SEMINARIUM W RAMACH PROJEKTU Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie - Rozwój i komercjalizacja nowej generacji urządzeń diagnostyki molekularnej opartych o nowe polskie przyrządy półprzewodnikowe Zadanie 19. Opracowanie podstaw budowy sensora przeciwciał na bazie powierzchni GaN i ZnO modyfikowanych peptydami. Immobilizacja aminokwasów i peptydów na platformach sersowskich Agnieszka Kamińska, Sylwester Gawinkowski,Tomasz Roliński, Jacek Waluk, Robert Hołyst 27 styczeń, 2011 Instytut Chemii Fizycznej PAN
Antigen-Antibody interaction Laser excitation antibody SERS spectrum detects specific antibody-antigen binding event epitope Sers platform This antigen is a protein epitope antibody Antibodies contact epitopes or antigenic determinants *The epitope is small (~6 amino acids or ~6 sugars) or a small part of a larger antigen.
Immunologic tests 1. Agglutination reactions - simple,inexpensive, but sensitive! 2. Radioimmunoassay- measures competitive binding of radiolabelled Ag + unlabelled (test) Ag to high affinity Ab 3.Immunoelectrophoresis- incorp electrophoresis w/ double diffusion 4. Western Blotting - used to id specific proteins in mixtures 5. Immunofluorescence -provides a quick method for the id of pathogens and lymphocytes 6. Immunoprecipitation -binds Ab to synthetic bead support centrifuged 7. ELISA tests - dep on enzyme conugated to 2 Ab reacting with a specific substrate to produce a color rxn. 8. Immuno-Raman- sensitive test for Ag/Ab interaction Typical Sensing Techniques for Biosensors Fluorescence DNA Microarray SPR Surface plasmon resonance Impedance spectroscopy QCM (Quartz crystal microbalance) SERS Surface Enhanced Raman Spectroscopy Electrochemical
Immobilization of biomolecules Short time -Physical adsorption Long time -Covalent bonding SAMs of Cysteamine!!!
Electrostatic adsorption Click chemistry
By carbohydrate Via amine group
Monowarstwa łącznikowa Modele konformacyjne cysteaminy (2-aminoetanotiol) a) forma trans i b) forma gauche ( A. Michota, A. Kudelski, J. Bukowska, Langmuir, 2000). Struktura monowarstw cysteaminy zaleŝy od: - rodzaju podłoŝa -stęŝenia roztworu z którego zachodzi adsorpcja - czasu adsorpcji -wartości ph - wpływ elektrolitów obecnych w roztworze adsorpcyjnym
Monowarsty cysteaminy Wpływ stęŝenia cysteaminy w roztworze, z którego następuje adsorpcja Widma SERS monowrastwy cysteaminy zaadsorbowanej na powierzchni GaN/Au z roztworów etanolowych o stęŝeniu: (a)5mm, (b) 15mM i (c) 25mM; czas adsorpcji 30 min.
Immobilizacja protein Schemat reakcji sprzęgania grup karboksylowych z grupami aminowymi z wykorzystaniem chemii EDC/NHS
ZnO based SERS-active platform (CVD- chemical vapor deposition) Piec laboratoryjny, maksymalna temperatura pracy 1500 0 C, długość całkowita pieca 1200mm, osmio segmentowy program temperatury. Napylarka Typ K550Xwysokorozdzielcza, stolik obrotowy, magnetyczna głowica magnetronowa do zimnego napylania prób
Nanowires as SERS-active substrates Rys. przypadkowa morfologia nanodrutów Prokes et al 2007NRL Review Rys. JACS 128,2200 (2006) pęczki nanodrutów do wzmacniania Ramana
Si/ZnO based SERS platform FIGURE 1. Schematics of the fabrication procedures for the 3D hierarchical SERS substrate, which is ordered Si/ZnO nanotrees decorated by silver nanoparticles.
Raman spectra of amino acids and dipeptides
SERS microfluidic sensor Figure. A solution of silver nanoparticles flows towards a 514nm laser for Raman spectroscopy. The nanoparticles aggregate around molecules adsorbed from the nearby atmosphere, causing electromagnetic amplification of the Raman signal. Figure Schematic representation of an integrated SERS-CD platform for biomolecule detection. (a) A SERS spectroscopy and a SERS-CD platform. (reservoirs for activating chemicals (A), cells (B), media (C), and vent (D)) (b) Cell trapping schematics comparing cells before trapping (left) after trapping (right). (C) Sample concentrating cycle: secreted molecules are delivered (left), absorbed (center) and then accumulated on a SERS probe (right), which results in molecule concentrating.
Antigen- Blocking peptide interaction blocking peptide (Akt(pan)) + mab blocking peptide (Akt(pan))
Plany Podsumowanie Optymalizacja metod otrzymywania aktywnych powierzchni sersowskich Opracowanie platformy sersowskiej bazującej na ZnO Skompletowanie bazy widm ramanowskich aminowkasów (próbki stałe i ich roztwory na czterech róŝnych liniach wzbudzających opracowanie baz danych) Pomiary widm SERS aminokwasów na aktywnych platformach sersowskich Pomiary ramanowskie homo- i heterodipeptydów Modyfikacja platform sersowskich wybranymi peptydami blokującymi i analiza zmianw widmach ramanowskich indukowanych tworzeniem się kompleksów peptyd blokujacy (epitop) przeciwciało - kompletwanie bazy widm ramanowskich Zintegrowanie chipu polipeptydowego z układem mikroprzepływowym