The authors have nothing to disclose.

ייצור ננו-מבנה 1. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר 25 מ&quot;מ coverslips זכוכית קוטר עם עובי משוער של 170 מיקרומטר (מס &#39;1.5) כמצעים לnanofabrication. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את coverslips בפתרון פיראניה (3: 1 יחס של חומצה גופרתית ומי חמצן) במשך לפחות 6 שעות. לשטוף את coverslip הספוג פיראניה עם כמות עצומה של ultrapure 18.2 MΩ deionized מים מזוקקים (DDW). זהירות: חומצת Piranha מגיבה באלימות עם חומרים אורגניים ויש לטפל בם בזהירות רבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סרט דק הפקדת 10 ננומטר כרום על coverslips על ידי אידוי קורה אלקטרוני כדי למנוע תופעות תשלום בדפוסים וההדמיה של ננו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין את השכבה הראשונה של bilayer להתנגד בהיקף של methacrylate מתיל אתיל חומצת החלב קופולימר (MMA_EL6) ב 2000 סל&quot;ד במשך 45 שניות ולאחר מכן לאפות ב 150 מעלות צלזיוס. ספין השכבה השנייה של methacrylate פולי-מתיל (950PMMA_A2) בסל&quot;ד 3000 במשך 45 שניות ולאחר מכן לאפות ב 180 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לַהַגn להתנגד bilayer באמצעות קרן אלקטרונים ליתוגרפיה (EBL) ב 25 ק עם מינון שטח של 300 μC / 2 סנטימטר. לפתח באלכוהול איזופרופיל / קטון (IPA) מתיל isobutyl (MIBK): 2/1 ולשטוף בIPA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ההפקדה Ti (5 ננומטר) / סרט Au (80 ננומטר) על המצע באמצעות מאייד קורה אלקטרוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות תצהיר הזהב, להרים את bilayer קופולימר להתנגד ידי השרייה המצע באצטון במשך 4 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את המצע באמצעות מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק (SEM) כדי לאשר צורת ננו-מבנה וגודל, להסיר את הכרום שנותר מהמצע באמצעות לחרוט רטוב באמצעות CR-7 etchant עבור 60 שניות ב RT ולאחר מכן לשטוף בDDW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב מרווח מערך מרכז למרכז 33 מיקרומטר להשאיר מקום להדמית תא בין מערכים. תבנית ננו 20 x 20 תבנית לכל מערך עם המגרש של 300 ננומטר באמצעות סופר קורה אלקטרוני. כל שבב מכיל 300 מערכים עם ממד ננו-מבנה אופייני לגובה 80 ± 2.5 ננומטר ו -70 ננומטר ± diame 2.5ter. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק משנה של מערכים באמצעות מיקרוסקופ הכוח האטומי (AFM) עבור האימות של גודל ואחידות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף טבעת תמיכה, בדרך כלל סיליקון, לחלק האחורי של coverslip באמצעות אפוקסי ריפוי UV. </li></ol> 2. שבב ניקוי ויישום של חד שכבתי התאסף עצמית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לניקוי והתחדשות השבבים, אפר פלזמה בכוח של 40 וואט בתערובת 300 mTorr של מימן 5%, ארגון 95% במשך 45 שניות לאחר ניקוי התא למשך 5 דקות באותם תנאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Functionalize ננו הזהב מייד לאחר ashing הפלזמה ידי טבילת השבב בפתרון תיאול האתנולית שני מרכיבים המורכב של יחס 3: 1 של SH- (CH 2) 8 -EG 3 אה (SPO) ורכיב עם או אמין או קבוצה פונקציונלית carboxyl, כלומר, SH- (CH 2) 11 -EG 3 -NH 2 (SPN) או SH- (CH 2) 11 -EG 3 -COOH (SPC). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר אותי השבבn O פתרון תיאול / N כדי ליצור monolayer עצמית התאספו (SAM). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את השבב עם אתנול ויבש עם גז חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת הצורך, לאחסן השבב פונקציונליות של עד 2 שבועות על 4 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כשמוכן לשימוש להגיב SPN או רכיב SPC עם יגנד באמצעות כימיה בהתאם ליגנד של בחירה (ראה להלן). הערה: יכולים להיות מחדש השבבים ועשרות-פונקציונליות מחדש של פעמים. שבב נתון יכול לשמש לתקופות שנעות בין 6 חודשים ליותר משנה. הספקטרום נמדד על מערך נתונה לשכפל באופן מהימן לאחר regenerations חוזר ונשנה של ashing פלזמה, ואחריו biofunctionalization. 29 </li></ol> 3. Functionalization השטח וקינטי אפיון הערה: השתמש בשבב פונקציונליות במכשיר SPR המסחרי לאפיין את קבועי קצב הקינטית בין יגנד ואנליטי, כמו גם ללמוד את ההתנגדות של סם ב הלא ספציפיinding. יש מגוון רחב של ספיקות ועיצובי microfluidic המאפשרים functionalization משטח יעיל. מאז יש לנו SPR זמין מסחרי שטופלנו סביב ספיקות המומלצות. נציין כי ספיקות אלה הן אופייניות לכל מכשירי SPR ולכן הם לא מגבילים. מכשיר SPR הוא לא הכרח שכן כל functionalization יכול להתבצע ישירות על שבב LSPR, אבל זה לא להפחית עומס העבודה שלנו כי זה מכשיר מרובב ואילו הגדרת microfluidic LSPR שלנו היא לא. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Functionalize שבב זהב חשוף מסחרי עם SAM כפי שתואר בסעיף 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם באמצעות SAM מבוסס SPC, להפעיל את קבוצת carboxyl עם 1: 1 תערובת של 133 מ&quot;מ של 1-אתיל-3 (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) ו -33 מ&quot;מ של -hydroxysuccinimide N (NHS) בDDW 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להטות קבוצת carboxyl מופעלת עם הנוגדן / יגנד של עניין עבור 300 שניות באמצעות קצב זרימה של 30 μl / דקה. הכן את הליגנדים בpH 6 חיץ פוספט, בדרך כלל, אבל זה יכול להשתנות בהתאם למולקולה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר נטיה ליגנד, לזרום 0.1 M ethanolamine בנאגר מלוח פוספט (PBS) כצעד deactivator עבור 300 שניות בשיעור של 30 μl / דקה. Ethanolamine מסייע במזעור המחייב שאינו ספציפית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג אנליטי של ריבית בקצב זרימה של 100 μl / דקה באמצעות מגוון של ריכוזים ולחשב את קבועי קצב קינטית