التساهمية ملزم من الأجسام المضادة لالسليلوز أقراص الورق وتطبيقاتها في العين المجردة اللونية يمونواسايس
Summary
In this manuscript, periodate oxidation and glutaraldehyde cross-linking methods for covalent immobilization of antibodies on paper discs are presented. The binding activity of immobilized antibodies was evaluated. Based on these results, a glutaraldehyde cross-linking method was used to develop a novel paper-based immunoassay for immunoglobulin G (IgG) detection.
Abstract
ويعرض هذا التقرير طريقتين لتجميد التساهمية من الأجسام المضادة القبض على مرشح السليلوز ورقة الصف رقم 1 (ورق الترشيح المتوسط التدفق) أقراص والصف رقم 113 (تدفق سريع ورقة فلتر) أقراص. والمطعمة هذه الأقراص رقة السليلوز مع المجموعات الوظيفية أمين من خلال تقنية اقتران سيلاني قبل أن يجمد الأجسام المضادة عليها. تم استخدام طرق ربط عبر بريودات الأكسدة وغلوتارالدهيد إلى الكسب غير المشروع الأجسام المضادة القبض على أقراص رقة السليلوز. من أجل ضمان أقصى قدر من القدرة ملزمة من الأجسام المضادة القبض على أهدافها بعد الشلل، وقد تم التحقيق آثار تركيزات مختلفة من بريودات الصوديوم، غلوتارالدهيد، والأجسام المضادة القبض على سطح الأقراص الورق. الأجسام المضادة التي تم المغلفة على أقراص رقة السليلوز functionalized أمين من خلال وكيل غلوتارالدهيد عبر ربط أظهرت تعزيز النشاط ملزما للهدف بالمقارنة مع طريقة الأكسدة بريودات. وقد استخدم مفتش (في الماوس المصل المرجعية) كهدف الإشارة في هذه الدراسة إلى اختبار التطبيق من الأجسام المضادة يجمد تساهمي من خلال غلوتارالدهيد. والورقية، انزيم مرتبط المناعي فحص جديد (ELISA) وضعت بنجاح والتحقق من صحتها للكشف عن مفتش. لا يتطلب هذا الأسلوب المعدات، ويمكن الكشف عن 100 نانوغرام / مل من مفتش. وكانت ورقة فلتر تدفق سريع أكثر حساسية من ورق الترشيح المتوسطة التدفق. كانت فترة حضانة هذا الاختبار قصيرة وتتطلب كميات عينة صغيرة. هذا بالعين المجردة، المناعية اللونية يمكن أن تمتد إلى كشف الأهداف الأخرى التي تم تحديدها مع إليسا التقليدية.
Introduction
الدراسة التشخيصية نقطة الرعاية السريرية (POCT) مهمة لتطوير استراتيجيات جديدة لعلاجات وأدوية شخصية، والرعاية المنزلية 1. وتستخدم أوراق السيلولوز على نطاق واسع منصات في المناعية، لأنها رخيصة، يمكن الوصول إليها، ومألوفة للمستخدمين 2. وبالإضافة إلى ذلك، فإن بنية مسامية من الورق السليلوز يملك القدرة على دفع تدفق السائل دون تأثير طاقة إضافية. سجلات التحاليل الطبية الورقية يمكن العثور في وقت مبكر من القرن ال 20، عندما اخترع اللوني ورقة لأول مرة في عام 1952. والمثال الأكثر انتشارا هو الاختبارات المناعي 3، مثل الحمل واختبار السكري شرائط. توفر هذه الاختبارات مرات فحص سريع نسبيا وتحليل غير مكلفة 4. نظرا لبساطتها، وقد استخدمت على نطاق واسع هذه الاختبارات قطاع الورقية التقليدية في التشخيص POCT 5.
