基于纳米技术的表面等离子体共振亲和力生物传感器在体外诊断

文摘

在过去的几十年里,在体外诊断设备(类)成为一个非常重要的工具在医学早期正确的诊断,适当的筛选目标人口,并评估一个特定的治疗的效率。综述,最近的发展对不同配置的表面等离子体共振亲和力生物传感器利用几个纳米材料修改在体外诊断是批判性的讨论。组装和性能测试的类在生物样品报告和比较。

1。介绍

在过去的二十年里,需要获得早期,负担得起的和可靠的分析设备在体外诊断已成为一个关键方面达到一些疾病的快速诊断。这很重要不仅对患者的健康和安全的保障,但也减少国家卫生系统的成本。一个理想的在体外诊断设备(类)应该允许一些病态的定性和定量检测的潜在标记物在生物体液和组织,而不是一个活生生的身体(1]。所扮演的角色类(i),以确保一个种群的快速筛查(行动:预防疾病);(2)早期和准确的信息(行动:正确的诊断);(3)实时监控(行动:评价疗法治疗)。由于这些原因欧洲理事会(European Council)固定的严格的规则的特点和商业化类(指令98/79 / EC)。在这种背景下,基于一个字母系统严格的分类(表1)是根据以下标准:(我)制造商应该指定类的使用条件和风险因素。(2)获得的信息应该仔细诊断相关,考虑疾病的自然史。(3)结果应该影响,积极的还是消极的,公众/个人健康。官方的分析方法通常用于生物医学应用程序受到几个缺点:耗时,成本分析,费力的过程,对人才的需要,和穷人的即时系统可用性。在过去的几十年的重大技术进步在几个领域,如纳米技术、电子、生物技术以及需要快速、敏感,和用户友好的设备导致几种分析方法的发展。在这个领域,生物传感器可以为一些特殊的功能发挥着重要的作用。生物传感器是一种分析装置,biotransducer (BT)(例如,组织DNA抗体,酶等)耦合到一个物理化学传感器(例如,电化学、光学、压电或磁)。分析物之间的交互和biotransducer导致变化的物理或化学性质检测到的物理化学传感器和转换成一个电信号,适当地放大和阐述,使获得的信息样本进行调查(2]。

在不同类型的生物传感器,affinity-based生物传感器(abb)被认为是最适合试管分析一些有趣的性质:降低成本的分析,选择性,易于使用,而且可逆biotransducer之间的交互的分析物,允许重用biodevice多个分析。abb,其特点是利用抗体或寡核苷酸适配子biotransducers,提供有趣的分析物的浓度以及信息的动力学和热力学biotransducer-analyte交互。

基于表面等离子体共振(SPR)传感器显示有趣的特性与其他物理化学传感器相比,允许实时监控biotransducer-analyte交互,不需要标签。biotransducer固定化到传感器磁盘表面与分析物的相互作用产生一个局部增加金属表面的折射率促进SPR信号转变(3,4]。

除了几个优点SPR转导,必须考虑一些缺点如非特异性结合的现象在SPR磁盘可以影响测量的准确性在生物体液,固定的困难bioreceptors位阻,和无法检测小分子低分子量的特征。克服这些缺点的关键问题是一个合适的传感器芯片修改(5]。

最近的技术进步在纳米技术领域允许开发新的纳米材料生物传感器的整体性能有很大的影响,特别是SPR-based生物传感器。纳米材料可以有助于克服低灵敏度的问题由于折射率的微小变化的SPR磁盘表面因分析物与低分子量或低浓度的值。nanomodification是重要的增加biotransducer加载由于这些材料的高表面/体积比以及放大电浆信号(6- - - - - -9]。石墨烯与金属纳米粒子(基于)最适合传感器芯片的特点修改。石墨烯涂层提高折射率的变化在接口石墨烯/金传感器芯片,因此修改SPR信号与薄金属表面(10]。金属纳米粒子,尤其是金和银纳米粒子(AuNPs或AgNPs),显示局部表面等离子体共振(LSPR),被广泛用来提高SPR响应(11,12]。事实上,SPR能量的变化是观察到由于LSP的耦合和SP (13- - - - - -17]。一些研究人员研究了使用AuNPs放大器标签biorecognition事件(18,19[],biocatalytic转换20.,21),或敏感检测的低分子量化合物(22,23]。

