biomolecular-detection-employing-interferometric-reflectance-imaging

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Boston University 

&#x4E00;&#x79CD;&#x65B0;&#x65B9;&#x6CD5;&#x662F;&#x76F4;&#x63A5;&#x68C0;&#x6D4B;&#x82AF;&#x7247;&#x4E0A; DNA &#x5206;&#x5B50;&#x6742;&#x4EA4;&#x7684;&#x63D0;&#x8BAE;&#x3002;&#x5149;&#x5B66;&#x5E72;&#x6D89;&#x6D4B;&#x91CF;&#x6CD5;&#x7528;&#x4E8E;&#x65E0;&#x6807;&#x7B7E;&#x7684;&#x751F;&#x7269;&#x5206;&#x5B50;&#x79EF;&#x7D2F;&#x5BF9;&#x73BB;&#x7483;&#x8868;&#x9762;&#xFF0C;&#x4F7F;&#x76F8;&#x4E92;&#x4F5C;&#x7528;&#x7684;&#x52A8;&#x6001;&#x68C0;&#x6D4B;&#x7684;&#x4F20;&#x611F;&#x3002;&#x63D0;&#x4EA4;&#x65B9;&#x6CD5;&#x7684;&#x529F;&#x80FD;&#x4F53;&#x73B0;&#x5728;&#x9AD8;&#x541E;&#x5410;&#x91CF;&#x9065;&#x611F;&#x7684;&#x56FA;&#x76F8;&#x6742;&#x4EA4;&#x7684;&#x5BE1;&#x6838;&#x82F7;&#x9178;&#x3002;&#x901A;&#x8FC7;&#x6BD4;&#x8F83;&#x62CD;&#x6444;&#x4E4B;&#x524D;&#x548C;&#x4E4B;&#x540E;&#x6742;&#x4EA4;&#x7684;&#x65E0;&#x6807;&#x7B7E;&#x7684;&#x82AF;&#x7247;&#x56FE;&#x50CF;&#x68C0;&#x6D4B;&#x5230;&#x7684;&#x5BE1;&#x6838;&#x82F7;&#x9178;&#x78B1;&#x57FA;&#x5BF9;&#x957F;&#x671F;&#x76EE;&#x6807; 20 &#x8868;&#x9762;&#x56FA;&#x5B9A;&#x5316;&#x63A2;&#x9488;&#x6742;&#x4EA4;&#x3002;&#x901A;&#x8FC7;&#x52A8;&#x6001;&#x6570;&#x636E;&#x91C7;&#x96C6;&#x671F;&#x95F4;&#x53D8;&#x6027;&#x7684;&#x6D17;&#x6DA4;&#x4E0E;&#x4F4E;&#x79BB;&#x5B50;&#x6D53;&#x5EA6;&#x7F13;&#x51B2;&#x533A;&#x6837;&#x672C;&#xFF0C;&#x7194;&#x5316;&#x7684;&#x5355;&#x6838;&#x82F7;&#x9178;&#x9519;&#x914D;&#x7684;&#x53CC;&#x5DE5;&#x6709;&#x522B;&#x4E8E;&#x5B8C;&#x7F8E;&#x5339;&#x914D;&#x4E0E;&#x9AD8;&#x7F6E;&#x4FE1;&#x533A;&#x95F4;&#x53CC;&#x5DE5; (&gt; 97%&#xFF09;&#x3002;&#x672C;&#x6587;&#x4ECB;&#x7ECD;&#x7684;&#x6280;&#x672F;&#x7B80;&#x5355;&#x3001; &#x53EF;&#x9760;&#x4E14;&#x51C6;&#x786E;&#xFF0C;&#x5E76;&#x7701;&#x53BB;&#x4E86;&#x4F7F;&#x7528;&#x6807;&#x7B7E;&#x6216;&#x8F85;&#x52A9;&#x8BD5;&#x5242;&#x76D1;&#x89C6;&#x5BE1;&#x6838;&#x82F7;&#x9178;&#x6742;&#x4EA4;&#x3002;

&#x65E0;&#x6807;&#x7B7E;&#x7684;&#x82AF;&#x7247;&#x6210;&#x50CF;&#x7684;&#x76F4;&#x63A5;&#x68C0;&#x6D4B; DNA &#x6742;&#x4EA4;&#x548C;&#x5355;&#x6838;&#x82F7;&#x9178;&#x4E0D;&#x5339;&#x914D;&#x3002;

A novel method is proposed for direct detection of DNA hybridization on microarrays. Optical interferometry is used for label-free sensing of biomolecular accumulation on glass surfaces, enabling dynamic detection of interactions. Capabilities of the presented method are demonstrated by high-throughput sensing of solid-phase hybridization of oligonucleotides. Hybridization of surface immobilized probes with 20 base pair-long target oligonucleotides was detected by comparing the label-free microarray images taken before and after hybridization. Through dynamic data acquisition during denaturation by washing the sample with low ionic concentration buffer, melting of duplexes with a single-nucleotide mismatch was distinguished from perfectly matching duplexes with high confidence interval (>97%). The presented technique is simple, robust, and accurate, and eliminates the need of using labels or secondary reagents to monitor the oligonucleotide hybridization.

