Использование чрезвычайных оптической передачи для количественного определения сердечного биомаркеров в сыворотке крови человека

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Эта работа описывает метод литография nanoimprinting для изготовления высококачественных зондирования массивы, которые работают на принципе чрезвычайных оптической передачи. Биосенсор недорогой, надежный, легкий в использовании и может обнаружить сердца тропонина I в сыворотке в клинически значимых концентрациях (99й процентили среза ∼10-400 пг/мл, в зависимости от анализа).

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Patra, A., Ding, T., Hong, M., Richards, A. M., Wong, T. I., Zhou, X., Drum, C. L. Using Extraordinary Optical Transmission to Quantify Cardiac Biomarkers in Human Serum. J. Vis. Exp. (130), e55597, doi:10.3791/55597 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Для платформы biosensing иметь клиническое значение в настройках точки обслуживания (ПСУ) анализа чувствительности, воспроизводимость и способность надежно контролировать аналитов на фоне сыворотки крови человека имеют решающее значение.

Литография Nanoimprinting (NIL) был использован для изготовления, при низких затратах, зондирования областей, как большой, как 1,5 мм х 1,5 мм. Зондирования поверхности был сделан из высокой верности массивов nanoholes, каждый с площадью около 140 Нм2. Большая повторяемость NIL стало возможным использовать один чип, один измерение стратегии на 12 индивидуально готовых поверхностей, с минимальными отклонениями чип на чипе. Эти чипы резонанс (ЛСПР) поверхностного плазмон nanoimprinted локализованные были тщательно протестированы на их способность надежно измерить bioanalyte в концентрациях, колеблется от 2,5 до 75 нг/мл посреди фоне комплекса биожидкостей в этом случае, человеческой сыворотки. Высококачественный NIL позволяет поколения больших зондирования районов, который в свою очередь исключает потребность для микроскопа, как этот биодатчик может легко взаимодействовать с источником света часто лабораторных. Эти Биодатчики можно обнаружить сердца тропонина в сыворотке с высокой чувствительностью, при пределе обнаружения (LOD) 0,55 нг/мл, который является клинически значимых. Они также показывают низкой дисперсией чип на чипе (из-за высокое качество процесс изготовления). Результаты соизмеримы с широко используемым энзим соединенный assay иммуносорбента (ELISA)-на основе анализов, но этот метод сохраняет преимущества ЛСПР зондирования платформы (то есть, ограниченой миниатюризации и мультиплексирование, что делает его более реальным для приложений POC).

Introduction

Химические датчики, основанные на nanohole массивы были предметом многочисленных исследований, поскольку Эббесен et al. 19981был опубликован первый доклад о чрезвычайных светопропускания (EOT). Когда свет падает на периодические массивы структур nanohole аспектов подпункта волны, расширенной передачи происходит на конкретные длинах волн. Это происходит, когда падающего света пары с поверхности поляритон блох волны (BW-SPP) и/или локализованные поверхностных плазмонов (LSP)2.

Основной физический принцип, эксплуатируемых при простой biosensing с такие периодические массивы. Адсорбция молекул на или вблизи интерфейс металла изменяет диэлектрическая константа среды при соприкосновении с металлом, в свою очередь смены местоположения передачи полос в спектре. Спектр, сама может быть отрегулирован нано Инжиниринг в форму, размер и разделения расстояние3,4,5. Дизайн датчики, основанные на СРВ имеют характерные полосы в их спектры, которые облегчают конкретных заданий6,,78 в ходе расследования молекулярных привязки событий. Это решающее преимущество над коммерчески доступных поверхностного плазмон резонанс (СРП) платформах.

Датчики с помощью СРВ обычно включают источника света, оптически выровнены таким образом, что коллимированном пучке инцидента на поверхности зондирования. Методы для создания больших nanohole поверхности, такие как шаблоны Кополимер и вмешательства и литография наносферы, имеют плохой воспроизводимости9. Из-за этих ограничений в точно изготовить большие поверхности, которые показывают явления EOT оптический микроскоп был обязан правильно позицию источника света и детектора. Чтобы упростить техника, высокое качество nanoimprinting литография работал (NIL)10 . Это позволило производство больших датчик поверхностей11 (Шкала мм), избавляя от необходимости для микроскопа искать зондирования поверхности на чипе. Вместо этого этот датчик может быть легко сопряжена с стандартные волоконно-оптического кабеля.

