RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
نقدم هنا، بروتوكولا للكشف والتحديد الكمي لجزيئات منخفضة وفيرة في حلول معقدة باستخدام الجزيئية ولﻷخذ بالاقتران مع بيوسينسور سعة.
القدرة على الكشف عن وقوانتيتاتي الجزيئات الحيوية في الحلول المعقدة على الدوام رواجا عاليا في العلوم الطبيعية؛ وتستخدم للكشف عن المؤشرات الحيوية، والملوثات، والجزيئات الأخرى ذات الاهتمام. تقنية تستخدم عادة لهذا الغرض هو المرتبط بالانزيم الممتز الإنزيم (ELISA)، جسم واحد غالباً ما تتجه نحو جزيء مستهدفة محددة، حيث جسم مسمى ثاني يستخدم للكشف عن الأجسام المضادة الأولية، مما يسمح تقدير حجم المطلقة بيوموليكولي قيد الدراسة. ومع ذلك، يحد من استخدام الأجسام المضادة كعناصر الاعتراف بمتانة الأسلوب؛ لا الحاجة لاستخدام المسمى الجزيئات. للتغلب على هذه القيود، نفذت الطباعة الجزيئية، إنشاء مواقع الاعتراف اصطناعية مكملة لجزيء القالب ومن خلالها بضرورة استخدام الأجسام المضادة للربط الأولى. علاوة على ذلك، لحساسية أكبر، جسم المسمى ثانوية يمكن الاستعاضة عن أجهزة استشعار العوامل البيولوجية التي تعتمد على السعة للتحديد الكمي للجزيء المستهدف. في هذا البروتوكول، يصف لنا طريقة سريعة وخالية من تسمية كشف وقوانتيتاتي الجزيئات الحيوية المنخفضة وفيرة (البروتينات والفيروسات) في العينات المعقدة، مع حساسية التي أفضل بكثير من أنظمة الكشف عن شائعة الاستخدام مثل ELISA. هذا هو كل ما بوساطة الطباعة الجزيئية في تركيبة مع بيوسينسور سعة.
ويستخدم التقدير الكمي للجزيئات الحيوية في العديد من المجالات البحثية المختلفة في العلوم، واستخدام أساليب مثل radioimmunoassay (RIA) أو أليسا1. وتتطلب بعض هذه الأساليب المسمى كاشف مثل النظائر المشعة أو الإنزيم المسمى جسم/مستضد، مما يجعلها ذات العمالة الكثيفة وتستغرق وقتاً طويلاً مع الإجراءات المعقدة2. علاوة على ذلك، متانة، والانتقائية، والحساسية من هذه الأساليب لا تكفي لجميع التحليلات؛ لا سيما أنها ليست كافية عند كميات أتوجرام بحاجة إلى تحليل، بدلاً من الرسم التخطيطي كميات3. لهذا الغرض، اكتسبت أجهزة استشعار العوامل البيولوجية اهتماما كبيرا4،5، وبخاصة في تركيبة مع طابعة الجزيئية لزيادة متانة.
