Biomolecular איתור העסקת ההחזרה interferometric דימות חיישן (IRIS)
Summary
כמותי, תפוקה גבוהה, בזמן אמת, וכן ללא תווית זיהוי biomolecular (דנ"א, חלבונים, וכו ') על SiO<sub> 2</sub> משטחים יכולה להיות מושגת באמצעות טכניקה פשוטה interferometric אשר מסתמכת על תאורת LED, רכיבים אופטיים מינימלית, מצלמה. ההחזרה interferometric דימות חיישן (IRIS) הוא זול, פשוט לשימוש, והוא מקובל microarray פורמטים.
Abstract
מדידה רגישה של אינטראקציות biomolecular יש להשתמש בשדות בתעשיות רבות כגון ביולוגיה בסיסית מיקרוביולוגיה, ניטור סביבתי / חקלאות / biodefense, nanobiotechnology, ועוד. עבור יישומים אבחון, מעקב (גילוי) נוכחות, היעדרות, או ביטוי נורמלי של סמנים ביולוגיים או proteomic גנומית ממוקד נמצאו בדגימות המטופל יכול לשמש כדי לקבוע גישות טיפוליות או יעילות הטיפול. בזירה מחקר, מידע על זיקות ספציפיות ו מולקולרית שימושיים מלא ואפיון מערכות תחת חקירה.
רבים מן המערכות הקיימות מועסקים לקבוע ריכוזים מולקולריים או זיקות מסתמכים על השימוש בתוויות. דוגמאות של מערכות אלה כוללות immunoassays כגון assay האנזים צמוד immunosorbent (ELISA), שרשרת התגובה פולימראז (PCR) טכניקות, ג'ל אלקטרופורזה מבחני, ו ספקטרומטריית מסה (MS). באופן כללי, תוויות אלו ניאון, רדיולוגי או colorimetric בטבע מחוברים באופן ישיר או עקיף למקד המולקולרי של עניין. למרות השימוש בתוויות מקובל ויש לו כמה יתרונות, יש חסרונות אשר מגרה את התפתחות ללא תווית שיטות חדשות למדידת האינטראקציות הללו. חסרונות אלה כוללים היבטים מעשיים כגון עלות assay מוגברת, מגיב תוחלת החיים ודאגות, השימושיות אחסון בטיחות, בזבוז זמן ומאמץ תיוג, ולהבדלים בין חומרים כימיים שונים עקב תהליכי תיוג או תוויות עצמם. על בסיס מחקרים מדעיים, שימוש בתוויות אלה יכולים גם להציג את הקשיים כגון חששות עם אפקטים על פונקציונליות חלבון / מבנה בשל נוכחותם של תוויות המצורפת וחוסר היכולת למדוד ישירות את האינטראקציות בזמן אמת.
מוגש כאן הוא השימוש biosensor ללא תווית חדשה אופטי ניתנת microarray מחקרים, הגדיר את ההחזרה interferometric דימות חיישן (IRIS), עבור גילוי חלבונים, DNA, החומר antigenic, פתוגנים שלם (virions) ו חומר ביולוגי אחר. המערכת IRIS הוכח שיש רגישות ודיוק גבוה, reproducibility עבור אינטראקציות שונות biomolecular [1-3]. היתרונות כוללים הדמיה זמנית יכולת, בזמן אמת יכולות המדידה הסיום, ועוד תפוקה גבוהה תכונות כגון צריכת מגיב מופחת וירידה פעמים assay. בנוסף, הפלטפורמה IRIS הוא פשוט לשימוש, דורש ציוד יקר, מנצל מבוססי סיליקון מוצק assay רכיבים שלב מה שהופך אותו תואם הרבה גישות כימיה העכשווית פני השטח.
כאן, אנו מציגים את השימוש במערכת IRIS של הכנת מערכי בדיקה ומדידה של דגירה יעד מחייב ניתוח של התוצאות בפורמט נקודת קצה. מערכת מודל יהיה ללכוד היעד של נוגדנים ספציפיים אשר אלבומין בסרום אדם (HSA) על HSA-הבחינו מצעים.