Так как вершины передачи для этого массива nanohole, содержатся в видимую область ближней ИК-области спектра (NIR), это идеально подходит для зондирования события привязки для биомолекул в водной среде. Моделировалась ожидаемое поведение оптических nanohole массива. Результат был затем проверяется путем исследования с жидкостями стандартных преломления (РИ). Этот массив затем был использован для измерения концентрации сердечной тропонина I (cTnI) в сложных фоне человеческой сыворотки. cTnI является клинической золотым стандартом для диагностики острого инфаркта миокарда.

Используя этот датчик, это возможно для выявления и количественной оценки cTnI в сыворотке крови человека при пределе обнаружения (LOD) 0,55 нг/мл, который является клинически значимых. Обнаружение гораздо быстрее, чем наиболее часто используемые технологии в этой области, энзим соединенный assay иммуносорбента (ELISA). Кроме того, зондирования поверхности могут легко быть регенерировано и поэтому повторно. Таким образом эта работа показывает обещание nanohole массивы как жизнеспособного точки обслуживания (POC) технология для biosensing в сложных biofluids.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Изготовление датчика и приобретение данных

  1. Подготовка формы никель
    1. Слой 220 Нм толстый слой отрицательных электроннолучевые устоять на 600 мкм толщиной 4-в кремниевой пластины. Разработан nanohole массив напишите на этой пластины с помощью системы литографии пучка электронов.
      1. Для ускорения e луч писать, писать узоры с низкой dotmap (N) 20k для каждого размера поля 300 мкм (A) (то есть, там являются 0,4 млрд точек сопоставления по каждой области2 300 мкм, и каждая точка либо будут подвергаться e-луч, или нет в зависимости от шаблона дизайна). Установите дозы облучения электронным пучком сопротивляться для сопротивляться до 110 см µC−2 и писать на ток (I) 800 ПА.
        Примечание: В письменной форме электронным пучком, дозы облучения (D) контролируется время экспозиции для каждой точки (точкаТ), рассчитывается по Equation 1 . Для дозы облучения в 110 см µC−2e луч жилище на каждом подвергаются точка время 0.5 µs12. Поскольку массив захватывает площадью 1,8 мм2, есть в общей сложности 36 патчи 300 µm2 поля областей сшили один большой, золото nanohole массив.
    2. Разработка сопротивляться, погружая 4 дюймовый кремниевой пластины в решении разработчик для 10 s и позволяя вафельные высушить на воздухе.
    3. Хранение семян слой металла, таких как никель, медь или алюминий, на кремниевой пластины.
    4. Гальваническим вафля в систему покрытия в ванну Фтороборат никеля. Осуществляют гальваники в два этапа. На первом шаге, прочного 95 мин, используйте плотность тока 0,7 A dm−2; Это полностью заполняет nanopatterns никеля. На втором шаге, 125 мин, используйте 12 A dm−2 до 300 мкм, как плесень толщина окончательного никеля (20 Нм). Убедитесь, что значение рН на 3,5-3,8 и что температура составляет 52-54 ° c.
    5. Отделите никель плесень от кремниевой подложке путем применения нежный механической силы. Замочите плесень никеля в около 100 mL реагента позитивного фоторезиста удаления ночь чтобы смыть остатки от e луч сопротивляться.
    6. Кормить плесень никеля в духовке и сухой на 100 ° C в течение 3 ч. очистить его в плазме травления системы с O2 газ на 10 sccm и 100 Вт на 3 мин.
  2. Изготовление золотой наноструктур
    1. Пальто 150 мкл трихлорсилана гептадекафтор-1,1,2,2-tetrahydrodecyl (FDTS) на никель плесень в самостоятельной сборки монослоя (SAM) покрытие машины на 80 ° C.
      Примечание: Это будет формируют антиадгезионными слой, который позволит отделение формы от фоторезиста («распалубки») после завершения шага nanoimprinting. Испарения время должно быть 180 s и время реакции должно быть 900 s.
    2. Выходные nanopatterns на 4 - в стеклянных пластин, что были покрыты слоем 300 Нм толстые фото отверждаемыми NIL противостоять с помощью нано надпечатки на давление до 10 бар и температуре 40 ° C на 10 мин.
    3. Плесень, фоторезист и стеклянных пластин передавать свет УФ отверждения системы и photocure с 75 МВт см-2 УФ облучения для 30 s.
      Примечание: Если все действия выполнялись правильно, никель плесень должен легко быть demolded из фоторезиста.
    4. В реактивного ионного травления (РИ) системы, выполняют пустой etch фоторезиста на стеклянной подложке, с потоком газа2 O 10 sccm, 50 Вт для 2 s подвергать стекла на отступы районы.
    5. Депозит 5 Нм толстый слой хрома (Cr) для металлических адгезии и 100-nm покрытие из золота (Au) для плазмонных датчика на пластины стекла в машине электронно лучевые осаждения. Использовать скорость осаждения 1 Å s−1 для Cr и 2 Å s−1 для АС.
    6. Выполните старт фоторезиста O2 плазменного травления на 3 мин, последовал шаг 15-s озвучивания в ацетоне.
    7. Кости образца в 5 × 5 мм фишки. Nanohole массив будет занимать Центральной 2 мм × 2 мм чипа.
  3. Приобретение данных
    1. Установите вверх аппарат, чтобы сделать оптических измерений, что луч белого света, выхода до конца волокна оптический передатчик является коллимированного и инцидент на поверхности датчика (nanohole массив) под углом 90°.
      Примечание: Свет передается через весь nanohole массива.
    2. Собирать передаваемого сигнала с приемника оптического волокна и записать его с УФ видимые спектрометр, работающих в диапазоне от 300 до 1000 Нм.
    3. Установите время приобретения для каждого кадра 20 г-жа средняя 100 кадров для получения окончательного спектра для снижения шума в измерениях.
    4. Использование печати программное обеспечение для анализа данных, основанные на ранее выявленных передачи пиков (с помощью метода, основанного на Лоренца).