الطباعة الجزيئية تعتمد على خلق تجاويف مبلمرة مونومرات الفنية حول قالب6، إنشاء مواقع الاعتراف الاصطناعية التي تشبه تماما في قالب7. وقد استخدم هذا الأسلوب للعديد من التطبيقات، بما في ذلك نظم إيصال المخدرات والفصل التحليلي، ولكن أيضا كعناصر بيوريكوجنيشن في أجهزة استشعار العوامل البيولوجية8،،من910. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض الصعوبات في تصميم مطبوع جزيئيا البوليمرات (MIPs) لقوالب الجزيئات مثل البروتينات والخلايا11،12. ونتيجة لهذا، ركزت العديد من الباحثين على ولﻷخذ البروتين القالب مباشرة على الركازة، وبالتالي إنشاء سطح سوف يتم التعرف عليه بواسطة البروتين الهدف12. وتسمى هذه التقنية طلاء السطح المستخدمة لتوظيف تجاويف الاعتراف للجزيئات الكبيرة والجمعيات بما في ذلك البروتينات ميكروكونتاكت ولﻷخذ13،14. الإجراءات العامة للأسلوب يعتمد على البلمرة بين الأسطح اثنين-طابع قالب ودعم بوليمر-التي تمتز على السطح15،واحد16هو القالب، وأحضر في اتصال مع مونومر المعالجة السطحية. بهذه الطريقة، يتم تشكيل فيلم بوليمر رقيقة على الدعم عن طريق الأشعة فوق البنفسجية--البلمرة. وأخيراً، تتم إزالة القالب، تاركين وراءهم تجاويف القالب محددة على سطح القطب مطبوع. هذا الأسلوب له بعض المزايا بما في ذلك خسارة انخفاض نشاط في جزيء مطبوع، عملية، فضلا عن أنها تتطلب كميات صغيرة جداً من جزيئات قالب للطباعة16،17. وهكذا، يمكن أن تنشأ هذه الأسطح الفعالة من حيث التكلفة، ومستقرة وحساسة، وانتقائية على السطوح الاستشعار، استهداف أي قالب من اختيار المستخدم.
يمكن استخدامها في بيوسينسور للكشف عن البروتينات وحيدة وبيوماكروموليكوليس أكبر بكثير، بما في ذلك الفيروسات. مجموعة محددة من الفيروسات اكتساب الفائدة الأخيرة هو عاثية، وهو فيروس الذي يصيب البكتيريا. المهم الكشف السريع وحساسة من باكتيريوفاجيس خلال البيوتكنولوجية والعمليات الصيدلانية البيولوجية من أجل تحديد حالات العدوى البكتيرية الثقافات مع باكتيريوفاجيس18. المقايسة البيولوجية الأكثر استخداماً للكشف عن عاثية هو أسلوب طبقة مزدوجة أجار19، شاقة وتستغرق وقتاً طويلاً. بذلت عدة محاولات لتطوير أدوات تشخيص الرواية للفيروسات (بما في ذلك باكتيريوفاجيس) مثل القوة الذرية مجهرية (فؤاد)20وقياس التداخل21، كهربية22واستشعار النظام23، 24-وركزت الكثير من العمل على أجهزة استشعار العوامل البيولوجية نظراً لمزاياها أنها سهلة التشغيل وحساسة للغاية، وقادرة على قياس الوقت الحقيقي15،25. يستند نوع معين من بيوسينسور إلى التغيرات في السعة. هذه السعة من أجهزة استشعار العوامل البيولوجية هي أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية بقياس التغيرات في خصائص العزل الكهربائي عند أكثر يتفاعل مع عنصر بيوريكوجنيشن على سطح جهاز الاستشعار، مما تسبب في حدوث انخفاض في السعة2،4 . وقد استخدمت أجهزة استشعار العوامل البيولوجية بالسعة للكشف عن مختلف التحاليل مثل المستضدات والأجسام المضادة، والبروتينات والمعادن الثقيلة أيونات6،26،،من2728. هذه الأنواع من أجهزة استشعار العوامل البيولوجية لها العديد من المزايا مثل السرعة المتأصلة وحساسية عالية، والبساطة، والتلاعب منخفضة التكلفة وسهلة والقياس في الوقت الحقيقي دون وسم29.
الأسلوب الموصوفة في هذه الوثيقة تهدف إلى تمكين الكشف والتحديد الكمي للجزيئات الحيوية المنخفضة وفيرة في عينات معقدة للغاية، دون الحاجة إلى استخدام أي تسمية. على وجه الخصوص، الأسلوب الأكثر فائدة في مجموعة حلول أتو من الجزيئات الحيوية، حيث فشل غيرها من الصكوك القائمة تجارياً لدقة كوانتيتاتي هدفهم.
