Синтетическая методология для асимметричных Ферроцен, полученных Bio-сопряженных систем через Solid методологии фазы смолу на основе

Summary

The synthesis of asymmetric species of ferrocene is challenging using solution techniques. This report focuses on the methods carried out to produce a ferrocene-biotin bioconjugate using facile and clean reactions accomplished via solid-phase synthesis. Incorporation of a thiolate moiety is shown to impart the ability for immobilization on gold surfaces.

Abstract

Раннее обнаружение является ключом к успешному лечению большинства заболеваний, а особенно важно для диагностики и лечения многих видов рака. Наиболее распространенные методы, используемые являются визуализации формы, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), и компьютерной топографии (КТ) и являются оптимальными для понимания физической структуры болезни, но может быть выполнена только один раз в четыре- шесть недель в связи с использованием визуализирующих агентов и общую стоимость. Имея это в виду, развитие "точки ухода" методов, таких как биосенсоры, которые оценивают стадию заболевания и / или эффективности лечения в кабинете клинициста и сделать это своевременно, будет революционизировать протоколов лечения. ^1, в качестве средство для изучения ферроцена на основе биосенсоров для обнаружения биологически соответствующих молекул ^2, были разработаны методы для получения ферроцена-биотин био-конъюгаты, описанные в данном документе, Этот доклад будет посвящен биотин-ферроцена-цистеин системы, которая может быть иммобилизованным на поверхности золота.

Introduction

Биосенсоры небольшие устройства, которые используют технологию биомолекулярной признание в качестве платформы для селективного анализа и используются для их специфичности, скорости и низкой стоимости. Электрохимические биосенсоры для выявления биомолекул находятся на переднем крае этой области из-за своей простоты, эффективности затрат и высокой чувствительностью. ^1,3 общая анатомия этих датчиков является электрод оснащен молекулы распознавания специфичными для биологического маркера интерес , Связывание биомаркера молекулой распознавания приводит к локальному изменению потенциала или тока, который может быть обнаружен простым измерением. На сегодняшний день фрагмент распознавания может варьироваться от ферментов, ^4-8 антитела, ^9-12 целых клеток, 13-16 рецепторы, ^17-20 пептиды ^21-23 и ДНК ²⁴ и сосредоточена, в основном на больших, биологических молекул. ^25-28 Исследования усилия в этой области были сосредоточены в основном на иммуносенсоров WHERe иммуноглобулина иммобилизуют с окислительно-восстановительным активной зоны (например, ферроцен) и используется для обнаружения антитела интереса. Эти исследования были исключены из клинических приложений из-за низкой точности, так и времени, вытекающих из осложнений, связанных с использованием антигена / антител. ^1,3 Растущее внимание было сосредоточено на выявлении небольших молекул (менее 1 кг / моль) биомедицинских , продовольственной и экологической интерес в дополнение к национальной безопасности. ²⁹ Наиболее известные примеры биосенсоров устройств самопроверки мониторы глюкозы, которые имеют трафаретной печати ферментов электроды, соединенные с карманного размера амперометрического метр. Эти системы, как правило, используют метод кулонометрического где общее количество заряда генерируется за счет реакции окислени глюкозы, измеренный в течение определенного периода времени. Рыночные устройства должны быть портативными, надежный и ручной использовать легкое для населения в целом.

Окислительно-восстановительные теги, например ферроцена являются necessaры, чтобы обеспечить электрохимическую обнаружения биомаркеров или небольших молекул в растворе, как большинство биомаркеры по своей сути не электрохимически активным. ^30-38 Ферроцен является Металлоорганический молекула, которая золотым стандартом для электрохимии, что делает его отличным выбором для интеграции в электрохимических биосенсоров. Ферроцен на основе окислительно-восстановительные активные частицы уже получила значительное внимание в связи с их небольшого размера, хорошей стабильностью, удобное синтетического доступа, легко химической модификации, относительной липофильности и простоты настройки окислительно-восстановительной. ^3,30-42 малых молекул на основе ферроцена керна широко используется в качестве детекторов ионов металлов и малых молекул. ^32-38,43 ориентации систем крупных видов, таких как биомолекул использовали вложение больших антител или иммуноглобулинов в производные ферроцена, которые были встраиваемых на электрохимической поверхности. ^{1,3,39 44} В каждом случае, потенциал и ток Intensiти окислительно-восстановительной пары Fe ^III / ^II Fe была изменена на молекулярной связью, таким образом, создавая новый спектроскопический дескриптор, указывающий присутствие молекулы аналита. Это изменение возникает из-за экстенсивного перекрытия, которое происходит между пи-систему циклопентадиенильных кольца и железа й-орбиталей. Если пи-система будет изменена, то есть, дериватизированы или отреагировали, то орбитальное взаимодействие, в свою очередь, изменение. Это будет влиять на ядро Fe и может наблюдаться как сдвиг в потенциале пары Fe ^III / Fe ^{II. 40,45,46} Эти свойства делают такую ​​систему привлекательной для использования в качестве количественного агентом в электрохимического иммуноанализа или биосенсора.