Label-free microarray imaging for direct detection of DNA hybridization and single-nucleotide mismatches.

Une nouvelle m&eacute;thode est propos&eacute;e pour la d&eacute;tection directe de l&#39;hybridation de l&#39;ADN sur des microarrays. Interf&eacute;rom&eacute;trie optique est utilis&eacute; pour l&#39;&eacute;tiquette libres de d&eacute;tection de l&#39;accumulation sur les surfaces en verre, permettant une d&eacute;tection dynamique des interactions biomol&eacute;culaires. Fonctionnalit&eacute;s de la m&eacute;thode pr&eacute;sent&eacute;e sont d&eacute;montr&eacute;es par le haut d&eacute;bit, d&eacute;tection de phase solide l&#39;hybridation des oligonucl&eacute;otides. L&#39;hybridation des sondes d&#39;immobilis&eacute;e surfaces avec 20 oligonucl&eacute;otides cibles longue de paires de bases a &eacute;t&eacute; d&eacute;tect&eacute;e en comparant les images de microarray exempte d&#39;&eacute;tiquette prises avant et apr&egrave;s hybridation. Gr&acirc;ce &agrave; l&#39;acquisition de donn&eacute;es dynamiques au cours de la d&eacute;naturation de l&#39;&eacute;chantillon avec un tampon de faible concentration ionique de lavage, fonte des duplex avec une incompatibilit&eacute; mononucl&eacute;otidiques se distinguait du parfaitement assorti duplex avec intervalle de confiance &eacute;lev&eacute;e (&amp;gt; 97 %). La technique pr&eacute;sent&eacute;e est simple, robuste et pr&eacute;cis et &eacute;limine la n&eacute;cessit&eacute; d&#39;utiliser des &eacute;tiquettes ou des r&eacute;actifs secondaires pour surveiller l&#39;hybridation des oligonucl&eacute;otides.

Imagerie microarray exempte d&#39;&eacute;tiquette pour la d&eacute;tection directe de l&#39;hybridation de l&#39;ADN et mononucl&eacute;otidiques non-correspondances.

Eine neuartige Methode zum direkten Nachweis von DNA-Hybridisierung auf Microarrays vorgeschlagen. Optische Interferometrie dient zur Bezeichnung-freie Abtasten von biomolekularen Ansammlung auf Glasfl&auml;chen erm&ouml;glichen Dynamische Erkennung von Interaktionen. Funktionen der vorgestellten Methode gezeigt, sind Hochdurchsatz-Sensorik Festphasen-Hybridisierung von Oligonukleotiden. Hybridation der Oberfl&auml;che immobilisierte Sonden mit 20 Basenpaare lang Ziel-Oligonukleotide wurde festgestellt, durch den Vergleich der Etikett-freie Microarray-Aufnahmen vor und nach der Hybridisierung. Durch dynamische Datenerfassung w&auml;hrend Denaturierung durch Waschen der Probe mit ionischen niedrig-Puffer, Schmelzen von Duplexe mit einer Einzel-Nukleotid-Abweichung zeichnete sich aus perfekt aufeinander abgestimmte Duplexe mit hohen Konfidenzintervall (&gt; 97 %). Die vorgestellte Technik ist einfach, robust und genau und beseitigt die Notwendigkeit der Verwendung von Etiketten oder sekund&auml;re Reagenzien, um die Oligonukleotid-Hybridisierung zu &uuml;berwachen.

Etikett-freie Microarray-Imaging f&uuml;r direkte Nachweis von DNA-Hybridisierung und Einzel-Nukleotid-Konflikte.

