The synthesis of asymmetric species of ferrocene is challenging using solution techniques. This report focuses on the methods carried out to produce a ferrocene-biotin bioconjugate using facile and clean reactions accomplished via solid-phase synthesis. Incorporation of a thiolate moiety is shown to impart the ability for immobilization on gold surfaces.
Une détection précoce est la clé de la réussite du traitement de la plupart des maladies, et il est particulièrement indispensable pour le diagnostic et le traitement de nombreux types de cancer. Les techniques les plus courantes sont utilisées modalités d'imagerie telles que imagerie par résonance magnétique (IRM), par émission de positrons Topographie (PET), et calculé Topographie (CT) et sont optimales pour la compréhension de la structure physique de la maladie, mais ne peuvent être effectués une fois tous les quatre à six semaines en raison de l'utilisation d'agents d'imagerie et le coût global. Dans cet esprit, le développement de «point de service» techniques, telles que biocapteurs, qui évaluent le stade de la maladie et / ou l'efficacité du traitement dans le bureau du clinicien et le faire d'une manière opportune, allait révolutionner les protocoles de traitement. 1 Comme un moyen d'exploration de base de ferrocène biocapteurs pour la détection de molécules d'intérêt biologique 2, des méthodes ont été développées pour produire des bio-conjugués du ferrocène-biotine décrits ici. Ce rapport mettra l'accent sur un système biotine-ferrocène-cystéine qui peut être immobilisé sur une surface d'or.
Biocapteurs sont de petits appareils qui utilisent la technologie de reconnaissance biomoléculaire comme plate-forme pour l'analyse sélective et sont utilisés pour leur spécificité, la vitesse et à faible coût. Biocapteurs électrochimiques pour la détection de biomolécules sont à la pointe de ce domaine en raison de leur simplicité, de l'efficacité des coûts, et une sensibilité élevée. 1,3 L'anatomie générale de ces capteurs est une électrode équipé d'une molécule de reconnaissance spécifique pour le marqueur biologique d'intérêt . La liaison du marqueur biologique par la molécule de reconnaissance se traduit par un changement local de potentiel ou de courant qui peut être détecté par une simple mesure. Jusqu'à présent, le fragment de reconnaissance peut varier de enzymes, anticorps 4-8, 9-12, 13-16 cellules entières récepteurs, 17-20 21-23 peptides et d'ADN 24 et ont largement porté sur grosses molécules biologiques. 25-28 de recherche efforts dans ce domaine se sont concentrés principalement sur immunocapteurs WHere une immunoglobuline est immobilisée avec un noyau actif redox (tel que le ferrocène) et utilisé pour détecter un anticorps d'intérêt. Ces études ont été exclus des applications cliniques en raison d'une mauvaise précision et la consommation de temps découlant des complications découlant de l'utilisation de l'antigène / anticorps. 1,3 Une attention croissante a mis l'accent sur la détection de petites molécules (moins de 1 kg / mol) de la recherche biomédicale , de la nourriture et de l'intérêt de l'environnement, en plus de la sécurité nationale. 29 Les exemples les plus connus de dispositifs de biocapteurs sont auto-test moniteurs de glucose, qui ont sérigraphiées électrodes enzymatiques couplés à un mètre ampérométrique poche. Ces systèmes utilisent généralement une méthode coulométrique où la quantité totale de charge générée par la réaction d'oxydation du glucose est mesurée sur une période de temps. Dispositifs de placement doivent être portable, robuste et de la main-lieu de faire usage facile pour la population en général.
Balises d'oxydoréduction telles que ferrocène sont nécesry de fournir la détection électrochimique de biomarqueurs ou de petites molécules en solution comme la plupart des biomarqueurs ne sont pas intrinsèquement électrochimiquement active. 30-38 Ferrocene est une molécule organométallique qui est une norme d'or pour l'électrochimie, ce qui en fait un excellent choix pour l'intégration dans des biocapteurs électrochimiques. espèces actives redox à base de ferrocène-ont déjà attiré l'attention considérable en raison de leur petite taille, une bonne stabilité, un accès synthétique pratique, modification chimique facile, lipophilie relative, et la facilité de réglage redox. 3,30-42 petites molécules basé sur le noyau de ferrocène ont été largement utilisés comme détecteurs d'ions métalliques et de petites molécules. 32-38,43 systèmes de ciblage tels que les espèces plus grandes biomolécules ont utilisé la fixation d'anticorps ou d'immunoglobulines grandes aux dérivés du ferrocene qui ont été intégrés sur une surface électrochimique. 1,3,39 , 44 Dans chaque cas, l'intensification potentielle et actuelleté du couple redox Fe III / Fe II a été modifié lors du couplage moléculaire, produisant ainsi une nouvelle poignée spectroscopique indiquant la présence de la molécule d'analyte. Cette variation résulte de l'étendue de chevauchement qui se produit entre le système pi-des noyaux cyclopentadiényle et les orbitales d de fer. Si le système de PI est modifiée, ce est à dire, dérivé ou réagi, puis l'interaction orbitale, à son tour, le changement. Ceci affectera le noyau Fe et peut être observé comme un changement dans le potentiel du couple Fe III / Fe II. 40,45,46 Ces propriétés rendent un tel système attractif pour une utilisation en tant qu'agent de quantification dans un dosage immunologique ou électrochimique biocapteur.