طرق الكشف بما في ذلك اللونية 6، الكهربائيةوقد تم الإبلاغ عن مادة كيميائية 7، وelectrochemiluminescence 8 طرق لقياس أهداف في العينات البيولوجية. وبالإضافة إلى هذه الأساليب الكمية، وهي طريقة يمكن الاعتماد عليها لشل حركة الأجسام المضادة على ورق السيلولوز مهم لتطوير أجهزة التشخيص أيضا. الامتزاز غير محددة هو الاستراتيجية الرئيسية لتعديل الأجسام المضادة على سطح الأجهزة الورقية 9 و 10 لضمان قدرة ملزمة القصوى لأهدافها بعد الشلل. ومع ذلك، فإن دراسة سابقة أظهرت أن الأجسام المضادة التي كثف على ورق السيلولوز يمكن يلتفظ من الألياف 11 بنسبة 40٪. وهكذا، والامتزاز المباشر من الأجسام المضادة على السليلوز قد لا توفر نتائج استنساخه 12. التساهمية تجميد الأجسام المضادة التي يتم زرعها على أسطح الورقة هو طريقة بديلة لتطوير اختبارات بيولوجية الورقية فعالة 13. وقد تم الإبلاغ عن أساليب مختلفة لتعديل السليلوز 14، 15 </sup>. من الناحية المثالية، ينبغي أن الأجسام المضادة حفاظ على وظائف الأصلية بعد تجميد 12. Carbonyldiimidazole جنبا إلى جنب مع 1-cyano-4-dimethylaminopyridinium رباعي فلوروبورات 16؛ 1-الفلورية-2-نيترو-4-azidobenzene من خلال القائمة على الأشعة فوق البنفسجية استراتيجية تفعيل 17، 18؛ استراتيجية chemoenzymatic على أساس 19 تعديل xyloglucan. على 1،4-phenylenediisothiocyanate عامل ربط 20؛ عديد السكاريدات المتغاير الأكسدة 21 نقرة الكيمياء 22؛ والبروفيرين الموجبة 23 استخدمت لشل حركة تساهمي الجزيئات الحيوية على ورق السيلولوز. وقد استخدم الشيتوزان رقة معدلة لتطوير immunodevices الورقية 24-26 لأنها وفيرة وحيويا 27. الشيتوزان هو الموجبة وتتمسك بقوة إلى السليلوز الأنيونية 27. ويجمد الأجسام المضادة القبض على الورق من خلال طلاء الشيتوزان وغلوتارالدهيد عبر ربط. الأكسدة بريودات هي طريقة أخرى لتطعيم الكابتنأجسام مضادة لدى عودتهم على ورقة السليلوز 28. في هذه الطريقة، يتم رصدت بريودات الصوديوم على ورقة لتحويل مجموعة 1،2-dihydroxyl (جلايكول) في السليلوز مباشرة إلى مجموعة ألدهيد. ثم يتم استخدام مجموعة ألدهيد لتشكيل روابط تساهمية بين السكريات والأجسام المضادة 28. على الرغم من أن التصنيع هو بسيط، فمن الصعب أن يغسل تماما بريودات الصوديوم. وبريودات الصوديوم غير مغسولة يمكن أن يسبب المزيد من أكسدة الأجسام المضادة التي ثبتوا على ورقة السليلوز، مما يؤثر على النشاط والاستقرار من الأجسام المضادة N – (3-dimethylaminopropyl) – N هيدروكلوريد -ethylcarbodiimide وN تستخدم linkers عبر -hydroxysuccinimide أيضا تساهميا شل الأجسام المضادة على حامض وخلات السليلوز ألياف النانو بولي-L-اللبنيك electrospun لتطوير المقايسات القائمة على ألياف نانوية 29.
