Name: design and development of aptamer&#8211;gold nanoparticle based colorimetric assays for in-the-field applications
Uploaded: 2016-06-23T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Development of AptamerÃ¢â‚¬â€œGold Nanoparticle Based Colorimetric Assays for In-the-field Applications at JoVE.com

This work was partially funded by the Air Force Office of Scientific Research and the Assistant Secretary of Defense for Research and Engineering (Defense Biometrics and Forensics Office). JES participation was supported by a National Research Council Research Associateship Award at Air Force Research Laboratory.

1. Synthese über Citrate Reduktion von Goldnanopartikeln (AuNP) und Charakterisierung <ol><li> Reinigen Sie einen Erlenmeyerkolben (500 ml) und großen Rührstab mit 5 ml konzentrierter Salpetersäure und 15 ml konzentrierter Salzsäure in der chemischen Schutzhaube. <ol><li> Befeuchten Sie die gesamte Oberfläche des Kolbens mit der Säure zu waschen, spülen Sie den Kolben mit Nuklease freiem Wasser und lassen Sie den Kolben zu trocknen. </li></ol></li><li> 100 ml 1 mM Gold (III) chlorid; Verwenden Sie ein Blatt au...

<ol>
	<li>Housecroft, C., Constable, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Chemistry: an introduction to organic, inorganic, and physical chemistry. , 349-353 (2006).</li><li>Bunka, D., Stockley, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aptamers+come+of+age-at+last.">Aptamers come of age-at last.</a> Nat. Rev. Microbiol. 4 (8), 588-596 (2006).</li><li>Mayer, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chemical+biology+of+aptamers.">The chemical biology of aptamers.</a> Angew. Chem. 48 (15), 2672-2689 (2009).</li><li>Medley, C., Smith, J., Tang, Z., Wu, Y., Bamrungsap, S., Tan, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+Nanoparticle-Based+Colorimetric+Assay+for+the+Direct+Detection+of+Cancerous+Cells.">Gold Nanoparticle-Based Colorimetric Assay for the Direct Detection of Cancerous Cells.</a> Anal. Chem. 80 (4), 1067-1072 (2008).</li><li>Giljohann, D., Seferos, D., Daniel, W., Massich, M., Patel, P., Mirkin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanoparticles+for+biology+and+medicine.">Gold nanoparticles for biology and medicine.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 49 (19), 3280-3294 (2010).</li><li>Iliuk, A., Hu, L., Tao, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aptamer+in+bioanalytical+applications.">Aptamer in bioanalytical applications.</a> Anal. Chem. 83 (12), 4440-4452 (2011).</li><li>Smith, J., Griffin, D., Leny, J., Hagen, J., Ch&#225;vez, J., Kelley-Loughnane, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colorimetric+detection+with+aptamer-gold+nanoparticle+conjugates+coupled+to+an+android-based+color+analysis+application+for+use+in+the+field.">Colorimetric detection with aptamer-gold nanoparticle conjugates coupled to an android-based color analysis application for use in the field.</a> Talanta. 121, 247-255 (2014).</li><li>Alivasatos, 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=Organization+of+nanocrustal+molecules+using+DNA.">Organization of nanocrustal molecules using DNA.</a> Nature. 382, 609-611 (1996).</li><li>Wang, L., Liu, X., Song, S., Fan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unmodified+gold+nanoparticles+as+a+colorimetric+probe+for+potassium+DNA+aptamers.">Unmodified gold nanoparticles as a colorimetric probe for potassium DNA aptamers.</a> Chem. Commun. (36), 3780-3782 (2006).</li><li>Liu, J., Lu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+colorimetric+sensing+of+adenosine+and+cocaine+based+on+a+general+sensor+design+involving+aptamers+and+nanoparticles.">Fast colorimetric sensing of adenosine and cocaine based on a general sensor design involving aptamers and nanoparticles.</a> Angew. Chem. 118 (1), 96-100 (2006).</li><li>Pavlov, V., Xiao, Y., Shlyahovsky, B., Willner, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aptamer-functionalized+Au+nanoparticles+for+the+amplified+optical+detection+of+thrombin.">Aptamer-functionalized Au nanoparticles for the amplified optical detection of thrombin.</a> J. Am. Chem. Soc. 126 (38), 11768-11769 (2004).</li><li>Mayer, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chemical+biology+of+aptamers.">The chemical biology of aptamers.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 48 (15), 2672-2689 (2009).