2. Датчик массового чувствительности тест

  1. Депозит стандартной жидкости ри в жидком клетку, с ри варьируется от 1,31 до 1,39.
  2. Погружать датчик чип в стандартной жидкости Ри и привести его в соответствие с луч белого света. Получение спектра передачи.
  3. Очистите датчик чип после каждого измерения с поверхностно-активными очистки реагента и высушить его с газом азота.

3. датчик модификация поверхности

  1. До любых химических изменений очистите обломоки датчика путем последовательного погружения в изопропиловый спирт, ацетон и деионизированную воду. Сухой при комнатной температуре в потоке газа сухим азотом.
  2. Инкубируйте обломоки датчика в спиртовой раствор 0,4 мм 1,6 мм и 10-карбоксильную-1-decanethiol 1-octanethiol за 12 ч при комнатной температуре.
    Примечание: Это форма Амин реактивной самосборки монослоя (SAM).
  3. Использование этанола в тщательно промойте и просушите при комнатной температуре.
  4. Сделайте смесь 75 мм сульфогруппу N-оксисукцинимидного (сульфогруппу NHS) и 15 мм 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) Карбодиимиды (EDC). Погружайте фишки в этой смеси на 15 мин.
    Примечание: Это будет активировать карбоксильные группы SAM.
  5. Месте 50 мкл раствора 200 мкг/мл антитела анти тропонина в буфер рН 4.5 ацетата на поверхности датчика и Инкубируйте 30 мин.
  6. Деактивируйте непрореагировавшего эфиры, погружая микросхема датчика в растворе этаноламина HCl 1 M на 15 мин.
  7. Промойте чип деионизированной водой и высушить в потоке газа сухим азотом при комнатной температуре.

4. cTnI Assay

  1. Заблокируйте любой неспецифичный привязки, кровянистые выделения 100 мкл бычьим сывороточным альбумином (БСА) 1% раствора на поверхность.
Инкубируйте 15 мин.
  • Промывайте обломоки датчика три раза в фосфат амортизированное физраствора (PBS). Вставьте чип в ячейку измерения для записи передачи спектра.
    Примечание: Это ссылка спектра.
  • Месте 50 мкл cTnI стандарта на поверхности чипа и инкубировать в влажной среде для 30 мин.
  • Промойте обломоки датчика три раза в растворе PBS и вставьте его в ячейку измерения для записи передачи спектра.
    Примечание: Это после привязки спектра.
  • Опускайте фишки в 50 мм глицин HCl (рН 2) за 1 мин, а затем промыть в растворе PBS три раза для регенерации поверхности чипа. Измеряйте спектры пропускания в PBS для проверки успеха этапа регенерации.
  • 5. поверхностного плазмон резонанс (СРП) измерение

