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.
Tidlig påvisning er nøkkelen til vellykket behandling av de fleste sykdommer, og er spesielt viktig for diagnostisering og behandling av mange typer kreft. De mest vanlige teknikker benyttes er tenkelig modaliteter som Magnetic Resonance Imaging (MRI), Positron Emission Topografi (PET), og computertomografi Topografi (CT) og er optimal for å forstå den fysiske strukturen av sykdommen, men kan kun utføres én gang hver fjerde til seks uker på grunn av bruk av kontrastmidler og totalkostnad. Med dette i bakhodet, utvikling av "point of care" teknikker, slik som biosensorer, som evaluerer den fasen av sykdom og / eller effekt av behandling i behandlerens kontor og gjøre det på en riktig måte, ville revolusjonere behandlingsprotokoller. 1 som et middel for å utforske ferrocen basert biosensorer for påvisning av biologisk relevante molekyler 2, ble metoder utviklet for å produsere ferrocen-biotin bio-konjugater som er beskrevet her. Denne rapporten vil fokusere på en biotin-ferrocen-cystein system som kan bli immobilisert på en gulloverflate.
Biosensorer er små enheter som benytter biomolekylære anerkjennelse teknologi som plattform for selektiv analyse og benyttes for deres spesifisitet, hastighet og lave kostnader. Elektrokjemiske biosensorer for påvisning av biomolekyler er i forkant av dette feltet på grunn av sin enkelhet, kostnadseffektivitet, og høy følsomhet. 1,3 Den generelle anatomi av disse sensorene er en elektrode utstyrt med en anerkjennelse molekyl spesifikt for biologisk markør av interesse . Binding av biomarkør av erkjennelsen molekylet resulterer i en lokal endring av potensialet eller strøm som kan påvises ved en enkel måling. Hittil anerkjennelse delen kan variere fra enzymer, 4-8 antistoffer, 9-12 hele celler, 13-16 reseptorer, 17-20 peptider 21-23 og DNA-24 og har i stor grad fokusert på større, biologiske molekyler. 25-28 Forskning innsats i denne arenaen har hovedsakelig konsentrert på immunosensors Where et immunoglobulin er immobilisert med en redoks-aktiv kjerne (slik som ferrocen) og brukes til å påvise et antistoff av interesse. Disse studiene har vært ekskludert fra kliniske applikasjoner på grunn av dårlig presisjon og tidsforbruk som stammer fra de komplikasjoner som følge av bruk av antigen / antistoff. 1,3 Økende oppmerksomhet har fokusert på deteksjon av små molekyler (mindre enn 1 kg / mol) av biomedisinsk , mat og miljø interesse i tillegg til nasjonal sikkerhet. 29 De mest kjente eksemplene på biosensor enheter er selvtest glukose skjermer, som har skjermen trykkes enzym elektroder koblet til en lomme-størrelse amperometrisk meter. Disse systemene benytter vanligvis en kolometrisk metode, hvor den totale mengden av ladning som genereres av glukose oksidasjonsreaksjonen måles over en tidsperiode. Salgbare enheter må være bærbar, robust og håndholdt å gjøre bruk lettvinte for befolkningen for øvrig.
Redox koder som ferrocentilsats er necessary for å gi den elektrokjemiske deteksjon av biomarkører eller små molekyler i løsning som de fleste biomarkører er ikke egentlig elektrokjemisk aktive. 30-38 Ferrocene er en organometallisk molekyl som er en gullstandard for elektrokjemi, noe som gjør det til et utmerket valg for integrering i elektrokjemiske biosensorer. Ferrocene baserte redokse arter har allerede fått stor oppmerksomhet på grunn av sin lille størrelse, god stabilitet, praktisk syntetisk tilgang, enkel kjemisk modifisering, relativ lipofilitet, og enkel Redox tuning. 3,30-42 Små molekyler basert på ferrocen kjerne har blitt brukt mye som detektorer av metallioner og små molekyler. 32-38,43 Systems målretting større arter som biomolekyler har brukt å feste store antistoffer eller immunglobuliner til ferrocene derivater som er innebygd på en elektrokjemisk overflate. 1,3,39 , 44 I hvert tilfelle er potensialet og strømmen intensity til Fe III / Fe-II-redoks-par ble endret ved molekylær kobling, og dermed produsere en ny spektroskopisk håndtak som indikerer tilstedeværelse av analytten molekylet. Denne endringen oppstår fra den omfattende overlapping som oppstår mellom pi-system av syklopentadienyl-ringer og jern d-orbitaler. Hvis pi-systemet blir endret, dvs. derivatisert eller omsatt, deretter orbital interaksjonen vil, i sin tur, endring. Dette vil påvirke Fe kjernen og kan observeres som en endring i potensialet av Fe III / Fe-II-par. 40,45,46 Disse egenskapene gjør et slikt system attraktiv for bruk som en kvantifisering middel i en elektrokjemisk immunologisk eller biosensor.
For å frem ferrocen holdige systemer som er spesifikke for biosensor kapasiteter er det optimalt å modifisere en Cp-ring med bio-reseptoren spesifikk for et målmolekyl, og benytte den andre Cp-ringen som molekyl fortøyningen til den elektrokjemiske avlesning eller elekroden (Figur 1). Syntese av disse asymmetriske ferrocen-derivater er utfordret av sidereaksjoner og dannelse av dimere og polymere arter dannet ved intermolekylær kryssbinding. 47 Imidlertid er koplingskjemi fremstilling av en amidbinding den mest direkte vei for å tilveiebringe enkle derivater av ferrocen involverer biologiske komponenter slike som peptider og deres metabolitter. Derfor kan fastfaseteknikker først utviklet i 1950 av Merrifield for peptidsyntese påføres på metallorganiske forbindelser som inneholder ferrocen. Gjennom bruk av den ortogonalt substituert 1'-Fmoc-amino-ferrocen-1-karboksylsyre-molekyl, en ferrocen-system som kan inneholde en reseptor-del (biotin), elektrokjemisk avlesning (ferrocen), og immobiliserende-sammenkoblende komponent (cystein) har blitt konstruert og beskrevet heri. Syntesen av denne bio-konjugat er omtalt, så vel som bevis for immobilisering på en gulloverflate. Dette arbeidet representantenets første presentasjon av et system bestående av biotin, ferrocen og en aminosyre etter immobilisering på en gulloverflate.
Syntesen av asymmetriske ferrocene derivater er utfordrende i løsningen. For eksempel har forsøk på å fremstille en i oppløsning resulterte i lave utbytter av det ønskede produkt (mindre enn 20%). Likeledes reaksjoner som anvender 1'-amino-ferrocen karboksylsyre (sans Fmoc) og harpiks bundet biotin resulterte i uoppløselig produkt i samsvar med den polymeriserte produkt er rapportert av Baristic et al. og minimal produkt. 47 Dette blir ytterligere komplisert ved f…
The authors have nothing to disclose.
KG ble støttet av RA Welch Foundation stipend P-1760, TCU Andrews Institute of Mathematics & Science Education (til KG), TCU Forskning og kreativitet aktivitet Grant (til KG) og TCU SERC Grant (til 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 |