Article de méthode

À l’aide de Transmission optique extraordinaire pour quantifier les biomarqueurs cardiaques dans le sérum humain

DOI :

10.3791/55597

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13 décembre 2017

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1NUS Nanoscience and Nanotechnology Initiative, National University of Singapore, 2Cardiovascular Research Institute, Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Singapore, 3Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, 4Institute of Materials Research Engineering, A*STAR (Agency for Science, Technology and Research)

Dans cet article

Résumé

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Cet ouvrage décrit une méthode de lithographie de dispositifs pour fabriquer des baies de télédétection de haute qualité qui fonctionnent sur le principe de transmission optique extraordinaire. Le biocapteur est peu coûteux, robustes, faciles à utiliser et peut détecter de troponine cardiaque I en sérum aux concentrations cliniquement pertinentes (99ème percentile coupure ∼10-400 pg/mL, selon le test).

Résumé

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Pour une plate-forme de biodétection avoir la pertinence clinique dans les paramètres de point-of-care (POC), la sensibilité, la reproductibilité et la capacité de surveiller efficacement analytes dans le contexte du sérum humain sont essentiels.

Lithographie de dispositifs (néant) servait à fabriquer, à faible coût, détection des zones de plus grands que 1,5 x 1,5 mm. La surface de détection a été faite de tableaux de haute fidélité de nanoholes, chacun d’une superficie d’environ 140 nm2. La grande reproductibilité du NIL a permis d’employer une stratégie one-chip, une mesure sur 12 surfaces fabriquées individuellement, avec des variations minimales de puce-à-puce. Ces puces de résonance (LSPR) de plasmon de surface nanoimprinted localisé ont été testées sur leur capacité à mesurer de manière fiable un bioanalyte à des concentrations variant de 2,5 à 75 ng/mL au milieu de l’arrière-plan d’un complexe biofluid-dans ce sérum cas, humain. La haute fidélité de NIL permet la génération de vastes zones de détection, qui à son tour élimine le besoin d’un microscope, comme ce biocapteur peut s’interfacer facilement avec une source lumineuse de laboratoire couramment disponibles. Ces biocapteurs peuvent détecter troponine cardiaque dans le sérum avec une grande sensibilité, à une limite de détection (LD) de 0,55 ng/mL, qui est cliniquement pertinent. Ils montrent également le faible écart de puce-à-puce (en raison de la qualité du processus de fabrication). Les résultats sont commensurables avec test couramment immuno-enzymatique (ELISA)-base de tests, mais la technique conserve les avantages d’une plate-forme télédétection LSPR (c.-à-d., susceptibilité de miniaturisation et de multiplexage, ce qui en fait plus faisable pour des applications de POC).

Introduction

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Capteurs chimiques basés sur les baies de nanohole ont été un sujet de nombreuses recherches depuis le premier rapport sur la transmission optique extraordinaire (EOT) a été publié par Ebbesen et coll. 19981. Lorsque la lumière empiète sur des tableaux périodiques de structures nanohole des dimensions de longueur d’onde secondaire, transmission améliorée se produit à des longueurs d’onde spécifiques. Cela se produit lorsque la lumière incidente est couplé à Bloch-onde surface polariton (BW-SPP) et/ou des plasmons de surface localisées (LSP)2.

Le principe physique exploité lorsque biod....

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Protocole

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1. fabrication de la sonde et l’Acquisition des données

  1. Préparation du moule nickel
    1. Manteau, une couche de 220 nm d’épaisseur du faisceau d’électrons négatifs résister sur une plaquette de 600 µm d’épaisseur 4-en silicium. Écrire au tableau nanohole conçu sur cette plaquette à l’aide d’un système de lithographie par faisceau électronique.
      1. Pour accélérer le faisceau électronique écrit, écrire les motifs avec un faible dotmap (N) de 20k pour chaque taille de champ de 300 µm (A) (c.-à-d., il sont de 0,4 milliards points mappés sur chaque zone de2 300 µm, et chaque point sera soit exposée par le faisc....

