İnsan Serumda kardiyak biyolojik ölçmek için olağanüstü optik iletim kullanma
Summary
Bu eser olağanüstü optik iletim prensibine göre çalışan yüksek kaliteli algılama diziler imal nanoimprinting litografi yöntemi açıklanır. Biyoalgılayıcı düşük maliyetli, güçlü, kullanımı kolay ve kardiyak troponin algılayabilir ben Serumda klinik konsantrasyonlarda (99inci yüzdelik kesme ∼10-400 pg/mL, tahlil bağlı olarak).
Abstract
Klinik önemi var bakım nokta (PT) ayarları biosensing için bir platform, tahlil duyarlılık, tekrarlanabilirlik ve güvenilir bir şekilde insan serumu çerçevede analitler izlemek için yeteneği açısından büyük önem taşıyor.
Nanoimprinting litografi (NIL) imal, düşük maliyetli olarak, alanları 1.5 x 1.5 mm büyüklüğünde algılama kullanılmıştır. Algılama yüzey nanoholes, her bir alana sahip yaklaşık 140 nm2yüksek sadakat dizileri yapılmıştır. NIL büyük tekrarlanabilirlik bir küçük parça, bir ölçüm strateji en az çip çip varyasyon ile 12 ayrı ayrı imal edilmiş yüzeylerde istihdam mümkün kıldı. Bu lokalize nanoimprinted yüzey plasmon rezonans (LSPR) fişleri kapsamlı yeteneklerini güvenilir bir bioanalyte 2,5 75 ng/ml biofluid-in karmaşık bir arka plan ortasında bu durumda, insan serum farklı konsantrasyonlarda ölçmek için test edildi. NIL sağlar bu Biyoalgılayıcı yaygın olarak bulunan laboratuvar ışık kaynağı ile kolayca senitehlikeye gibi hangi sırayla bir mikroskop ortadan kaldırır geniş algılama alanları, nesil yüksek sadakat. Bu biyosensörler kardiyak troponin serum içinde algılama (lod olarak) 0.55 ng/ml, bir limitte yüksek bir hassasiyetle klinik olduğu tespit edebilir. Onlar da düşük çip çip varyans (nedeniyle yüksek kaliteli imalat işleminin) göstermektedir. Sonuçlar çok kullanılan enzim bağlı immunosorbent assay (ELISA) ile commensurable-deneyleri temel, ancak teknik bir LSPR tabanlı algılama platformu (yapım oYani, amenability küçültme ve çoğullama, avantajları korur daha uygun POC uygulamalar için).
Introduction
Olağanüstü optik iletim (EOT) ilk raporda Ebbesen ve ark. 19981tarafından yayımlandıktan sonra kimyasal sensörler nanohole diziler üzerinde dayalı sayısız araştırmalar bir konu oldu. Işık alt dalga boyu boyutlarının nanohole yapıların periyodik dizilerle impinges, Gelişmiş iletim belirli dalga boylarında oluşur. Olay ışık Bloch-dalga yüzey polariton (BW-SPP) ve/veya yerelleştirilmiş yüzey plasmons (LSP)2çiftler oluşur.
Biosensing periyodik böyle dizileri ile basit olduğunda yararlanan temel fiziksel prensip. Adsorpsiyon molekülleri üzerine veya metal arabiriminin yakınındaki sırayla spektrum iletim bantlarında konumunu değişen metal ile temas halinde orta Dielektrik sabiti değişir. Spektrum kendisi-ebilmek var olmak ayarlamak nano-mühendislik şekli, boyutu ve renk ayrımı mesafe3,4,5. Tasarım gereği, sensörler üzerinde EOT dayalı moleküler bağlama olayları soruşturma sırasında belirli atamalarda6,7,8 kolaylaştırmak onların spectra karakteristik grup bulunur. Bu ticari olarak mevcut yüzey plasmon rezonans (SPR) platformlarına çok önemli bir avantajdır.
