Name: flow-pattern guided fabrication of high-density barcode antibody microarray
Uploaded: 2016-01-06T15:00:01
Description: Watch this Scientific Journal Video about Flow-pattern Guided Fabrication of High-density Barcode Antibody Microarray at JoVE.com

The authors would like to acknowledge the startup fund from SUNY Albany and the access of facilities at the University at Albany Cancer Research Center.

注意：このプロトコルで使用されるいくつかの化学物質は刺激物であり、皮膚との接触の場合には危険です。材料安全データシート（MSDS）を参照してくださいし、このプロトコルを実行する前に、適切な保護具を着用します。ステップ（1.1.1）において使用されるピラニア溶液は、非常に腐食性であり、そして攪拌しながら酸をゆっくりと過酸化物を添加することにより調製されるべきです?...

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	<li>Alhamdani, M. S. S., Schroder, C., Hoheisel, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oncoproteomic+profiling+with+antibody+microarrays.">Oncoproteomic profiling with antibody microarrays.</a> Genome Med. 1 (7), (2009).</li><li>Angenendt, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+in+protein+and+antibody+microarray+technology.">Progress in protein and antibody microarray technology.</a> Drug Discov Today. 10 (7), 503-511 (2005).</li><li>Sun, H. Y., Chen, G. Y. J., Yao, S. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+microarray+technologies+for+proteomics.">Recent advances in microarray technologies for proteomics.</a> Chem Biol. 20 (5), 685-699 (2013).</li><li>Fan, 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+barcode+chips+for+rapid,+multiplexed+analysis+of+proteins+in+microliter+quantities+of+blood.">Integrated barcode chips for rapid, multiplexed analysis of proteins in microliter quantities of blood.</a> Nat Biotechnol. 26 (12), 1373-1378 (2008).</li><li>Chattopadhyay, P. K., Gierahn, T. M., Roederer, M., 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=Single-cell+technologies+for+monitoring+immune+systems.">Single-cell technologies for monitoring immune systems.</a> Nat Immunol. 15 (2), 128-135 (2014).</li><li>Varadarajan, N., 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=Rapid,+efficient+functional+characterization+and+recovery+of+HIV-specific+human+CD8(+)+T+cells+using+microengraving.">Rapid, efficient functional characterization and recovery of HIV-specific human CD8(+) T cells using microengraving.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 109 (10), 3885-3890 (2012).</li><li>Ma, 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=Electroporation-based+delivery+of+cell-penetrating+peptide+conjugates+of+peptide+nucleic+acids+for+antisense+inhibition+of+intracellular+bacteria.">Electroporation-based delivery of cell-penetrating peptide conjugates of peptide nucleic acids for antisense inhibition of intracellular bacteria.</a> Integr Biol-Uk. 6 (10), 973-978 (2014).</li><li>Wang, J., 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=Quantitating+cell-cell+interaction+functions+with+applications+to+glioblastoma+multiforme+cancer+cells.">Quantitating cell-cell interaction functions with applications to glioblastoma multiforme cancer cells.</a> Nano Lett. 12 (12), 6101-6106 (2012).</li><li>Kravchenko-Balasha, N., Wang, J., Remacle, F., Levine, R. D., 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=Glioblastoma+cellular+architectures+are+predicted+through+the+characterization+of+two-cell+interactions.">Glioblastoma cellular architectures are predicted through the characterization of two-cell interactions.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 111 (17), 6521-6526 (2014).</li><li>Xue, M., 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=Chemical+methods+for+the+simultaneous+quantitation+of+metabolites+and+proteins+from+single+cells.">Chemical methods for the simultaneous quantitation of metabolites and proteins from single cells.</a> J Am Chem Soc. 137 (12), 4066-4069 (2015).</li><li>Shi, Q. 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=Single-cell+proteomic+chip+for+profiling+intracellular+signaling+pathways+in+single+tumor+cells.">Single-cell proteomic chip for profiling intracellular signaling pathways in single tumor cells.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 109 (2), 419-424 (2012).</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> Nat Med. 17 (6), 738-743 (2011).</li><li>Deng, 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=An+integrated+microfluidic+chip+system+for+single-cell+secretion+profiling+of+rare+circulating+tumor+cells.">An integrated microfluidic chip system for single-cell secretion profiling of rare circulating tumor cells.</a> Sci Rep. 4, 7499 (2014).</li><li>Vermesh, U., 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=High-density,+multiplexed+patterning+of+cells+at+single-cell+resolution+for+tissue+engineering+and+other+applications.">High-density, multiplexed patterning of cells at single-cell resolution for tissue engineering and other applications.</a> Angew Chem Int Ed. 50 (32), 7378-7380 (2011).</li><li>Yu, J., 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=Microfluidics-based+single-cell+functional+proteomics+for+fundamental+and+applied+biomedical+applications.">Microfluidics-based single-cell functional proteomics for fundamental and applied biomedical applications.</a> Annu Rev Anal Chem. 7, 275-295 (2014).</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> J Am Chem Soc. 129, 1959-1967 (2007).</li><li>Alegria-Schaffer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=General+protein-protein+cross-linking.">General protein-protein cross-linking.</a> Methods Enzymol. 539, 81-87 (2014).</li><li>Ahmad, 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+robotics+platform+for+automated+batch+fabrication+of+high+density,+microfluidics-based+DNA+microarrays,+with+applications+to+single+cell,+multiplex+assays+of+secreted+proteins.">A robotics platform for automated batch fabrication of high density, microfluidics-based DNA microarrays, with applications to single cell, multiplex assays of secreted proteins.</a> Rev Sci Instrum. 82, 094301 (2011).</li></ol>