Un metodo del romanzo &egrave; proposto per la rilevazione diretta dell&#39;ibridazione DNA su microarray. Interferometria ottica viene utilizzata per privo di etichetta di rilevamento di accumulo biomolecolare su superfici di vetro, che consente il rilevamento dinamico delle interazioni. Funzionalit&agrave; del metodo presentato sono dimostrata di high-throughput di rilevamento dell&#39;ibridazione di fase solida di oligonucleotidi. L&#39;ibridazione di sonde superficie immobilizzate con oligonucleotidi destinazione coppia base lunga 20 &egrave; stata rilevata confrontando il microarray privo di etichetta immagini scattate prima e dopo l&#39;ibridazione. Attraverso l&#39;acquisizione di dati dinamici durante la denaturazione lavando il campione con il tampone a bassa concentrazione ionica, fusione di duplex con una mancata corrispondenza di singolo nucleotide &egrave; stato distinto dalla perfetta corrispondenza duplex con elevato intervallo di confidenza (&amp;gt; 97%). La tecnica presentata &egrave; semplice, robusto e preciso ed elimina la necessit&agrave; di utilizzare le etichette o i reagenti secondari per monitorare l&#39;ibridazione del oligonucleotide.

Privo di etichetta microarray imaging per rilevazione diretta di ibridazione del DNA e incongruenze di singolo nucleotide.

DNA &#x306E;&#x4EA4;&#x914D;&#x306E;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED; &#x30A2;&#x30EC;&#x30A4;&#x306E;&#x76F4;&#x63A5;&#x691C;&#x51FA;&#x6CD5;&#x3092;&#x63D0;&#x6848;&#x3059;&#x308B;.&#x5149;&#x5E72;&#x6E09;&#x6CD5;&#x306B;&#x3088;&#x308B;&#x30E9;&#x30D9;&#x30EB;&#x7121;&#x6599;&#x751F;&#x4F53;&#x5206;&#x5B50;&#x306E;&#x84C4;&#x7A4D;&#x306E;&#x76F8;&#x4E92;&#x4F5C;&#x7528;&#x306E;&#x52D5;&#x7684;&#x691C;&#x51FA;&#x306E;&#x6709;&#x52B9;&#x5316;&#x3001;&#x30AC;&#x30E9;&#x30B9;&#x8868;&#x9762;&#x4E0A;&#x306E;&#x691C;&#x51FA;&#x306B;&#x4F7F;&#x7528;&#x3055;&#x308C;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x63D0;&#x793A;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x30E1;&#x30BD;&#x30C3;&#x30C9;&#x306E;&#x6A5F;&#x80FD;&#x306F;&#x3001;&#x9AD8;&#x30B9;&#x30EB;&#x30FC;&#x30D7;&#x30C3;&#x30C8;&#x306E;&#x30AA;&#x30EA;&#x30B4;&#x30CC;&#x30AF;&#x30EC;&#x30AA;&#x30C1;&#x30C9;&#x306E;&#x56FA;&#x76F8;&#x4EA4;&#x914D;&#x306E;&#x30BB;&#x30F3;&#x30B7;&#x30F3;&#x30B0;&#x306B;&#x3088;&#x308B;&#x767A;&#x63EE;&#x3055;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;20 &#x5869;&#x57FA;&#x5BFE;&#x9577;&#x3044;&#x30BF;&#x30FC;&#x30B2;&#x30C3;&#x30C8; &#x30AA;&#x30EA;&#x30B4;&#x30CC;&#x30AF;&#x30EC;&#x30AA;&#x30C1;&#x30C9;&#x3068;&#x8868;&#x9762;&#x56FA;&#x5B9A;&#x5316;&#x30D7;&#x30ED;&#x30FC;&#x30D6;&#x306E;&#x4EA4;&#x914D;&#x524D;&#x306B;&#x3001;&#x3068;&#x4EA4;&#x914D;&#x5F8C;&#x64AE;&#x5F71;&#x30E9;&#x30D9;&#x30EB;&#x7121;&#x6599;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED; &#x30A2;&#x30EC;&#x30A4;&#x753B;&#x50CF;&#x3092;&#x6BD4;&#x8F03;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x691C;&#x51FA;&#x3055;&#x308C;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x4F4E;&#x30A4;&#x30AA;&#x30F3;&#x6FC3;&#x5EA6;&#x30D0;&#x30C3;&#x30D5;&#x30A1;&#x30FC;&#x4ED8;&#x304D;&#x30B5;&#x30F3;&#x30D7;&#x30EB;&#x3092;&#x6D17;&#x6D44;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x5909;&#x6027;&#x4E2D;&#x306E;&#x52D5;&#x7684;&#x30C7;&#x30FC;&#x30BF;&#x96C6;&#x9332;&#x3092;&#x901A;&#x3058;&#x3066;&#x306E;&#x30C7;&#x30E5;&#x30D7;&#x30EC;&#x30C3;&#x30AF;&#x30B9;&#x3092;&#x5358;&#x4E00;&#x5869;&#x57FA;&#x4E0D;&#x4E00;&#x81F4;&#x306E;&#x878D;&#x89E3;&#x306E;&#x30C7;&#x30E5;&#x30D7;&#x30EC;&#x30C3;&#x30AF;&#x30B9;&#x3092;&#x9AD8;&#x4FE1;&#x983C;&#x533A;&#x9593;&#x3092;&#x5B8C;&#x5168;&#x306B;&#x4E00;&#x81F4;&#x3059;&#x308B;&#x304B;&#x3089;&#x533A;&#x5225;&#x3055;&#x308C;&#x305F; (&#x76EE; 97%)&#x3002;&#x7D39;&#x4ECB;&#x3057;&#x305F;&#x30C6;&#x30AF;&#x30CB;&#x30C3;&#x30AF;&#x306F;&#x3001;&#x7C21;&#x5358;&#x3001;&#x5805;&#x7262;&#x3001;&#x304B;&#x3064;&#x6B63;&#x78BA;&#x3067;&#x3042;&#x308B;&#x3057;&#x3001;&#x30E9;&#x30D9;&#x30EB;&#x307E;&#x305F;&#x306F;&#x4E8C;&#x6B21;&#x8A66;&#x85AC;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x3066;&#x30AA;&#x30EA;&#x30B4;&#x30CC;&#x30AF;&#x30EC;&#x30AA;&#x30C1;&#x30C9;&#x306E;&#x4EA4;&#x914D;&#x3092;&#x76E3;&#x8996;&#x3059;&#x308B;&#x5FC5;&#x8981;&#x304C;&#x306A;&#x304F;&#x306A;&#x308A;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x7121;&#x6599;&#x306E;&#x30E9;&#x30D9;&#x30EB; &#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED; &#x30A2;&#x30EC;&#x30A4; &#x30A4;&#x30E1;&#x30FC;&#x30B8;&#x30F3;&#x30B0; DNA &#x30CF;&#x30A4;&#x30D6;&#x30EA;&#x30C0;&#x30A4;&#x30BC;&#x30FC;&#x30B7;&#x30E7;&#x30F3;&#x3068;&#x5358;&#x4E00;&#x30CC;&#x30AF;&#x30EC;&#x30AA;&#x30C1;&#x30C9;&#x306E;&#x4E0D;&#x4E00;&#x81F4;&#x306E;&#x76F4;&#x63A5;&#x691C;&#x51FA;&#x3002;