Sensörleri EOT genellikle kullanan bir collimated ışın algılama yüzeyde olay öyle ki optik hizalanmış bir ışık kaynağı dahil. Zavallı tekrarlanabilirlik9kopolimer şablonları ve girişim ve nanosphere litografi, gibi büyük nanohole yüzeyler üretmek için teknikler vardır. Doğru bir şekilde gösterin EOT fenomen büyük yüzeyler imalatı, bu sınırlamaları nedeniyle bir optik mikroskobu doğru ışık kaynağı ve Dedektör konumlandırmak için gerekli oldu. Teknik, yüksek kaliteli nanoimprinting litografi basitleştirmek için (sıfır)10 istihdam edildi. Bu bir çip algılama yüzeyinde aramak mikroskop için ihtiyaç kaldırarak üretim büyük sensör yüzey alanlarını11 (mm-ölçek), etkin. Bunun yerine, bu sensör kolayca standart fiber optik kablo ile senitehlikeye.
Bu nanohole dizi için iletim doruklarına yakın kızılötesi bölgesi (Nur) için görünür içerdiği beri mükemmel bir sulu ortamda biomolecules için bağlama olayları algılama için uygundur. Nanohole dizi beklenen optik davranışını taklit. Sonuç sonra çalışmalar ile sıvı çift kırılma dizinleri (RI) aracılığıyla doğrulandı. Bu dizi sonra kardiyak troponin konsantrasyonunu ölçmek için kullanılan insan serumu karmaşık arka planda ben (cTnI). cTnI akut miyokard infarktüsü tanısı için klinik altın standarttır.
Bu sensör kullanarak, algılamak ve klinik olarak ilgili olan cTnI algılama (lod olarak) 0.55 ng/ml, bir limitte insan Serumda ölçmek mümkündür. Algılama en yaygın olarak bu etki alanında, enzim bağlı immunosorbent assay (ELISA) teknoloji eskisinden daha çabuk olur. Ayrıca, algılama yüzey-ebilmek kolayca yeniden ve bu nedenle yeniden kullanılabilir. Bu nedenle, bu eser karmaşık biofluids içinde biosensing için uygun bir bakım nokta (PT) teknoloji olarak Allah’ın nanohole dizileri gösterir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Olay ışık ve taşınımı arasındaki etkileşimi simüle olan shift analit konsantrasyonu bir fonksiyonu olarak kaydedilebilir uygun tepe (iletim spektrum) içinde tanımlamak olanaklı kılan. Yerelleştirme ile ilgili sensör yapısını gruplarından olan üst karakter-ebilmek var olmak izci analit anlamaya doğru grup seçimi için çok önemli olduğunu unutmamak gerekir. Görselleştirme simülasyonlar elde edilebilir. Bu da analitler biosensing sağlar optimum bir yapı tasarımı için önemlidir. Burada, ben…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AP Prof T Venkatesan, yönetmen, NUS Nanobilim ve nanoteknoloji girişimi ve Office Yardımcısı Başkan (Singapur Ulusal Üniversitesi) (R-398-000-084-646) desteğiyle kabul eder. Suç araştırma departmanı Singapur Bakanlığı, sağlık Milli Tıbbi Araştırma Konseyi onun klinisyen bilim adamı finansman programı kapsamında, NMRC/CSA/035/2012 ve Singapur Ulusal Üniversitesi destek kabul eder. Fon çalışma tasarım, veri toplama ve analizi, yayımlamaya karar veya el yazması hazırlanması herhangi bir rolü yoktu.