באמצעות תוכנת ניתוח קינטית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אינו ספציפי מחייב הוא בעייתי, להגדיל את היחס של SPO לSPC או SPN. </li></ol> 4. LSPR הגדרות כלליות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרות מיקרוסקופ: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במנורת הלוגן W 100 לקוהלר להאיר את המדגם. השתמש במסנן מסירה ארוך (בדרך כלל 593 הפסקת ננומטר) בנתיב האור לחסל אורכי גל שאינו תורם לשינוי התהודה (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאיסוף נתונים LSPRi, להשתמש במיקרוסקופ הפוכה עם immersio שמן 40Xמטרת n (1.4 NA) וthermoelectrically מקורר מצלמת CCD 16 ביט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מפצל קרן ביציאת הפלט של מיקרוסקופ כדי להשיג תמונות וספקטרום בו-זמנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הבמה מיקרוסקופ טמפרטורה מבוקרת עד 37 ° C ולאזן במשך 4 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשלב הרכבה דגירה נוספת על מיקרוסקופ כדי להסדיר את ריכוז CO 2 ולחות של 5% ו -95%, בהתאמה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת שבב והרכבה: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Functionalize שבב LSPR כפי שתואר בסעיף 2 ביחסי SAM אופטימלי שני המרכיבים נקבעו מהניסויים SPR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את השבב בתוך מחזיק microfluidic מותאם אישית כדלקמן. מניחים את השבב על חתיכה תחתונה אלומיניום. כריך השבב בין זה חתיכה תחתונה ואטם סיליקון וחתיכה עליונה פלסטיק שקופה. השתמש 4 ברגים כדי להדק את ההרכבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליישום תיאול מבוסס SPC טיפוסי, שחרר מעיל 300 μl 1: לערבב 1ture של 133 מ&quot;מ של EDC ו -33 מ&quot;מ של NHS בDDW להפעיל קבוצות carboxyl של רכיב תיאול SPC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה 10 דקות ולשטוף באופן ידני את פני השטח עם 10 מ&quot;מ PBS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להטות קבוצת carboxyl מופעלת עם יגנד (בדרך כלל שבר נוגדנים או נוגדן) של ריבית על ידי ירידת ציפוי 300 μl של פתרון ליגנד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה 30 דקות ולשטוף באופן ידני עם 10 מ&quot;מ PBS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זרוק מעיל 300 μl של 0.1 מ &#39;ethanolamine בPBS על השבב כדי למזער מחייב ספציפי. חכה 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטוף את ethanolamine עם PBS המכיל 0.005% Tween 20 (PBS-T20). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פיסה מעל השבב קוורץ להפחית תנודות בנתונים הקשורים להמניסקוס שינוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את השבב רטוב עם חיץ PBS-T20 תוך גובר על מיקרוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את מכלול שבב LSPR בחוזקה לבעל מדגם במה המחומם ולצרף צינורות microfluidic. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצרף את צינורות מיקרופלואידיקה לbu ההרכבה והזרימהffer (או מדיה סרום חופשית ללימודי תא) עד למצב יציב הוא הגיע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר ההרכבה ומיקרוסקופ כדי לאזן לפחות 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את השבב באמצעות ג&#39;ויסטיק, כך שהמערך המרכזי מיושר עם הסיבים האופטיים לספקטרוסקופיה. נתונים ספקטרוסקופיות נלקחים באמצעות ספקטרומטר ותוכנת ניתוח ספקטרלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור מערכים בפוקוס לאורך הניסוי באמצעות תוכנת פוקוס אוטומטי, פוקוס Definite Zeiss או מכשיר אוטומטי שווה ערך. </li></ol></li></ol> 5. הדמיה LSPR של פרשות אנטי-c-myc מ9E10 תאי Hybridoma הערה: קו תא hybridoma משמש למחקר זה להביע נוגדן אנטי c-myc constitutively ולכן אינו דורש הדק כימי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Functionalize ננו עם פפטיד c-myc. יש לכך ערך K D של 1.77 ננומטר לנוגדנים אנטי-c-myc מופרשים על ידי שיבוט 9E10 תאי hybridoma. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תרבות תאי hybridoma בcompletמדיום גידול דואר עם 10% בסרום שור עוברי (FBS) ואנטיביוטיקת 1% בבקבוק T75 ב 37 מעלות צלזיוס מתחת 5% CO 2. לשמור על צפיפות תאים של 4 × 10 5 תאים / מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למחקרי הפרשת תא, תאים גלולה מהבקבוק T75 ידי צנטריפוגה, לשטוף פעמיים עם RPMI-1640 מדיה סרום חופשית (SFM) כדי להסיר את הנוגדנים המופרשים ולהתאים את צפיפות תאי 4 × 10 6 תאים / מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קציר התאים ובדיקת כדאיויות לפני מציג אותם לשבבי LSPR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג את 50 μl של פתרון התא באופן ידני על גבי שבבי LSPR עם micropipette. אחרי כמה דקות 25 עד 50 תאים לדבוק פני השטח של שבבי LSPR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף את התאים שנותרו בפתרון עם SFM הטרי באמצעות מערכת זלוף microfluidic. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את מערכי LSPR הדמיה שהם קרובים, בתוך 10 מיקרומטר, אך לא חופף עם התאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להבטיח שהאות היא ספציפית לantib אנטי c-myc מופרשodies להציג תקשורת תרבות תא עם ובלי הנוגדנים הנוכחיים, כמו גם עם הנוגדנים אבל עם אתרי הקישור שלהם נחסמו על ידי הנוכחות של ריכוז להרוות של פפטיד c-myc בפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכייל את החיישנים בסוף כל סיבוב עם פתרון להרוות של נוגדנים אנטי-c-myc (250 ננומטר). זה עוזר בנרמול התגובה של החיישנים ולקבוע התפוסה חלקית המבוססת על פרופיל biofunctionalization של כל ריצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את הסחף בכיוון X ו- Y באמצעות תוכנת יישור תמונה. </li></ol>