</li><li>Hermann, T., Patel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+recognition+by+nucleic+acid+aptamers.">Adaptive recognition by nucleic acid aptamers.</a> Science. 287 (5454), 820-825 (2000).</li><li>Lee, J., Stovall, G., Ellington, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aptamer+therapeutics+advance.">Aptamer therapeutics advance.</a> Curr. Opin. Chem. Biol. 10 (3), 282-289 (2006).</li><li>Song, S., Wang, L., Li, J., Zhao, J., Fan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aptamer-based+biosensors.">Aptamer-based biosensors.</a> TrAC. 27 (2), 108-117 (2008).</li><li>Wei, H., Li, B., Wang, E., Dong, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+and+sensitive+aptamer-based+colorimetric+sensing+of+protein+using+unmodified+gold+nanoparticles.">Simple and sensitive aptamer-based colorimetric sensing of protein using unmodified gold nanoparticles.</a> Chem. Commun. (36), 3735-3737 (2007).</li><li>Zheng, Y., Wang, Y., Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aptamer-based+colorimetric+biosensing+of+dopamine+using+unmodified+gold+nanoparticles.">Aptamer-based colorimetric biosensing of dopamine using unmodified gold nanoparticles.</a> Sensors and Actuators B. 156 (1), 95-99 (2011).</li><li>Ch&#225;vez, J., MacCuspie, R., Stone, M., Kelley-Loughnane, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colorimetric+detection+with+aptamer-gold+nanoparticle+conjugates:+effect+of+aptamer+length+on+response.">Colorimetric detection with aptamer-gold nanoparticle conjugates: effect of aptamer length on response.</a> J. Nanopart. Res. 14 (10), 1-11 (2012).</li><li>Neves, M., Reinstein, O., Johnson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defining+a+stem+length-dependent+binding+mechanism+for+the+cocaine-binding+aptamer.+A+combined+NMR+and+calorimetry+study.">Defining a stem length-dependent binding mechanism for the cocaine-binding aptamer. A combined NMR and calorimetry study.</a> Biochemistry. 49 (39), 8478-8487 (2010).</li><li>Li, H., Rothberg, L. <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+Colorimetric+Detection+of+Specific+Sequences+in+Genomic+DNA+Amplified+by+the+Polymerase+Chain+Reaction.">Label-Free Colorimetric Detection of Specific Sequences in Genomic DNA Amplified by the Polymerase Chain Reaction.</a> J. Am. Chem. Soc. 126 (35), 10958-10961 (2004).</li><li>Li, H., Rothberg, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colorimetric+detection+of+DNA+sequences+based+on+electrostatic+interactions+with+unmodified+gold+nanoparticles.">Colorimetric detection of DNA sequences based on electrostatic interactions with unmodified gold nanoparticles.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 101 (39), 14036-14039 (2004).</li><li>Smith, J., Medley, C., Tang, Z., Shangguan, D., Lofton, C., Tan, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aptamer-Conjugated+Nanoparticle+for+the+Collection+and+Detection+of+Multiple+Cancer+Cells.">Aptamer-Conjugated Nanoparticle for the Collection and Detection of Multiple Cancer Cells.</a> Anal. Chem. 79 (8), 3075-3082 (2007).</li><li>Martin, J., Ch&#225;vez, J., Chushak, Y., Chapleau, R., Hagen, J., Kelley-Loughnane, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+stringency+aptamer+selection+and+gold+nanoparticle+assay+for+detection+of+cortisol.">Tunable stringency aptamer selection and gold nanoparticle assay for detection of cortisol.</a> Anal. Bioanal. Chem. 406 (19), 4637-4647 (2014).</li><li>Shen, L., Hagen, J., Papautsky, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Point-of-care+colorimetric+detection+with+a+smartphone.">Point-of-care colorimetric detection with a smartphone.</a> Lab on a Chip. 12 (21), 4240-4243 (2012).</li><li>Choodum, A., Kanatharana, P., Wongniramaikul, W., NicDaeid, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+quantitative+colourimetric+tests+for+trinitrotoluene+(TNT)+in+soil.">Rapid quantitative colourimetric tests for trinitrotoluene (TNT) in soil.</a> Forensic. Sci. Int. 222 (1), 340-345 (2012).</li></ol>

Im Laufe der letzten zehn Jahre Nanopartikel basierend kolorimetrischen Assays 2-4 zum Nachweis von Targets umfassen kleine Moleküle, DNA, Proteine ​​und Zellen entwickelt worden. Die Tests, die DNA-Aptamere mit Nanopartikeln verwenden wurden gewinnen Interesse. Typischerweise werden diese kolorimetrische Assays durch Mischen der DNA-Aptamer mit Analytmoleküle durch Zugabe zu AuNPs 9-10 gefolgt durchgeführt. Allerdings haben diese Tests wurden in Proof-of-Concept-Demonstrationen mit kontroll...