フローパターン設計は、2-Dのマイクロアレイの製造における最初の重要なステップです。ガラス基板上に2つの重複DNAパターンを生成するために、最初の設計のチャネルの特徴は、第二の（ 図1A-B）のものに対して垂直であるべきです。デザインはまた、マイクロアレイの下流の適用を検討してください。単一細胞分析の場合には、マイクロアレイは、したがって、チャネ?...

抗体マイクロアレイは、広くタンパク質バイオマーカー1-3を含む標的タンパク質の存在を調べるために何十年もプロテオミクス研究に使用されています。このフィールドは現在、質量分析（MS）のような他のハイスループット技術から大きな課題に直面しているが、これらのデバイスは、他のアッセイと、単純なデータ解釈と簡単なインターフェイスを提供する主な理由は、まだ抗体マイクロアレイの有用性の余地があります。近年では、マイクロチップの足場へのマイクロアレイの統合は、抗体マイクロアレイを4-7を繁栄するための新しい機会を提供してきました。例えば、単一の細胞マイクロチップに組み込まれたバーコードのマイクロアレイは、細胞コミュニケーション研究8,9で使用されています。この技術は、他の利用可能なマイクロアレイ技術上の独特の利点を有します。従来のマイクロアレイelemenで使用される典型的な150μmのサイズよりもはるかに小さい10-100ミクロンで配列要素を備えていTS。より小さな配列要素の構造は、系統的なフローパターン化手法を用いて達成され、これは、単一細胞の分泌タンパク質及び細胞内タンパク質を検出することができるコンパクトなマイクロアレイを生じます。もう一つの利点は、単純な楽器フリーのセットアップを使用することです。ほとんどの研究所や中小企業は、マイクロアレイコア施設にアクセスすることができないかもしれないので、これは特に重要です。このようなバーコードの抗体マイクロアレイは、強化されたアッセイのスループットを備え、従来のサンドイッチ酵素結合免疫吸着アッセイ（ELISA 8）のそれに匹敵する高い感度と特異性を達成しながら、単一の細胞上に高度に多重化されたアッセイを実行するために使用することができます。この技術は、腫瘍細胞の13膠芽細胞腫9-11からのタンパク質、T細胞12を検出し 、そして循環中の多数のアプリケーションを発見しました。あるいは、単独でバーコードDNAマイクロアレイは、模倣のために、ニューロンおよび星状細胞の正確な位置決めに利用されています脳組織14 の in vivoでのアセンブリをる。 このプロトコルは、実験工程と、流体試料中の単一細胞中のバイオマーカーの検出において潜在的な用途を有する二次元（2-D）バーコード、抗体マイクロアレイの構築ブロックに焦点を当てます。技術は、アドレス可能な一本鎖、一次元（1-D）DNAマイクロアレイに基づいてガラス基板上に、空間的にパターニングされた直交するオリゴヌクレオチドを​​用いて構築しました。並列流路を流れパターニング工程において使用される場合、1次元パターンが形成され、このようなパターンは、1-D統一商品コード（UPC）バーコードと視覚的に類似した離散的なバンドとして現れます。 2-Dの建設（N×M個）抗体アレイ- 2-Dクイックレスポンス（QR）マトリックスコードを連想させるには-より複雑なパターン化戦略を必要とするが、より高い密度8,15での抗体の固定化を可能にします。製作第二に垂直な第一のパターンで、二つのDNAパターニング工程を必要とします。これらの二つのパターンの交点は、アレイのn個のx m個の要素を構成しています。戦略フローパターニングに利用一本鎖DNA（ssDNA）の配列を選択することにより、所与の配列内の各要素は、特定のアドレスが割り当てられます。この空間参照は、マイクロアレイスライド上の蛍光シグナルを区別する必要です。一本鎖DNA配列をDNAにコードされた抗体ライブラリー（DEAL 16）と呼ばれるプラットフォームを形成し、相補的DNA抗体コンジュゲートの取り込みを介して抗体の配列に変換されます。 このビデオプロトコルは、2つの方向で準備を含むn×m個抗体アレイポリジメチルシロキサン（PDMS）、バーコードの型、フロー・パターニングのssDNAを作成し、抗体-オリゴヌクレオチドディール複合体を調製し、3に3×3のDNA配列を変換する際に重要なステップを説明×3抗体アレイ。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="951">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Sylgard 184 silicone elastomer base</td>
			<td style="width:403px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:119px;">3097366-1004</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:263px;">Sylgard 184 silicone elastomer curing agent</td>
			<td style="width:403px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:119px;">3097358-1004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">SU-8 2025 photoresist</td>
			<td style="width:403px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">Y111069</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Silicon wafers&#160;</td>
			<td style="width:403px;">University Wafers</td>
			<td style="width:119px;">452</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Poly-L-lysine coated glass slides</td>
			<td style="width:403px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:119px;">C40-5257-M20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Oligonucleotides</td>
