Feste Biologiske Sonder til Silica Optiske Biosensorer Bruke silane kopling agenter
Summary
Biosensorer grensesnitt med komplekse, biologiske miljøer og utføre målrettet deteksjon ved å kombinere svært følsomme sensorer med svært spesifikke sonder festet til sensoren via overflate modifikasjon. Her demonstrerer vi overflaten funksjonalisering av silika optiske sensorer med biotin ved hjelp silane kopling agenter for å bygge bro over sensoren og den biologiske miljøet.
Abstract
For å grensesnitt med biologiske miljøer, biosensor plattformer, for eksempel den populære Biacore system (basert på overflaten plasmon resonans (SPR) teknikk), gjøre bruk av ulike overflate modifikasjon teknikker, som kan, for eksempel hindrer overflate begroing, stille inn hydrofobisitet / hydrophilicity av overflaten, tilpasse seg en rekke elektroniske miljøer, og oftest, indusere spesifisitet mot et mål av interesse. 1-5 Disse teknikkene utvide funksjonaliteten ellers svært følsomme biosensorer til virkelige applikasjoner i komplekse miljøer, slik som blod, urin, og avløpsvann analyse. 2,6-7 Mens kommersielle biosensing plattformer, som for eksempel Biacore, har godt forstått, standard teknikker for å utføre slike overflaten modifikasjoner, har disse teknikkene ikke er oversatt i en standardisert måte til andre etikett- gratis biosensing plattformer, for eksempel Whispering Gallery Mode (WGM) optiske resonatorer. 8-9 < / P>
WGM optiske resonatorer representerer en lovende teknologi for å utføre label-free deteksjon av en rekke arter på ultra-lave konsentrasjoner 6,10-12 Den høye følsomheten på disse plattformene er et resultat av deres unike geometriske optikk:. WGM optisk resonatorer begrens sirkulerende . lys på spesifikke, integrerte resonansfrekvenser 13 Liker den SPR plattformer, er den optiske feltet ikke helt begrenset til sensoren enheten, men evanesces, dette "evanescent hale" kan deretter samhandle med arter i omgivelsene. Dette samspillet fører til effektiv brytningsindeks den optiske feltet å endre, resulterer i en liten, men synlig, skifte i resonansfrekvensen av enheten. Fordi den optiske feltet sirkulerer, kan det samhandle mange ganger med miljøet, noe som resulterer i en iboende forsterkning av signalet, og svært høy følsomhet til mindre endringer i miljøet. 2,14-15
telt "> For å utføre målrettet deteksjon i komplekse miljøer, må disse plattformene bli koblet sammen med en sonde molekyl (vanligvis halvparten av en bindende par, f.eks antistoffer / antigener) gjennom overflate modifikasjon. 2 Selv WGM optiske resonatorer kan være fabrikkert i flere geometrier fra en rekke materielle systemer, er det silika mikrosfære den mest vanlige. Disse mikrosfærer er generelt fabrikkert på enden av en optisk fiber, som gir en "stamme" av som mikrosfærer kan håndteres under funksjonalisering og deteksjon eksperimenter. silika overflaten kjemi kan brukes for å feste probe molekyler til deres overflater, men tradisjonelle teknikker genererte for plane underlag er ofte ikke tilstrekkelig for disse tredimensjonale strukturer, som eventuelle endringer i overflaten av mikrosfærer (støv, forurensing, overflatedefekter, og ujevne belegg) kan ha alvorlige, negative konsekvenser for deres oppdagelse evner. Her viser vi en lettvinte tilnærmingfor overflaten funksjonalisering av silika mikrosfære WGM optiske resonatorer med silane kopling agenter for å bygge bro over uorganiske overflaten og biologiske miljøet, ved å feste biotin til silika overflaten. 8,16 Selv om vi bruker silika mikrosfære WGM resonatorer som sensor system i denne rapporten, protokollene er generelle og kan brukes til å functionalize overflaten av noen silika enhet med biotin.Protocol
Discussion
Som beskrevet i protokollene, skapte vi en bolig plattform ved å transportere silika mikrosfærer av sine stengler hele funksjonalisering prosessen. Dette huset plattformen ble opprettet som en løsning på overflaten forurensning og skader som resultat av mikrosfære komme i kontakt med veggene i de ulike containere som brukes i hele funksjonalisering prosessen. Vi skjønte det største hinderet oppsto fra stadig montering og demontering individuell mikrosfærer til forskjellige beholdere under funksjonalisering prose…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å takke for Prof Andrea Armani ved University of Southern California for støtte under den tiden denne protokollen ble utviklet. Finansiering for den første utviklingen av dette arbeidet ble gitt av National Science Foundation [085281 og 1028440] og National Institute of Health gjennom NIH Director i New Innovator Award Program [1DP2OD007391-01]. Ytterligere informasjon er tilgjengelig 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 |
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).