&#xC0C8;&#xB85C;&#xC6B4; &#xBA54;&#xC11C;&#xB4DC;&#xB294; DNA microarrays&#xC5D0; &#xAD50; &#xC7A1;&#xC758; &#xC9C1;&#xC811; &#xAC80;&#xCD9C;&#xC744; &#xC704;&#xD55C; &#xC81C;&#xC548; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xAD11; &#xAC04;&#xC12D;&#xACC4; &#xB808;&#xC774;&#xBE14; &#xC5C6;&#xB294; &#xC0C1;&#xD638; &#xC791;&#xC6A9;&#xC758; &#xB3D9;&#xC801; &#xAC80;&#xC0C9;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558;&#xBA74; &#xC720;&#xB9AC; &#xD45C;&#xBA74;&#xC5D0; &#xBD84;&#xC790; &#xCD95;&#xC801;&#xC758; &#xAC10;&#xC9C0;&#xC5D0; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC81C;&#xC2DC; &#xBC29;&#xBC95;&#xC758; &#xAE30;&#xB2A5;&#xC744; oligonucleotides&#xC758; &#xACE0;&#xCCB4; &#xC0C1; &#xAD50; &#xC7A1;&#xC758; &#xB192;&#xC740; &#xCC98;&#xB9AC;&#xB7C9;&#xC744; &#xAC10;&#xC9C0; &#xD558; &#xC5EC; &#xBCF4;&#xC5EC; &#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xD45C;&#xBA74; &#xC6C0;&#xC9C1;&#xC774;&#xC9C0; &#xD504;&#xB85C;&#xBE0C; 20 &#xC790;&#xB8CC; &#xC30D; &#xAE34; &#xB300;&#xC0C1; oligonucleotides&#xC640;&#xC758; &#xAD50; &#xC7A1; &#xAD50; &#xC7A1; &#xC804;&#xD6C4;&#xB97C; &#xCC0D;&#xC740; microarray &#xB808;&#xC774;&#xBE14; &#xC5C6;&#xB294; &#xC774;&#xBBF8;&#xC9C0;&#xB97C; &#xBE44;&#xAD50; &#xD558; &#xC5EC; &#xAC10;&#xC9C0; &#xB418;&#xC5C8;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xB0AE;&#xC740; &#xC774;&#xC628; &#xB18D;&#xB3C4; &#xBC84;&#xD37C;&#xC640; &#xC0D8;&#xD50C;&#xC744; &#xC138;&#xCC99; &#xD558; &#xC5EC; &#xBCC0;&#xC131; &#xD558;&#xB294; &#xB3D9;&#xC548; &#xB3D9;&#xC801; &#xB370;&#xC774;&#xD130; &#xC218;&#xC9D1;&#xC744; &#xD1B5;&#xD574; &#xC644;&#xBCBD; &#xD558; &#xAC8C; &#xB192;&#xC740; &#xC790;&#xC2E0;&#xAC10;&#xC744; &#xAC04;&#xACA9;&#xC73C;&#xB85C; duplexes &#xC77C;&#xCE58;&#xC5D0;&#xC11C; &#xAD6C;&#xBCC4; &#xB418;&#xC5C8;&#xB2E4; &#xB2E8;&#xC77C; &#xB274;&#xD074;&#xB808;&#xC624;&#xD2F0;&#xB4DC; &#xBD80;&#xC815;&#xD569; duplexes&#xC758; &#xC6A9; &#xD574; (&amp;gt; 97%). &#xC81C;&#xC2DC; &#xBC29;&#xBC95;&#xC740; &#xAC15;&#xB825; &#xD558; &#xACE0;, &#xAC04;&#xB2E8; &#xD558; &#xACE0; &#xC815;&#xD655; &#xD558;&#xBA70; &#xB808;&#xC774;&#xBE14; &#xB610;&#xB294; &#xBCF4;&#xC870; &#xC2DC; &#xC57D;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC; &#xBAA8;&#xB2C8;&#xD130;&#xB9C1; oligonucleotide &#xAD50; &#xC7A1;&#xC758; &#xD544;&#xC694;&#xC131;&#xC744; &#xC81C;&#xAC70;.