    1. Запустите мультиплексированных микросхема датчика СРП на системе СРП с PBS-T буфера.
      Примечание: Состав буфера PBS-T является 20мм Na фосфат, 150 мм NaCl и 0,05% 20 анимации. PH-7,4.
    2. Использование стандарта cTnI и антитела, как описано в шаге 4.
    3. Активируйте 3 из 6 доступных каналов с смесь EDC (0,2 М) и сульфогруппу NHS (0,05 М) для 5 минут выполнения инъекций 5 min 50 мкг/мл антитела 560 и 5-мин инъекционного раствора этаноламина HCl 1 M.
    4. Поворот на 90° микросхема датчика и придать cTnI стандартов в различных концентрациях (75, 30, 7.5 и 2,5 нг/мл).
    5. Наблюдать за спряжение для антител в точках взаимодействия на чип в реальном времени через индикация СРП.
    6. Регенерировать чип путем инъекций 50 мм глицин HCl (рН 2) за 1 мин.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    Оптическая для измерений показана на рисунке 1A. Изображения фактической nanohole массива приводится на рисунке 1B. Чтобы понять физику движения зондирования процесс, программное обеспечение моделирования COMSOL был использован для моделирования распространения плазмонных поля в водной среде. Результаты моделирования затем были связаны с фактической измерения. Ранее опубликованные исследования содержит подробное описание допущений и параметры, используемые в моделирование11,13. Физические размеры, используемые для моделирования плазмонных поле для nanohole массив был следующим: p = 400 Нм, D = 150 Нм и T = 100 Нм. Поглощения и рассеяния эффекты также принимаются во внимание14 при расчете спектры пропускания. Моделирование спектра сравнивается с экспериментально измеренная спектра в Рисунок 1 c. Смоделированных и измеренных спектры передать существование четырех полос от 450 до 850 нм. Группа на 495 нм соответствует междолинное перехода золота. Три последующих полосы, отныне называется полос I-III в порядке возрастания их длины волны, расположены на 560 Нм, 645 Нм и 712 Нм, соответственно. Полосы-III были замечены иметь приемлемые выравнивание экспериментально измеренная полос, расположенных в 558 Нм, 638 Нм и 724 Нм. Как изготовлены nanoholes почти круглую форму, эти полосы не должны быть чувствительны к поляризацией падающего света. Кроме того COMSOL моделирования позволяет прямой визуализации ближнего поля распределения этих групп, как они бы произойти в ячейки периодической структуры (рис. 1 d). На панели Цвет измеряется распределение оптического поля (V/m), выраженные в шкале журнала. Наблюдается высокая интенсивность был около 4,7 (50,119 V/m). По сравнению с интенсивность заболеваемости, используемых в моделировании (4,340 V/m), эта величина представляет повышение 11.5-fold поля. Электромагнитные поля для полосы, которую я и III были локализованы на поверхности стеклянной подложке. Напротив группа II преимущественно локализованы на верхнем краю nanohole и был выбран для обнаружения bioanalyte. 1E рисунок иллюстрирует спектры передачи массива nanohole в жидкости известных преломления, варьировавшихся от 1,31 до 1,39. Три полосы передачи, соответствующих групп I, II и III, были замечены в спектральном диапазоне от 400-900 нм. Красное смещение было отмечено с изменением в Ри. Величина сдвига следовать последовательности группы II > группы я > группы III. 1F рисунок является консолидация наблюдаемого Красного сдвиги полос, I, II и III. Основная чувствительность рассчитаны для группы, я был 322 Нм/RIU, для группы II 345 Нм/RIU, и для группы II был 202 Нм/RIU.

    Рисунок 2A содержит схемы зондирования явления в действии. Рисунок 2B показывает изменение в спектрах передачи после сердечной тропонин молекул привязку к поверхности функционализированных чип. При низких концентрациях в полосе с уровень тропонина есть Линейный сдвиг. Сдвиг в позиции группы могут быть установлены также для привязки изотермы с значение R2 0.995. По ближе наблюдения 30 нг/мл, как представляется, концентрация, на котором изотерма указывает начало насыщения (рис. 2 c).

