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Articles by Bennett B. Goldberg in JoVE
JoVE Bioengineering
Détection biomoléculaire employant le capteur interférométrique Réflectance Imaging (IRIS)
1Department of Electrical and Computer Engineering, Boston University, 2Department of Biomedical Engineering, Boston University, 3Center for Advanced Genomics Technology, Boston University, 4Department of Medicine, Section of Infectious Diseases, Boston University School of Medicine, 5Department of Microbiology, Boston University School of Medicine, 6CNR (National Research Council), Istituto di Chimica del Riconoscimento Molecolare
Quantitatives à haut débit, en temps réel, et sans étiquette de détection biomoléculaire (ADN, protéines, etc) sur SiO
Other articles by Bennett B. Goldberg on PubMed
IRM De L'espace-gaz De Poumon Au Champ Très Faible à L'aide Hyperpolarisé Gaz Nobles
Hyperpolarisation (HP) gaz imagerie par résonance magnétique, polarisation de spin nucléaire importante, environ 100 000 fois ça habituellement procurable à l'équilibre thermique, sont créés dans 3He et 129Xe. Le signal amélioré, que les résultats peuvent être utilisés dans des études d'IRM à haute résolution des vides tels que dans les poumons. HP MRI le rapport signal-bruit (SNR) dépend seulement de gaz faiblement sur le champ magnétique statique (B(0)), ce qui rend le champ très faible (VLF) MRI possible ; en effet, il est possible de contempler portable IRM avec des solénoïdes léger ou des aimants permanents. Cet article de rapports les premières images de M. VLF in vivo des poumons chez les humains et chez les rats, obtenue à un champ de seulement 15 millitesla (150 Gauss).
Conformation De L'ADN Sur Des Surfaces Mesurées Par Autobrouillage De Fluorescence
La conformation des molécules d'ADN attaché à la surface d'un microréseau peut affecter significativement l'efficacité de l'hybridation. Bien qu'un certain nombre de méthodes ont été appliqué pour déterminer la structure de la couche de l'ADN, ils ne sont pas très sensibles aux variations de la forme des molécules d'ADN. Nous décrivons ici l'application d'une technique interférométrique, microscopie à fluorescence pour la mesure précise de l'emplacement moyen d'une étiquette fluorescente dans un ADN autobrouillage spectral appelé couche par rapport à la surface et ainsi déterminer des informations spécifiques sur la conformation des surface-bondissent des molécules d'ADN. À l'aide de la microscopie de fluorescence spectrale autobrouillage, nous avons estimé la forme de la spirale ADN simple brin, l'inclinaison moyenne de l'ADN double-brin de différentes longueurs et le montant de l'hybridation. Les données fournissent des preuves importantes du concept pour les fonctionnalités de nouvelles méthodes d'analyse surfaces optiques de la disposition moléculaire de l'ADN sur des surfaces. La détermination des conformations de l'ADN sur les surfaces et le comportement de l'hybridation fournissent des informations nécessaires pour avancer les interfaciales applications DNA et donc un impact émergentes des secteurs cliniques et biotechnologiques.
Dépistage Des Excitons Dans Single, Suspendu Les Nanotubes De Carbone
La spectroscopie Raman résonante de nanotubes de carbone unique suspendues dans les tranchées affiche rouge-déplacements de jusqu'à 30 meV, les énergies de transition électronique en fonction du milieu diélectrique environnant. Nous avons développer une échelle simple relation entre l'énergie de liaison d'excitons et la fonction diélectrique externe et donc de quantifier l'effet du dépistage. Nos résultats laissent entendre que les énergies d'interaction de particules sous-jacentes changent par des centaines de meV.
Diffraction Des Ondes évanescentes Et Détection Du Déplacement Nanométriques
Détection du déplacement sensible est devenue un défi technologique important dans les résonateurs mécaniques avec des dimensions nanométriques. On propose un schéma de détection de déplacement de nanomécanique roman basé sur la dispersion des champs évanescents focalisés. La sensibilité de l'approche proposée est étudiée à l'aide de la théorie de la diffraction des ondes évanescentes. Résultats de la théorie de diffraction sont comparées avec des simulations numériques.