1-تعديل غطاء من الزجاج ينزلق (أختام القالب)
2-تعديل سعوي أقطاب الذهب
3-إعداد قالب مطبوع أقطاب الذهب بالسعة
4-توصيف سطح القطب بالمسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM)
5. القياسات بالسعة في الوقت الحقيقي مع قالب مطبوع أقطاب الذهب بالسعة
باتباع البروتوكول، طبقاً التخطيطي في الشكل 1، سوف مطبوع قطب الذهب عارية مع قالب، تمثل بنية بيوماكروموليكولي. يمكن تطبيق هذا القطب في بيوسينسور بالسعة (الشكل 2)، مما يتيح تطبيق قالب على مسرى مستقرة، وقياس التغيرات في السعة عند ربط القالب.
ويرد تمثيل تخطيطي بيوسينسور بالسعة في الشكل 2. ويمكن رؤية المضخة centris، والمسؤولة عن الحقن المستمر من المخزن المؤقت قيد التشغيل (الفوسفات 10 ملم، ودرجة الحموضة 7.4)، وتجديد المخزن المؤقت (25 مم جليكاين-HCl، الأس الهيدروجيني 2.5) أثناء التجديد في الخلية تدفق، بوضوح في الشكل. تدفق الخلية يتكون من العامل، ومرجع، وعداد كهربائي. يتكون صمام حقن الحلول القياسية البروتين/عاثية، الذي يمر ديجاسير أولاً وثم حقن التتابع في النظام. أقرب الحلول التي تصل إلى مسرى العامل إدراجها في الخلية التدفق، ويتم رصد النتيجة في الوقت الحقيقي. ويمكن تسجيل قيم السعة باتباع سينسورجرامس على شاشة الكمبيوتر.
رقم 3 و رقم 4 تصور الاختلافات بين سطح أقطاب الذهب العارية ومطبوع. تعد هذه الخطوة توصيف مهمة لضمان أن هناك تجاويف البوليمرية، ينظر إليه خشونة على سطح القطب بعد الطباعة. وبصرف النظر عن وزارة شؤون المرأة، وهناك أيضا أساليب توصيف الأخرى بما في ذلك فؤاد، قياسات زاوية الاتصال، ellipsometry إلخ، التي يمكن استخدامها لتحديد خصائص السطح بعد الطباعة. بهذه الطريقة، فإنه يمكن ضمان أن عملية الطباعة ناجحة، وأن يتم تشكيل تجاويف القالب على السطح. داخل هذه التجاويف، يمكن ربط القالب مع خصوصية عالية وتقارب.
بعد حقن الحلول القياسية في النظام بالسعة، تم حساب متوسط القراءات الخمس الأخيرة تلقائياً بالبرنامج، وتم الحصول على الرسوم البيانية المعايرة برسم التغيير في السعة مقابل التركز أكثر. نشأ الانخفاض في السعة المسجلة من ربط القالب. الجزيئات أكثر أن الربط الكهربائي الذهب السطحي، ارتفاع الحد من السعة الإجمالية، وفقا للمبدأ العام للقياسات بالسعة. الرقم 5 و الرقم 6 تبين أن ΔC يزيد مع زيادة التركيز أكثر، كما هو متوقع. ويمكن تقييم النطاق الديناميكي (بين الذي هو نطاق التركيز فيها النظام مفيد للكشف عن هدف معين) والحد من الكشف عن (اللد) من خلال تحليل هذه الرسوم البيانية. وفقا الرقم 6، بيوسينسور بالسعة عاثية مطبوع يمكن اكتشاف bacteriophages بتركيز يتراوح بين 101 -بفو5 10/مل، مع قيمة اللد بفو 10/مل في هذه الدراسة. الرقم 5 و 6 الشكل أيضا تسليط الضوء على ضرورة قياس منحنى المعايرة في نفس الفترة الزمنية اللازمة لتركيز قالب من المفترض، حيث قد تختلف الخطي للانحدار على التركيزات ( 5 الرقم)، أو منحدرات مختلفة (الشكل 6). تجدر الإشارة أيضا إلى أنه نظراً لتركيزات منخفضة المستخدمة، النظام حساس جداً للتقلبات (التعكر في عينة، مشروع الهواء، إلخ)، وذلك، فمن المستحسن لتشغيل على الأقل تريبليكاتيس للحد من إمكانيات بما في ذلك القيم المتطرفة . لنفس السبب، الانحراف المعياري يمكن أن تكون كبيرة جداً للعينات مخففة جداً، كما هو موضح في الشكل 6.