			<td style="width:403px;">Integrated DNA Technologies</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>*Custom-ordered from Integrated DNA Technologies, see table below</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Poly-L-lysine adhesive stock solution</td>
			<td style="width:403px;">Newcomer Supply</td>
			<td style="width:119px;">1339</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Bis (sulfosuccinimidyl) suberate&#160; (BS3)</td>
			<td style="width:403px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:119px;">21585</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">1x Phosphate buffered saline, pH 7.4</td>
			<td style="width:403px;">Quality Biological</td>
			<td style="width:119px;">114-058-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:263px;">&#196;kta Explorer 100 Fast Protein Liquid Chromatography (FPLC) System</td>
			<td style="width:403px;">GE (Amersham Pharmacia)&#160;</td>
			<td>18-1112-41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Superose 6 10/300 GL column</td>
			<td style="width:403px;">GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>17-5172-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Capture antibodies</td>
			<td style="width:403px;">various</td>
			<td style="width:119px;">various</td>
			<td>*Antibody selection depends on application</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:263px;">Succinimidyl-6-hydrazino-nicotinamide (S-HyNic)</td>
			<td style="width:403px;">Solulink</td>
			<td style="width:119px;">S-1002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Succinimidyl-4-formylbenzamide (S-4FB)</td>
			<td style="width:403px;">Solulink</td>
			<td style="width:119px;">S-1004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">N,N-dimethylformamide</td>
			<td style="width:403px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">227056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Citric acid, anhydrous</td>
			<td style="width:403px;">Acros</td>
			<td style="width:119px;">42356</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Sodium hydroxide</td>
			<td style="width:403px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">S318</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Amicon Ultra spin filter 10 kDa MWCO</td>
			<td style="width:403px;">EMD Millipore</td>
			<td>UFC201024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Spin coater</td>
			<td style="width:403px;">Laurell Technologies</td>
			<td>WS-650-MZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Biopsy punch with plunger (0.50 mm diameter)</td>
			<td style="width:403px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td align="right" style="width:119px;">57393</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Diamond scribe (Style 60)</td>
			<td style="width:403px;">SPI supplies</td>
			<td align="right" style="width:119px;">6004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Trimethylchlorosilane</td>
			<td style="width:403px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">92361</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flow-pattern guided fabrication of high-density barcode antibody microarray