Microscopie Spectrale Autobrouillage Pour L'imagerie Axiale Nanométriques De Faible Signal
Une analyse théorique et numérique de microscopie spectrale autobrouillage (SSM) est présentée dans le but d'élargir le domaine des applications de la SSM. En particulier, ce travail est destiné à permettent l'imagerie SSM dans des applications de faible signal telles que les études de molécules simples. Un modèle complet électromagnétique pour SSM est présenté, permettant des formes arbitraires du champ d'excitation, optique de détection et réponse d'échantillon tenseur. Un système SSM evanescently excité, analogue à la microscopie de réflexion totale interne, est proposé et étudié au moyen de simulations Monte Carlo. Localisation d'axiale nanométrique pour objets de simple-émetteur est démontrée, même dans les environnements de faible signal. Les fonctionnalités de SSM dans l'imagerie des objets plus généraux sont également considérés comme--en particulier, d'imagerie des distributions arbitraires fluorophore et émetteur-deux objets. Une méthode de traitement des données est présentée qui rend SSM robustes au bruit et les incertitudes de l'enveloppe spectrale détecté.
Microscopie Spectrale Autobrouillage 4pi
Microscopie spectrale autobrouillage (SSM) s'appuie sur la collection équilibrée de voyager deux chemins différents de l'échantillon pour le détecteur, une directe et l'autre indirecte d'un substrat réfléchissant la lumière. Les effets d'interférence spectrale qui en résultent permettent la localisation axiale nanométrique des émetteurs isolés. Pour produire des franges spectrales, la différence entre les deux chemins optiques doit être significative. Par conséquent, pour s'assurer que les deux contributions sont en discussion, un objectif de faible ouverture numérique doit être utilisé, donnant mauvaise résolution latérale. Ici, cette limitation est vaincue en utilisant un appareil de 4Pi pour produire les deux chemins nécessaires au détecteur. L'instrument qui en résulte généralise les SSM et 4Pi microscopie et permet une quantification de la SSM résolution (plutôt que précision de localisation). Plus précisément, SSM est montré à subir les mêmes contraintes de résolution que la microscopie de 4Pi.
Détection Sans étiquette Et Dynamique Des Interactions Biomoléculaires Pour Les Applications Haut Débit « Microarray »
Surveillance directe des interactions de liaison moléculaire primaires sans besoin de réactifs secondaires nettement simplifierait et étendre l'application des méthodes de détection d'étiquette-free haut débit. Une simple technique interférométrique est présentée qui surveille la différence de phase optique résultant de biomoléculaire accumulé massive. À titre d'exemple, 50 points pour chacune des quatre protéines constituées de BSA, l'albumine sérique humaine, lapin IgG et protéine G étaient dynamiquement surveillés car ils ont capturé des anticorps correspondants. Mesures dynamiques ont été faites à 26 pg/mm(2) SD par endroit et avec une concentration détectable de 19 ng/ml. La méthode présentée est particulièrement pertinente pour l'analyse de microarray de protéine parce qu'elle est exempte d'étiquette, simple, sensible et peut évoluer facilement vers haut débit.
Widefield Microscopie Sous La Surface Des Circuits Intégrés
Nous appliquons l'ouverture numérique augmente la technique de la lentille à widefield imaging sous la surface des circuits intégrés silicium. Nous démontrons des résolutions latérales et longitudinales bien au-delà des limites de l'imagerie conventionnelle arrière. Avec un microscope widefield infrarouge simple (lambda(0) = 1,2 microm), nous démontrons une résolution spatiale latérale de 0,26 microm (0,22 lambda(0)) et une résolution longitudinale de 1,24 microm (1,03 lambda(0)) pour l'imagerie de la face arrière à travers le substrat de silicium d'un circuit intégré. Nous présentons une comparaison de résolution spatiale entre widefield et microscopie confocale, qui sont essentielles dans l'analyse des circuits intégrés pour l'émission et la microscopie d'excitation, respectivement.