    На рисунке 3A показывает sensorgram от взаимодействия сыворотки с поверхностью чипа модифицированных GLC чипа в XPR36 установки. Захват cTnI показано увеличение сигнала. После этого диссоциация cTnI в PBST среде (ПБС, 0,05% анимации 20) может наблюдаться как сигнал уменьшается от 120-660 s. парентеральном глицин (регенерации раствора) 1 мин уменьшить сигнал 0, указывающее регенерации зондирования поверхности через полное разъединение cTnI. Sensorgram для последующего ассоциации cTnI к поверхности регенерированный чип показан на врезные Рисунок 3A. (То есть, погружением в раствор глицина за 1 мин) и тот же протокол был использован для регенерации поверхности массива nanohole. Рисунок 3B показывает, что позиция группы 2 переходит обратно в исходное положение, подтвердив тем самым успех этапа регенерации.

    Figure 1
    Рисунок 1 : Характеристика массива nanohole. (A) упрощенная схема экспериментальной установки. (B) сканирующий электронный микроскоп изображение nanohole массива. (C) сравнение между имитации спектра и экспериментально измеренная передачи спектра в водной среде. (D) ближнего поля распределения как моделируется в COMSOL для групп I и III, видели в виде поперечного сечения. Красный представляет сильнее распределение возле поля. Подразделение, в строке цвет | E |, распределение оптической области, принятых в логарифмическая шкала. (E) экспериментально измерены спектры передачи массива nanohole в средах с стандартным преломления жидкостей (1,31 до 1.39). (F) сыпучие чувствительности три передачи полос (I-III) изменения в Ри, измеряется в видимом для NIR диапазона. Черный квадрат: группа I, красный круг: группа II, синий треугольник: группы III. Рисунок был изменен по Дин и др. 14 под лицензией CC BY. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

    Figure 2
    Рисунок 2 : Nanohole массив, используемый как биодатчик. (A) схема массива nanohole, используется в качестве биосенсора для обнаружения cTnI. (B) изменение в передаче спектр биосенсор при взаимодействии с человеческой cTnI 30 нг/мл концентрация на фоне сыворотки. Синий: перед взаимодействия, красный: после взаимодействия. Пунктирным кругом указывает группа отслеживается. (C) изменением длины волны для группы II в различных концентрациях тропонина (2,5 нг/мл, 7,5 нг/мл, 30 нг/мл и 75 нг/мл).Планки погрешностей показывают стандартное отклонение среди n = 3 фишки для каждого измерения. Рисунок был изменен по Дин и др. 14 под лицензией CC BY. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

    Figure 3
    Рисунок 3 : Регенерации поверхности датчика. (A) sensorgram СРП от XPR36 показаны инъекции исследуемое вещество (cTnI) следуют инъекции глицин для регенерации поверхности датчика. Последующего обнаружения измерения различных концентраций cTnI на фоне сыворотки приведены в вставку. Красная полоса представляет начальное значение, в то время как черная полоса показывает измерение после регенерации поверхности с протоколом, описанные в тексте. (B) сдвиг в группы волн наблюдается после регенерации биосенсор микросхемы nanohole. Σ: стандартное отклонение сдвигов в волны позиции группы. Рисунок был изменен по Дин и др. 14 под лицензией CC BY. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Моделирование взаимодействия падающего света и наноструктур делает возможным определить соответствующие пик (в спектре передачи), чьи сдвига может быть записано как функция концентрации аналита. Важно отметить, что локализация полос относительно структуры датчика имеет решающее значение для выбора права группы, чьи сдвиг может отслеживаться в смысле аналита. Визуализация может быть достигнуто путем моделирования. Это также важно для разработки оптимальной структуры, которая позволяет biosensing аналитов. Как видно здесь, групп I и III локализованы на интерфейсе стекла золото и следовательно не являются полезными для biosensing. Видные ЛСПР компонент можно наблюдать в группе II. Он показывает длину короткого распада и локализован на краю nanoholes. Таким образом это хорошо поддается используется для зондирования концентрации аналита. Качество сфабрикованные наноструктур на весь массив также существенно важное значение для качества собранных спектров. Неоднородной структуры представит артефактов.