<ol>
	<li>Ludwig, A. -. K., Giebel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exosomes:+Small+vesicles+participating+in+intercellular+communication.">Exosomes: Small vesicles participating in intercellular communication.</a> The International Journal of Biochemistry &amp; Cell Biology. 44, 11-15 (2012).</li><li>Friedl, P., Gilmour, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collective+cell+migration+in+morphogenesis,+regeneration+and+cancer.">Collective cell migration in morphogenesis, regeneration and cancer.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. 10, 445-457 (2009).</li><li>Letterio, J. J., Roberts, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+immune+responses+by+TGF-beta.">Regulation of immune responses by TGF-beta.</a> Annual Review of Immunology. 16, 137-161 (1998).</li><li>Werner, S., Grose, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+wound+healing+by+growth+factors+and+cytokines.">Regulation of wound healing by growth factors and cytokines.</a> Physiological Reviews. 83, 835-870 (2003).</li><li>Werner, S., Krieg, T., Smola, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keratinocyte-fibroblast+interactions+in+wound+healing.">Keratinocyte-fibroblast interactions in wound healing.</a> Journal of Investigative Dermatology. 127, 998-1008 (2007).</li><li>Bailey, R. C., Kwong, G. A., Radu, C. G., Witte, O. N., Heath, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA-encoded+antibody+libraries:+A+unified+platform+for+multiplexed+cell+sorting+and+detection+of+genes+and+proteins.">DNA-encoded antibody libraries: A unified platform for multiplexed cell sorting and detection of genes and proteins.</a> Journal of the American Chemical Society. 129, 1959-1967 (2007).</li><li>Gazagne, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Fluorospot+assay+to+detect+single+T+lymphocytes+simultaneously+producing+multiple+cytokines.">A Fluorospot assay to detect single T lymphocytes simultaneously producing multiple cytokines.</a> Journal of Immunological Methods. 283, 91-98 (2003).</li><li>Han, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyfunctional+responses+by+human+T+cells+result+from+sequential+release+of+cytokines.">Polyfunctional responses by human T cells result from sequential release of cytokines.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 1607-1612 (2012).</li><li>Han, Q., Bradshaw, E. M., Nilsson, B., Hafler, D. A., Love, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidimensional+analysis+of+the+frequencies+and+rates+of+cytokine+secretion+from+single+cells+by+quantitative+microengraving.">Multidimensional analysis of the frequencies and rates of cytokine secretion from single cells by quantitative microengraving.</a> Lab on a Chip. 10, 1391-1400 (2010).</li><li>Ma, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+clinical+microchip+for+evaluation+of+single+immune+cells+reveals+high+functional+heterogeneity+in+phenotypically+similar+T+cells.">A clinical microchip for evaluation of single immune cells reveals high functional heterogeneity in phenotypically similar T cells.</a> Nature Medicine. 17, 738-743 (2011).</li><li>Shirasaki, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+single-cell+imaging+of+protein+secretion.">Real-time single-cell imaging of protein secretion.</a> Scientific Reports. 4, (2014).</li><li>Milgram, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+chip+real+time+monitoring+of+B-cells+hybridoma+secretion+of+immunoglobulin.">On chip real time monitoring of B-cells hybridoma secretion of immunoglobulin.</a> Biosensors and Bioelectronics. 26, 2728-2732 (2011).</li><li>Abbas, A., Linman, M. J., Cheng, Q. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+trends+in+instrumental+design+for+surface+plasmon+resonance-based+biosensors.">New trends in instrumental design for surface plasmon resonance-based biosensors.</a> Biosensors &amp; Bioelectronics. 26, 1815-1824 (2011).</li><li>Ermakova, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+a+Few+Metallo-Protein+Molecules+Using+Color+Centers+in+Nanodiamonds.">Detection of a Few Metallo-Protein Molecules Using Color Centers in Nanodiamonds.</a> Nano Letters. 13, 3305-3309 (2013).</li><li>Haes, A. J., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+nanoscale+optical+blosensor:+Sensitivity+and+selectivity+of+an+approach+based+on+the+localized+surface+plasmon+resonance+spectroscopy+of+triangular+silver+nanoparticles.">A nanoscale optical blosensor: Sensitivity and selectivity of an approach based on the localized surface plasmon resonance spectroscopy of triangular silver nanoparticles.</a> Journal of the American Chemical Society. 124, 10596-10604 (2002).</li><li>Horowitz, V. R., Aleman, B. J., Christle, D. J., Cleland, A. N., Awschalom, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+spin+resonance+of+nitrogen-vacancy+centers+in+optically+trapped+nanodiamonds.">Electron spin resonance of nitrogen-vacancy centers in optically trapped nanodiamonds.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 13493-13497 (2012).</li><li>Sepulveda, B., Angelome, P. C., Lechuga, L. M., Liz-Marzan, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LSPR-based+nanobiosensors.">LSPR-based nanobiosensors.</a> Nano Today. 4, 244-251 (2009).</li><li>Barbillon, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+and+chemical+gold+nanosensors+based+on+localized+surface+plasmon+resonance.">Biological and chemical gold nanosensors based on localized surface plasmon resonance.</a> Gold Bulletin. 40, 240-244 (2007).</li><li>Endo, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+label-free+detection+of+antigen-antibody+reaction+using+localized+surface+plasmon+resonance-based+core-shell+structured+nanoparticle+layer+nanochip.">Multiple label-free detection of antigen-antibody reaction using localized surface plasmon resonance-based core-shell structured nanoparticle layer nanochip.</a> Analytical Chemistry. 78, 6465-6475 (2006).</li><li>Endo, T., Kerman, K., Nagatani, N., Takamura, Y., Tamiya, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+detection+of+peptide+nucleic+acid-DNA+hybridization+using+localized+surface+plasmon+resonance+based+optical+biosensor.">Label-free detection of peptide nucleic acid-DNA hybridization using localized surface plasmon resonance based optical biosensor.</a> Analytical Chemistry. 77, 6976-6984 (2005).</li><li>Haes, A. J., Hall, W. P., Chang, L., Klein, W. L., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+localized+surface+plasmon+resonance+biosensor:+First+steps+toward+an+assay+for+Alzheimer's+disease.">A localized surface plasmon resonance biosensor: First steps toward an assay for Alzheimer's disease.</a> Nano Letters. 4, 1029-1034 (2004).</li><li>Jonsson, M. P., Jonsson, P., Dahlin, A. B., Hook, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supported+lipid+bilayer+formation+and+lipid-membrane-mediated+biorecognition+reactions+studied+with+a+new+nanoplasmonic+sensor+template.">Supported lipid bilayer formation and lipid-membrane-mediated biorecognition reactions studied with a new nanoplasmonic sensor template.</a> Nano Letters. 7, 3462-3468 (2007).</li><li>Park, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+regeneratable,+label-free,+localized+surface+plasmon+resonance+(LSPR)+aptasensor+for+the+detection+of+ochratoxin+A..">A regeneratable, label-free, localized surface plasmon resonance (LSPR) aptasensor for the detection of ochratoxin A..</a> Biosensors &amp; Bioelectronics. 59, 321-327 (2014).</li><li>Mayer, K. M., Hao, F., Lee, S., Nordlander, P., Hafner, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single+molecule+immunoassay+by+localized+surface+plasmon+resonance.">A single molecule immunoassay by localized surface plasmon resonance.</a> Nanotechnology. 21, (2010).</li><li>Endo, T., Yamamura, S., Kerman, K., Tamiya, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+cell-based+assay+using+localized+surface+plasmon+resonance+biosensor.">Label-free cell-based assay using localized surface plasmon resonance biosensor.</a> Analytica Chimica Acta. 614, 182-189 (2008).</li><li>Huang, Y. X., Cai, D., Chen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-+and+Nanotechnologies+for+Study+of+Cell+Secretion.">Micro- and Nanotechnologies for Study of Cell Secretion.</a> Analytical Chemistry. 83, 4393-4406 (2011).</li><li>Oh, B. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+Nanoplasmonic+Sensing+for+Cellular+Functional+Immunoanalysis+Using+Human+Blood.">Integrated Nanoplasmonic Sensing for Cellular Functional Immunoanalysis Using Human Blood.</a> ACS Nano. 8, 2667-2676 (2014).</li><li>Raphael, M. P., Christodoulides, J. A., Delehanty, J. B., Long, J. P., Byers, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Imaging+of+Protein+Secretions+from+Single+Cells+in+Real+Time.">Quantitative Imaging of Protein Secretions from Single Cells in Real Time.</a> Biophysical Journal. 105, 602-608 (2013).</li><li>Raphael, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Methodology+for+Quantitative+LSPR+Biosensing+and+Imaging.">A New Methodology for Quantitative LSPR Biosensing and Imaging.</a> Analytical Chemistry. 84, 1367-1373 (2011).</li><li>Raphael, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+LSPR+imaging+for+biosensing+with+single+nanostructure+resolution.">Quantitative LSPR imaging for biosensing with single nanostructure resolution.</a> Biophysical Journal. 104, 30-36 (2013).</li><li>Raphael, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+methodology+for+quantitative+LSPR+biosensing+and+imaging.">A new methodology for quantitative LSPR biosensing and imaging.</a> Analytical Chemistry. 84, 1367-1373 (2012).</li><li>Henn, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+single-cell+IgG+secretion+frequency+and+rates+in+human+memory+B+cells+by+CpG+DNA,+CD40L,+IL-21,+and+cell+division.">Modulation of single-cell IgG secretion frequency and rates in human memory B cells by CpG DNA, CD40L, IL-21, and cell division.</a> Journal of Immunology. 183, 3177-3187 (2009).</li><li>Bramswig, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soluble+Carcinoembryonic+Antigen+Activates+Endothelial+Cells+and+Tumor+Angiogenesis.">Soluble Carcinoembryonic Antigen Activates Endothelial Cells and Tumor Angiogenesis.</a> Cancer Research. 73, 6584-6596 (2013).</li></ol>