Spectromètre Hyperspectral Fourier Pour La Spectroscopie De Réflexion Et De La Microscopie De Fluorescence Autobrouillage Spectral
A hyperspectral Fourier spectromètre a été développé pour l'étude des biomatériaux lié à optiquement les surfaces réfléchissantes. Cet instrument possède deux modes de fonctionnement : un mode de réflexion de la lumière blanche et un mode de fluorescence autobrouillage spectral. Avec la capacité combinée, informations sur la conformation d'un ensemble de biomolécules peuvent être déterminées. Au meilleur de nos connaissances, notre est le premier rapport de cette réflexion de lumière blanche hybride, mesure de fluorescence spectrale autobrouillage avec n'importe quel type d'imageur hyperspectral. La technique de mesure est accompagnée d'une description complète du système, y compris des prévisions sur le rendement théorique. Démonstration des principes des mesures d'échantillons artificiels sont affichés, et les résultats sont discutés.
Imagerie De La Cavité Résonante : Un Moyen Vers La Détection De Protéines De Label-Free Haut Débit
La cavité résonante d'imagerie biocapteur (RCIB) est une technique optique pour la détection d'étiquette d'interactions de liaison moléculaire libre à de nombreux endroits en parallèle qui emploie une cavité résonante optique à haute sensibilité. Lumière infrarouge proche centrée à 1512,5 nm couples résonance à travers une cavité Fabry-Perot, construit à partir de réflecteurs diélectriques (Si/SiO(2)), dont l'un sert de la surface de liaison. Comme la longueur d'onde est balayé à l'aide d'un laser accordable, caméra infrarouge surveille la transmittance de la cavité à chaque pixel. Un changement de longueur d'onde dans la réponse locale de résonance de la cavité optique indique la liaison. Positionnement de la surface sensible en ce qui concerne le modèle de l'onde stationnaire du champ électrique au sein de la cavité contrôle la sensibilité avec laquelle la présence de molécules liées est détectée. Intensité diffusée à des milliers d'endroits de pixel est enregistrée simultanément en 10 s, 5 scan nm. Une configuration initiale de la preuve de principe a été construite. Un échantillon a été fabriqué avec 25, dispose de larges carrés de 100-maman, chacun avec une densité différente des dépressions carrées 1-maman gravé 12 nm dans la surface de SiO(2). La profondeur moyenne de chaque région gravée a été trouvée avec une précision de rms 0,05 nm. Dans un deuxième essai, l'avidine, lié sélectivement à la biotine conjugué l'albumine sérique bovine, a été détecté.
Observation Directe De La Conformation D'un Revêtement Polymère Ayant Des Implications Dans Les Applications De Microarray
La conformation d'un revêtement polymère tridimensionnel (copoly(DMA-NAS-MAPS)) et immobilisation et l'hybridation des brins d'ADN sur la surface recouverte de polymère ont été étudiés. Un changement conformationnel, spécifiquement le gonflement du polymère adsorbé sur l'hydratation, la surface est quantifié en conjonction avec l'application de ce revêtement polymère pour applications de DNA microarray. Fluorescent étiquetés brins d'ADN courtes (23mers) liées de façon covalente aux groupes fonctionnels sur le polymère adsorbé sont utilisés comme sondes pour mesurer le gonflement du polymère. Une technique de microscopie de fluorescence, microscopie par Fluorescence d'autobrouillage Spectral (SSFM), sert à mesurer directement le changement dans la position axiale de fluorophores à cause de l'enflure avec une précision de subnanometer. En outre, caractéristiques d'immobilisation de l'ADN bicaténaire unique (ssDNA) et double brin sondes d'ADN (ADN double brin), ainsi que l'hybridation de l'ADN simple brin avec cible brins ont été étudiés. Les résultats montrent qu'ADNsb plus loin de la surface est hybridé plus efficacement, qui renforce l'analyse antérieure de ce revêtement polymérique comme un simple mais extrêmement efficace et robuste DNA microarray chimie de surface.