Kolorimetrie ist eines der ältesten in der analytischen Chemie verwendeten Techniken. Für diese Technik wird eine qualitative oder quantitative Bestimmung des Analyten auf der Herstellung einer farbigen Verbindung 1 , hergestellt basiert. Typischerweise Farb Assays verwenden Reagentien, die eine Farbverschiebung in der Gegenwart der Analyt-Spezies auftreten, die im sichtbaren Lichtspektrum in einer beobachtbaren oder nachweisbare Farbänderung ergibt. Kolorimetrie wurde in der Detektion von Zielen von Atomen, Ionen und kleine Moleküle , um komplexe biologische Moleküle wie Desoxyribonukleinsäuren (DNA), Peptide und Proteine ​​im Bereich von 2-4 verwendet. In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich Nanomaterialien auf dem Gebiet der Nachweisassays revolutioniert, insbesondere mit Farbbasierten Assays 5-6. Kombination hat zur Wiederaufleben führte die einzigartige chemische und physikalische Eigenschaften von Nanomaterialien mit einem Ziel-selektiven Erkennungselement, wie beispielsweise Antikörper, Aptamere Oligonukleotid oder Peptid Aptamere in das Design und die Entwicklung von kolorimetrischen Nachweisassays 7. Metall-Nanopartikel haben eine nachgewiesene größenabhängige Farbänderung Eigenschaft, die bei der Gestaltung von zahlreichen farbmetrischen Assays genutzt wurde. Gold - Nanopartikel (AuNPs) sind von besonderem Interesse aufgrund einer markanten roten zu blauen Farbverschiebung, wenn die verteilte Lösung von Partikeln induziert wird 8 zu aggregieren, in der Regel durch die genaue Zugabe von Salz. Die Fähigkeit , den Übergang von der dispergierten (rot) zu steuern , um die aggregierten (blau) Zustände hat 2-4,9 für ionische, kleine molekulare, Peptid, Protein und zelluläre Ziele zur Schaffung von kolorimetrischen Sensoren geführt. Viele dieser Sensoren verwenden Aptamere als Zielerkennungsmotiv. Aptamere sind DNA oder Ribonukleinsäure (RNA) Moleküle , die aus einem zufälligen Pool von 10 ausgewählten 12 -10 15 verschiedene Sequenzen 10-11. Der Auswahlprozess identifiziert Ziel reKognition Elemente mit Bindungsaffinitäten im niedrigen nanomolaren Regime und die systematische Evolution von Liganden durch exponentielle Anreicherung (SELEX) ist die am häufigsten bekannte Verfahren 12-13. Vorteile von Oligonukleotid basierend Aptamere für Sensoranwendungen schließen die Leichtigkeit der Synthese, steuerbare chemische Modifikation und chemischer Stabilität 14-15. Ein Ansatz, ein kolorimetrischer Test zur Schaffung kombiniert Nanomaterialien mit Erkennungselementen, besteht aus der Kombination dieser zwei Arten durch die physikalische Adsorption von DNA-Aptamer-Moleküle zu AuNP Oberflächen. Durch ziel Aptamerbindung erfährt das Aptamer eine strukturelle Veränderung 16-18, die die Interaktion des Aptamer mit der AuNP Oberfläche verändert, was zu einem induzierbaren rot nach blau mit dem Zusatz von Salz 19 Farbwiedergabe führt. Diese erstaunliche Eigenschaft AuNPs stellt eine beobachtbare kolorimetrischen Antwortmechanismus für Aptamer-basierte Geräte, die verwendet werden können, um deunterzeichnen kolorimetrische Assays für verschiedene Analyten. Farbtests unter Verwendung von nicht-kovalente entworfen, physikalisch adsorbiert DNA-Aptameren auf AuNP Oberflächen haben das Stigma einer schwachen Sensorplattform ist aufgrund von Problemen mit Robustheit, eine Neigung zum Versagen außerhalb von kontrollierten Laboreinstellungen und den Mangel an Informationen für den Einsatz in der Praxis Einstellungen. Jedoch war die Aptamer-AuNP basierten kolorimetrischen Assay von Interesse wegen der Einfachheit des Betriebs und der beobachtbaren Farbreaktion. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Protokoll für den Entwurf, die Entwicklung, den Betrieb, Reduzierung der Oberflächen falsch positive Reaktion im Zusammenhang zu liefern, und die langfristige Speicherung von DNA-AuNP basierten farbmetrischen Assays Kokain als Vertreter Analyten verwendet wird. Darüber hinaus haben wir vorgeschlagen , diese adsorbiert Aptamer - Assay - Ansatz (Abbildung 1) als vorteilhaft ist aufgrund der Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit , die in weniger Schritten als der herkömmliche Ansatz für diese Aptamer-AuNP ass geführtege. Für diesen Test wurde das Aptamer zuerst den AuNPs hinzugefügt, die für einen längeren Zeitraum an die Oberfläche adsorbieren gelassen wurden. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Ansatzes war die Verringerung des Ansprechens auf die Nicht-Ziel Analytmoleküle bezogen auf AuNP Oberflächen-Wechselwirkungen. Jedoch war die Verringerung falsch positiver Reaktion auf Kosten der Empfindlichkeit des Assays. Daher ist eine Balance zwischen den Oberflächenschutz und Analyt Zugänglichkeit ist notwendig, geeignete Testfunktion aufrecht zu erhalten. Außerdem bedeutet ein großer Fehler zu analysieren Farbtests durch andere als mit Instrumentierung ist, dass die Ergebnisse sind oft subjektiv und auslegungs von Analyst-to-Analyst, vor allem wenn man versucht, feine Unterschiede in der Farbe zu unterscheiden. Umgekehrt gibt es eine Reihe von Problemen mit der Herstellung Labor basierte Instrumente verwendbar außerhalb des Labors, wie die Verfügbarkeit von Leistung, Funktionalität mit der Portabilität sind, usw. In dieser Arbeit wurde ein Farbanalyse - Protokoll wurde für mor entwickelte Portabilität und mit Farbe basierten Assay Interpretation 20-21 verbunden sind einige der Vermutungen häufig zu beseitigen. Im Vergleich zu früheren Ansätzen, strebte diese Bemühung, diese Tests, um ihre Grenzen zu gehen für Anwendungen, die über Labor-Einstellungen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Gold(III) chloride hydrate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>254169</td>
			<td>99.999% purity is important and solutions were made fresh every time</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Citrate Dihydrate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>W302600-1KG-K</td>
			<td>We have found the manufacturer greatly affects AuNP assays, and solutions were made fresh every time</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synergy</td>
			<td>Bio-TEK</td>
			<td>HT</td>
			<td>Any absorbance spectrometer will work, but a platereader provides multiple sample analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-(2-hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid (HEPES) Buffer, 1 M sterilized</td>
			<td>Amresco</td>
			<td>J848</td>
			<td>Any sterilized brand will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning, 250 mL Filter System, 0.22 &#181;m cellulose acetate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>430767</td>
			<td>Other membranes have been found to remove the AuNPs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Spectrophophotometer</td>
			<td>Varian</td>
			<td>Cary 300&#160;</td>
			<td>Any absorbance spectrometer will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chloride Hexahydrate</td>
			<td>Fluka</td>
			<td>63068</td>
			<td>&#8805;98% any brand will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA</td>
			<td>IDT</td>
			<td>Custom</td>
			<td>DNA was purified with a desalting column, higher purification techniques can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Procaine Hydrochloride</td>
			<td>ACROS</td>
			<td>AC20731-1000</td>
			<td>99% stocks of 1 mg/mL in methanol were prepared</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric Acid</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A144S-500</td>
			<td>36.5-38.0% w/w other brands will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cocaine Hydrochloride</td>
			<td>Lipomed</td>
			<td>COC-156-HC-1LM</td>
			<td>We have found the manufacturer greatly affects AuNP assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric Acid</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A509-SK212</td>
			<td>65% w/w other brands will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride Solution, 5 M bioreagent grade</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S5150-1L</td>
			<td>Sterile solutions made from solid will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl Pyrocarbonate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D5758-25 mL</td>
			<td>&#8805;97% any brand will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ecgoninemethylester Hydrochloride</td>
			<td>Lipomed</td>
			<td>COC-205-HC-1LM</td>
			<td>We obtained the EME control from the same manufacturer as the cocaine target</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge Tubes, Axygen Scientific, nonsterile, 1.7mL</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10011-722</td>
			<td>We have found the manufacturer greatly affects AuNP assays, and the tubes were autoclaved in house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nuclease free water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methanol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and development of aptamer&#8211;gold nanoparticle based colorimetric assays for in-the-field applications