We thank George Anderson for helpful comments and discussions. This work was supported by the Naval Research Laboratory&#8217;s Institute for Nanoscience and the National Research Council Research Associateship Award.

The LSPR imaging technique described in this work has numerous advantages over more traditional methodologies for detecting cell secretions. First, the time resolution of our technique is on the order of seconds whereas the commercial alternative, an immunosandwhich assay known as EliSpot, has a typical time resolution of 2 to 3 days.7,32 As a result we were able to resolve sudden changes in the rate of protein secretion, such as that shown in Figure 6. Second, having arrays distributed over the chip allows for the secreted signal to be tracked in space and time which enables more rigorous comparisons to diffusion-based models of cell secretion. In addition, arrays like the control array shown in Figure 6 can be used to subtract out global changes in the image that typically arise from instrumental factors such as focus drift. Third, our technique requires no modification of the cells. If desired, the experiment can incorporate commonly used tags such as fluorescent proteins, but if there is concern that such tags may negatively affect cell viability or homeostasis the label-free nature of our approach does not require them. Fourth, using the spectroscopic data we have demonstrated that quantitative information regarding the fractional occupancy of surface bound ligands can be calculated.
There are numerous alternative methods to EBL for fabricating metallic nanoparticles. However, we have found that the EBL provides considerable flexibility for optimizing nanostructure and array dimensions to best suit the optics and the cells under investigation. Also critical is the fact that the chips can be readily regenerated by plasma ashing. In this way, a typical chip can be used dozens of times. Biofunctionalization details must be modified for the specific application. The protocol presented here conjugated the surface with relatively small c-myc peptide ligands. Larger ligands such as whole antibodies typically require more spacing and thus a higher SPO to SPN/SPC ratio. Regardless, a well formed SAM layer is essential for preventing non-specific binding in live-cell experiments. In general, larger molecular weight analytes are more readily detected by LSPR. Thus, in its single-cell manifestation, this technique may not be appropriate for detecting the secretion of small proteins, such as cytokines. 
The current setup has been used for studying individual non-adherent cells. There are significant number of secreted signaling proteins and vesicles to which the results reported in this work are directly applicable. For example carcinoembryonic antigen (CEA) which for decades now has been a diagnostic marker for cancer. Colon cancer cells are known to secrete CEA at the rates of thousands of molecules/cell/hr and the molecular weight is 180 kDa which exceeds that of IgG antibodies. CEA is believed to be involved in autocrine and paracrine signaling pathways but the spatio-temporal nature of these secretions have never been measured. Our technique can directly address these signaling questions. An extension of this work will be to measure the spatio-temporal nature of CEA secretion from single cells.33 Future work will also focus on integrating LSPRi with two and three dimensional cell cultures of adherent cells. By incorporating multiplexed arrays capable of detecting a number of secreted proteins in parallel, this technique has the potential to open a new window into cell secretions and how they influence neighboring cells.