Représentations Exactes Des Composantes De Champ Des émetteurs Fluorescents Dans Des Milieux Stratifiés
Rayonnement dipolaire dans et à proximité des milieux diélectriques stratifiés planaires est étudié théoriquement dans le cadre de la microscopie en fluorescence, comme émetteurs fluorescents sont généralement modélisées par des dipôles électriques. Bien que l'accent principal de cette étude repose sur des représentations exactes des composants champ des émetteurs fluorescents dans des environnements en couches dans les régions de champ proche et lointain, le motif sous-jacent est de comprendre les limites de la microscopie de fluorescence spectrale autobrouillage dans l'étude de l'orientation du dipôle de fluorophores. Étant donné que des calculs précis des composantes du champ arbitrairement polarisé électrique dipôles dans des environnements en couches sont mathématiquement très coûteuses en temps, on propose une méthode pour trouver leurs représentations exactes à l'aide de fonctions de Green potentiels sous forme finie précédemment développées pour des applications micro-ondes. La méthode est vérifiée sur des géométries typiques utilisés dans des expériences de microscopie spectrale autobrouillage, où un émetteur dipôle est positionné sur une dalle de SiO(2) au-dessus d'un substrat Si. En plus de faciliter le calcul efficace de champs proches et intermédiaires des émetteurs fluorescents, sous forme finie fonctions de Green pour les champs jouerait aussi un rôle crucial dans le développement d'outils analyse et conception efficaces et rigoureuses informatiques pour des dispositifs optiques passifs tels que les antennes optiques en améliorant significativement le coût de calcul de la solution numérique de l'équation intégrale.
Quantification De L'ADN Et Les Protéines Adsorption Par Déplacement De Phase Optique
Un avantage principal des méthodes de détection étiquette libres sur mesures fluorescents est sa capacité de détection quantitative, puisqu'une mesure absolue de matériel adsorbé facilite la caractérisation cinétique des interactions biomoléculaires. Des techniques interférométriques concernent la phase optique biomoléculaire densité de couche sur la surface, mais le facteur de conversion n'a pas déjà été déterminé avec précision. Nous présenter une méthode d'étalonnage pour la mesure de décalage de phase et l'appliquer à la surface de liaison albumine de sérum bovin, immunoglobulines G et ADN monocaténaire. Biomolécules avec des concentrations connues, dissoutes dans l'eau sans sel ont été repérés avec des volumes précis sur la surface du tableau et à l'évaporation de l'eau, a laissé une masse facilement calculée. Grâce à notre technique exempte d'étiquette, la masse calculée de le biolayer a été comparée avec l'épaisseur mesurée, et nous avons observé une variation linéaire 4 ordres de grandeur. Nous avons déterminé que la conversion largement acceptée de 1 nm d'épaisseur correspond à environ 1 ng/mm(2) surfacique tenue assez bien pour ces substances et par le biais de nos expériences peut maintenant être spécifiée pour les différents types de biomolécules. Grâce à un étalonnage précis de la dépendance d'épaisseur sur la densité de surface, nous avons établi une relation permettant une détermination précise du nombre absolu des molécules d'ADN simple brin et de deux protéines différentes.
Biaxiale Souche Dans Le Graphène Ont Adhéré à Des Dépressions Peu Profondes
Les mesures sur le graphène exfolié sur un substrat prepatterned avec des dépressions peu profondes démontrent que le graphène ne reste pas autonome mais plutôt adhère au substrat malgré la souche biaxial induite. La souche est homogène sur le fond de la dépression comme déterminée par des mesures de Raman. Nous trouvons plu Raman déplacements et paramètres Gruneisen des phonons qui sous-tendent les G et les bandes 2D sous contrainte bi-axiale que ceux rapportés antérieurement. Modélisation de l'interférence est utilisée pour déterminer la position verticale du graphène et calculer la pile de substrat diélectrique optimal pour maximale du signal Raman.
