Anbringen biologischen Sonden zur Silica Optische Biosensoren Mit Silane Coupling Agents

Zusammenfassung

Biosensoren Verbindung mit komplexen, biologischen Umgebungen und führen gezielte Erkennung durch die Kombination von hochempfindlichen Sensoren mit sehr spezifischen Sonden, die an dem Sensor über Oberflächenmodifizierung. Hier zeigen wir die Funktionalisierung der Oberfläche von Silica optische Sensoren mit Biotin mit Silankupplungsmittel, um den Sensor und die biologische Umwelt zu überbrücken.

Zusammenfassung

Zur Schnittstelle mit biologischen Umgebungen, Biosensor-Plattformen, wie die beliebten Biacore-System (basierend auf der Surface Plasmon Resonance (SPR)-Technik), nutzen verschiedene Techniken Oberflächenmodifizierung, die zum Beispiel verhindern kann Oberflächenverschmutzung, stimmen die Hydrophobie / Hydrophilie der Oberfläche, auf eine Vielzahl von elektronischen Umgebungen anzupassen, und am häufigsten, induzieren Spezifität gegenüber einem Ziel von Interesse. ^5.1 Diese Techniken erweitern die Funktionalität von sonst hoch empfindliche Biosensoren zu realen Anwendungen in komplexen Umgebungen, wie z. wie Blut, Urin, Abwasser und Analyse. ^2,6-7 Während kommerzielle Biosensorik Plattformen wie Biacore, gut verstanden haben, Standard-Techniken zur Durchführung solcher Oberflächenmodifikationen, haben diese Techniken nicht in standardisierter Form wurden auf andere übersetzte Bezeichnung- frei Biosensorik Plattformen wie Whispering Gallery Mode (WGM) optischen Resonatoren. ^9.8 < / P>

WGM optischen Resonatoren stellen eine vielversprechende Technologie für die Durchführung markierungsfreie Detektion einer Vielzahl von Arten, bei extrem niedrigen Konzentrationen ^6,10-12 Die hohe Empfindlichkeit dieser Plattformen ist ein Ergebnis ihrer einzigartigen geometrischen Optik:. WGM optischen Resonatoren beschränken zirkulierenden . Licht an speziellen, Resonanzfrequenzen ¹³ Wie der SPR-Plattformen wird das optische Feld nicht völlig mit der Sensoreinrichtung beschränkt, sondern evanesces; diese "evaneszenten" kann dann mit Arten, die in der Umgebung zu interagieren. Diese Wechselwirkung führt zu dem effektiven Brechungsindex des optischen Feldes zu verändern, was zu einer leichten, aber nachweisbare, der Resonanzfrequenz der Vorrichtung zu verschieben. Da der optische Bereich zirkuliert, kann er viele Male mit der Umwelt interagieren, was zu einer inhärenten Verstärkung des Signals, und eine sehr hohe Empfindlichkeiten zu geringfügigen Änderungen in der Umwelt. ^2,14-15 Zelt "> Zur gezielten Erkennung in komplexen Umgebungen ausführen zu können, müssen diese Plattformen mit einer Sonde Molekül (in der Regel die Hälfte eines Bindepaares, z. B. Antikörper / Antigene) durch Oberflächenmodifizierung. ² gekoppelt werden zwar WGM optischen Resonatoren in mehreren Geometrien hergestellt werden können, von eine Vielzahl von Materialsystemen, ist das Silika Mikrokügelchen die häufigste. Diese Mikrokügelchen werden in der Regel am Ende einer optischen Faser, die einen "Stamm", mit dem die Mikrokügelchen bei der Funktionalisierung und Detektion Versuche gehandhabt werden kann, gibt hergestellt. Silica Oberflächenchemie kann Anwendung an Sondenmoleküle an deren Oberflächen zu befestigen, jedoch sind traditionelle Techniken zur ebenen Substraten erzeugt wurden, oft nicht für diese dreidimensionalen Strukturen ausreichend, da Änderungen an der Oberfläche der Mikrosphären (Staub, Schmutz, Oberflächendefekte und unebene Beschichtungen) kann schwerwiegende negative Folgen für ihre Erkennung Fähigkeiten haben. Hier zeigen wir einen einfachen Ansatzfür die Funktionalisierung der Oberfläche von Siliciumdioxid-Mikrokügelchen WGM optischen Resonatoren mit Silankupplungsmittel, um die anorganischen Oberfläche und die biologische Umwelt zu überbrücken, durch das Anbringen Biotin an die Silica-Oberfläche. ^8,16 Obwohl wir verwenden Kieselsäure Mikrosphäre WGM-Resonatoren als Sensor-System in diesem Bericht, die Protokolle allgemein und kann verwendet werden, um die Oberfläche jedes Siliciumdioxid Vorrichtung mit Biotin zu funktionalisieren.

Protokoll

1. Hintergrund

Das Biotin ist an der Oberfläche dieser Geräte durch eine einfache Drei-Schritt-Verfahren (1) befestigt ist. Zuerst reinigen wir die Oberfläche und füllen Sie es mit Hydroxyl-Gruppen, indem die Geräte entweder Sauerstoff-Plasma oder Piranha-Lösung. Zweitens verwenden wir Dampfabscheidung, um das Silan-Kupplungsmittel mit einem primären Amin zu den Hydroxylgruppen durch Hydrolyse und Kondensation Reaktion beendet befestigen. Drittens legen wir Biotin an die Oberfläche über N-Hydroxysuccinimid (NHS)-Ester Chemie. Wir weisen den interessierten Leser zu unserer bisherigen Arbeit für mehr Informationen über die En....

Diskussion

Wie in den Protokollen beschrieben, haben wir eine Plattform, mit dem Gehäuse, um den Silica-Mikrokugeln durch ihre Stämme zu transportieren in der gesamten Prozess-Funktionalisierung. Dieses Gehäuse Plattform wurde als Lösung auf die Oberfläche Verschmutzung und Beschädigung, die aus der Mikrokügelchen in Kontakt mit den Wänden der verschiedenen Behälter während der Funktionalisierung verwendet in Folge erstellt. Wir erkannten die größte Schwierigkeit ergab sich aus ständig Befestigen und Lösen einzelner Mikrosphären i.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Name des Reagenzes	Firma	Katalog-Nummer	Kommentare
Methanol	Fischer	67-56-1	ACS-Qualität
Schwefelsäure	Fischer	8014-95-7	Wütend
Wasserstoffperoxid	Fischer	7722-84-1	30 Gew.%
Aminopropyltrimethoxysilan	Fischer	13822-56-5
NHS-Biotin EZ Linker	Durchstechen	20217
Dimethylsulfoxid	Fischer	67-68-5	Wasserfrei
Fluoresceinisothiocyanat	Durchstechen	46425
Phosphate Buffered Saline	Fischer	7647-14-5	Pulver-Konzentrat
Natriumbicarbonatpuffer	Fischer	NC0099321
Texas Red - Avidin-Konjugat	Durchstechen	A820
Optical Fiber	Newport	F-SC
Fiber Stripper	Fiber-Vertrieb	NN-175	No-Nik Stripper 175 UM
Kimwipes	Fischer	06666A
Bare Fiber Cleaver	Ilsintech	Cl-03A
Glasobjektträger	Fischer	12-550B
Polypropylen-Vials	Fischer	03 bis 341-75A	60 ml, Klappdeckel
Inkubation Rocker	VWR	12620-910
Vakuumexsikkator	Fischer	08 bis 594-15B