תקשורת בין-תאית חיונית להסדרת פעילויות רבות פיסיולוגיות הן בתוך ומחוץ לתא. מגוון של חלבונים ושלפוחית ​​יכול להיות מופרש שלאחר מכן יפעיל תהליכים תאיים מורכבים כגון בידול, ריפוי פצעים, תגובה חיסונית, הגירה, והתפשטות. 1-5 תקלות של מסלולי איתות בין-תאיים היו מעורבות במספר רבה של הפרעות, כולל סרטן, טרשת עורקים , וסוכרת, עד כמה שם. Assay הפרשת התא האופטימלי צריך להיות מסוגל מרחב ובזמן מיפוי החלבון המופרש של עניין מבלי לשבש את מסלולי איתות הרלוונטיים. בדרך זו קשרים סיבתיים בין פרופילי הריכוז והתגובה של התאים שקיבלו ניתן להסיק. למרבה הצער, רב של טכניקות המבוסס על ניאון הנפוץ ביותר אינו עומד בקריטריונים אלה. חלבוני היתוך פלורסנט יכולים לשמש כדי לתייג אנליטי within התא אבל יכול לשבש את מסלול ההפרשה, או אם מופרש, תוצאות בזוהר מפוזר מחוץ לתא שקשה לכמת. מבחני מבוססי immunosandwich ניאון הם הטכניקות הנפוצות ביותר לאיתור הפרשות סלולריות אך בדרך כלל דורשים הבידוד של תאים בודדים. 6-11 בנוסף, כניסתה של נוגדן החישה בדרך כלל עוצרת או מסיימת את הניסוי ואת הגודל של תוויות הנוגדן, 150 kDa עבור IgG, הוא מכשול לאיתות במורד הזרם. בגלל המחסומים אלה עדיף שטכניקה ללא תווית להיות מנוצלת להפרשות חלבון תמונה ובין טכנולוגיות ללא תווית קיימות, משטח תהודת plasmon (SPR) והתהודה plasmon פני השטח מקומית חיישנים (LSPR) הם מועמדים מצוינים. 12-17 אלה חיישנים היו בשימוש נרחב ללימודים מחייבים אנליטי של חלבונים, exosomes וסמנים ביולוגיים אחרים. 18-24 במקרה של LSPR, nanostr plasmonicuctures ניתן בדוגמת lithographically על coverslips זכוכית ונרגש באמצעות אור נראה דרך תצורות מיקרוסקופ שדה רחב סטנדרטיים. בשל טביעת רגל ננו, רוב מצע הזכוכית זמין עבור טכניקות הדמיה נפוצות כגון שדה בהיר ומיקרוסקופ פלואורסצנטי ביצוע בדיקות אלה גם מתאים לשילוב עם מיקרוסקופ לחיות תאים. 25-28 אנחנו הוכחנו מדידה בזמן אמת הפרשות נוגדנים מתאי hybridoma באמצעות ננו plasmonic זהב פונקציונליות עם החלטות מרחב ובזמן של 225 אלפיות שני ו -10 מיקרומטר, בהתאמה. תצורת השבב הבסיסית מתוארת באיור 1. 28 נתיב פלט האור של המיקרוסקופ הוא פיצול בין מצלמת CCD המשמשת להדמיה וספקטרומטר בשילוב סיבים אופטי-לקביעה כמותית של התפוסה החלקית של מערך נתון של ננו (איור 2 ). Protocol מוצג במאמר זה מתאר את תכנון הניסוי למדידת הפרשות תא בודדים בזמן אמת תוך מעקב התגובה של התאים באמצעות מיקרוסקופ השדה בהיר הסטנדרטי בו-זמנית. גישה רב תחומית כוללת ייצור של ננו, functionalization של ננו לזיקה הגבוהה המחייבת של analytes, אופטימיזציה משטח לשני מכשיר מזעור מחייב שאינו ספציפי ואפיון קבועי קצב קינטית באמצעות משטח מסחרי Plasmon תהודה (SPR), שילוב של שורות תאים על גבי המצע, והניתוח של דימויים ונתוני רפאים. אנו צופים בטכניקה זו כדי להיות טכנולוגיה המאפשרת למיפוי המרחב ובזמן של הפרשות תא והקשרים סיבתיים שלהם עם תאים מקבלים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>25mm diameter glass coverslips</td>
			<td>Bioscience Tools&#160;</td>
			<td>CSHP-No1.5-25</td>
			<td>&#160; 170&#177;5 &#181;m is optimal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-methyl methacrylate</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>PMMA 950 A4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl lactate methyl metacrylate</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>MMA EL6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Temescal</td>
			<td>FC-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam lithography</td>
			<td>Raith</td>
			<td>Series 150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>459836</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>320110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CR-7 chromium etchant</td>
			<td>Cyantek</td>
			<td>CR-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Ultra 55</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomic force microscope</td>
			<td>Veeco</td>
			<td>Nanoscope III</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma ashing system</td>
			<td>Technics</td>
			<td>Series 85 RIE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SH-(CH2)8-EG3-OH (SPO)&#160;</td>
			<td>Prochimia</td>
			<td>TH 001-m8.n3-0.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SH-(CH2)11-EG3-COOH (SPC)</td>
			<td>Prochimia</td>
			<td>TH 003m11n3-0.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SH-(CH2)11-EG3-NH2 (SPN)</td>
			<td>Prochimia</td>
			<td>TH 002-m11.n3-0.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surface plasmon resonance system</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>XPR36</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bare gold chip</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>GLC chip</td>
			<td>Plasma ashed to remove the monolayer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>22980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-hydroxysuccinimide (NHS)</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>24510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pentylamine-Biotin&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>21345</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanolamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E9508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutraavidin</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>31000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>28374</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 20</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P2287</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axio Observer</td>
			<td>Microscope is equipped with 40X oil immersion objective; CO2 and humidity incubation from Pecon GmbH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD camera</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>Orca R2</td>
			<td>Thermoelectrically cooled (16 bit)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrometer</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>QE65Pro</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrasuite</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>version1.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>c-myc peptide HyNic Tag</td>
			<td>Solulink</td>
			<td>SP-E003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>monoclonal anti-c-myc antibody</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M4439</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybridoma cell line</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-1729</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic Antimycotic Solution (100&#215;)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A5955</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum free media RPMI 1640&#160;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>&#160;11835-030&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>30-2020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine DHPE</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>L-1392</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a label-free technique for the spatio-temporal imaging of single cell secretions

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning of such signaling can lead to many disorders. To understand cell-to-cell signaling, it is essential to study the spatial and temporal nature of the secreted molecules from the cell without disturbing the local environment. Various assays have been developed to study protein secretion, however, these methods are typically based on fluorescent probes which disrupt the relevant signaling pathways. To overcome this limitation, a label-free technique is required.
In this paper, we describe the fabrication and application of a label-free localized surface plasmon resonance imaging (LSPRi) technology capable of detecting protein secretions from a single cell. The plasmonic nanostructures are lithographically patterned onto a standard glass coverslip and can be excited using visible light on commercially available light microscopes. Only a small fraction of the coverslip is covered by the nanostructures and hence this technique is well suited for combining common techniques such as fluorescence and bright-field imaging.
A multidisciplinary approach is used in this protocol which incorporates sensor nanofabrication and subsequent biofunctionalization, binding kinetics characterization of ligand and analyte, the integration of the chip and live cells, and the analysis of the measured signal. As a whole, this technology enables a general label-free approach towards mapping cellular secretions and correlating them with the responses of nearby cells.

