Fixation des sondes biologiques à des biocapteurs optiques de silice à l'aide d'agents de couplage au silane

Summary

Biocapteurs s'interfacer avec des environnements complexes et biologiques et effectuer une détection ciblée en combinant des capteurs très sensibles avec des sondes très spécifiques attachés à la sonde par l'intermédiaire d'une modification de surface. Ici, on démontrer la fonctionnalisation de la surface de capteurs optiques en silice avec de la biotine en utilisant des agents de couplage silane pour combler le capteur et le milieu biologique.

Abstract

Pour l'interface avec les milieux biologiques, les plates-formes de biocapteurs, tels que le populaire système Biacore (basé sur la résonance plasmonique de surface (SPR) technique), faire usage des diverses techniques de modification de surface, qui peuvent, par exemple, de prévenir l'encrassement de surface, régler le hydrophobie / hydrophilie de la surface, de s'adapter à une variété d'environnements électroniques, et le plus souvent, induisent une spécificité vers une cible d'intérêt. ^1-5 Ces techniques d'étendre les fonctionnalités de biocapteurs par ailleurs très sensibles aux applications du monde réel dans des environnements complexes, tels que le sang, l'urine, et l'analyse des eaux usées. ^2,6-7 Alors que les plates-formes de biodétection commerciaux, tels que Biacore, ont bien compris, des techniques standard pour effectuer des modifications de surface tels, ces techniques n'ont pas été traduits de manière standardisée à d'autres étiquettes plates-formes libres biocapteurs, comme Whispering Gallery Mode (WGM) résonateurs optiques. ^8-9 moins de / P>

Résonateurs optiques WGM représentent une technologie prometteuse pour effectuer sans étiquette de détection d'une grande variété d'espèces à ultra-faibles concentrations ^6,10-12 La grande sensibilité de ces plates-formes est le résultat de leurs uniques optique géométrique:. WGM optique résonateurs confinent circulation . la lumière à des fréquences de résonance spécifiques, intégrés ¹³ Comme les plates-formes SPR, le domaine de l'optique n'est pas totalement confiné au dispositif de capteur, mais evanesces; cette "queue évanescente" peut alors interagir avec des espèces dans le milieu environnant. Cette interaction provoque l'indice de réfraction effectif du champ optique à modifier, résultant en une légère, mais détectable, décaler la fréquence de résonance du dispositif. Parce que le champ optique circule, il peut interagir plusieurs fois avec l'environnement, ce qui entraîne une amplification du signal intrinsèque, et des sensibilités très élevées à des changements mineurs dans l'environnement. ^2,14-15

tente "> Pour effectuer une détection ciblée dans des environnements complexes, ces plates-formes doit être couplé avec une molécule sonde (généralement la moitié d'une paire de liaison, par exemple des anticorps ou antigènes) à travers la modification de surface. ² Bien que résonateurs optiques WGM peut être fabriqué en différentes géométries de une série de systèmes matériels, la microsphère de silice est le plus commun. ces microsphères sont généralement fabriqué sur l'extrémité d'une fibre optique, qui fournit une «stem» par lequel les microsphères peuvent être traitées au cours des expériences de fonctionnalisation et de détection. chimie de surface de silice peut appliquer à fixer des molécules de sonde à leurs surfaces, mais les techniques traditionnelles générés pour des substrats planes sont souvent pas suffisant pour ces structures tridimensionnelles, que toute modification apportée à la surface des microsphères (poussières, la contamination, des défauts de surface, et les revêtements inégales) peut avoir de graves, les conséquences négatives sur leurs capacités de détection. Ici, nous démontrons une approche facilepour la fonctionnalisation de surface de résonateurs de silice WGM microsphères optiques utilisant des agents de couplage silane pour combler la surface inorganique et l'environnement biologique, en attachant la biotine à la surface de silice. ^8,16 Bien que nous utilisions des résonateurs de silice microsphères WGM que le système de capteur dans le présent rapport, les protocoles sont générale et peut être utilisé pour fonctionnaliser la surface d'un dispositif de silice avec de la biotine.

Protocol

1. Fond La biotine est fixée à la surface de ces dispositifs par un simple, en trois étapes (figure 1). Tout d'abord, on nettoie la surface et le remplir avec des groupes hydroxyles en exposant les appareils à plasma d'oxygène soit ou d'une solution piranha. Deuxièmement, on utilise dépôt en phase vapeur pour fixer l'agent de couplage silane terminé par une amine primaire pour les groupes hydroxyle par hydrolyse et réaction de condensation. Troisième…

Discussion

Comme décrit dans les protocoles, nous avons créé une plate-forme de logement qui pour transporter les microsphères de silice par leurs tiges tout au long du processus de fonctionnalisation. Cette plate-forme de logement a été créé comme une solution à la contamination de surface et les dommages qui ont résulté de la microsphère entrer en contact avec les parois des récipients divers utilisés dans le procédé de fonctionnalisation. Nous avons réalisé la principale difficulté résulte de constamment att…

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