Name: attaching biological probes to silica optical biosensors using silane coupling agents
Uploaded: 2012-05-01T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents at JoVE.com

Forfatterne takker professor Andrea Armani på University of Southern California for støtte i den tid, denne protokol blev udviklet. Finansieringen af ​​den indledende udvikling af dette arbejde blev givet af National Science Foundation [085281 og 1028440] og National Institute of Health gennem NIH direktørens New Innovator Award Program [1DP2OD007391-01]. Yderligere oplysninger kan fås på <a href="http://web.missouri.edu/~hunthk/" target="_blank">http://web.missouri.edu/ ~ hunthk /</a> .

1. Baggrund Den biotin er fastgjort til overfladen af disse enheder via en simpel, tre-trins proces (figur 1). Først, vi rense overfladen og befolke den med hydroxylgrupper ved at udsætte de enheder, enten ilt plasma eller Piranha løsning. Sekund, bruger vi dampafsætning at fastgøre silankoblingsmidlet termineret med en primær amin til hydroxylgrupperne ved hydrolyse og kondensation reaktion. Tredje lægger vi biotin til overfladen via N-hydroxysuccinimid (NHS)-ester kem...

<ol>
	<li>Datar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cantilever+Sensors:+Nanomechanical+Tools+for+Diagnostics.">Cantilever Sensors: Nanomechanical Tools for Diagnostics.</a> MRS Bull. 34, 449-454 (2009).</li><li>Hunt, H. K., Armani, A. M. <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+biological+and+chemical+sensors.">Label-free biological and chemical sensors.</a> Nanoscale. 2, 1544-1559 (2010).</li><li>Sundberg, F., Karlsson, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+detection+and+characterization+of+immune+responses+using+label-free+biacore+immunoassays.">Rapid detection and characterization of immune responses using label-free biacore immunoassays.</a> Immunology. 120, 46-47 (2007).</li><li>Hermanson, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bioconjugate Techniques. , (2008).</li><li>Bernards, M. T., Cheng, G., Zhang, Z., Chen, S. F., Jiang, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonfouling+polymer+brushes+via+surface-initiated,+two-component+atom+transfer+radical+polymerization.">Nonfouling polymer brushes via surface-initiated, two-component atom transfer radical polymerization.</a> Macromolecules. 41, 4216-4219 (2008).</li><li>Fan, X. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensitive+optical+biosensors+for+unlabeled+targets:+A+review.">Sensitive optical biosensors for unlabeled targets: A review.</a> Anal. Chim. Acta. 620, 8-26 (2008).</li><li>Qavi, A. J., Washburn, A. L., Byeon, J. Y., Bailey, R. C. <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+technologies+for+quantitative+multiparameter+biological+analysis.">Label-free technologies for quantitative multiparameter biological analysis.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 394, 121-135 (2009).</li><li>Hunt, H. K., Soteropulos, C., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioconjugation+Strategies+for+Microtoroidal+Optical+Resonators.">Bioconjugation Strategies for Microtoroidal Optical Resonators.</a> Sensors. 10, 9317-9336 (2010).</li><li>Kalia, J., Raines, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+Bioconjugation.">Advances in Bioconjugation.</a> Curr. Org. Chem. 14, 138-147 (2010).</li><li>Matsko, A. B., Savchenkov, A. A., Strekalov, D., Ilchenko, V. S., Maleki, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+Applications+of+Whispering-Gallery+Mode+Resonators+in+Photonics+and+Nonlinear+Optics.">Review of Applications of Whispering-Gallery Mode Resonators in Photonics and Nonlinear Optics.</a> IPN Progress Report. , 42-162 (2005).</li><li>Armani, A. M., Kulkarni, R. P., Fraser, S. E., Flagan, R. C., Vahala, K. J. <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,+single-molecule+detection+with+optical+microcavities.">Label-free, single-molecule detection with optical microcavities.</a> Science. 317, 783-787 (2007).</li><li>Zhu, J. <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+single+nanoparticle+detection+and+sizing+by+mode+splitting+in+an+ultrahigh-Q+microresonator.">On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator.</a> Nat. Photon. 4, 122-122 (2010).</li><li>Armani, D. K., Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high-Q+toroid+microcavity+on+a+chip.">Ultra-high-Q toroid microcavity on a chip.</a> Nature. 421, 925-928 (2003).</li><li>Vollmer, F., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering-gallery-mode+biosensing:+label-free+detection+down+to+single+molecules.">Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules.</a> Nat. Methods. 5, 591-596 (2008).</li><li>Vollmer, F., Arnold, S., Keng, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+virus+detection+from+the+reactive+shift+of+a+whispering+gallery+mode.">Single virus detection from the reactive shift of a whispering gallery mode.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 20701-20704 (2008).</li><li>Hunt, H. K., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recycling+microcavity+optical+biosensors.">Recycling microcavity optical biosensors.</a> Opt. Lett. 36, 1092-1094 (2011).</li><li>Soteropulos, C. E., Hunt, H. K., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+binding+kinetics+using+whispering+gallery+mode+microcavities.">Determination of binding kinetics using whispering gallery mode microcavities.</a> Appl. Phys. Lett. 99, 103703-103703 (2011).</li></ol>