במחקר שנערך הפרשת תא חי טיפוסי יש מצבים רבים של איסוף נתונים מתרחש. איור 3 מראה כיסוי של תמונת LSPRi, אשר מדגישה את המערכים רבועים, ותמונה מוארת אור מועבר אשר מדגישה את התא בפינה השמאלית תחתונה. הנתונים נאספים בדרך כלל על פני תקופה של 3 שעות ואחרי ההקדמה של פתרון להרוות של אנליטי לחישוב הנורמליזציה המתואר להלן. דימויי הקרינה יכולים גם להיות משולבים בשגרת איסוף נתונים על ידי המיתוג האוטומטי של קוביית מסנן. באיור 4 תא מוכתם בDHPE rhodamine צבע קרום הניאון מציג סיומות כמו lamellipodia (חיצים). אם הרחבות כאלה היו חפיפה עם המערכים הם היו נותנים חיוביים שגויים להפרשת חלבון. יש מצבים רבים של דימויים יכול לעזור לזהות מקרים כאלה. איור 5 מראה נתונים ספקטרומטריית לפני ומאחוראה ההקדמה של פתרון להרוות (400 ננומטר) של לרכוש מסחרי נוגדנים נגד c-myc למערכים פונקציונליות c-myc. לא תאים נכחו בניסוי זה. הספקטרום מציג שני משמרות אדומות ועלייה בעוצמת. ההבדל בין האזורים בשתי עקומות תוצאות בעלייה בעוצמת תמונת המערך במצב LSPRi על מצלמת CCD. גישת ניתוח נתונים ריבועים פחותים שאינו ליניארי פותחה כדי להסיק התפוסה חלקית של ligands משטח מחויב מהספקטרום. 30,31 בסוף הניסוי, את ערכי העצמה רוויה (כלומר, ≈ תפוסת השבר 1) משמשים לחישוב תגובה מנורמלת עבור כל מערך באמצעות הנוסחה הבאה: איפה עוצמה המנורמלת בt נקודת הזמן, עוצמת ראשונית בתחילת הניסוי, עוצמת רוויה סופית, ועוצמת נמדדת של המערך בt נקודת הזמן </eמ &#39;&gt;, בהתאמה. ערכים מנורמלים משני מערכים מוצגים באיור 6. מערך אחד היה בתוך 10 מיקרומטר של התא תחת חקירה ואילו השני, המשמש כביקורת, היה במרחק של 130 מיקרומטר מהתא. העלייה הפתאומית בתגובה המנורמלת של המערך הקרוב ביותר לתא ביחס לתגובה השטוחה של מערך הבקרה מעידה על התפרצות מקומית של נוגדנים מופרשים. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53120/53120fig1.jpg" /> איור 1. חיישן עיצוב. ציור המתאר את הגיאומטריה של ניסוי הפרשת תא חי טיפוסי. התא (אליפטית הכחולה) מופקד על שבב LSPR המכיל מערכים של ננו זהב biofunctionalized. בתצוגה המוגדלת-ב, הפרשת התא של עניין, במקרה נוגדנים זה מוצגים כמולקולות בצורת אות V, נמדד כהם נקשרים אל פני השטחשל ננו פונקציונליות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53120/53120fig2.jpg" /> איור 2. התקנה אופטית. האור האיר ממנורת הלוגן מסונן ראשון על ידי מסנן מסירה ארוכה (LP). האור מקוטב ליניארית (P1) ומאיר את המדגם באמצעות אובייקטיבי NA 40X / 1.4. האור המפוזר נאסף על ידי המטרה ועבר דרך מקטב חצה (P2). מפצל 50/50 קרן (BS) מוכנס לתוך נתיב האור שנאסף לספקטרוסקופיות בו זמנית וניתוח הדמיה. למעלה מימין:. תמונה מיקרוסקופית כוח אטומית של 9 ננו הבודד מופרד על ידי המגרש של 300 ננומטר <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן</a>כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53120/53120fig3.jpg" /> איור 3. תא חי LSPRi לימוד. התמזג אור מועבר ותמונת LSPRi מראה תא בודד hybridoma (שמאלי תחתון) מוקף 12 מערכים. זוהי תמונת ניגודיות משופרת. סרגל קנה מידה הוא 10 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53120/53120fig4.jpg" /> איור 4. תא חי פלואורסצנטי הלימוד. תמונה צבעונית שווא ניאון של תא hybridoma אחת מוכתם בDHPE rhodamine, שהוא צבע קרום. במצב הדמיה ניאון המערכים הם בדרך כלל לא נראים לעין, עם זאת, מערך סמוך הוא לצפייה כאן כabחסרים כיכר בפינה הימנית התחתונה. התא ניתן לראות להיות מופרד מהמערך למרות סיומות כמו זרוע (אולי filopodia או lamellipodia) מאריכים החוצה מהתאים (חיצים). סרגל קנה מידה הוא 10 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53120/53120fig5.jpg" /> איור 5. Spectral לערוץ. הספקטרום המתקבל ממערך פונקציונליות c-myc לפני ואחרי כניסתה של 400 ננומטר פתרון של נוגדנים אנטי-c-myc. לא תאים נכחו במחקר זה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src= &quot;/ קבצים / ftp_upload / 53,120 / 53120fig6.jpg&quot; /&gt; איור 6. הפרשת תא בודדת. התגובה של מערך ממוקם בתוך 15 מיקרומטר של תא בודד ואחד הממוקם במרחק 130 מיקרומטר (בקרה). סרגל קנה מידה הוא 10 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions at JoVE.com

A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

תקשורת בין-תאית היא קריטית לשליטה בפעילות פיזיולוגית שונות בתוך ומחוץ לתא. מאמר זה מתאר פרוטוקול למדידת טבע מרחב ובזמן של הפרשות תא בודדות. כדי להשיג זאת, גישה רב תחומית המשלבת משמשת nanoplasmonic ללא תווית חישה עם הדמיה תא חי.

טכניקה ללא תווית להדמית החלל-הזמן של פרשות תא בודדת

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning ...

a-label-free-technique-for-spatio-temporal-imaging-single-cell

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.4K Views.  Naval Research Laboratory.  תקשורת בין-תאית היא קריטית לשליטה בפעילות פיזיולוגית שונות בתוך ומחוץ לתא. מאמר זה מתאר פרוטוקול למדידת טבע מרחב ובזמן של הפרשות תא בודדות. כדי להשיג זאת, גישה רב תחומית המשלבת משמשת nanoplasmonic ללא תווית חישה עם הדמיה תא חי. 

Video: A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

Spatio-Temporal Manipulation of Small GTPase Activity at Subcellular Level and on Timescale of Seconds in Living Cells

Dynamic regulation of the Rho family of small guanosine triphosphatases (GTPases) with great spatiotemporal precision is essential for various cellular functions and events1, 2. Their spatiotemporally dynamic nature has been revealed by visualization of their activity and localization in real time3. In order to gain deeper understanding of their roles in diverse cellular functions at the molecular level, the next step should be perturbation of protein activities at a precise subcellular location and timing. 
To achieve this goal, we have developed a method for light-induced, spatio-temporally controlled activation of small GTPases by combining two techniques: (1) rapamycin-induced FKBP-FRB heterodimerization and (2) a photo-caging method of rapamycin. With the use of rapamycin-mediated FKBP-FRB heterodimerization, we have developed a method for rapidly inducible activation or inactivation of small GTPases including Rac4, Cdc424, RhoA4 and Ras5, in which rapamycin induces translocation of FKBP-fused GTPases, or their activators, to the plasma membrane where FRB is anchored. For coupling with this heterodimerization system, we have also developed a photo-caging system of rapamycin analogs. A photo-caged compound is a small molecule whose activity is suppressed with a photocleavable protecting group known as a caging group. To suppress heterodimerization activity completely, we designed a caged rapamycin that is tethered to a macromolecule such that the resulting large complex cannot cross the plasma membrane, leading to virtually no background activity as a chemical dimerizer inside cells6. Figure 1 illustrates a scheme of our system. With the combination of these two systems, we locally recruited a Rac activator to the plasma membrane on a timescale of seconds and achieved light-induced Rac activation at the subcellular level6.

A method for spatio-temporal control of small GTPase activity by light is described. This method is based on rapamycin-induced FKBP-FRB heterodimerization and photo-caging systems. Optimization of light-irradiation enables the spatio-temporally controlled activation of small GTPases at the subcellular level.

