Karakterisering van Biotine avidine systeem voor gebruik van biomaterialen door spectroscopische ellipsometrie behulp van apparatuur van Horiba Scientific - Thin Film

Besproken onderwerpen

Achtergrond
Hoe werkt een Biosensor werk?
Inleiding tot het Biotine avidine-systeem
Experimenteel
Karakterisering van c-Si/Biotin
Karakterisering van c-Si/Biotin-Avidin Complex
Conclusie

Achtergrond

De analyse van moleculaire interacties is een belangrijk gebied van onderzoek in de gezondheidszorg, farmaceutische en biotechnologische velden. Moleculaire herkenning op vaste oppervlakken vormt de basis van een groot aantal van de bio-en immunosensor diagnostische apparatuur.

Een biosensor is een analytisch apparaat dat gebruik maakt van biologische moleculen te detecteren andere biologische moleculen of chemische stoffen. Typisch de detector molecuul moet worden aangesloten op een sensor die kan worden gecontroleerd door een computer, die de biologische systemen met de rekenkracht van de microprocessor bekeerlingen.

Hoe werkt een Biosensor werk?

Een biosensor bestaat uit 3 delen:

• De gevoelige biologische element (biologisch materiaal zoals weefsel, micro-organismen, organellen, cel-receptoren, enzymen, antilichamen, nucleïnezuren, enz.), een biologisch verkregen materiaal of biomimic). De gevoelige elementen kunnen worden gemaakt door biologische engineering.
• De transducer tussen (deelnemingen beide componenten).
• De detector element (werkt in een fysisch-chemische manier optisch, piëzo-elektrische, elektrochemische, thermometrische, of magnetische).

Figuur 1. Schematische weergave van de belangrijkste onderdelen van een biosensor. Dit apparaat bestaat uit: (a) een biokatalysator dat het substraat product bekeerlingen, (b) de transducer die de reactie bepaalt en zet het om een ​​elektrische, en het signaal output is (c) versterkt, (d) verwerkt, en ( e) weergegeven.

Inleiding tot het Biotine avidine-systeem

Er zijn veel mogelijke toepassing van biosensoren van verschillende soorten. De belangrijkste vereisten voor een biosensor benadering waardevol zijn in termen van onderzoek en commerciële toepassingen zijn de identificatie van een target molecule, de beschikbaarheid van een geschikte biologische erkenning element, en het potentieel voor de eenmalige draagbare detectiesystemen te verkiezen boven gevoelige laboratorium-gebaseerde technieken in sommige situaties. Enkele voorbeelden worden hieronder gegeven: glucose monitoring in diabetes patiënten <- historische markt bestuurder, andere medische gezondheid gerelateerde doelstellingen, milieu-toepassingen zoals de detectie van bestrijdingsmiddelen en rivierwater verontreinigingen, remote sensing van de bacteriën in de lucht bijvoorbeeld in de bestrijding van bioterroristische activiteiten, detectie van pathogenen ...

Het belangrijkste doel in de ontwikkeling van dergelijke apparaten is de immobilisatie van eiwitten op de transducer element in zoals een zo groot mogelijke biochemische activiteit en minimale niet-specifieke interacties te houden.

Avidine is een glycoproteïne gevonden in eiwit. Biotine is een lid van de B-vitamine familie, ook wel bekend als vitamine-H.

Het biotine-avidine systeem speelt een belangrijke rol in deze toepassingen als vertoont het zeer specifieke en sterke bindingsaffiniteit. Een ander onderscheidend voordeel van dit systeem zijn de vier identieke bindingsplaatsen van avidine voor biotine ervoor te zorgen dat de binding alleen is gericht op het doel van belang.

Adsorberen biotine op vaste oppervlakken en monteren van avidine maakt het mogelijk om actieve liganden hechten aan de biosensor oppervlak, waardoor het identificeren van doelsoorten in de steekproef en het verhogen van de selectiviteit van de biosensor door vermindering van storingen door niet-specifieke interacties.

Figuur 2. Schematische voorstelling van de vorming van de biotine-avidine complex

Wanneer specifieke soorten in contact komen met de avidine / biotine oppervlak en binden aan het daar is een toename van de dikte van de afgezette film. Door het meten van een toename van de laagdikte kan men zien of een biomolecule is gebonden aan de sensor oppervlak. De dikte toename is klein, typisch van de orde van 20 Å, die een gevoelige en betrouwbare techniek voor de meting.

Een dergelijke techniek is spectroscopische ellipsometrie ( SE ), een niet-destructieve en zeer nauwkeurige techniek om ultra-dunne lagen te detecteren en onderzoeken van de interacties die kunnen gebeuren op de vaste stof-vloeistof interface. Een groot voordeel van de techniek is dat onderzoeken kan worden gemaakt in de lucht, vloeibare of vacuüm omgeving.

Experimenteel

Ellipsometrische gegevens werden verzameld bij een invalshoek van 70 ° met gebruikmaking van de UVISEL Spectroscopische Fase Gemoduleerde ellipsometer van Horiba Scientific over het spectrale bereik 260-830 nm. De combinatie van de fase modulatie techniek van de UVISEL en het modulaire ontwerp maakt het een krachtig hulpmiddel voor biofilm meting.

Karakterisering van c-Si/Biotin

Een biotine film werd afgezet op het silicium substraat en wordt vertegenwoordigd door een enkele laag. De meting is uitgevoerd in de lucht-omgeving, wordt het monster gewoon op de steekproef het podium om de niet-destructieve metingen uit te voeren.

Figuur 3. Biotine optische constanten

Karakterisering van c-Si/Biotin-Avidin Complex

De meting werd uitgevoerd in een vloeibaar milieu; het monster wordt geplaatst in een vloeistof cel gevuld met gedemineraliseerd water. Een enkele laag werd gebruikt om het monster model. We hebben de hypothese dat de brekingsindex van de biotine film en de biotine-avidine complex was het hetzelfde. De toename van de gevonden dikte toont de sterke bindingsaffiniteit van de biotine-avidine-systeem.

De figuur hieronder toont de uitstekende overeenkomst tussen de experimentele data en het model.

Figuur 4. Experimentele en gegenereerde data

Conclusie

Deze application note illustreert de geschiktheid van de UVISEL Spectroscopic fase gemoduleerde ellipsometer als een zeer nauwkeurige instrument voor het bestuderen van vaste / of vaste / vloeibare-interface reacties, en het meten van biofilm dikte.

Bron: Horiba Scientific - Thin Films Division

Voor meer informatie over deze bron kunt u terecht op Horiba Scientific - Thin Films Division