Materials
| Electron Beam Lithography setup | Elionix ELS 700 | ||
| o-Xylene | Sigma Aldrich | 95662 | |
| EB resist | Sumitomo | NEB-22A2 | |
| Developer reagent | Shipley Company | Microposit MF 321 | |
| Electroplating machine | Technotrans AG RD 50 | ||
| Photoresist stripper | Rohm and Haas Electronic Materials LLC | Microposit Remover 1165 | |
| Etching System | Trion Phantom | ||
| Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)trichlorosilane | Gelest (PA, USA) | 78560-44-8 | |
| SAM coater | Sorona Inc. | AVC 150M | |
| Photo-curable NIL resist | micro resist technology GmbH | mr-UVCur21-300nm | |
| Light Curing System | Dymax | Model 2000 Flood | |
| E-beam deposition machine | Denton Explorer | ||
| UV-visible spectrometer | Ocean optic HR2000+ (Dunedin, FL, USA) | ||
| Standard refractive index liquids | Cargill Inc (Cedar Grove, USA) | 18032 | |
| Plotting software | Origin | Origin Pro 9 | |
| 10-carboxy-1-decanethiol | Dojindo Laboratories (Japan) | C385-10 | |
| 1-octanethiol | Sigma-Aldrich, MO, USA | 471386 | |
| Sulfo-N-hydroxysuccinimide and 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide | BioRad (CA, USA) | 1762410 | |
| Anti-troponin antibody 560 | Hytest (Finland) | 4T21 | |
| Ethanolamine-HCl solution | BioRad (CA, USA) | 1762450 | |
| Surface Plasmon Resonance setup | BioRad XPR36 (Haifa, Israel) | ||
| Multiplexed SPR chip | BioRad | GLC | |
| Human cTnI standard | Phoenix Pharmaceuticals | EK -311-05 | |
| Glycine-HCl | BioRad (CA, USA) | 1762221 |
Riferimenti
- Ebbesen, T. W., Lezec, H. J., Ghaemi, H., Thio, T., Wolff, P. Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays. Nature. 391 (6668), 667-669 (1998).
- Krishnan, A., et al. Evanescently coupled resonance in surface plasmon enhanced transmission. Optics Comm. 200 (1), 1-7 (2001).
- Yang, J. -. C., et al. Enhanced optical transmission mediated by localized plasmons in anisotropic, three-dimensional nanohole arrays. Nano letters. 10 (8), 3173-3178 (2010).
- Kim, J. H., Moyer, P. J. Transmission characteristics of metallic equilateral triangular nanohole arrays. Appl Phys Lett. 89 (12), 121106 (2006).
- Liu, H., Lalanne, P. Microscopic theory of the extraordinary optical transmission. Nature. 452 (7188), 728-731 (2008).
- Shon, Y. -. S., Choi, H. Y., Guerrero, M. S., Kwon, C. Preparation of nanostructured film arrays for transmission localized surface plasmon sensing. Plasmonics. 4 (2), 95-105 (2009).
- Xiang, G., Zhang, N., Zhou, X. Localized surface plasmon resonance biosensing with large area of gold nanoholes fabricated by nanosphere lithography. Nanoscale Res Lett. 5 (5), 818 (2010).
- Valsecchi, C., Brolo, A. G. Periodic metallic nanostructures as plasmonic chemical sensors. Langmuir. 29 (19), 5638-5649 (2013).
- Gates, B. D., et al. New approaches to nanofabrication: molding, printing, and other techniques. Chem Rev. 105 (4), 1171-1196 (2005).
- Guo, L. J. Nanoimprint lithography: methods and material requirements. Adv Mater. 19 (4), 495-513 (2007).
- Wong, T. I., et al. High throughput and high yield nanofabrication of precisely designed gold nanohole arrays for fluorescence enhanced detection of biomarkers. Lab on a Chip. 13 (12), 2405-2413 (2013).
- Deng, J., Wong, T. I., Sun, L. L., Quan, C., Zhou, X. Acceleration of e-beam lithography by minimized resist exposure for large scale nanofabrication. Microelect Eng. 166, 31-38 (2016).
- Wu, L., Bai, P., Li, E. P. Designing surface plasmon resonance of subwavelength hole arrays by studying absorption. JOSA B. 29 (4), 521-528 (2012).
- Ding, T., et al. Quantification of a cardiac biomarker in human serum using extraordinary optical transmission (EOT). PloS one. 10 (3), 0120974 (2015).
- Im, H., Sutherland, J. N., Maynard, J. A., Oh, S. -. H. Nanohole-based surface plasmon resonance instruments with improved spectral resolution quantify a broad range of antibody-ligand binding kinetics. Anal Chem. 84 (4), 1941-1947 (2012).
- Bhagawati, M., You, C., Piehler, J. Quantitative real-time imaging of protein-protein interactions by LSPR detection with micropatterned gold nanoparticles. Anal Chem. 85 (20), 9564-9571 (2013).