Som beskrevet i protokollerne, skabte vi et hus platform til at transportere silica mikrosfærerne ved deres stilke hele funktionalisering processen. Dette hus platform blev dannet som en løsning på overfladeforurening og skader, som resulterede fra mikrokuglen kommer i kontakt med væggene i de forskellige beholdere, der anvendes gennem hele funktionalisering processen. Vi indså den største vanskelighed opstod fra konstant påsætning og aftagning individuelle mikrokugler til forskellige beholdere under funktionali...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på reagenset </td><td> Firma </td><td> Katalog nummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> Methanol </td><td> Fisher </td><td> 67-56-1 </td><td> ACS kvalitet </td></tr><tr><td> Svovlsyre </td><td> Fisher </td><td> 8014-95-7 </td><td> Rygende </td></tr><tr><td> Hydrogenperoxid </td><td> Fisher </td><td> 7722-84-1 </td><td> 30 vægt% </td></tr><tr><td> Aminopropyltrimethoxysilan </td><td> Fisher </td><td> 13822-56-5 </td><td></td></tr><tr><td> NHS-biotin EZ linker </td><td> Pierce </td><td> 20217 </td><td></td></tr><tr><td> Dimethylsulfoxid </td><td> Fisher </td><td> 67-68-5 </td><td> Vandfri </td></tr><tr><td> Fluoresceinisothiocyanat </td><td> Pierce </td><td> 46425 </td><td></td></tr><tr><td> Phosphatbufret saltvand </td><td> Fisher </td><td> 7647-14-5 </td><td> Pulver koncentrat </td></tr><tr><td> Natriumbicarbonatpuffer </td><td> Fisher </td><td> NC0099321 </td><td></td></tr><tr><td> Texas Red - avidinkonjugat </td><td> Pierce </td><td> A820 </td><td></td></tr><tr><td> Optisk fiber </td><td> Newport </td><td> F-SC </td><td></td></tr><tr><td> Fiber Stripper </td><td> Fiber Instrument Sales </td><td> NN-175 </td><td> No-Nik 175 um stripper </td></tr><tr><td> Kimwipes </td><td> Fisher </td><td> 06666A </td><td></td></tr><tr><td> Bare Fiber Cleaver </td><td> Ilsintech </td><td> Cl-03A </td><td></td></tr><tr><td> Mikroskopobjektglas </td><td> Fisher </td><td> 12-550B </td><td></td></tr><tr><td> Polypropylen Hætteglas </td><td> Fisher </td><td> 03-341-75A </td><td> 60 ml, hængslet hætte </td></tr><tr><td> Inkubering Rocker </td><td&gt; VWR </td><td> 12620-910 </td><td></td></tr><tr><td> Vakuumeksikator </td><td> Fisher </td><td> 08 til 594-15B </td><td></td></tr></tbody></table>

attaching biological probes to silica optical biosensors using silane coupling agents

