Markierungsfreie Einzelmoleküldetektion Mit Mikrotoroid optischen Resonatoren

Zusammenfassung

Wir haben ein markierungsfreies Biosensorsystem entwickelt, das auf optischer Resonatortechnologie basiert und als Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) bekannt ist und in der Lage ist, einzelne Moleküle in Lösung zu detektieren. Hier werden die Vorgehensweisen hinter dieser Arbeit beschrieben und vorgestellt.

Zusammenfassung

Nachweis kleiner Konzentrationen von Molekülen bis zur Einzelmolekül Grenze hat Auswirkungen auf Bereiche wie die Früherkennung von Krankheiten und grundlegenden Studien über das Verhalten von Molekülen. Einzelmoleküldetektionsverfahren verwenden üblicherweise Markierungen, wie Fluoreszenzmarkierungen oder Quantenpunkte sind jedoch nicht immer verfügbar Etiketten, erhöhen die Kosten und die Komplexität und kann stören die Ereignisse untersucht. Optischen Resonatoren als ein vielversprechendes Mittel zur Einzelmoleküle ohne Einsatz von Etiketten erfassen taucht. Derzeit kleinste durch eine nicht plasmonically verstärkte blanke optische Resonatorsystem in Lösung nachgewiesen Teilchen ein 25 nm Polystyrolkugel ^1. Wir haben eine Technik, die als Frequenzverriegelung Optical Whispering Evanescent Resonator (Blume), die in wässriger Lösung ² dieses Limit übertreffen können und erreichen markierungsfreie Einzelmoleküldetektion bekannt entwickelt. Als Signalstärke Waage mit Partikelvolumen, unsere Arbeit für eine> 100x improvement im Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) über den aktuellen Stand der Technik. Hier die Verfahren hinter FLOWER werden in dem Bemühen, ihre Nutzung auf dem Gebiet erhöhen vorgestellt.

Einleitung

Einzelmoleküldetektion Experimente sind nützlich für die Verringerung der Menge an Analyt in Biosensoren verwendet wird, für die Früherkennung von Krankheiten und zur Untersuchung der grundlegenden Eigenschaften von Molekülen ^3. Solche Experimente werden normalerweise mit den Etiketten sind jedoch Etiketten nicht immer möglich, für ein bestimmtes Protein zu erhalten, erhöhen die Kosten, können stören die Ereignisse untersucht und kann unbequem sein, insbesondere für die Echtzeit-Vor-Ort-Versuche oder Point-of- Care-Diagnostik.

Der aktuelle Goldstandard für die markierungsfreien Biosensor ist die Oberflächenplasmonresonanz ^....

Protokoll

1. Versuchsaufbau und die Probenvorbereitung

1. Herzustellen Mikrotoroide Verwendung der Lithographie, Ätzen und Schmelzvorgang, wie ^{zuvor. 6 beschrieben} Herzustellen Mikrotoroide auf einem Silizium-Wafer (Chip), die typischerweise einen Außendurchmesser von 80-100 um und einem kleineren Durchmesser von 2 um.
2. Entspannen etwa einen Meter von single-mode optische Faser (125 um Verkleidungen, 4,3 um Modenfelddurchmesser) von ihrer Faserspule.
3. In der Mitte des abgewickelten Abschnittes der optischen Faser, Streifen ein kleines Segment (2,5 cm) der Polymerbeschichtung auf der optischen Faser mit Abisolierzange. Anmerkung: Dies ist de....

Ergebnisse

Partikelbindungsereignisse eindeutig als stufenartigen Änderungen in der Resonanzwellenlänge des Mikrotoroid über die Zeit (2A) ersichtlich. Die Höhen dieser Schritte sind als Histogramm in Figur 2B gezeigt. Die Abbildungen 2-4 zeigen repräsentative Spuren aus der Bindung von Exosomen (nanovesicles), 5 nm Silikonkügelchen, einzelne menschliche Interleukin-2-Moleküle sind. Die Tatsache, dass die stufenartigen Ereignissen Skala mit Teilchengröße zeigt, daß das Verfahren k.......

Diskussion

Als ein Teilchen gebunden ist, die Resonanzwellenlänge (λ) der Toroid zunimmt. Wenn ein Teilchen tatsächlich freigegeben wird, die Resonanzwellenlänge nimmt entsprechend ab (ein Untersetzungsereignis). Der Partikeldurchmesser (d) kann durch Histogramme der Amplitude jeder Wellenlänge Schritt bestimmt werden. Die Höhe jeder Wellenlänge Schritt variiert je nach Größenvariationen des gebundenen Teilchen und durch die Lage auf der Mikrotoroid wo das Teilchen bindet. Die maximale Änderung der Resonanzwellen.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Abstimmbarer Diodenlaser	Newport	TLB-6300
Lasercontroller	Newport	TLB-6300-LN
Frequenzsperrender Feedback-Controller	Toptica Photonics	Digilock 110
Autobalancierter Fotoempfänger	Newport	Modell 2007
Inline-Polarisationsregler	General Photonics	PLC-003-S-90
24-Bit-Datenerfassungskarte	National Instruments	NI-PCI-4461
Rekombinantes humanes Interleukin-2	Pierce Biotechnologie	R201520
20 nm Polystyrolkügelchen	Thermo Scientific	3020A
NanoCube XYZ Piezo Stage	Physik Instrumente	P-611.3
Optischer Tisch	Newport	VH3660W-OPT
Objektiv für Bildsäule	Navitar Machine Vision	1-60228
Bildsäule (Adapterrohr)	Navitar Machine Vision	1-60228
Hochauflösende CCD-Kamera für Bildsäule	Edmund Industrial Optics	NT39244