Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс - Multi-parametric surface plasmon resonance

Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс (МП-СПР) основан на поверхностный плазмонный резонанс (SPR), признанный метод анализа биомолекулярного взаимодействия в реальном времени без меток, но он использует другую оптическую установку, конфигурацию гониометрического SPR. Хотя MP-SPR предоставляет ту же кинетическую информацию, что и SPR (константа равновесия, константа диссоциации, константа ассоциации ), он также предоставляет структурную информацию (показатель преломления, толщина слоя). Следовательно, MP-SPR измеряет как поверхностные взаимодействия, так и свойства нанослоя.[1]

История

Гониометрический метод ППР исследовался наряду с ППР сфокусированным пучком и конфигурациями Отто на Центр технических исследований Финляндии VTT с 1980-х годов д-р Януш Садовски.[2] Гониометрическая оптика SPR была коммерциализирована компанией Biofons Oy для использования в местах оказания медицинской помощи. Введение дополнительных измерений лазер длины волн и сначала тонкая пленка анализы проводились в 2011 г., уступив место методу MP-SPR.

Принцип

Оптическая установка MP-SPR измеряет одновременно на нескольких длинах волн (аналогично спектроскопическому SPR), но вместо измерения под фиксированным углом она скорее сканирует в широком диапазоне углов θ (например, 40 градусов). Это приводит к измерениям полных кривых ППР на нескольких длинах волн, предоставляя дополнительную информацию о структуре и динамическое соответствие фильма.[3]

Измеренные значения

Измеренные полные кривые SPR (ось x: угол, ось y: интенсивность отраженного света) могут быть преобразованы в сенсограммы (ось x: время, ось y: выбранный параметр, такой как минимум пика, интенсивность света, ширина пика).[4] Сенсограммы могут быть адаптированы с использованием моделей связывания для получения кинетических параметров, включая скорость включения и выключения, а также аффинность. Полные кривые SPR используются для соответствия Уравнения Френеля для получения толщины и показателя преломления слоев. Кроме того, благодаря возможности сканирования всей кривой SPR, MP-SPR может отделить объемный эффект и связывание аналита друг от друга, используя параметры кривой.

Молекулярные взаимодействияСвойства слоя
Кинетика, PureKinetics (kна, kвыключенный)Показатель преломления (n)
Близость (KD)Толщина (d)
Концентрация (c)Коэффициент экстинкции (k)
Адсорбция / абсорбцияПлотность (ρ)
ДесорбцияПокрытие поверхности (Γ)
АдгезияНабухание (Δd)
Электрохимия (E, I, омега)Оптическая дисперсия (n (λ))

Пока QCM-D измеряет влажную массу, MP-SPR и другие оптические методы измеряют сухую массу, что позволяет анализировать содержание воды в наноцеллюлоза фильмы.

Приложения

Этот метод используется в науках о жизни, материаловедении и разработке биосенсоров. В науках о жизни основные приложения сосредоточены на фармацевтическая разработка включая малая молекула, антитело или наночастица взаимодействие с цель с биомембрана[5] или с монослоем живых клеток.[4] MP-SPR впервые в мире способен отделять трансцеллюлярный и околеклеточный потребление наркотиков[4] в реальном времени и без этикеток для адресная доставка лекарств.В биосенсор разработки, MP-SPR используется для разработки тестов для приложений по месту лечения.[3][6][7][8] Типичные разработанные биосенсоры включают: электрохимический печатные биосенсоры, ELISA и SERS.В материаловедение, MP-SPR используется для оптимизации тонких твердых пленок от Ангстремов до 100 нанометров (графен, металлы, оксиды)[9], мягкие материалы размером до микрон (наноцеллюлоза, полиэлектролит ) включая наночастицы. Приложения, включая тонкопленочные солнечные элементы, барьерные покрытия, включая антибликовые покрытия, антимикробные поверхности, самоочищающееся стекло, плазмонные метаматериалы, электро-коммутационные поверхности, послойная сборка, и графен.[10][11][12][13]