الشكل 1 . التمثيل التخطيطي من ميكروكونتاكت ولﻷخذ الأسلوب. (أ) إعداد كشوف غطاء الزجاج (قالب الطوابع)، (ب) إعداد أقطاب الذهب بالسعة، (ج) ميكروكونتاكت الطباعة من القالب على سطح القطب الذهب عن طريق الأشعة فوق البنفسجية--البلمرة، و (د) إزالة قالب من سطح القطب (مستنسخة من إرتورك et al.، التكنولوجيا الحيوية تقارير 2014 (3): 65-72 مع إذن). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الرقم 2. التمثيل التخطيطي ل biosensor سعوي. التخطيط العام بيوسينسور بالسعة المستخدمة في هذه الدراسة (مستنسخة من إرتورك et al.، التكنولوجيا الحيوية تقارير 2014 (3): 65-72 مع إذن). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 3. "فحص المجهر الإلكتروني" للبروتين مطبوع أقطاب. صور SEM من (أ) قطب الذهب عارية (شريط مقياس = 20 ميكرومتر)، و (ب) بروتين مطبوع القطب الذهب بالسعة (شريط مقياس = 10 ميكرومتر). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 4. "المسح الضوئي المجهر الإلكتروني" من عاثية مطبوع أقطاب. صور SEM القطب الذهب العارية (شريط مقياس = 20 ميكرومتر) (A)، ومطبوع عاثية القطب الذهب بالسعة في تكبير مختلفة (6600 x، مقياس بار = 10 ميكرون) (ب)، و 11، 500 X، مقياس بار = 5 ميكرومتر) (ج)؛ سهام الدلالة bacteriophages التقيد بها). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 5. تأثير تكوين المخزن المؤقت للرسوم البيانية المعايرة. معايرة رسم بياني يبين التغيير في السعة مقابل تركيز بروتين في الظروف المثلى (تشغيل المخزن المؤقت: 50 مم تريس-HCl، درجة الحموضة 7.4؛ المخزن المؤقت للتجديد: 25 مم جليكاين-HCl، الأس الهيدروجيني 2.5 بما في ذلك 50 مم توين-20؛ معدل التدفق: 100 ميليلتر في الدقيقة، وحجم العينة: 250 ميليلتر؛ T: 25 درجة مئوية). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 6. منحنى المعايرة الممثل لكبير بيوماكروموليكوليس- الرسم البياني المعايرة التي يظهر التغيير في السعة مقابل تركيز عاثية في الظروف المثلى (تشغيل المخزن المؤقت: الفوسفات 10 ملم، ودرجة الحموضة 7.4؛ المخزن المؤقت للتجديد: 25 مم جليكاين-HCl، الأس الهيدروجيني 2.5 بما في ذلك 50 مم توين-20؛ معدل التدفق: 100 ميليلتر في الدقيقة، وحجم العينة: 250 ميليلتر؛ T: 25 درجة مئوية) الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
نقدم هنا، بروتوكولا للكشف والتحديد الكمي لجزيئات منخفضة وفيرة في حلول معقدة باستخدام الجزيئية ولﻷخذ بالاقتران مع بيوسينسور سعة.
ماريا بومغارتن (منصة التكنولوجيا الأحيائية الذكاء، والعدوى الطب، جامعة لوند) المسلم لأداء وتوفير المسح الإلكترون ميكروجرافس. وكان يؤيد هذا العمل من المنح المقدمة من Formas مجلس الأبحاث السويدية (2017-00100) كجزء من "الأوروبية الثالثة برمجة المبادرة المشتركة" المتعلقة بمقاومة مضادات الميكروبات (جبيامر) مكالمة "ديناميات انتقال". وكان الممولين أي دور في تصميم الدراسة، وتفسير، والكتابة، إعداد المخطوط، قرار بتقديم، أو قرار لنشر الأعمال.