For at kommunikere med biologiske miljøer, biosensor platforme, såsom det populære BIAcore-systemet (baseret på overfladeplasmonresonans (SPR) teknik), anvendelse af forskellige overflademodifikation teknikker, som kan for eksempel forebyggelse overflade begroning gør, indstille hydrofobicitet / hydrofilicitet af overfladen, tilpasse sig til forskellige elektroniske omgivelser, og oftest inducere specificitet mod et mål af interesse. 1-5 Disse teknikker udvider funktionaliteten af ellers meget følsomme biosensorer til den virkelige verden i komplekse miljøer, såsom som blod, urin og spildevand analyse. 2,6-7 Mens kommercielle biosensorer platforme, såsom Biacore, har godt forstået, standardteknikker til at udføre sådanne overfladeændringer, har disse teknikker ikke er blevet oversat på en standardiseret måde til andre mærke- gratis biosensorer platforme, såsom hviskegallerimodus (WGM) optiske resonatorer. 8-9 &lt;<html> / P&gt; WGM optiske resonatorer udgør en lovende teknologi til at udføre label-fri detektion af en bred vifte af arter på ultra-lave koncentrationer 6,10-12 Den høje følsomhed disse platforme er et resultat af deres unikke geometriske optik:. WGM optiske resonatorer indskrænke cirkulerende . lys ved bestemte, integrerede resonansfrekvenser 13 ligesom SPR platforme, er det optiske felt ikke helt begrænset til sensorindretningen, men evanesces; dette &quot;udklingende hale&quot; kan derefter reagere med arter i det omgivende miljø. Denne interaktion forårsager det effektive brydningsindeks af det optiske felt ændres, hvilket resulterer i en svag, men detekterbar, forskydes i resonansfrekvensen for anordningen. Fordi det optiske felt cirkulerer, kan det interagere mange gange med miljøet, hvilket resulterer i en iboende forstærkning af signalet, og meget høje følsomhed overfor små ændringer i miljøet. 2,14-15 telt &quot;&gt; til at foretage målrettede detektion i komplekse miljøer, skal disse platforme parres med en sonde molekyle (som regel den ene halvdel af en bindende par, fx antistoffer / antigener) gennem overfladebehandling. 2 Selvom WGM optiske resonatorer kan fremstilles i flere geometrier fra forskellige materialer systemer, silica mikrosfære er den mest almindelige. Disse mikrosfærer er generelt fremstillet på enden af ​​en optisk fiber, som tilvejebringer en &quot;stamme&quot;, hvorved mikrokuglerne kan håndteres under funktionalisering og detektion eksperimenter. silicaoverflade kemier kan anvendes til at fastgøre probemolekyler til deres overflader, men traditionelle teknikker genereret for plane substrater er ofte ikke tilstrækkeligt for disse tre-dimensionelle strukturer, som alle ændringer på overfladen af ​​mikrosfærerne (støv, forurening, overfladedefekter, og ujævne belægninger) kan få alvorlige, negative konsekvenser for deres sporingskapaciteten. Her har vi vise en letkøbt tilgangtil overfladen funktionalisering af silica mikrokugle WGM optiske resonatorer med silankoblingsmidler at udjævne det uorganiske overflade og det biologiske miljø, ved at fastgøre biotin til silicaoverfladen. 8,16 Selvom vi anvende silicabaserede mikrosfæreformuleringer WGM resonatorer som sensorsystemet i denne rapport, protokollerne er generelle og kan anvendes til at funktionalisere overflade på silica enhed med biotin.

Watch this Scientific Journal Video about Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents at JoVE.com

Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents

Biosensorer grænseflade med komplekse, biologiske miljøer og udføre målrettet detektion ved at kombinere meget følsomme sensorer med meget specifikke prober knyttet til sensoren via overfladebehandling. Her viser vi overflade funktionalisering af silica optiske sensorer med biotin ved hjælp af silankoblingsmidler at bygge bro over sensoren og det biologiske miljø.

Fastgørelse Biologiske Prober til silica Optiske biosensorer Anvendelse silankoblingsmidler

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Engineering Biological-Based Vascular Grafts Using a Pulsatile Bioreactor

Much effort has been devoted to develop and advance the methodology to regenerate functional small-diameter arterial bypasses. In the physiological ...

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

Lav Molekylær Vægt Protein berigelse mesoporøse silica Tynde Film til biomarkør Discovery

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Insertion of Flexible Neural Probes Using Rigid Stiffeners Attached with Biodissolvable Adhesive

Indsættelse af Fleksibel Neural Probes Brug Stive Afstivninger Attached med Biodissolvable Adhesive

Microelectrode  arrays for neural interface devices that are made of biocompatible thin-film  polymer are expected to have extended functional lifetime ...

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

Optisk påvisning af<em&gt; E. coli</em&gt; bakterier ved Mesoporøse Silicon biosensorer

A label-free optical biosensor based on a nanostructured porous Si is designed for rapid capture and detection of Escherichia coli K12 bacteria, as a ...

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Wideband optisk detektor af ultralyd til medicinsk billedbehandling

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

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

Brug af Label-fri Optiske Biosensors Detect Modulation af kalium kanaler af G-protein koblede receptorer

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

Preparation of Mica Supported Lipid Bilayers for High Resolution Optical Microscopy Imaging

Udarbejdelse af Mica Understøttet lipiddobbeltlagenes for High Resolution optisk mikroskopi Imaging

Supported lipid bilayers (SLBs) are widely used as a model for studying membrane properties (phase separation, clustering, dynamics) and its interaction ...

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

Label-fri Single Molecule Detection Brug Microtoroid Optiske Resonatorer

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

Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

Computed Tomography og optisk billeddannelse af Osteogenesis-angiogenese Kobling at Vurdere Integration af kranieknogler autografter og Allografter

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that ...