kan worden verwerkt in functionalisering en detectie experimenten geeft. Silica oppervlakchemie kan worden toegepast probe moleculen hechten aan de oppervlakken, maar traditionele technieken gegenereerd vlakke substraten vaak niet voldoende voor de drie-dimensionale structuren als wijzigingen in het oppervlak van de microsferen (stof, vuil, oppervlakte defecten en ongelijkmatige coatings) kan ernstige, negatieve gevolgen voor hun detectie mogelijkheden. Hier demonstreren we een gemakkelijke benaderingvoor het oppervlak functionalisering van silica microsfeer WGM optische resonatoren met silaan koppelingsmiddelen de anorganische oppervlak en de biologische omgeving overbruggen door het aanbrengen van biotine aan het silica-oppervlak. 8,16 Hoewel wij silica microsfeer WGM resonatoren het sensorsysteem in dit verslag de protocollen algemeen en kan worden gebruikt om het oppervlak van een silica inrichting te functionaliseren met biotine.Protocol
Discussion
Zoals beschreven in de protocollen we een behuizing platform waarop de silica microsferen transporteren naar hun stelen in de functionalisering proces. Deze behuizing platform is gemaakt als een oplossing aan het oppervlak vervuiling en beschadiging dat het gevolg is van het microbolletje in aanraking met de wanden van de verschillende houders gebruikt in de functionalisering proces. We realiseerden ons dat het grootste probleem is ontstaan uit voortdurend bevestigen en verwijderen individuele microsferen naar ver…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs dankbaar erkent prof. dr. Andrea Armani aan de Universiteit van Zuid-Californië voor ondersteuning tijdens de tijd dat dit protocol is ontwikkeld. De financiering voor de initiële ontwikkeling van dit werk werd geleverd door de National Science Foundation [085281 en 1028440] en de National Institute of Health door New Innovator Award NIH Director's Program [1DP2OD007391-01]. Aanvullende informatie is beschikbaar op 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 |
Riferimenti
- 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).