Der Entwurf und die Entwicklung eines Aptamers-gold-Nanopartikel (AuNP) kolorimetrischer Assay zum Nachweis von kleinen Molekülen für Im-Feld-Anwendungen untersucht. Ziel selektive AuNP basierte Farb Assays wurden in kontrollierten Proof-of-Concept-Labor-Einstellungen entwickelt. Allerdings haben diese Systeme, die nicht auf einen Punkt des Scheiterns ausgeübt worden, um ihre praktische Anwendung über Labor-Einstellungen zu bestimmen. Diese Arbeit beschreibt einen generischen Ansatz zu entwerfen, zu entwickeln und zu beheben ein Aptamer-AuNP kolorimetrischen Test für kleine Molekül Analyten und mit dem Test für in-the-Feldeinstellungen. Der Test ist vorteilhaft, da adsorbiert Aptamere die Nanopartikeloberflächen zu passivieren und ein Mittel, zu reduzieren und falsch-positive Reaktionen auf Nicht-Ziel Analyten zu beseitigen. Transitioning dieses System praktische Anwendungen erforderlich definieren nicht nur die Haltbarkeit des Aptamers-AuNP Assay, aber Methoden und Verfahren zur Festlegung für die Langzeitlagerung capabil verlaufkeiten. Auch eine der anerkannten Bedenken kolorimetrische Anzeige ist die Belastung für Analysten platziert genau oft subtile Veränderungen in Farbe zu identifizieren. Zur Verringerung wurde die Verantwortung auf Analysten auf dem Feld, eine Farbanalyse-Protokoll entwickelt, um die Farbidentifikationsaufgaben, ohne die Notwendigkeit zur Durchführung dieser Aufgabe auf Laborqualität Ausrüstung durchzuführen. Das Verfahren zum Erzeugen und Testen der Datenanalyse-Protokoll beschrieben. Jedoch zu verstehen und das Design von adsorbiertem Aptamer-Assays beeinflussen, assoziiert die Interaktionen mit dem Aptamer, Ziel- und AuNPs bedürfen weiterer Untersuchungen. Die gewonnenen Erkenntnisse können dazu führen, Aptamere für eine verbesserte Funktionalität zu zuzuschneiden.

