Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс
Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс ( MP-SPR ) основан на поверхностном плазмонном резонансе (SPR), признанном методе анализа биомолекулярного взаимодействия в режиме реального времени без меток, но он использует другую оптическую установку - гониометрическую конфигурацию 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 нанослоев. [1]
История
[ редактировать ]Гониометрический метод ППР исследовался вместе с ППР с фокусированным лучом и конфигурациями Отто в Центре технических исследований VTT Финляндии с 1980-х годов доктором Янушем Садовски. [2] Гониометрическая оптика SPR была коммерциализирована компанией Biofons Oy для использования в местах оказания медицинской помощи. В 2011 году были проведены дополнительные измерения лазера длины волны и первые анализы тонких пленок , уступив место методу MP-SPR.
Принцип
[ редактировать ]Оптическая установка MP-SPR осуществляет измерения на нескольких длинах волн одновременно (аналогично спектроскопическому SPR), но вместо измерения под фиксированным углом она скорее сканирует в широком диапазоне углов θ (например, 40 градусов). Это приводит к измерению полных кривых ППР на нескольких длинах волн, предоставляя дополнительную информацию о структуре и динамической конформации пленки. [3]
Измеренные значения
[ редактировать ]Измеренные полные кривые SPR (ось X: угол, ось Y: интенсивность отраженного света) можно транскрибировать в сенсограммы (ось X: время, ось Y: выбранный параметр, такой как минимум пика, интенсивность света, ширина пика). [4] Сенсограммы можно составить с использованием моделей связывания для получения кинетических параметров, включая уровни включения и выключения, а также аффинность. Полные кривые ППР используются для аппроксимации уравнений Френеля для определения толщины и показателя преломления слоев. Также благодаря возможности сканирования всей кривой SPR MP-SPR позволяет отделить объемный эффект и связывание аналита друг от друга, используя параметры кривой.
| Молекулярные взаимодействия | Свойства слоя |
|---|---|
| Кинетика, PureKinetics (к вкл. , к выкл. ) | Показатель преломления (n) |
| Близость ( КД ) | Толщина (д) |
| Концентрация (с) | Коэффициент затухания (к) |
| Адсорбция/Абсорбция | Плотность (ρ) |
| Десорбция | Покрытие поверхности (Γ) |
| Адгезия | Набухание (Δd) |
| Электрохимия (Е, I, омега) | Оптическая дисперсия (n(λ)) |
В то время как QCM-D измеряет влажную массу, MP-SPR и другие оптические методы измеряют сухую массу, что позволяет анализировать содержание воды в пленках наноцеллюлозы .
Приложения
[ редактировать ]Этот метод использовался в науках о жизни, материаловедении и разработке биосенсоров.В науках о жизни основные приложения сосредоточены на фармацевтических разработках, включая малых молекул , антител или наночастиц взаимодействие с мишенью и биомембраной. [5] или с монослоем живых клеток. [4] Впервые в мире MP-SPR способен разделить трансклеточное и парацеллюлярное поглощение лекарств. [4] в режиме реального времени и без этикеток для адресной доставки лекарств .При разработке биосенсоров MP-SPR используется для разработки тестов для приложений в местах оказания медицинской помощи. [3] [6] [7] [8] Типичные разрабатываемые биосенсоры включают электрохимические печатные биосенсоры, ELISA и SERS .В материаловедении MP-SPR используется для оптимизации тонких твердых пленок от Ангстрема до 100 нанометров (графен, металлы, оксиды), [9] мягкие материалы размером до микронов (наноцеллюлоза, полиэлектролит ), в том числе наночастицы. Области применения, включая тонкопленочные солнечные элементы , барьерные покрытия, включая антибликовые покрытия , антимикробные поверхности , самоочищающееся стекло , плазмонные метаматериалы , электропереключающие поверхности , послойную сборку и графен . [10] [11] [12] [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Корхонен, Кристиина; Гранквист, Нико; Кетолайнен, Яркко; Лайтинен, Риикка (октябрь 2015 г.). «Мониторинг кинетики высвобождения лекарственных средств из тонких полимерных пленок методом многопараметрического поверхностного плазмонного резонанса». Международный фармацевтический журнал . 494 (1): 531–536. doi : 10.1016/j.ijpharm.2015.08.071 . ПМИД 26319634 .
- ^ Садовский, JW; Корхонен И.; Пелтонен, Дж. (1995). «Характеристика тонких пленок и их структур при измерениях поверхностного плазмонного резонанса». Оптическая инженерия . 34 (9): 2581–2586. Бибкод : 1995OptEn..34.2581S . дои : 10.1117/12.208083 .