    Рассеивающих и неизбежной абсорбциы создают артефакты в водный измерения. Общий сигнал шум коэффициент также обеспокоен наличием водной среды. В случае, если существует несколько подходящих групп, чьи сдвиги могут контролироваться для biosensing, должны рассматриваться следующие моменты. В суб, 600 Нм при длинах волн наблюдаемых передачи спектра заметно зависит от белка поглощения и рассеяния частиц. С другой стороны, использование волн больше, чем 900 нм может создать путаницу в сокрытии важной базовой сигналов, вытекающих из привязки событий в этом регионе, поглощение воды увеличивается с длиной волны. Для зондирования аналитов в водной среде, таким образом, группа II оптимально расположен с точки зрения длины волны. Небольшое отклонение в измерении группы позиции можно наблюдать. Это вызвано большой датчик размера. В то время как большой датчик в конечном итоге приводит к короче приобретение раз потому, что каждая из точек обнаружения теперь увидеть больше, чем обычно поток фотонов, она также негативно влияет на шум. В самом деле если сигнал коллекции не выполняется должным образом и принадлежности данных разработаны не оптимально, можно наблюдать много шума. Путем усреднения собранных сигнал более 100 фоторамки15, может быть снижен уровень шума. Хотя существуют другие способы получения сигналов ЛСПР, особенно от наночастиц золота16, nanohole массив является гораздо более реально внедрить в портируемом формате с микрофлюидика. Весь устройство может использоваться для приложений, ВОУ из-за легкости автоматизации всего процесса и возможность регенерировать зондирования поверхности.

    Этот экспериментальный протокол был разработан для сведения к минимуму погрешности эксперимента с помощью режима передачи вместо отражения. Это сокращает возможные артефакты от угла масштабы изменений. Важно также отметить критический характер шага 3.4, когда антитела crosslinked к поверхности датчика. Это важно для сохранения реактивности сульфогруппу NHS и EDC. Было также установлено, что переход от NHS сульфогруппу ГСЗ имеет решающее значение для улучшения стабильности. Если образцы для повторного использования, рекомендуется хранение под жидкого азота. Платформа технологии, показанный здесь может использоваться для мониторинга других клинических биомаркеров, с соответствующей модификации поверхности.

    До настоящего времени проникновение ЛСПР датчиков была ограничена путем ограничения на возможность создания гибкой поверхности на больших площадях с воспроизводимостью аналогична полупроводниковой промышленности. Большие зондирования поверхности могут легко сопряжена с стандартным и экономически оптика. Точность в процессе изготовления будет также уменьшить чип на чипе дисперсия, наиболее узким местом в деле повышения надежности измерений, который имеет решающее значение в клинических условиях. В контексте медицинского устройства, где требуются последовательные измерения, важно также воспроизводимость поверхности регенерации. Также показывает, что оптимальный протокол для регенерации зондирования поверхности может быть создан в коммерчески доступных SPR платформу и затем успешно переведены в массив nanohole. Эффективность регенерации можно легко вычислить для массива nanohole, и пригодности регенерации поверхности для повторных измерений могут быть оценены. После создания надежной химии поверхности модификации и регенерации протоколы, ЛСПР датчиков может быть чувствительным, но простой платформы для обнаружения реального времени bioanalyte. Это легко предвидеть его значительное влияние на пациентов. Это следует отметить, что абсолютная чувствительность датчика не может соответствовать наиболее передовых тестов на основе ELISA. Некоторые стратегии усиления должны быть разработаны для увеличения чувствительности. Даже в его нынешнем виде, эта технология представляет собой значительное улучшение по сравнению с установленным nanoimprinted ЛСПР протоколов, как это определяет новый нижний предел для лейбл бесплатные обнаружения сердечно биомаркеров с помощью передачи на основе оптических установки. Технология развивается в целях осуществления мониторинг в реальном времени нескольких клинически важных биомаркеров. Дальнейшее совершенствование сбора данных (например, детекторы с лучшим разрешением) и последующая обработка может помочь на основе ЛСПР датчики достижения этой цели.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Авторы имеют без финансовых интересов.