במרחב ובזמן מניפולציה של פעילות GTPase קטן ברמת subcellular ועל לוח זמנים של שניות בתאים חיים

Dynamic regulation of the Rho family of small guanosine triphosphatases (GTPases) with great spatiotemporal precision is essential for various cellular ...

Non-contact, Label-free Monitoring of Cells and Extracellular Matrix using Raman Spectroscopy

Non-destructive, non-contact and label-free technologies to monitor cell and tissue cultures are needed in the field of biomedical research.1-5 However, currently available routine methods require processing steps and alter sample integrity. Raman spectroscopy is a fast method that enables the measurement of biological samples without the need for further processing steps. This laser-based technology detects the inelastic scattering of monochromatic light.6 As every chemical vibration is assigned to a specific Raman band (wavenumber in cm-1), each biological sample features a typical spectral pattern due to their inherent biochemical composition.7-9 Within Raman spectra, the peak intensities correlate with the amount of the present molecular bonds.1 Similarities and differences of the spectral data sets can be detected by employing a multivariate analysis (e.g. principal component analysis (PCA)).10
Here, we perform Raman spectroscopy of living cells and native tissues. Cells are either seeded on glass bottom dishes or kept in suspension under normal cell culture conditions (37 &deg;C, 5% CO2) before measurement. Native tissues are dissected and stored in phosphate buffered saline (PBS) at 4 &deg;C prior measurements. Depending on our experimental set up, we then either focused on the cell nucleus or extracellular matrix (ECM) proteins such as elastin and collagen. For all studies, a minimum of 30 cells or 30 random points of interest within the ECM are measured. Data processing steps included background subtraction and normalization.

Raman spectroscopy is a suitable technique for the non-contact, label-free analysis of living cells, tissue-engineered constructs and native tissues. Source-specific spectral fingerprints can be generated and analyzed using multivariate analysis.

ללא קשר, לייבל ללא ניטור של תאים תאי מטריקס באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן

Non-destructive, non-contact and label-free technologies to monitor cell and tissue cultures are needed in the field of biomedical research.1-5 However, ...

Use of Label-free Optical Biosensors to Detect Modulation of Potassium Channels by G-protein Coupled Receptors

Ion channels control the electrical properties of neurons and other excitable cell types by selectively allowing ions to flow through the plasma membrane1. To regulate neuronal excitability, the biophysical properties of ion channels are modified by signaling proteins and molecules, which often bind to the channels themselves to form a heteromeric channel complex2,3. Traditional assays examining the interaction between channels and regulatory proteins require exogenous labels that can potentially alter the protein&#39;s behavior and decrease the physiological relevance of the target, while providing little information on the time course of interactions in living cells. Optical biosensors, such as the X-BODY Biosciences BIND Scanner system, use a novel label-free technology, resonance wavelength grating (RWG) optical biosensors, to detect changes in resonant reflected light near the biosensor. This assay allows the detection of the relative change in mass within the bottom portion of living cells adherent to the biosensor surface resulting from ligand induced changes in cell adhesion and spreading, toxicity, proliferation, and changes in protein-protein interactions near the plasma membrane. RWG optical biosensors have been used to detect changes in mass near the plasma membrane of cells following activation of G protein-coupled receptors (GPCRs), receptor tyrosine kinases, and other cell surface receptors. Ligand-induced changes in ion channel-protein interactions can also be studied using this assay. In this paper, we will describe the experimental procedure used to detect the modulation of Slack-B sodium-activated potassium (KNa) channels by GPCRs.

Optical biosensor techniques can detect changes in mass near the plasma membrane in living cells and allow one to follow cellular responses in both individual cells and populations of cells. This protocol will describe detection of the modulation of potassium channels by G-protein coupled receptors in intact cells using this approach.

שימוש בBiosensors האופטי ללא תווית לזיהוי מודולציה של תעלות אשלגן על ידי קולטנים מצמידים G-חלבון

Ion channels control the electrical properties of neurons and other excitable cell types by selectively allowing ions to flow through the plasma ...

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an efficient manner. Typically, data for ~102 cells can be acquired within a 1 hr experiment. An automated image analysis program enables efficient post-experiment analysis of image data, enabling processing to be complete within a few hours. Our device geometry is unique in that cells must deform through a series of micron-scale constrictions, thereby enabling the initial deformation and time-dependent relaxation of individual cells to be assayed. The applicability of this method to human promyelocytic leukemia (HL-60) cells is demonstrated. Driving cells to deform through micron-scale constrictions using pressure-driven flow, we observe that human promyelocytic (HL-60) cells momentarily occlude the first constriction for a median time of 9.3 msec before passaging more quickly through the subsequent constrictions with a median transit time of 4.0 msec per constriction. By contrast, all-trans retinoic acid-treated (neutrophil-type) HL-60 cells occlude the first constriction for only 4.3 msec before passaging through the subsequent constrictions with a median transit time of 3.3 msec. This method can provide insight into the viscoelastic nature of cells, and ultimately reveal the molecular origins of this behavior.

We demonstrate a microfluidics-based assay to measure the timescale for cells to transit through a sequence of micron-scale constrictions.

טכניקת Microfluidic לחקור deformability הסלולרי

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

A Microfluidic-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration of pre-processing steps. Utilizing these devices towards the analysis of DNA hybridization events is important because it offers a technology for real time assessment of biomarkers at the point-of-care for various diseases. However, when the device footprint decreases the dominance of various physical phenomena increases. These phenomena influence the fabrication precision and operation reliability of the device. Therefore, there is a great need to accurately fabricate and operate these devices in a reproducible manner in order to improve the overall performance. Here, we describe the protocols and the methods used for the fabrication and the operation of a microfluidic-based electrochemical biochip for accurate analysis of DNA hybridization events. The biochip is composed of two parts: a microfluidic chip with three parallel micro-channels made of polydimethylsiloxane (PDMS), and a 3 x 3 arrayed electrochemical micro-chip. The DNA hybridization events are detected using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis. The EIS analysis enables monitoring variations of the properties of the electrochemical system that are dominant at these length scales. With the ability to monitor changes of both charge transfer and diffusional resistance with the biosensor, we demonstrate the selectivity to complementary ssDNA targets, a calculated detection limit of 3.8 nM, and a 13% cross-reactivity with other non-complementary ssDNA following 20 min&#160;of incubation. This methodology can improve the performance of miniaturized devices by elucidating on the behavior of diffusion at the micro-scale regime and by enabling the study of DNA hybridization events.

We present a microfluidic-based electrochemical biochip for DNA hybridization detection. Following ssDNA probe functionalization, the specificity, sensitivity, and detection limit are studied with complementary and non-complementary ssDNA targets. Results illustrate the influence of the DNA hybridization events on the electrochemical system, with a detection limit of 3.8 nM.