- ^ Перейти обратно: а б Ван, Хуансян Цзюй, Сюэцзи Чжан, Джозеф (2011). Нанобиосенсинг: принципы, развитие и применение . Нью-Йорк: Спрингер. п. глава 4. ISBN 978-1-4419-9621-3 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с Витала, Тапани; Гранквист, Нико; Халлила, Сюзанна; Равинья, Мануэла; Юлиперттула, Марджо; ван Раай, Марк Дж. (27 августа 2013 г.). «Выяснение сигнальных реакций при многопараметрическом поверхностном плазмонном резонансном зондировании живых клеток: сравнение оптического моделирования и измерений взаимодействия лекарственного средства и клеток MDCKII» . ПЛОС ОДИН . 8 (8): е72192. Бибкод : 2013PLoSO...872192V . дои : 10.1371/journal.pone.0072192 . ПМЦ 3754984 . ПМИД 24015218 .
- ^ Гарсиа-Линарес, Сара; Паласиос-Ортега, Хуан; Ясуда, Томокадзу; Остранд, Миа; Гавиланес, Хосе Г.; Мартинес-дель-Посо, Альваро; Слотт, Дж. Питер (2016). «Вызванному токсином образованию пор препятствуют межмолекулярные водородные связи в бислоях сфингомиелина» . Биомембраны . 1858 (6): 1189–1195. дои : 10.1016/j.bbamem.2016.03.013 . ПМИД 26975250 .
- ^ Соуто, Денио EP; Фонсека, Алиани М.; Барраган, Хосе ТК; Луз, Рита де CS; Андраде, Хелида М.; Дамос, Флавио С.; Кубота, Лауро Т. (август 2015 г.). «SPR-анализ взаимодействия между рекомбинантным белком неизвестной функции у Leishmania infantum, иммобилизованным на дендримерах, и антителами висцерального лейшманиоза: потенциальное использование в иммунодиагностике». Биосенсоры и биоэлектроника . 70 : 275–281. дои : 10.1016/j.bios.2015.03.034 . ПМИД 25829285 .
- ^ 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. Бибкод : 2010SPIE.7376E..05S . дои : 10.1117/12.871116 . S2CID 95200834 .
- ^ Ихалайнен, Петри; Маджумдар, Химадри; Витала, Тапани; Торнгрен, Бьёрн; Нярджеоя, Туомас; Мяттанен, Анни; Сарфраз, Джавад; Харма, Харри; Юлиперттула, Марджо; 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 . ПМК 4263588 . ПМИД 25587396 .
- ^ Таверн, С.; Кэрон, Б.; Жетен, С.; Лартиг, О.; Лопес, К.; Менье-Делла-Гатта, С.; Горж, В.; Реймермье, М.; Расин, Б.; Мейндрон, Т.; Кенель, Э. (12 января 2018 г.). «Мультиспектральный подход к поверхностному плазмонному резонансу для определения характеристик ультратонких слоев серебра: применение к катоду OLED с верхней эмиссией». Журнал прикладной физики . 123 (2): 023108. Бибкод : 2018JAP...123b3108T . дои : 10.1063/1.5003869 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Жюсила, Анри; Ян, Хэ; Гранквист, Нико; Сунь, Жипей (5 февраля 2016 г.). «Поверхностный плазмонный резонанс для определения характеристик графеновой пленки с атомным слоем большой площади» . Оптика . 3 (2): 151. Бибкод : 2016Оптика...3..151J . дои : 10.1364/OPTICA.3.000151 .
- ^ Эмильссон, Густав; Шох, Рафаэль Л.; Феуз, Лоран; Хёк, Фредрик; Лим, Родерик Ю.Х.; Далин, Андреас Б. (15 апреля 2015 г.). «Кисти из устойчивого к сильному растяжению поли(этиленгликоля), полученные путем прививки» . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 7 (14): 7505–7515. дои : 10.1021/acsami.5b01590 . ПМИД 25812004 .
- ^ Вуорилуото, Майя; Орельма, Ханнес; Йоханссон, Лина-Сиско; Чжу, Баолей; Путанен, Микко; Вальтер, Андреас; Лайне, Янне; Рохас, Орландо Дж. (10 декабря 2015 г.). «Влияние молекулярной архитектуры случайных и блок-сополимеров ПДМАЭМА-ПОЭГМА на их адсорбцию на регенерированных и анионных наноцеллюлозах и свидетельства межфазного вытеснения воды». Журнал физической химии Б. 119 (49): 15275–15286. doi : 10.1021/acs.jpcb.5b07628 . ПМИД 26560798 .
- ^ Гранквист, Нико; Лян, Хуамин; Лаурила, Терхи; Садовский, Януш; Юлиперттула, Марджо; Витала, Тапани (9 июля 2013 г.). «Характеристика ультратонких и толстых органических слоев с помощью трехволнового анализа поверхностного плазмонного резонанса и волноводного режима». Ленгмюр . 29 (27): 8561–8571. дои : 10.1021/la401084w . ПМИД 23758623 .