    Acknowledgments

    AP признает поддержку проф T Venkatesan, директор, NUS нанонауки и нанотехнологии инициативы и Канцелярии заместителя президента (национальный университет Сингапура) (R-398-000-084-646). ХЗЛ признает поддержку из Сингапура министерства от здравоохранения Национальный совет медицинских исследований под его врач ученый схемы финансирования, NMRC/CSA/035/2012 и в национальном университете Сингапура. Спонсоры имел никакой роли в дизайн исследования, сбор данных и анализ, решение опубликовать или подготовка рукописи.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Electron Beam Lithography setup Elionix ELS 700
    o-Xylene Sigma Aldrich 95662
    EB resist Sumitomo NEB-22A2
    Developer reagent Shipley Company Microposit MF 321
    Electroplating machine Technotrans AG RD 50
    Photoresist stripper  Rohm and Haas Electronic Materials LLC Microposit Remover 1165
    Etching System Trion Phantom
    Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)trichlorosilane  Gelest (PA, USA) 78560-44-8
    SAM coater  Sorona Inc. AVC 150M
    Photo-curable NIL resist micro resist technology GmbH mr-UVCur21-300nm
    Light Curing System Dymax  Model 2000 Flood
    E-beam deposition machine Denton Explorer
    UV-visible spectrometer  Ocean optic HR2000+ (Dunedin, FL, USA)
    Standard refractive index liquids  Cargill Inc (Cedar Grove, USA) 18032
    Plotting software Origin Origin Pro 9
    10-carboxy-1-decanethiol  Dojindo Laboratories (Japan) C385-10
    1-octanethiol  Sigma-Aldrich, MO, USA 471386
    Sulfo-N-hydroxysuccinimide and 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide  BioRad (CA, USA) 1762410
    Anti-troponin antibody 560 Hytest (Finland) 4T21
    Ethanolamine-HCl solution BioRad (CA, USA) 1762450
    Surface Plasmon Resonance setup BioRad XPR36 (Haifa, Israel)
    Multiplexed SPR chip BioRad GLC
    Human cTnI standard Phoenix Pharmaceuticals EK -311-05
    Glycine-HCl BioRad (CA, USA) 1762221

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    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. Enhanced optical transmission mediated by localized plasmons in anisotropic, three-dimensional nanohole arrays. Nano letters. 10, (8), 3173-3178 (2010).
    4. Kim, J. H., Moyer, P. J. Transmission characteristics of metallic equilateral triangular nanohole arrays. Appl Phys Lett. 89, (12), 121106 (2006).
    5. Liu, H., Lalanne, P. Microscopic theory of the extraordinary optical transmission. Nature. 452, (7188), 728-731 (2008).
    6. Shon, Y. -S., Choi, H. Y., Guerrero, M. S., Kwon, C. Preparation of nanostructured film arrays for transmission localized surface plasmon sensing. Plasmonics. 4, (2), 95-105 (2009).
    7. Xiang, G., Zhang, N., Zhou, X. Localized surface plasmon resonance biosensing with large area of gold nanoholes fabricated by nanosphere lithography. Nanoscale Res Lett. 5, (5), 818 (2010).
    8. Valsecchi, C., Brolo, A. G. Periodic metallic nanostructures as plasmonic chemical sensors. Langmuir. 29, (19), 5638-5649 (2013).
    9. Gates, B. D., et al. New approaches to nanofabrication: molding, printing, and other techniques. Chem Rev. 105, (4), 1171-1196 (2005).
    10. Guo, L. J. Nanoimprint lithography: methods and material requirements. Adv Mater. 19, (4), 495-513 (2007).
    11. Wong, T. I., et al. High throughput and high yield nanofabrication of precisely designed gold nanohole arrays for fluorescence enhanced detection of biomarkers. Lab on a Chip. 13, (12), 2405-2413 (2013).
    12. Deng, J., Wong, T. I., Sun, L. L., Quan, C., Zhou, X. Acceleration of e-beam lithography by minimized resist exposure for large scale nanofabrication. Microelect Eng. 166, 31-38 (2016).
    13. Wu, L., Bai, P., Li, E. P. Designing surface plasmon resonance of subwavelength hole arrays by studying absorption. JOSA B. 29, (4), 521-528 (2012).
    14. Ding, T., et al. Quantification of a cardiac biomarker in human serum using extraordinary optical transmission (EOT). PloS one. 10, (3), 0120974 (2015).
    15. Im, H., Sutherland, J. N., Maynard, J. A., Oh, S. -H. Nanohole-based surface plasmon resonance instruments with improved spectral resolution quantify a broad range of antibody-ligand binding kinetics. Anal Chem. 84, (4), 1941-1947 (2012).
    16. Bhagawati, M., You, C., Piehler, J. Quantitative real-time imaging of protein-protein interactions by LSPR detection with micropatterned gold nanoparticles. Anal Chem. 85, (20), 9564-9571 (2013).

    Comments

    0 Comments


      Post a Question / Comment / Request

      You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

      Usage Statistics