Biochip אלקטרוכימי מבוסס Microfluidic לניתוח הכלאה DNA ללא תווית

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental studies on the behavior of molecules. Single molecule detection techniques commonly utilize labels such as fluorescent tags or quantum dots, however, labels are not always available, increase cost and complexity, and can perturb the events being studied. Optical resonators have emerged as a promising means to detect single molecules without the use of labels. Currently the smallest particle detected by a non-plasmonically-enhanced bare optical resonator system in solution is a 25 nm polystyrene sphere1. We have developed a technique known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that can surpass this limit and achieve label-free single molecule detection in aqueous solution2. As signal strength scales with particle volume, our work represents a &#62; 100x improvement in the signal to noise ratio (SNR) over the current state of the art. Here the procedures behind FLOWER are presented in an effort to increase its usage in the field.

We have developed a label-free biosensing system based on optical resonator technology known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that is capable of detecting single molecules in solution. Here the procedures behind this work are described and presented.

ללא תווית מולקולה בודדת איתור באמצעות תהודה אופטית Microtoroid

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental ...

Selective Cell Elimination from Mixed 3D Culture Using a Near Infrared Photoimmunotherapy Technique

Recent developments in tissue engineering offer innovative solutions for many diseases. For example, tissue engineering using induced pluripotent stem cell (iPS) emerged as a new method in regenerative medicine. Although this tissue regeneration is promising, contamination with unwanted cells during tissue cultures is a major concern. Moreover, there is a safety concern regarding tumorigenicity after transplantation. Therefore, there is an urgent need for eliminating specific cells without damaging other cells that need to be protected, especially in established tissue. Here, we present a method for specific cell elimination from a mixed 3D cell culture in vitro with near infrared photoimmunotherapy (NIR-PIT) without damaging non-targeted cells. This technique enables the elimination of specific cells from mixed cell cultures or tissues.

Eliminating specific cells without damaging other cells is extremely difficult, especially in established tissue, yet there is an urgent need for a cell elimination method in the tissue engineering field. Here, we present a method for specific cell elimination from a mixed 3D cell culture using near infrared photoimmunotherapy (NIR-PIT).

ביעור Cell סלקטיבי מן תרבות 3D מעורבת באמצעות טכניקה האדומה קרוב Photoimmunotherapy

Recent developments in tissue engineering offer innovative solutions for many diseases. For example, tissue engineering using induced pluripotent stem ...

PIP-on-a-chip: A Label-free Study of Protein-phosphoinositide Interactions

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific lipid component within a membrane, as in the case of phosphoinositides (PIPs), to ensure specific subcellular localization and/or activation. PIPs and cellular PIP-binding domains have been studied extensively to better understand their role in cellular physiology. We applied a pH modulation assay on supported lipid bilayers (SLBs) as a tool to study protein-PIP interactions. In these studies, pH sensitive ortho-Sulforhodamine B conjugated phosphatidylethanolamine is used to detect protein-PIP interactions. Upon binding of a protein to a PIP-containing membrane surface, the interfacial potential is modulated (i.e. change in local pH), shifting the protonation state of the probe. A case study of the successful usage of the pH modulation assay is presented by using phospholipase C delta1 Pleckstrin Homology (PLC-&#948;1 PH) domain and phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PI(4,5)P2) interaction as an example. The apparent dissociation constant (Kd,app) for this interaction was 0.39 &#177; 0.05 &#181;M, similar to Kd,app values obtained by others. As previously observed, the PLC-&#948;1 PH domain is PI(4,5)P2 specific, shows weaker binding towards phosphatidylinositol 4-phosphate, and no binding to pure phosphatidylcholine SLBs. The PIP-on-a-chip assay is advantageous over traditional PIP-binding assays, including but not limited to low sample volume and no ligand/receptor labeling requirements, the ability to test high- and low-affinity membrane interactions with both small and large molecules, and improved signal to noise ratio. Accordingly, the usage of the PIP-on-a-chip approach will facilitate the elucidation of mechanisms of a wide range of membrane interactions. Furthermore, this method could potentially be used in identifying therapeutics that modulate protein&#39;s capacity to interact with membranes.

Here we present a supported lipid bilayer in the context of a microfluidic platform to study protein-phosphoinositide interactions using a label-free method based on pH modulation.

PIP על שבב: מחקר ללא תווית של אינטראקציות חלבון- phosphoinositide

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific ...

A Guide to Build a Highly Inclined Swept Tile Microscope for Extended Field-of-view Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging has greatly advanced our understanding of molecular mechanisms in biological studies. However, it has been challenging to obtain large field-of-view, high-contrast images in thick cells and tissues. Here, we introduce highly inclined swept tile (HIST) microscopy that overcomes this problem. A pair of cylindrical lenses was implemented to generate an elongated excitation beam that was scanned over a large imaging area via a fast galvo mirror. A 4f configuration was used to position optical components. A scientific complementary metal-oxide semiconductor camera detected the fluorescence signal and blocked the out-of-focus background with a dynamic confocal slit synchronized with the beam sweeping. We present a step-by-step instruction on building the HIST microscope with all basic components.

A detailed instruction is described on how to build a highly inclined swept tile (HIST) microscope and its usage for single-molecule imaging.

מדריך לבניית מאוד נוטה נסחף מיקרוסקופ אריח עבור הדמיה מולקולה בודדת שדה-of-view מורחבת

Single-molecule imaging has greatly advanced our understanding of molecular mechanisms in biological studies. However, it has been challenging to obtain ...

Implementation of Interference Reflection Microscopy for Label-free, High-speed Imaging of Microtubules

There are several methods for visualizing purified biomolecules near surfaces. Total-internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy is a commonly used method, but has the drawback that it requires fluorescent labeling, which can interfere with the activity of the molecules. Also, photobleaching and photodamage are concerns. In the case of microtubules, we have found that images of similar quality to TIRF can be obtained using interference reflection microscopy (IRM). This suggests that IRM might be a general technique for visualizing the dynamics of large biomolecules and oligomers in vitro. In this paper, we show how a fluorescence microscope can be modified simply to obtain IRM images. IRM is easier and considerably cheaper to implement than other contrast techniques such as differential interference contrast microcopy or interferometric scattering microscopy. It is also less susceptible to surface defects and solution impurities than darkfield microscopy. Using IRM, together with the image analysis software described in this paper, the field of view and the frame rate is limited only by the camera; with a sCMOS camera and&#160;wide-field&#160;illumination&#160;microtubule length can be measured with precision up to 20 nm with a bandwidth of 10 Hz.&#160;

This protocol is a guide for implementing interference reflection microscopy on a standard fluorescence microscope for label-free, high-contrast, high-speed imaging of microtubules using in vitro surfaces assays.

יישום של מיקרוסקופ רפלקציה הפרעות עבור הדמיה ללא תווית, במהירות גבוהה של Microtubules

There are several methods for visualizing purified biomolecules near surfaces. Total-internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy is a commonly used ...