<html> Das primäre Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und die Stabilität und Robustheit von Aptamer für den Einsatz auf dem Gebiet anhand AuNP kolorimetrische Assays untersuchen. Wie in einer früheren Veröffentlichung markiert ist , zwei verschiedene Strategien für die Schaffung des Assays wurden 7 untersucht. Die Assays wurden die Free Aptamer-Assay und die adsorbierte Aptamer-Assay bezeichnet. Die adsorbierte Aptamer Assay wurde attraktiver für die Zwecke eines fie...

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Design and Development of AptamerÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Å“Gold Nanoparticle Based Colorimetric Assays for In-the-field Applications

Der Entwurf und die Entwicklung eines Aptamers-Gold-Nanoteilchen kolorimetrischen Assay für den Nachweis kleiner Moleküle für in-the-Feldanwendungen untersucht. Zusätzlich wird ein Smart-Gerät farbmetrische Anwendung (App) wurde validiert und langfristige Lagerung des Tests wurde für den Einsatz auf dem Gebiet etabliert.

Entwurf und Entwicklung von Aptamer-Gold-Nanopartikeln basierte kolorimetrische Assays für In-the-Feld-Anwendungen

The design and development of an aptamer&#8211;gold nanoparticle (AuNP) colorimetric assay for the detection of small molecules for in-the-field ...