Protocol
Discussion
הפלטפורמה IRIS היא מערכת פשוטה ומהירה לשימוש לאיסוף תפוקה גבוהה הנתונים המחייבים בפורמט microarray. עד קוולנטית משתק שונה בדיקות תפקודי חלבון או דנ"א על משטח, אנטיגנים יעד / סמנים ביולוגיים / וכו '. ניתן ללכוד מן הפתרון, כמו immunoassay. מדידה של האינטראקציות הללו על תנאי בדיקה נקודת הסיום או בזמן אמת פורמט עם מערכת IRIS מאפשרת למידע רגיש מאוד כמותי להיות שנאספו במשך כל האינטראקציה. הניסוי נציג מפורט כאן הוא רק דוגמה אחת של סוגי אינטראקציות כי ניתן ללמוד עם טכניקה זו. איתור של גורמי שעתוק, אנטיגנים נגיפיים, ווירוסים כל הודגמה בעבר מייצג רק כמה דוגמאות של סוגי ניתוחים כי IRIS יכול לטפל בקלות.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות Zoiray טכנולוגיות בע"מ, שותף שיתוף חסות ומסחור, על תמיכתה.
Materials
- Silicon wafers with 500 nm of thermally-grown silicon dioxide, Silicon Valley Microelectronics, custom order
- Ammonium sulfate powder, Sigma-Aldrich cat. # A5132
- Phosphate buffered saline (PBS) 10X ready concentrate, Fisher Scientific cat. # BP665-1
- Antibody to human serum albumin (Anti-HSA), Sigma-Aldrich cat. # A0433
- Human serum albumin (HSA), Sigma-Aldrich cat. # A9511
- Argon or nitrogen gas (ultra-high purity), Airgas cat. # AR UHP300 or # NI UHP300
- Petri dishes, 60 mm x 15 mm, Fisher Scientific cat. # 0875713A
- Scienceware® vacuum desiccator, Sigma-Aldrich cat. # Z119016
- Microcentrifuge tubes, Fisher Scientific cat. # 05-408-120
- 96-well plates, low cell binding, Nalgene Nunc International cat. # 145399
- BioOdyssey Calligrapher MiniArrayer, Bio-Rad
- Tween-20, Sigma-Aldrich # P1379
- Ethanolamine, Sigma-Aldrich # 398136
- Hydroxylamine, Thermo Scientific cat. # 26103
- Multi-purpose rotator, Thermo Scientific (Barnstead International), model # 2314, cat. # 2314Q
- Retiga 2000R camera, QImaging cat. # 01-RET-2000R-F-M-12
- AcuLED illumination source, PerkinElmer, custom order
- Optical components (lenses, objectives, apertures, rails, posts, etc.), Thorlabs
References
- Özkumur, E., Needham, J. W., Bergstein, D. A., Gonzalez, R., Cabodi, M., Gershoni, J. M., Goldberg, B. B., Ünlö, M. S. Label-free and dynamic detection of biomolecular interactions for high-throughput microarray applications. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 7988-7992 (2008).
- Özkumur, E., Ahn, S., Yalcin, A., Lopez, C. A., Cevik, E., Irani, R. J., DeLisi, C., Chiari, M., Ünlö, M. S. Label-free microarray imaging for direct detection of DNA hybridization and single-nucleotide mismatches. Biosensors and Bioelectronics. 25, 1789-1795 (2010).
- Özkumur, E., Lopez, C. A., Yalcin, A., Bergstein, D. A., Connor, J. H., Chiari, M., Ünlö, M. S. Spectral reflectance imaging for a multiplexed, high-throughput, label-free, and dynamic biosensing platform. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 16, 635-646 (2010).
- Lopez, C. A., Daaboul, G. G., Vedula, R. S., Özkumur, E., Bergstein, D. A., Geisbert, T. W., Fawcett, H. E., Goldberg, B. B., Connor, J. H., Ünlö, M. S. Label-free multiplexed virus detection using spectral reflectance imaging. Biosensors and Bioelectronics. , (2011).