Afin de produire des systèmes de ferrocène contenant spécifiques pour les capacités de biocapteurs il est optimal pour modifier une bague de Cp avec le bio-récepteur spécifique pour une molécule cible et d'utiliser l'autre anneau Cp comme une attache moléculaire pour la lecture électrochimique ou electrode (Figure 1). La synthèse de ces dérivés de ferrocene asymétriques est contestée par des réactions secondaires et la formation d'espèces dimères et polymères formés par réticulation intermoléculaire. 47 Toutefois, le couplage chimie produisant une liaison amide est la route la plus directe pour fournir des dérivés simples de ferrocène impliquant composants biologiques tels que des peptides et de leurs métabolites. Par conséquent, les techniques de première phase solide développés dans les années 1950 par Merrifield pour la synthèse peptidique peuvent être appliquées à des composés organométalliques contenant du ferrocène. Grâce à l'utilisation de la molécule d'acide 1'-Fmoc-amino-ferrocène-1-carboxylique orthogonalement substitué, un système de ferrocène qui peut contenir un fragment de récepteur (biotine), lecture électrochimique (ferrocène) et le composant de blocage de segment de liaison (cysteine) présente été construit et détaillé ici. La synthèse de ce bio-conjugué est traité ainsi que des preuves pour l'immobilisation sur une surface d'or. Ce représen de travailts la première présentation d'un système composé de biotine, ferrocène et un acide aminé pour l'immobilisation sur une surface d'or.
La synthèse des dérivés de ferrocene asymétriques est difficile en solution. Par exemple, les tentatives pour produire une solution dans abouti à de faibles rendements en le produit désiré (moins de 20%). De même, les réactions utilisant 1'-amino-ferrocene carboxylique (sans résine Fmoc) et la biotine lié conduit à un produit insoluble accord avec le produit polymérisé rapportée par Baristic et al. et le produit minime. 47 Ce est encore compliquée par le …
The authors have nothing to disclose.
KG a été soutenu par la Fondation RA Welch subvention P-1760, TCU Institut Andrews de mathématiques et de sciences de l'éducation (à KG), TCU recherche et la créativité Activité Grant (à KG) et TCU SERC Grant (à JHS).
Biotin Novatag Resin | NovaBiochem | 8550510001 | |
TORVIQ 10ML LUER LOCK FRITTED SYRINGE | Fisher | NC9299151 | |
piperdine | Acros | P/3520/PB05 | |
ninhydrin test | Sigma-Aldrich | 60017-1ea | |
1’-Fmoc-amino-ferrocene-1-carboxylic acid | Omm Scientific | Special Order | |
1-Hydroxybenzotriazole hydrate | Sigma-Aldrich | 157260-25G | |
N,N′-Diisopropylcarbodiimide | Sigma-Aldrich | D125407-5G | |
N,N-Diisopropylethylamine | Sigma-Aldrich | 496219-100ML | |
Fmoc-Cys(Trt)-OH | Novabiochem | 8520080025 | |
trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | T5408 | |
1,2-ethanedithiol | Sigma-Aldrich | 2930 | |
triisopropyl silane | Sigma-Aldrich | 233781 | |
Eppendorf tubes (20 mL) | any source | ||
methanol | any source | dry with molecular sieves prior to use & store in 100 mL media bottle for easy usage. | |
dichloromethane | any source | dry with molecular sieves prior to use & store in 100 mL media bottle for easy usage. | |
dimethylformamide | any source | dry with molecular sieves prior to use & store in 100 mL media bottle for easy usage. | |
centrifuge | any source |