في هذه الدراسة، تم استخدام تقنية اقتران سيلاني إلى الكسب غير المشروع المجموعات الوظيفية أمين على cellulosأقراص البريد ورقة. هذه التقنية تساعد على الإبقاء على الحجم الأصلي المسام، فتل، ومعدل الترشيح للأوراق الترشيح السليلوز، مما يتيح أقصى العمودية المناعية تدفق من خلال في. وقد استخدمت هذه التقنية سيلاني اقتران على نطاق واسع في أجهزة الاستشعار لfunctionalize السطوح الركيزة مع مجموعات أمين الثانوية، تليها مزيد من التعديل باستخدام الجزيئات الحيوية. تطعيم الفئات أمين على سطح مصفوفة يتألف رد فعل التكثيف بين الجماعات أوه من وكلاء سيلاني organofunctional ومصفوفة الركيزة 30. تم functionalized الأقراص رقة السليلوز مع مجموعات أمين كتبها اقتران سيلاني من خلال 3-aminopropyltrimethoxysilane (APS) 31. وأعقب ذلك الأجسام المضادة القبض على شل حركة تساهميا باستخدام طريقتين مختلفتين. تشارك الطريقة الأولى ملزم من بريودات الأجسام المضادة القبض المؤكسد إلى أمين functionalized أقراص ورق السليلوز. استخدام الطريقة الثانية غلوتارالدهيد كعامل عبر ربط إرفاق antibodi القبضوفاق لأقراص أمين ورق السيلولوز functionalized المجموعة. وأكد وجود أجسام مضادة أسر أرنب مكافحة الإنسان ثيوسيانات مفتش-فلوريسئين (FITC)، وذلك باستخدام مضان تصوير الجزيئي. تم تقييم النشاط ملزمة الأرنب مكافحة الإنسان مفتش-FITC إلى الماعز المضادة للأرنب مفتش أيضا الركيزة البيروكسيداز. تمت دراسة تأثير تركيزات مختلفة من بريودات الصوديوم، غلوتارالدهيد، والأجسام المضادة القبض عليه. تم إجراء اختبار التطبيق من الأجسام المضادة القبض يجمد بنجاح من خلال الكشف عن مفتش المصل.
Protocol
Representative Results
Discussion
تم تنفيذ طلاء المباشر للتقارب تنقية الماعز المضادة للماوس مفتش-FC التقاط الأجسام المضادة على أقراص ورق السيلولوز معدلة للكشف عن تركيزات مفتش. وأشارت النتائج أن زيادة تثبيت الأجسام المضادة القبض على مطلوب للاستنساخ. استخدمت تقنية سيلاني بنجاح لإدخال المجموعات الوظي?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was financially supported by the Ministry of Education, Singapore through the Translational and Innovation Grant (MOE2012-TIF-2-G-009).
Materials
| Cellulose filter paper, Grade1 (medium flow filter paper) | GE Healthcare Pte Ltd Singapore | 1001 110 | |
| Cellulose filter paper, Grade113 (Fast flow filter paper) | Sigma-Aldrich, Singapore | 1113-320 | |
| 3-Aminopropyltrimethoxysilane | Sigma-Aldrich, Singapore | T1255 | >96% |
| Glutaraldehyde | Sigma-Aldrich, Singapore | G6257 | Grade II, 25% in H2O |
| Surfactant | Tween-20, Sigma-Aldrich, Singapore | P2287 | |
| Bovine serum album | Sigma-Aldrich, Singapore | A2153 | |
| Skimmed milk powder | Louis François | Packed by Kitchen Capers, Singapore | |
| Tris base | Promega | H5135 | |
| Sodium periodate | Merck | 106597 | |
| Na2HPO4 | Merck | 106585 | |
| KH2PO4 | Merck | 104873 | |
| NaCl | CALBIOCHEM | 567441 | |
| NaOH | Merck | 106462 | |
| HCL | Merck | 100317 | |
| phosphate buffer saline (PBS) | N/A | N/A | PBS, containing 137 mmol/L NaCl, 2.7 mmol/L KCl, 8.0 mmol/L Na2HPO4 and 1.5 mmol/L KH2PO4, is prepared with water and adjusted to pH 7.4 with 0.1 mol/L NaOH or 0.1 mol/L HCl |
| Acetone | Tee Hai Chem Pte Ltd Singapore | 9005-68 | |
| Mixture of TMB and hydrogen peroxide solution | 1-Step ultra TMB-ELISA solution , Thermo Scientific Pierce | 34029 | 1 L |
| Rabbit anti-human IgG-FITC | TWC/Bio Pte Ltd Singapore | sc-2278 | |
| Peroxidase conjugated goat anti-rabbit IgG | TWC/Bio Pte Ltd Singapore | sc-2030 | |
| Affinity purified goat anti-Mouse IgG-Fc coating antibody | Bethyl Laboratories, Inc | A90-131A | |
| Mouse reference serum | Bethyl Laboratories, Inc | RS10-101-5 | 9.5 mg/mL |
| HRP conjugated goat anti-mouse IgG-Fc detection antibody | Bethyl Laboratories, Inc | A90-131P | |
| Equipment | |||
| Fourier transform infrared spectrophotometer | Shimadzu IR Prestige-21 | N/A | |
| Fluorescence molecular imager | Pharos FXTM plus molecular imager, Bio-Rad, Singapore | N/A | |
| Oven | NUVE FN500 | N/A | |
| Turbo mixer VM-2000 | MYC LTD | N/A | |
| Image J | RGB, free download | N/A | |
References
- Curtis, K. A., Rudolph, D. L., Owen, S. M. Rapid detection of HIV-1 by reverse-transcription, loop-mediated isothermal amplification (RT-LAMP). J. Virol. Methods. 151 (2), 264-270 (2008).