| غطاء زجاجي ينزلق | ThermoFisher | 102222 | ختم البروتين |
| HCl | Sigma-Aldrich | H1758-500ML | تنظيف |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 72068-100ML | |
| تنظيف بالموجات فوق الصوتية برانسون | بالموجات | فوق الصوتية برانسونيكM1800- E | تنظيف |
| 3-أمينو-بروبيل-ثلاثي إيثوكسيسيلان (APTES) | سيجما ألدريتش | A3648-100ML | تعديل |
| EtOH | Sigma-Aldrich | 1009836010 | شطف / تنظيف |
| الجلوتارالديهايد | سيجما-ألدريتش | G5882-100ML | |
| أسيتون | سيجما-ألدريتش | 34850-1L-M | تنظيف |
| H2< / sub>SO4< / sub> | Sigma-Aldrich | 339741-100ML | محلول |
| سمارة المفترسةH2< / sub>O2< / sub> | Sigma-Aldrich | H1009-500ML | محلول سمارتي المفترسة |
| التيرامين | Sigma-Aldrich | T90344-5G | تعديل |
| CompactStat | Ivium Technologies | CompactStat.h: 30mA@10V / 3 ميجا هرتز | potentiostat |
| طقم القطب الكهربائي المضاد البلاتيني | Equilabrium | AFCTR5 | potentiostat |
| المرجع القطب الكهربائي | Equilabrium | RREF0021 | potentiostat |
| أكريلويل كلوريد | EMD Millipore | 8.00826.0100 | تعديل |
| ثلاثي إيثيل أمين | EMD Millipore | 8.08352.0100 | تعديل |
| التولوين | سيجما ألدريتش | 244511-100 مل | تعديل |
| N-hydroxymethyl acrylamide | Sigma-Aldrich | 245801-100G | مونومر وظيفي |
| بولي إيثيلين جلايكول -400-ديميثاكريلات | سيجما-ألدريتش | 409510-250 مل | رابط متقاطع |
| 2-هيدروكسي -4 & برايم ؛ - (2-هيدروكسي إيثوكسي) -2-ميثيل بروبيوفينون | سيجما ألدريتش | 410896-50G | |
| بلمرة الأشعة فوق البنفسجية | الوظيفية مونومر Dymax | Dymax 5000ECE | ملقط بلمرة الأشعة فوق البنفسجية |
| سيجما ألدريتش | Z168777-1EA | الاستهلاكيه | |
| 1-dodecanethiol | Sigma-Aldrich | 471364-100ML | عامل حجب |
| أكريلاميد | Sigma-Aldrich | A3553-100G | مونومر وظيفي |
| N-hydroxymethylacrylamide | Sigma-Aldrich | 245801-100G | مونومر وظيفي |
| N-isopropylacrylamide | Sigma-Aldrich | 415324-50G | مونومر وظيفي |
| methylenebisacrylamide | Sigma-Aldrich | 146072-500G | مونومر الربط المتقاطع |
| N ، N ، N '، N '- رباعي ميتيهيل إيثيل ديامين (TEMED) | Sigma-Aldrich | T9281-25ML | محفز |
| بيرسولفات الأمونيوم | Sigma-Aldrich | A3678-25G | بادئ |
| الاستشعار الحيوي بالسعة | CapSenze | Equipment | |
| Glycine | Merck | 1042011000 | تجديد العازلة |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P9416-50ML | التجديد العازلة |
| Trizma base | Sigma-Aldrich | 93352-1KG | تشغيل العازلة |
| Na2HPO4   ؛ & 2H2O | Calbiochem | 567547-1KG | تشغيل عازلة |
| NaH2PO4   ؛ & 2H2O | Calbiochem | 567549-1KG | تشغيل عازلة |
| DELPHI ضوء مترابط ومجهر إلكتروني | معدات Phenom-World | ||
| أقطاب كهربائية ذهبية سعوية | CapSenze Biosystems | مستهلكات | |
| 2،2 '-azobis (2-methypropionitrile) | Sigma-Aldrich | 441090-25G | بادئ الصور |
| CapSenze Smart Software | CapSenze | برنامج النظم | الحيوية |