Antibody microarray as a well-developed technology is currently challenged by a few other established or emerging high-throughput technologies. In this report, we renovate the antibody microarray technology by using a novel approach for manufacturing and by introducing new features. The fabrication of our high-density antibody microarray is accomplished through perpendicularly oriented flow-patterning of single stranded DNAs and subsequent conversion mediated by DNA-antibody conjugates. This protocol outlines the critical steps in flow-patterning DNA, producing and purifying DNA-antibody conjugates, and assessing the quality of the fabricated microarray. The uniformity and sensitivity are comparable with conventional microarrays, while our microarray fabrication does not require the assistance of an array printer and can be performed in most research laboratories. The other major advantage is that the size of our microarray units is 10 times smaller than that of printed arrays, offering the unique capability of analyzing functional proteins from single cells when interfacing with generic microchip designs. This barcode technology can be widely employed in biomarker detection, cell signaling studies, tissue engineering, and a variety of clinical applications.

PDMSモールド（ 図1A-1B）のデザインは、CADプログラム（AutoCADの）を使用して描かれました。フローパターニングのための機能チャネルを示す2つのデザイン、水平および垂直方向の1 1。各デザインの左右の部分が対称的です。それらのいずれかは、入口または出口である可能性があります。 20チャネルの各々は、一端から他端にはすべての方法を巻いてい?...

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Flow-pattern Guided Fabrication of High-density Barcode Antibody Microarray

高密度バーコード抗体マイクロアレイのフローパターンガイド作製

このプロトコルは、細胞シグナル伝達研究やバイオマーカー検出の潜在的なアプリケーションと大​​規模の製造、多重化された二次元のDNAまたは抗体配列​​を、概要を説明します。

Antibody microarray as a well-developed technology is currently challenged by a few other established or emerging high-throughput technologies. In this ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

A Guided Materials Screening Approach for Developing Quantitative Sol-gel Derived Protein Microarrays

定量ゾルゲル由来のタンパク質マイクロアレイを開発するためのガイド材料スクリーニングアプローチ

Microarrays have found use in the development of high-throughput assays for new materials and discovery of small-molecule drug leads. Herein we describe a ...

Multiplexed Fluorescent Microarray for Human Salivary Protein Analysis Using Polymer Microspheres and Fiber-optic Bundles

ポリマー微小球および光ファイババンドルを使用したヒト唾液タンパク質分析のための多重化された蛍光マイクロアレイ

Herein, we describe a protocol for simultaneously measuring six proteins in saliva using a fiber-optic microsphere-based antibody array. The immuno-array ...

Fabrication of Large-area Free-standing Ultrathin Polymer Films

大面積自立超薄ポリマーフィルムの作製

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films.  Typically, ultrathin films are prepared ...

Microbubble Fabrication of Concave-porosity PDMS Beads

凹面気孔率PDMSビーズのマイクロバブル作製

Microbubble fabrication (by use of a fine emulsion) provides a means of increasing the surface-area-to-volume (SAV) ratio of polymer materials, which is ...

Influence of Hybrid Perovskite Fabrication Methods on Film Formation, Electronic Structure, and Solar Cell Performance

製膜上のハイブリッドペロブスカイト製造方法、電子構造、および太陽電池の性能に及ぼす影響

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

光温度計の作製と試験

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

Chemo-enzymatic Synthesis of N-glycans for Array Development and HIV Antibody Profiling

Chemo-enzymatic Synthesis of N-glycans for Array Development and HIV Antibody Profiling

N型糖鎖アレイ開発および HIV 抗体のための化学酵素合成プロファイリング

We present a highly efficient way for the rapid preparation of a wide range of N-linked oligosaccharides (estimated to exceed 20,000 structures) that are ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

急速な超臨界抽出法によって作製した触媒のエアロゲルの作製と試験

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Technical Aspect of the Automated Synthesis and Real-Time Kinetic Evaluation of [11C]SNAP-7941

Technical Aspect of the Automated Synthesis and Real-Time Kinetic Evaluation of [11C]SNAP-7941

[11C]SNAP-7941の自動合成とリアルタイム運動評価の技術的側面

Positron emission tomography (PET) is an essential molecular imaging technique providing insights into pathways and using specific targeted radioligands ...

Fabrication of Thin Film Silver/Silver Chloride Electrodes with Finely Controlled Single Layer Silver Chloride

細かく制御された単層塩化銀を用いた薄膜銀/塩化銀電極の製造

This paper aims to present a protocol to form smooth and well-controlled films of silver/silver chloride (Ag/AgCl) with designated coverage on top of thin ...