Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс ( MP-SPR ) основан на поверхностном плазмонном резонансе (SPR), признанном методе без меток в реальном времени для анализа биомолекулярных взаимодействий, но в нем используется другая оптическая установка, гониометрическая конфигурация SPR. В то время как МР-SPR обеспечивает такую же информацию , как кинетическую SPR ( константа равновесия , константа диссоциации , константа ассоциации ), она обеспечивает также структурную информацию ( показатель преломления , толщина слоя). Следовательно, MP-SPR измеряет как поверхностные взаимодействия, так и свойства нанослоя. [1]
История
Гониометрический метод ППР исследовался вместе с ППР сфокусированным лучом и конфигурациями Отто в Центре технических исследований Финляндии VTT 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 длин волн лазера и первые анализы тонких пленок, уступившие 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 измерению полных кривых ППР на нескольких длинах волн, что дает дополнительную информацию о структуре и динамической конформации пленки. [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 аппроксимации уравнений Френеля для получения толщины и показателя преломления слоев. Кроме того, благодаря способности сканировать всю кривую SPR, MP-SPR может отделить объемный эффект и связывание аналита друг от друга, используя параметры кривой.
Молекулярные взаимодействия | Свойства слоя |
---|---|
Кинетика, PureKinetics (к на , к выкл ) | Показатель преломления (n) |
Близость (K D ) | Толщина (d) |
Концентрация (c) | Коэффициент экстинкции (k) |
Адсорбция / абсорбция | Плотность (ρ) |
Десорбция | Покрытие поверхности (Γ) |
Адгезия | Набухание (Δd) |
Электрохимия (E, 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
Метод был использован в биологических науках, материаловедении и разработке биосенсоров. В науках о жизни основные приложения сосредоточены на фармацевтических разработках, включая взаимодействия малых молекул , антител или наночастиц с мишенью с биомембраной [5] или с монослоем живых клеток. [4] Впервые в мире MP-SPR способен разделять трансклеточное и параклеточное поглощение лекарств [4] в режиме реального времени и без маркировки для адресной доставки лекарств . При разработке биосенсоров MP-SPR используется для разработки анализов для применения в местах оказания медицинской помощи. [3] [6] [7] [8] Типичные разработанные 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], мягких материалов до микрон (наноцеллюлоза, полиэлектролит ), включая наночастицы. Применения, включая тонкопленочные солнечные элементы , барьерные покрытия, включая антибликовые покрытия , антимикробные поверхности , самоочищающееся стекло , плазмонные метаматериалы , поверхности с электрическим переключением , послойную сборку и графен . [10] [11] [12] [13]
Рекомендации
- ^ 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 фармацевтический журнал . 494 (1): 531–536. DOI : 10.1016 / j.ijpharm.2015.08.071 . PMID 26319634 .
- ^ Садовски, JW; Korhonen, I .; 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 . DOI : 10.1117 / 12.208083 .
- ^ а б Ван, Хуангсянь Цзюй, Сюэцзи Чжан, Джозеф (2011). НаноБиосенсинг: принципы, разработка и применение . Нью-Йорк: Спрингер. п. Глава 4. ISBN 978-1-4419-9621-3.
- ^ а б в Виитала, Тапани; Гранквист, Нико; Халлила, Сусанна; Равинья, Мануэла; Илипертула, Марджо; ван Раай, Марк Дж. (27 августа 2013 г.). «Выявление сигнальных реакций восприятия живых клеток с многопараметрическим поверхностным плазмонным резонансом: сравнение между оптическим моделированием и измерениями взаимодействия клеток с лекарством и MDCKII» . PLOS ONE . 8 (8): e72192. Bibcode : 2013PLoSO ... 872192V . DOI : 10.1371 / journal.pone.0072192 . PMC 3754984 . PMID 24015218 .
- ^ 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 бислоев сфингомиелина» . Биомембраны . 1858 (6): 1189–1195. DOI : 10.1016 / j.bbamem.2016.03.013 . PMID 26975250 .
- ^ Соуто, Денио EP; Fonseca, Aliani M .; Барраган, Хосе Т.К .; Луз, Рита де С.С.; 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. DOI : 10.1016 / j.bios.2015.03.034 . PMID 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. Bibcode : 2010SPIE.7376E..05S . DOI : 10.1117 / 12.871116 . S2CID 95200834 .
- ^ Ихалайнен, Петри; Маджумдар, Химадри; Виитала, Тапани; Торнгрен, Бьорн; Няржеоя, Туомас; Мятттанен, Анни; Сарфраз, Джавад; Хярма, Харри; Илипертула, 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. DOI : 10.3390 / bios3010001 . PMC 4263588 . PMID 25587396 .
- ^ 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 ультратонкого слоя серебра: применение к катоду OLED с верхним излучением». Журнал прикладной физики . 123 (2): 023108. Bibcode : 2018JAP ... 123b3108T . DOI : 10.1063 / 1.5003869 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Юссила, Анри; Ян, Он; Гранквист, Нико; Вс, Чжипэй (5 февраля 2016 г.). "Поверхностный плазмонный резонанс для характеристики пленки графена с атомным слоем большой площади" . Optica . 3 (2): 151. Bibcode : 2016 Оптический ... 3..151J . DOI : 10.1364 / OPTICA.3.000151 .
- ^ Эмильссон, Густав; Schoch, Rafael L .; Феуз, Лоран; Хёк, Фредрик; Лим, Родерик YH; Далин, Андреас Б. (15 апреля 2015 г.). «Сильно растянутые устойчивые к протеину кисти из поли (этиленгликоля), полученные методом Grafting-To» . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 7 (14): 7505–7515. DOI : 10.1021 / acsami.5b01590 . PMID 25812004 .
- ^ 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. DOI : 10.1021 / acs.jpcb.5b07628 . PMID 26560798 .
- ^ Гранквист, Нико; Лян, Хуамин; Лаурила, Тери; Садовски, Януш; Илипертула, Марджо; Виитала, Тапани (9 июля 2013 г.). «Характеристика ультратонких и толстых органических слоев с помощью трехволнового поверхностного плазмонного резонанса и волноводного анализа». Ленгмюра . 29 (27): 8561–8571. DOI : 10.1021 / la401084w . PMID 23758623 .