Exempt D'étiquette Multiplexés De Détection De Virus En Utilisant L'imagerie Spectrale De Réflectance
Nous démontrons la détection de tout virus et de protéines virales avec une nouvelle plateforme exempte d'étiquette sur l'imagerie spectrale de réflectance. Le capteur d'imagerie réflectance interférométrique (IRIS) s'est avéré être capable d'une protéine sensible et détection de l'ADN dans un format de haut débit et en temps réel. Virus de la stomatite vésiculaire (VSV) a été utilisé comme cible pour la détection, car il est bien caractérisé pour la composition en protéines et peut être modifié aux protéines de la capside virale exprès des autres agents dangereuses, hautement pathogènes pour la détection de porteuse tout en restant un agent de niveau 2 de biosafety. Nous démontrons la détection spécifique des virions VSV intactes atteint avec des anticorps de surface immobilisée agissant comme sondes de capture qui est confirmée par imagerie de fluorescence. La limite de détection est confirmée jusqu'à 3,5 × 10 (5) formant unités/mL (PFUs/mL). Pour augmenter la spécificité dans un scénario clinique, la glycoprotéine externe et internes protéines virales ont été détectés simultanément les même alignements d'anticorps avec détergent-perturbé purifiée VSV et solutions de lysat de cellules infectées. Nos résultats montrent détection sensible et spécifique avec un simple chimie de surface et de la préparation de l'échantillon minimal sur une plate-forme exempte d'étiquette interférométrique quantitative.
Transfert Du Graphène CVD Cultivés Monocouche Sur Des Substrats Et Arbitraire
Reproductible transfert sec et humide techniques ont été développées pour améliorer le transfert du graphène monocouche de grande surface cultivé sur des feuilles de cuivre par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Les techniques signalés ici autoriser le transfert sur trois classes différentes de substrats : substrats recouverts de dépressions peu profondes, des substrats perforés et substrats plats. Une technique de transfert sec roman servait à fabriquer le graphène étanche microchambers sans piégeage liquide à l'intérieur. La technique de transfert sec utilise un châssis de polydiméthylsiloxane qui se fixe sur la poly(methyl methacrylate) filé sur le film de graphène, et le graphène monocouche a été transféré sur des dépressions peu profondes avec une profondeur 300 nm. Le transfert humide amélioré sur des substrats perforées avec trous de 2,7 μm de diamètre donne couverture de 98 % des trous recouverts de films continus, permettant l'utilisation de prête de Raman spectroscopie et transmission microscopie électronique étudier les propriétés intrinsèques du graphène CVD cultivés monocouche. En outre, le graphène monocouche transféré sur des substrats plats a moins de fissures et de larmes, aussi bien que plus faible résistance que les techniques de transfert précédent. Films de graphène monocouche transférées sur le verre avaient une résistance de feuille de ∼980 Ω/sq et un facteur de transmission de 97,6 %. Ces techniques de transfert ouvrent des possibilités pour la fabrication des différents dispositifs de graphène avec les configurations uniques et des performances améliorées.
Détecteurs De Nanoparticule Unique Pour Des Applications Biologiques
Recherche de nanoparticules a pris une importance croissante dans le contexte de bioscience et biotechnologie. Utilisation pratique des nanoparticules en biologie a considérablement avancé notre compréhension des processus biologiques à l'échelle nanométrique ainsi que conduit à nombreuses nouvelles applications diagnostiques et thérapeutiques. En outre, les nanoparticules synthétiques et naturelles sont préoccupantes pour leurs effets indésirables potentiels sur la santé humaine. Développement de nouveaux outils de détection et la caractérisation des nanoparticules touchera un large éventail de disciplines dans la recherche biologique de nanomédecine à nanotoxicologie. Dans cet article, nous discutons les progrès récents et les orientations futures dans le domaine des détecteurs de nanoparticule unique en mettant l'accent sur leurs applications biologiques. Un bref aperçu critique des techniques de détection électrique et mécanique est donné et on présente une discussion plus approfondie des techniques de détection optique sans étiquette.