- Martinez, A. W., Phillips, S. T., Carrilho, E., Thomas, S. W., Sindi, H., Whitesides, G. M. Simple telemedicine for developing regions: camera phones and paper-based microfluidic devices for real-time, off-site diagnosis. Anal. Chem. 80 (10), 3699-3707 (2008).
- Lode, P. V. Point-of-care immunotesting: approaching the analytical performance of central laboratory methods. Clin. Biochem. 38 (7), 591-606 (2005).
- Posthuma-Trumpie, G. A., Amerongen, A. V., Korf, J., Berkel, W. J. V. Perspectives for on-site monitoring of progesterone. Trends Biotechnol. 27 (11), 652-660 (2009).
- Lim, D. V., Simpson, J. M., Kearns, E. A., Kramer, M. F. Current and developing technologies for monitoring agents of bioterrorism and biowarfare. Clin. Microbiol. Rev. 18 (4), 583-607 (2005).
- Li, X., Tian, J., Shen, W. Progress in patterned paper sizing for fabrication of paperbased microfluidic sensors. Cellulose. 17 (3), 649-659 (2010).
- Nie, Z., et al. Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 10, 477-483 (2010).
- Delaney, J. L., Hogan, C. F., Tian, J., Shen, W. Electrogenerated chemiluminescence detection in paper-based microfluidic sensors. Anal. Chem. 83 (4), 1300-1306 (2011).
- Oh, Y. K., Joung, H. A., Kim, S., Kim, M. G. Vertical flow immunoassay (VFA) biosensor for a rapid one-step immunoassay. Lab Chip. 13 (5), 768-772 (2013).
- Cheng, C. M., et al. Paper-based ELISA. Angew. Chem. 122 (28), 4881-4884 (2010).
- Jarujamrus, P., Tian, J., Li, X., Siripinyanond, A., Shiowatana, J., Shen, W. Mechanisms of red blood cells agglutination in antibody-treated paper. Analyst. 137 (9), 2205-2210 (2012).
- Credou, J., Volland, H., Dano, J., Berthelot, T. A one-step and biocompatible cellulose functionalization for covalent antibody immobilization on immunoassay membranes. J. Mat. Chem. B. 1, 3277-3286 (2013).
- Kong, F., Hu, Y. F. Biomolecule immobilization techniques for bioactive paper fabrication. Anal. Bioanal. Chem. 403, 7-13 (2012).
- Orelma, H., Teerinen, T., Johansson, L. S., Holappa, S., Laine, J. CMC-modified cellulose biointerface for antibody conjugation. Biomacromolecules. 13, 1051-1058 (2013).
- Yu, A., et al. Biofunctional paper via covalent modification of cellulose. Langmuir. 28 (30), 11265-11273 (2012).
- Stollner, D., Scheller, F. W., Warsinke, A. Activation of cellulose membranes with 1,1′-carbonyldiimidazole or 1-cyano-4-dimethylaminopyridinium tetrafluoroborate as a basis for the development of immunosensors. Anal Biochem. 304 (2), 157-165 (2002).
- Bora, U., Sharma, P., Kannan, K., Nahar, P. Photoreactive cellulose membrane – a novel matrix for covalent immobilization of biomolecules. J. Biotechnol. 126 (2), 220-229 (2006).
- Sharma, P., Basir, S. F., Nahar, P. Photoimmobilization of unmodified carbohydrates on activated surface. J Colloid Interface Sci. 342 (1), 202-204 (2010).
