ربط المسابر البيولوجي لأجهزة الاستشعار البصرية عن طريق وكلاء السيليكا اقتران silane
Summary
أجهزة الاستشعار التفاعل مع البيئات المعقدة والبيولوجية وإجراء الكشف المستهدفة من خلال الجمع بين أجهزة استشعار حساسة للغاية مع تحقيقات محددة للغاية التي تعلق على الاستشعار عن طريق تعديل السطح. هنا، علينا أن نبرهن على سطح functionalization من أجهزة الاستشعار البصرية السيليكا مع البيوتين استخدام وكلاء اقتران silane لسد استشعار والبيئة البيولوجية.
Abstract
من أجل التفاعل مع البيئات البيولوجية، ومنصات جهاز الاستشعار البيولوجي، مثل نظام Biacore شعبية (على أساس مأكل سطح الرنين (SPR) تقنية)، والاستفادة من مختلف تقنيات التغيير في السطح، والتي يمكن، على سبيل المثال، منع تلوث السطح، وتوليف hydrophobicity / hydrophilicity من السطح، والتكيف مع مجموعة متنوعة من البيئات الإلكترونية، والأكثر شيوعا، وتحدث خصوصية من أجل التوصل إلى الهدف من الفائدة. 1-5 هذه التقنيات توسيع وظيفة من أجهزة الاستشعار وإلا حساسة للغاية إلى التطبيقات في العالم الحقيقي في بيئات معقدة، مثل كما الدم والبول، وتحليل مياه الصرف الصحي. 2،6-7 بينما منصات biosensing التجارية، مثل Biacore، وغير مفهومة بشكل جيد، وتقنيات قياسية لأداء هذه التعديلات السطحية، إن لم تكن هذه التقنيات تترجم بطريقة موحدة لغيرها من التسمية مجانا منصات biosensing، مثل معرض يهمس وضع (WGM) مرنانات بصري. 8-9 < / P>
مرنانات WGM البصرية تمثل تكنولوجيا واعدة لأداء التسمية خالية من الكشف عن مجموعة واسعة من الأنواع في تركيزات منخفضة للغاية 6،10-12 حساسية عالية من هذه المنصات هي نتيجة للبصريات بهم هندسية فريدة من نوعها:. WGM بصري مرنانات تحصر تداول . في ضوء معين، ترددات الرنين لا يتجزأ 13 وعلى غرار منصات SPR، لا مجال بصري يقتصر كليا على جهاز الاستشعار، ولكن evanesces، وهذا "ذيل زائل" يمكن أن تتفاعل ثم مع الأنواع في البيئة المحيطة. هذا التفاعل يتسبب في معامل الانكسار الفعال لمجال بصري إلى تغيير، مما أدى إلى طفيفة، ولكن يمكن اكتشافها، والتحول في وتيرة صدى للجهاز. لأن الحقل البصري يدور، ويمكن ان تتفاعل عدة مرات مع البيئة، مما أدى إلى تضخيم المتأصلة في الإشارة، والحساسيات عالية جدا إلى تغييرات طفيفة في البيئة. 2،14-15
خيمة "> لإجراء الكشف استهدفت في بيئات معقدة، ويجب أن تقرن هذه المنصات مع جزيء مسبار (عادة نصف من زوج ملزم، على سبيل المثال الأجسام المضادة / المستضدات) من خلال تعديل السطح. 2 على الرغم من أن تكون ملفقة مرنانات WGM البصرية في هندستها عدة من مجموعة متنوعة من النظم المادية، microsphere السيليكا هو الأكثر شيوعا. هذه المجهرية هي ملفقة بشكل عام على نهاية الألياف الضوئية، والتي تنص على "الجذعية" التي يمكن من خلالها التعامل مع المجهرية خلال التجارب functionalization والكشف. قد كيمياء سطح السيليكا يمكن تطبيقها على تعلق جزيئات التحقيق على سطوحها، ولكن الأساليب التقليدية، ولدت لركائز مستو غالبا ما تكون غير كافية لهذه الهياكل ثلاثي الأبعاد، وأية تغييرات على سطح المجهرية (الغبار والتلوث، والعيوب السطحية، والطلاء متفاوت) يمكن أن يكون شديد، عواقب سلبية على قدرات الكشف عنها، وهنا علينا أن نبرهن مقاربة سطحيةلfunctionalization سطح microsphere السيليكا مرنانات WGM البصرية باستخدام silane كلاء اقتران لسد سطح غير العضوية والبيئة البيولوجية، عن طريق ربط البيوتين إلى السطح السيليكا. 8،16 على الرغم من أننا استخدام مرنانات السيليكا WGM microsphere مثل نظام الاستشعار في هذا التقرير، البروتوكولات هي عامة ويمكن استخدامها لfunctionalize سطح أي جهاز السيليكا مع البيوتين.Protocol
Discussion
كما هو موضح في البروتوكولات، وأنشأنا منصة المساكن التي يمكن من خلالها نقل المجهرية السيليكا بواسطة ينبع لها في جميع مراحل عملية functionalization. تم إنشاء هذا المنبر السكن وإيجاد حل لتلوث المياه السطحية والأضرار التي نجمت عن microsphere ملامسة الجدران من الحاويات المختلفة المس?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلفين الامتنان البروفيسور اندريا أرماني في جامعة جنوب كاليفورنيا للحصول على الدعم خلال الوقت تم تطوير هذا البروتوكول. وقدمت التمويل اللازم لوضع الأولية لهذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم [085281 و 1028440] والمعهد الوطني للصحة من خلال المعاهد الوطنية للصحة المدير الجديد لبرنامج مبتكر جائزة [1DP2OD007391-01]. تتوفر معلومات إضافية في 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 |
References
- 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).