The overall goal is to provide a general approach for the development of an aptamer-gold nanoparticle based colorimetric assay for the detection of target molecules, and to provide approaches to improve long-term storage and reduce false positive response rates. This methods answers key questions in the field of gold nanoparticle aptamer colorimetric assays such as the reproducibility of the assays in the field for long-term storage and reducing false positive response rate. These assays can be prone to issues with shelf-life and false positive responses.In this work, we improve over both of these issues. Clean a 500-milliliter Erlenmeyer flask and large stir bar with five milliliters of concentrated nitric acid and 15 milliliters of concentrated hydrochloric acid in a chemical safety hood. Wet the entire surface of the flask with the acid wash.Then rinse the flask with nuclease-free water and allow the flask to dry. Add 100 milliliters of one millimolar gold three chloride. Use a sheet of aluminum foil to cover the top of the acid-cleaned Erlenmeyer flask and heat with continuous stirring on a hot plate until boiling.Next, add 10 milliliters of 38.8 millimolar sodium citrate. The color will change from clear or gray to dark blue or black, and finally to dark to red over several minutes. Continue stirring with the heat off for 10 minutes.Allow the gold nanoparticle suspension to cool to room temperature and add 110 microliters of DEPC with continuous stirring. Cover the entire flask with aluminum foil and allow the DEPC treatment to incubate overnight. The next day, autoclave the gold nanoparticle suspension.Then cool to room temperature and filter through a 0.22 micron pore cellulose acetate membrane. Store the filtered, autoclaved gold nanoparticle stock solution in the dark at four degrees Celsius. Calculate the gold nanoparticle concentration as described in the text protocol.Here, the concentration was calculated to be 10 nanomolar with a size of 15 nanometers as determined by dynamic light scattering. Purchase or synthesize the cocaine-binding aptamer sequences using standard phosphoramidite chemistry. After purifying the aptamers using standard desalting, reconstitute oligonucleotides in nuclease-free water at either 100 micromolar or one millimolar stock solutions.Aliquoted purified aptamers can be stored at 20 degrees Celsius for several months. Combine the DNA with the 10 nanomolar stock gold nanoparticle solution, varying the volume of gold nanoparticles as desired, to provide enough sample for the test to be performed. Incubate the mixture for three to four hours at room temperature and protect from the light.Add an equal volume of 20 millimolar HEPES, two millimolar magnesium chloride and pH 7.4 buffer, and place the sample at four degrees Celsius in the dark overnight. The initial salt concentration needed to induce the assay color response by salt titration is determined with the assay blank. Add 20 microliters of methanol to 180-microliter aliquots of the aptamer-gold chloride assay in a 96-well plate.A critical step in the performance of these assays is to determine the sodium chloride concentration to destabilize the gold nanoparticles once the target has been added. Titrate the samples with increasing volumes of stock sodium chloride solution and determine the equivalence point. Here, determine the sodium chloride volume needed to cause the slightest color change by visual observation.Optimizing the assay response, add 20 microliters of analyte molecules diluted in methanol to 180-microliter aliquots of aptamer-gold nanoparticle assay in a 96-well plate at room temperature. Immediately, add the sodium chloride concentration determined in the previous step to initiate the assay color response. Obtain the largest color change possible by increasing or decreasing the sodium chloride concentration and comparing the target response to the blank response.Use the sodium chloride concentration that provides the largest response difference. Observe or measure the assay response 150 seconds following sodium chloride addition. Analyze the absorbance at 650 nanometers and 530 nanometers, using a spectrophotometer.Plot the results as the ratio of absorbance obtained at 650 nanometers and 530 nanometers as a function of analyte concentration. Normalize the assay response to the blank signal. Prepare the aptamer-gold nanoparticle assay components as described earlier in the video.Make separate solutions containing one gram per milliliter of trehalose and one gram per milliliter of sucrose in nuclease-free water to make the cryogen solution. So a critical step in freezing these assays is determining how much trehalose and sucrose solutions to add to the samples to ensure total and even freezing. Make a solution that contains 19.2 milligrams per milliliter of trehalose and 4.8 milligrams per milliliter of sucrose with the 60 MN4 DNA per gold nanoparticle assay at a final volume of 200 microliters in 1.5 milliliter microcentrifuge tubes.Final cryogen solution concentrations will vary with DNA coverage. Flash freeze the samples using a 146 degrees Celsius freezer or in liquid nitrogen. Store the samples frozen until use.For this work, leave the samples in the 146 degrees Celsius freezer overnight and then transfer to a 20 degrees Celsius freezer for long-term storage. Shown here are representative results of sodium chloride titration curves for untreated and DNA aptamer-treated gold nanoparticles. The initial sodium chloride concentration used in the assay was determined by titration.Representative results of the aptamer-gold nanoparticle colorimetric assay for cocaine and control molecules are shown here. The graphs reveal the effect that increasing the DNA coverage density has on the false positive response rate of the cocaine assay. Shown here are the calibration curve plots obtained from photoimage analysis of the cocaine colorimetric assay.Photos obtained using smartphones. Representative results of the assay response of aptamer-gold nanoparticle colorimetric assay to cocaine and control molecules are presented here. The data compares samples freshly prepared to samples stored frozen up to four weeks.While attempting this procedure, it is very important to determine the proper sodium chloride concentration to destabilize the gold nanoparticles and promote the typical color change upon addition of the target. So after watching this video, you should have a good understanding of how to develop gold nanoparticle aptamer colorimetric assays for the detection of targets of interest. You can use the approaches outlined here to reduce false positive response rates and keep your assays viable for more than a month.