- Brumer, H., Zhou, Q., Baumann, M. J., Carlsson, K., Teeri, T. T. Activation of crystalline cellulose surfaces through the chemoenzymatic modification of xyloglucan. J. Am. Chem. Soc. 126 (18), 5715-5721 (2004).
- Araujo, A. C., Song, Y., Lundeberg, J., Stahl, P. L., Brumer, H. Activated paper surfaces for the rapid hybridization of DNA through capillary transport. Anal Chem. 84 (7), 3311-3317 (2012).
- Xu, C., Spadiut, O., Araujo, A. C., Nakhai, A., Brumer, H. Chemo-enzymatic Assembly of Clickable Cellulose Surfaces via Multivalent Polysaccharides. ChemSusChem. 5 (4), 661-665 (2012).
- Filpponen, I., et al. Generic method for modular surface modification of cellulosic materials in aqueous medium by sequential "click" reaction and adsorption. Biomacromolecules. 13 (3), 736-742 (2012).
- Feese, E., Sadeghifar, H., Gracz, H. S., Argyropoulos, D. S., Ghiladi, R. A. Photobactericidal porphyrin-cellulose nanocrystals: synthesis, characterization, and antimicrobial properties. Biomacromolecules. 12 (10), 3528-3539 (2011).
- Zang, D., Ge, L., Yan, M., Song, X., Yu, J. Electrochemical immunoassay on a 3D microfluidic paper-based device. Chem. Commun. 48 (39), 4683-4685 (2012).
- Ge, L., Yan, J. X., Song, X. R., Yan, M., Ge, S. J., Yu, J. H. Three-dimensional paper-based electrochemiluminescence immunodevice for multiplexed measurement of biomarkers and point-of-care testing. Biomaterials. 33 (4), 1024-1031 (2012).
- Wang, S., et al. Paper-based chemiluminescence ELISA: lab-on-paper based on chitosan modified paper device and wax-screen-printing. Biosens. Bioelectron. 31 (1), 212-218 (2012).
- Koev, S. T., et al. Chitosan: an integrative biomaterial for lab-on-a-chip devices. Lab Chip. 10, 3026-3042 (2010).
- Wang, S. M., et al. Simple and covalent fabrication of a paper device and its application in sensitive chemiluminescence immunoassay. Analyst. 137 (16), 3821-3827 (2012).
- Sadira, S., Prabhakaranc, M. P., Wicaksonob, D. H. B., Ramakrishna, S. Fiber based enzyme-linked immunosorbent assay for C-reactive protein. Sensor Actuat B-Chem. 205, 50-60 (2014).
- Koga, H., Kitaoka, T., Isogai, A. In situ modification of cellulose paper with amino groups for catalytic applications. J. Mater. Chem. 21, 9356-9361 (2011).
- Klemm, D., Heublein, B., Fink, H. P., Bohn, A. Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material. Angew. Chem., Int. Ed. 44 (22), 3358-3393 (2005).
- Fernandes, S. C. M., et al. Bioinspired antimicrobial and biocompatible bacterial cellulose membranes obtained by surface functionalization with aminoalkyl groups. ACS Appl. Mater. Interfaces. 5 (8), 3290-3297 (2013).
- . . Pharos FX plus molecular imager instructions, Catalog Number 170-9460. , (2005).
- Tee, Y. B., Talib, R. A., Abdan, K., Chin, N. L., Basha, R. K., Yunos, K. F. M. Aminosilane-grafted cellulose. BioResourses. 8 (3), 4468-4483 (2013).
- Xing, Y., et al. Bioconjugated quantum dots for multiplexed and quantitative immunohistochemistry. Nat Protoc. 2, 1152-1165 (2007).
- Guidi, A., Laricchia-Robbio, L., Gianfaldoni, D., Revoltella, R., Del Bono, G. Comparison of a conventional immunoassay (ELISA) with a surface plasmon resonance-based biosensor for IGF-1 detection in cows’ milk. Biosens Bioelectron. 16, 971-977 (2001).
- Ahmed, S., Bui, M. N., Abbas, A. Paper-based chemical and biological sensors: Engineering aspects. Biosens Bioelectron. 77, 249-263 (2016).