Для получения ферроцена, содержащих системы, специфичные для биосенсора мощностей оптимально, чтобы изменить один Cp кольцо с био-рецептора, специфического для молекулы-мишени и использовать другую Cp кольцо в качестве молекулярного троса к электрохимической считывания или Elecрастоптал (Рисунок 1). Синтез этих асимметричных производных ферроцена оспаривается побочных реакций и формирования димерных и полимерных частиц, образующихся при межмолекулярного сшивания. ⁴⁷ Тем не менее, связь химия производства амидной связи является наиболее прямой путь, чтобы обеспечить простые производные ферроцена с использованием биологических компонентов, таких как пептиды и их метаболитов. Таким образом, методы твердой фазы впервые разработаны в 1950-х годах Merrifield для пептидного синтеза могут быть применены к металлоорганических соединений, содержащих ферроцена. Благодаря использованию в ортогонально замещенного молекулы 1'-Fmoc-амино-ферроцен-1-карбоновой кислоты, системы ферроцен, который может содержать фрагмент рецептора (биотин), электрохимический считывание (ферроцен) и иммобилизации-линкер компонент (цистеин) имеет были построены и подробно описано. Синтез этого био-конъюгата обсуждены также в качестве доказательства иммобилизации на поверхности золота. Эта работа представиTS первой презентации системы, состоящей из биотин, ферроцена и аминокислоты для иммобилизации на поверхности золота.

Protocol

1. Синтез биотин-Fc-цистеина (1) Твердофазные методы, чтобы произвести смолой 1. Поместите биотин, загруженной смолы (250 мг, 0,145 ммоль) в дном шприца, и набухание смолы путем составления диметилформамиде (5 мл) и встряхивания шприца на лабораторном шейкере в течение 20 мин. В…

Representative Results

Смола связаны форма 1 показана на фиг.2. Ковалентное присоединение компонента ферроцена приводит к оранжевый оттенок гранул смолы, которая является стойким при непрерывной промывки и свидетельствует о иммобилизованной железа, содержащего комплекс, в отличие от абсо?…

Discussion

Синтез асимметричных производных ферроцена является сложной задачей в растворе. Например, попытки произвести 1 в раствор в результате низких выходов целевого продукта (менее 20%). Кроме того, реакции, использующие 1'-амино-ферроцена карбоновой кислоты (без Fmoc) и смолой био…

Materials

Biotin Novatag Resin	NovaBiochem	8550510001
TORVIQ 10ML LUER LOCK FRITTED SYRINGE	Fisher	NC9299151
piperdine	Acros	P/3520/PB05
ninhydrin test	Sigma-Aldrich	60017-1ea
1’-Fmoc-amino-ferrocene-1-carboxylic acid	Omm Scientific	Special Order
1-​Hydroxybenzotriazole hydrate	Sigma-Aldrich	157260-25G
N,N′-Diisopropylcarbodiimide	Sigma-Aldrich	D125407-5G
N,N-​Diisopropylethylamine	Sigma-Aldrich	496219-100ML
Fmoc-Cys(Trt)-OH	Novabiochem	8520080025
trifluoroacetic acid	Sigma-Aldrich	T5408
1,2-ethanedithiol	Sigma-Aldrich	2930
triisopropyl silane	Sigma-Aldrich	233781
Eppendorf tubes (20 mL)	any source
methanol	any source		dry with molecular sieves prior to use & store in 100 mL media bottle for easy usage.
dichloromethane	any source		dry with molecular sieves prior to use & store in 100 mL media bottle for easy usage.
dimethylformamide	any source		dry with molecular sieves prior to use & store in 100 mL media bottle for easy usage.
centrifuge	any source