Research

JoVE Journal

Biology

Design and Development of Aptamer&#8211;Gold Nanoparticle Based Colorimetric Assays for In-the-field Applications

Development of New Therapeutic Applications Using Microfluidics

Entwicklung neuer therapeutischer Anwendungen mit Hilfe von Mikrofluidik

Forschung

Biologie

Using the GELFREE 8100 Fractionation System for Molecular Weight-Based Fractionation with Liquid Phase Recovery

Mit dem GELFREE 8100 Fraktionierung System für Molecular Weight-Based Fraktionierung mit Liquid Phase Wiederherstellung

The GELFREE 8100 Fractionation System is a novel protein fractionation system designed to maximize protein recovery during molecular weight based ...

Closed System Cell Culture Protocol Using HYPERStack Vessels with Gas Permeable Material Technology

Closed System Cell Culture Protocol Mit HyperStack Schiffe mit gasdurchlässigen Material Technology

Large volume adherent cell culture is currently standardized on stacked plate cell growth products when microcarrier beads are not an optimal choice.   ...

Absolute Quantum Yield Measurement of Powder Samples

Absolute Quantenausbeute Messung von Pulverproben

Measurement of fluorescence quantum yield has become an important tool in the search for new solutions in the development, evaluation, quality control and ...

Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inhalation Exposures

Ganzkörper-Nanopartikel Aerosol Inhalation Exposures

Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle ...

Toxicological Assays for Testing Effects of an Epigenetic Drug on Development, Fecundity and Survivorship of Malaria Mosquitoes

Toxikologische Tests zur Prüfung Auswirkungen eines Epigenetische Drug für Entwicklung, Fruchtbarkeit und Hinterbliebenen von Malariamücken

Insecticidal resistance poses a major problem for malaria control programs. Mosquitoes adapt to a wide range of changes in the environment quickly, making ...

Development of Inhibitors of Protein-protein Interactions through REPLACE: Application to the Design and Development Non-ATP Competitive CDK Inhibitors

Entwicklung von Inhibitoren von Protein-Protein-Wechselwirkungen durch REPLACE: Anwendung auf die Konzeption und Entwicklung Nicht ATP Competitive CDK-Inhibitoren

REPLACE is a unique strategy developed to more effectively target protein-protein interactions (PPIs). It aims to expand available drug target space by ...

A Method for Selecting Structure-switching Aptamers Applied to a Colorimetric Gold Nanoparticle Assay

Ein Verfahren zur Auswahl Struktur-Schalt Aptamere zu einem Farbmetrik Gold-Nanopartikeln Assay angewandt

Small molecules provide rich targets for biosensing applications due to their physiological implications as biomarkers of various aspects of human health ...

Development of a Colloidal Gold-based Immunochromatographic Test Strip for Detection of Cetacean Myoglobin

Entwicklung eines Kolloidales-Gold-basierten Immunchromatographischer Teststreifen zum Nachweis von Cetacean Myoglobin

This protocol describes the development of a colloidal gold immunochromatographic test strip based on the sandwich format that can be used to ...

Quantitative Analysis of Aspergillus nidulans Growth Rate using Live Microscopy and Open-Source Software

Quantitative Analysis of Aspergillus nidulans Growth Rate using Live Microscopy and Open-Source Software

Quantitative Analyse der Wachstumsrate von Aspergillus nidulans mittels Live-Mikroskopie und Open-Source-Software

It is well established that colony growth of filamentous fungi, mostly dependent on changes in hyphae/mycelia apical growth rate, is macroscopically ...