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.
La diagnosi precoce è la chiave per il successo del trattamento della maggior parte delle malattie, ed è particolarmente importante per la diagnosi e il trattamento di molti tipi di cancro. Le tecniche più comuni utilizzate sono Imaging modalità, come la risonanza magnetica (MRI), tomografia ad emissione di Topografia (PET), e computerizzata Topografia (CT) e sono ottimali per la comprensione della struttura fisica della malattia, ma possono essere eseguite solo una volta ogni quattro sei settimane a causa dell'uso di agenti di imaging e costo complessivo. Con questo in mente, lo sviluppo di "point of care" tecniche, come biosensori, che valutano lo stadio della malattia e / o l'efficacia del trattamento in studio del medico e lo fanno in modo tempestivo, avrebbe rivoluzionato protocolli di trattamento. 1 come un mezzo per esplorare biosensori ferrocene base per la rilevazione di molecole biologicamente rilevanti 2, sono stati sviluppati metodi per produrre bio-coniugati ferrocene-biotina qui descritti. Questa relazione si concentrerà su un sistema biotina-ferrocene-cisteina che può essere immobilizzato su una superficie d'oro.
I biosensori sono piccoli dispositivi che utilizzano la tecnologia di riconoscimento biomolecolare come piattaforma per l'analisi selettiva e vengono utilizzati per la loro specificità, velocità e basso costo. Biosensori elettrochimici per la rilevazione di biomolecole sono all'avanguardia di questo campo per la loro semplicità, economicità, ed alta sensibilità. 1,3 L'anatomia generale di tali sensori è un elettrodo dotato di una molecola di riconoscimento specifico per il marcatore biologica di interesse . Il legame del biomarker dalla molecola di riconoscimento si traduce in una variazione locale del potenziale o corrente che può essere rilevato mediante misurazione semplice. Ad oggi la frazione riconoscimento può variare da enzimi, anticorpi 4-8, 9-12 cellule intere, recettori 13-16, 17-20 peptidi 21-23 e DNA 24 e sono in gran parte incentrati su grandi, molecole biologiche. 25-28 Research sforzi in questo campo si sono concentrati principalmente sulla immunosensori WHEre una immunoglobulina è immobilizzato con un nucleo attivo redox (come ferrocene) e utilizzato per rilevare un anticorpo di interesse. Questi studi sono stati esclusi dalle applicazioni cliniche a causa di una scarsa precisione e consumo di tempo derivanti dalle complicazioni derivanti dall'uso di antigene / anticorpi. 1,3 crescente attenzione si è concentrata sulla rilevazione di piccole molecole (meno di 1 kg / mol) di biomedica , cibo e interesse ambientale, oltre alla sicurezza nazionale. 29 Gli esempi più noti di dispositivi di biosensori sono monitor glucosio auto-test, che hanno serigrafate elettrodi enzimi accoppiati ad un formato tascabile metri amperometrico. Questi sistemi tipicamente utilizzano un metodo coulometrico cui la quantità totale di carica generata dalla reazione di ossidazione del glucosio è misurata su un periodo di tempo. Dispositivi negoziabili devono essere portatile, robusto e tenuto in mano per fare uso facile per la popolazione in generale.
Tags Redox quali ferrocene sono necessary di fornire il rilevamento elettrochimico di biomarcatori o piccole molecole in soluzione, come la maggior parte dei biomarcatori non sono intrinsecamente elettrochimicamente attivi. 30-38 Ferrocene è una molecola organometallica che è un gold standard per l'elettrochimica, che lo rende una scelta eccellente per l'integrazione in biosensori elettrochimici. Redox basata ferrocene-specie attive hanno già raccolto una notevole attenzione a causa delle loro piccole dimensioni, buona stabilità, l'accesso sintetico comodo, facile modificazione chimica, relativa lipofilia, e la facilità di messa a punto redox. 3,30-42 Piccole molecole basate sul core ferrocene hanno stati ampiamente utilizzati come rivelatori di ioni metallici e piccole molecole. 32-38,43 sistemi di targeting specie più grandi come biomolecole hanno utilizzato l'allegato di grandi anticorpi o immunoglobuline di derivati del ferrocene che sono stati integrati su una superficie elettrochimica. 1,3,39 , 44 In ogni caso, il potenziale di intensi e correntety della coppia redox Fe III / Fe II è stato modificato su accoppiamento molecolare, producendo così una nuova maniglia spettroscopica che indica la presenza della molecola analita. Tale variazione è determinata dalla vasta sovrapposizione che si verifica tra il pi-sistema degli anelli ciclopentadienilici ed il ferro orbitali-d. Se il pi-sistema viene modificato, cioè, derivatizzato o reagito, allora l'interazione orbitale, a sua volta, il cambiamento. Questo influenzerà il nucleo Fe e può essere osservata come un cambiamento nel potenziale della coppia Fe III / Fe II. 40,45,46 Queste proprietà rendono tale sistema attraente per l'uso come agente quantificare in un immunodosaggio elettrochimica o biosensore.
Per produrre sistemi ferrocene contenente specifici per portate biosensore è ottimale modificare un anello Cp con il bio-recettore specifico per una molecola bersaglio e utilizzare l'altro anello Cp come tether molecolare per la lettura elettrochimica o elettrode (Figura 1). Sintesi di questi derivati asimmetrici ferrocene è sfidato da reazioni laterali e la formazione di specie dimerica e polimeriche formate su intermolecular cross-linking. 47 Tuttavia, giunto chimica producendo un legame ammidico è la via più diretta per fornire semplici derivati del ferrocene che coinvolgono componenti biologiche tali come peptidi e loro metaboliti. Pertanto, le tecniche in fase solida prima sviluppate nel 1950 da Merrifield per sintesi peptidica possono essere applicati a composti organometallici contenenti ferrocene. Attraverso l'uso del ortogonalmente sostituito molecola di acido 1'-Fmoc-ammino-ferrocene-1-carbossilico, un sistema ferrocene che può contenere una molecola recettore (biotina), lettura elettrochimica (ferrocene), e componente immobilizzare-linker (cisteina) presenta stato costruito e qui descritto. La sintesi di questo bio-coniugato è discusso così come prova per l'immobilizzazione su una superficie d'oro. Questo rappre lavorots la prima presentazione di un sistema composto da biotina, ferrocene ed un amminoacido per l'immobilizzazione su una superficie d'oro.
La sintesi di derivati asimmetrici ferrocene è impegnativo in soluzione. Ad esempio, i tentativi di produrre 1 in soluzione comportato basse rese di prodotto desiderato (meno del 20%). Analogamente, utilizzando reazioni 1'-ammino-ferrocene acido carbossilico (sans Fmoc) e resina biotina legata determinato prodotto insolubile coerente con il prodotto polimerizzato riportato da Baristic et al. e prodotto minima. 47 Questo è ulteriormente complicato dal ferrocene e …
The authors have nothing to disclose.
KG è stato sostenuto dalla concessione P-1760 RA Welch Foundation, TCU Andrews Istituto di Matematica e Scienze della formazione (per KG), TCU ricerca e creatività Activity Grant (al KG) e TCU SERC Grant (a 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 |