Рекомендации

  1. ^ Корхонен, Кристийна; Гранквист, Нико; Кетолайнен, Яркко; Лайтинен, Риикка (октябрь 2015 г.). «Мониторинг кинетики высвобождения лекарства из тонких полимерных пленок с помощью многопараметрического поверхностного плазмонного резонанса». Международный журнал фармацевтики. 494 (1): 531–536. Дои:10.1016 / j.ijpharm.2015.08.071. PMID  26319634.
  2. ^ Sadowski, J. W .; Корхонен, И .; Пелтонен, Дж. (1995). «Определение характеристик тонких пленок и их структур в измерениях поверхностного плазмонного резонанса». Оптическая инженерия. 34 (9): 2581–2586. Bibcode:1995OptEn..34.2581S. Дои:10.1117/12.208083.
  3. ^ а б Ван, Хуангсянь Цзюй, Сюэцзи Чжан, Джозеф (2011). NanoBiosensing: принципы, разработка и применение. Нью-Йорк: Спрингер. п. Глава 4. ISBN  978-1-4419-9621-3.
  4. ^ а б c Виитала, Тапани; Гранквист, Нико; Халлила, Сусанна; Равинья, Мануэла; Yliperttula, Marjo; ван Раай, Марк Дж. (27 августа 2013 г.). "Выяснение сигнальных реакций восприятия живых клеток с многопараметрическим поверхностным плазменным резонансом: сравнение между оптическим моделированием и измерениями взаимодействия клеток с лекарством и MDCKII". PLOS ONE. 8 (8): e72192. Bibcode:2013PLoSO ... 872192V. Дои:10.1371 / journal.pone.0072192. ЧВК  3754984. PMID  24015218.
  5. ^ Гарсия-Линарес, Сара; Паласиос-Ортега, Хуан; Ясуда, Томокадзу; Остранд, Миа; Gavilanes, Jose G .; Мартинес-дель-Посо, Альваро; Слотт, Дж Питер (2016). «Токсин-индуцированное образование пор затруднено межмолекулярными водородными связями в бислое сфингомиелина». Биомембраны. 1858 (6): 1189–1195. Дои:10.1016 / j.bbamem.2016.03.013. PMID  26975250.
  6. ^ Souto, Dênio E.P .; Fonseca, Aliani M .; Barragan, José T.C .; Luz, Rita de C.S .; Andrade, Hélida M .; Damos, Flávio S .; Кубота, Лауро Т. (август 2015 г.). «Анализ SPR взаимодействия между рекомбинантным белком неизвестной функции в Leishmania infantum, иммобилизованном на дендримерах, и антителами висцерального лейшманиоза: потенциальное использование в иммунодиагностике». Биосенсоры и биоэлектроника. 70: 275–281. Дои:10.1016 / j.bios.2015.03.034. PMID  25829285.
  7. ^ Сонни, Сюзанна; Виртанен, Веса; Сесай, Адама М. (2010). «Разработка диагностического биосенсора на основе SPR для обнаружения фармацевтических соединений в слюне». Применение лазеров SPIE в науках о жизни. 7376 (5): 737605. Bibcode:2010SPIE.7376E..05S. Дои:10.1117/12.871116. S2CID  95200834.
  8. ^ Ихалайнен, Петри; Маджумдар, Химадри; Виитала, Тапани; Торнгрен, Бьёрн; Няржеоя, Туомас; Мятттанен, Анни; Сарфраз, Джавад; Хярма, Харри; Yliperttula, Marjo; Остербака, Рональд; Пелтонен, Йоуко (27 декабря 2012 г.). «Применение печатных золотых электродов на бумажной основе для разработки импедиметрических иммуносенсоров». Биосенсоры. 3 (1): 1–17. Дои:10.3390 / bios3010001. ЧВК  4263588. PMID  25587396.
  9. ^ Taverne, S .; Caron, B .; Gétin, S .; Lartigue, O .; Lopez, C .; Meunier-Della-Gatta, S .; Ущелье, В .; Reymermier, M .; Racine, B .; Maindron, T .; Кеснель, Э. (2018-01-12). «Метод мультиспектрального поверхностного плазмонного резонанса для определения характеристик ультратонких слоев серебра: применение к катоду OLED с верхним излучением». Журнал прикладной физики. 123 (2): 023108. Дои:10.1063/1.5003869. ISSN  0021-8979.
  10. ^ Юссила, Анри; Ян, Он; Гранквист, Нико; Сун, Чжипэй (5 февраля 2016 г.). «Поверхностный плазмонный резонанс для характеристики пленок графена с атомным слоем большой площади». Optica. 3 (2): 151. Bibcode:2016 Оптический ... 3..151J. Дои:10.1364 / OPTICA.3.000151.
  11. ^ Эмильссон, Густав; Schoch, Rafael L .; Феуз, Лоран; Хёк, Фредрик; Lim, Roderick Y.H .; Далин, Андреас Б. (15 апреля 2015 г.). «Сильно растянутые устойчивые к протеинам кисти из поли (этиленгликоля), полученные методом Grafting-To». Прикладные материалы и интерфейсы ACS. 7 (14): 7505–7515. Дои:10.1021 / acsami.5b01590. PMID  25812004.
  12. ^ Вуорилуото, Майя; Орельма, Ханнес; Йоханссон, Лина-Сиско; Чжу, Баолей; Поутанен, Микко; Вальтер, Андреас; Лайне, Янне; Рохас, Орландо Дж. (10 декабря 2015 г.). «Влияние молекулярной архитектуры случайных и блочных сополимеров ПДМАЭМА – ПОЭГМА на их адсорбцию на регенерированных и анионных наноцеллюлозах и свидетельства оттока межфазной воды». Журнал физической химии B. 119 (49): 15275–15286. Дои:10.1021 / acs.jpcb.5b07628. PMID  26560798.
  13. ^ Гранквист, Нико; Лян, Хуамин; Лаурила, Тери; Садовски, Януш; Yliperttula, Marjo; Вийтала, Тапани (9 июля 2013 г.). «Характеристика ультратонких и толстых органических слоев с помощью трехволнового поверхностного плазмонного резонанса и волноводного анализа». Langmuir. 29 (27): 8561–8571. Дои:10.1021 / la401084w. PMID  23758623.