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Résultats

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Le montage optique pour prendre des mesures est illustré dans la Figure 1 a. Une image du tableau nanohole réel est donnée dans la Figure 1 b. Pour comprendre la physique de conduire le processus de détection, le logiciel de simulation de COMSOL a été utilisé pour simuler la distribution du champ plasmonique en milieu aqueux. Les résultats de la simulation sont ensuite associés à la mesure réelle. Une étude précédemment publiée c.......

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Discussion

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Simulation de l’interaction entre la lumière incidente et les nanostructures permet d’identifier le pic approprié (dans le spectre de transmission), dont Maj peut être enregistrée en fonction de la concentration de l’analyte. Il est important de noter que la localisation des bandes en ce qui concerne la structure du capteur est cruciale pour le choix de la bande de droite, dont le déplacement peut être suivi pour détecter l’analyte. La visualisation peut être réalisée au moyen de simulations. C’est également essentiel à .......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont aucun intérêt financier concurrentes.

Remerciements

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AP reconnaît l’appui du Prof T Venkatesan, directeur, NUS Nanoscience et nanotechnologie Initiative et Cabinet du président adjoint (Université nationale de Singapour) (R-398-000-084-646). CLD reconnaît l’appui de la Singapour Ministère de santé National Medical Research Council sous ses clinicien chercheur régime de financement, la NMRC/CSA/035/2012 et l’Université nationale de Singapour. Les bailleurs de fonds n’avaient aucun rôle dans la conception de l’étude, la collecte de données et analyse, décision de publier ou préparation du manuscrit.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Installation de lithographie par faisceau d’électronsElionix ELS 700
o-XylèneSigma Aldrich95662
EB resistSumitomoNEB-22A2
Réactif de développementShipley CompanyMicroposit MF 321
Machine de galvanoplastieTechnotrans AG RD 50
Décapant photoresist  ;Rohm and Haas Electronic Materials  ; LLCMicroposit Remover 1165
Système de gravureTrion Phantom
Heptadecafluoro-1,1,2,2-tétrahydrodécyl)trichlorosilane  ;Gelest (PA, USA)78560-44-8
SAM enduiseur  ;Sorona Inc.AVC 150M
Photo-durcissable NIL resistmicro resist technologie GmbHmr-UVCur21-300nm
Système de photopolymérisationDymax  ;Modèle 2000 Flood
E-beam deposition machineDenton Explorer
Spectromètre UV-visible  ;Optique océanique HR2000+ (Dunedin, FL, USA)
Liquides à indice de réfraction standard  ;Cargill Inc (Cedar Grove, États-Unis)18032
Logiciel de traçageOriginOrigin Pro 9
10-carboxy-1-decanethiol  ;Dojindo Laboratories (Japon)C385-10
1-octanethiol  ;Sigma-Aldrich, MO, États-Unis471386
le sulfo-N-hydroxysuccinimide et le 1-éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl) carbodiimide  ;BioRad (CA, États-Unis)1762410
Anticorps anti-troponine 560Hytest (Finlande)4T21
Solution d’éthanolamine-HClBioRad (CA, États-Unis)1762450
Configuration de résonance plasmonique de surfaceBioRad XPR36 (Haïfa, Israël)
Puce SPR multiplexéeBioRadGLC
Norme cTnI humainePhoenix Produits pharmaceutiquesEK -311-05
Glycine-HClBioRad (CA, États-Unis)1762221

Références

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  1. Ebbesen, T. W., Lezec, H. J., Ghaemi, H., Thio, T., Wolff, P. Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays. Nature. 391 (6668), 667-669 (1998).
  2. Krishnan, A., et al. Evanescently coupled resonance in surface plasmon enhanced transmission. Optics Comm. 200 (1), 1-7 (2001).
  3. Yang, J. -C., et al.

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Mots-clés

Lithographie par nano impressionR sonance plasmonique de surface localis eD tection du s rum humainFabrication de biocapteursD tection de la troponineCapteurs pour le diagnostic d centralisMesure de la transmission optiqueR sonance plasmonique de surface

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