&#xB808;&#xC774;&#xBE14; &#xC5C6;&#xB294; microarray DNA &#xAD50; &#xC7A1; &#xBC0F; &#xB2E8;&#xC77C; &#xB274;&#xD074;&#xB808;&#xC624;&#xD2F0;&#xB4DC; &#xBD88;&#xC77C;&#xCE58;&#xC758; &#xC9C1;&#xC811; &#xAC80;&#xCD9C;&#xC744; &#xC704;&#xD55C; &#xC601;&#xC0C1;.

Se propone un m&eacute;todo novedoso para la detecci&oacute;n directa de hibridaci&oacute;n de ADN sobre microarrays. Interferometr&iacute;a &oacute;ptica se utiliza para detectar la etiqueta libre de acumulaci&oacute;n de biomol&eacute;culas en superficies de vidrio, lo que permite la detecci&oacute;n din&aacute;mica de las interacciones. Capacidades del m&eacute;todo presentado est&aacute;n demostradas por el alto rendimiento de detecci&oacute;n de fase s&oacute;lida hibridaci&oacute;n de oligonucle&oacute;tidos. Hibridaci&oacute;n de sondas inmovilizados superficiales con oligonucle&oacute;tidos de 20 pares de largo blanco fue detectado mediante la comparaci&oacute;n de las im&aacute;genes de microarray libre de etiqueta tomadas antes y despu&eacute;s de la hibridaci&oacute;n. A trav&eacute;s de la adquisici&oacute;n de datos din&aacute;mico durante la desnaturalizaci&oacute;n lavando la muestra con tamp&oacute;n de baja concentraci&oacute;n i&oacute;nica, fusi&oacute;n de d&uacute;plex con un desajuste del nucle&oacute;tido fue distinguido de perfectamente congruentes d&uacute;plex con alta; intervalo de confianza (&gt; 97%). La t&eacute;cnica actual es simple, robusta y precisa y elimina la necesidad de usar etiquetas o reactivos secundarios para monitorear la hibridaci&oacute;n de oligonucle&oacute;tidos.

Proyecci&oacute;n de imagen de etiqueta libre microarray para la detecci&oacute;n directa de hibridaci&oacute;n de ADN y desajustes de nucle&oacute;tido.

Sunmin Ahn

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