增强整体性能实现的nanomodification SPR-based生物传感器的结果是极端重要的为他们的应用程序类(24,25]。

在本文中,我们描述和讨论的潜在使用nanomodified SPR-based试管应用生物传感器。尤其是,三个不同的SPR配置考虑:(一)散装SPR;(b)本地化SPR;(c) SPR成像。(一)大部分SPR。这项技术是基于检测的小薄金属薄膜的折射率变化产生约束力的分析物与特定biotransducer通过共振角的变化。纳米粒子的使用增加了批量SPR检测敏感性降低的限制通过两种不同的机制:(i)之间的特殊相互作用电场由金属纳米颗粒和隐失波由于等离子体表面兴奋从光源26];(2)的bioconjugation生物识别元素,抗体或适配子,提高分子量,SPR信号成正比的质量表面固定化。在第一种情况下的金属纳米粒子合并到或金属表面(图1(一)),而在第二种情况下,他们利用所谓的“三明治化验”格式(图1 (b))和基于,共轭二次抗体或寡核苷酸适配子,捕获的传感器表面后续目标分析物的绑定到主biorecognition元素。(b)本地化SPR。当电荷密度振荡局限于金属纳米颗粒或纳米结构的局部表面等离子体共振(LSPR)现象产生。当这种情况发生时,有一个入射光源产生光散射和一个强大的吸光度,由此增强了当地的电磁场(27)(图2)。频率和吸收乐队取决于材料的类型(例如,金、银、铂)的形状和大小分布也意识到特定条件的表面来提高SPR的信号。因此灵敏度和选择性可以修改通过改变形状,大小,和材料的组成和基于实现ultrasensitivity和ultraselectivity由于小说nanoconfigurations [28]。此外,LSPR允许不同的生物标志物同时检测不同浓度,从而使大规模筛选数组格式(29日]。(c)SPR成像。最后SPR的方法之一是表面等离子体共振成像(撒),结合SPR和空间测量(图解决3)。这样的决议,通过使用一个二维电荷耦合器件(CCD)探测器阵列,允许监测生物分子相互作用决定动能和分析参数。该仪器的输出是一个图像在不同的地方光线强度不同分析物浓度成正比,与biorecognition交互元素。多亏了这个2 d-detector可以小SPR检测信号变化(30.]。

通过比较与传统的散装SPR撒,撒的优点是检测更多的生物标志物的可能性,同时,提高灵敏度和选择性。胶体纳米颗粒(NPs)改善撒的敏感性,以确保快速,正确的,敏感的分析。撒的焦点是光的光学仪器的一部分向不同的地方,适当修改,产生SPR图像由于反射的光(31日]。

最后,在表2大部分的主要优点和缺点,本地化,SPR成像分析技术报告。

2。Nanomodified SPR-ABBs申请在体外诊断

最近的应用程序的详细描述报告试管nanomodified SPR生物传感器的应用。

2.1。大部分SPR

提高SPR敏感性金属纳米颗粒通常使用;这是在不同的方法完成:(i)纳米粒子直接纳入表面,(2)截留间距控制纳米粒子的结构,(3)三明治的功能化纳米颗粒分析格式,磁性纳米颗粒(iv)就业,(v) enzyme-conjugated纳米颗粒。

在第一个文件,和基于直接整合到电极表面,在接下来的报道工作,生物传感器描述几个生物标志物。几个例子处理不同安排用人AuNPs增强灵敏度对低分子量分子:荣格和同事开发了SPR生物传感器的检测前列腺特异性抗原(PSA),癌症生物标记,通过固定AuNPs SiO₂在金电极层和获得的结果与未改性金表面和SiO₂层在金的表面上。生物传感器的检测极限是0.1 ng / mL PSA,这是与获得的值与标准ELISA测试敏感范围0.1 -10 ng / mL (32]。

李等人意识到的SPR生物传感器测定缺血修饰白蛋白(IMA),生物标志物能反映心肌缺血状态,通过装配anti-IMA到AuNPs修改黄金芯片。发现这里IMA在10 ng / mL,没有干扰报告。修改后的生物传感器也显示高灵敏度提供了一种有效的新方法直接测定的IMA (33]。

一个重要的生殖激素,孕酮是被元等人的超灵敏的SPR抑制免疫测定使用混合自组装单层(mSAM)表面保持AuNPs接近传感表面。孕酮是共轭卵白蛋白与oligoethylene乙二醇链接器形成蛋白质结合,固定在mSAM表面,然后检测到较低的检出限为4.9 ng / mL。此外,该技术使用廉价的试剂,稳定mSAM表面提供了多种重用(34]。

就业的一个创新方法的可能性是AuNPs AuNPs截留在结构间距控制。事实上,粒子之间的间距和表面发现有重大影响的增强SPR信号(35]。实现这一种可能性增强粒子的封装成树枝状分子。的SPR生物传感器检测人血清中胰岛素的使用双官能羟基/ thiol-functionalized第四代polyamidoamine聚合物封装AuNPs报道了Frasconi等。结果AuNPs dendrimer-modified表面是一个很好的支持胰岛素固定。免疫传感器基于间接竞争免疫分析原理显示,高灵敏度,特异性和稳定性检测人血清中胰岛素的检出限为0.5点(36]。

另一个选择是AuNPs的截留分子印迹聚合物(MIPs)。的SPR传感器芯片检测多巴胺分子印迹聚合物与使用嵌入式AuNPs,固定化decanethiol-modified盟芯片,被松井et al .传感原理是基于肿胀印迹聚合物凝胶聚合物凝胶中的分析物引发的绑定,从而增加之间的距离AuNPs嵌入在影片中导致SPR信号的变化。分析物绑定过程和随之而来的肿胀都是可逆过程从而使重复使用了传感器芯片的37]。

更好的结果和基于共轭与抗体或寡核苷酸适配子在“三明治化验”格式,报告在以下文件。

蔡等人意识到一种超灵敏的SPR亲和力设备基于共轭AuNPs和PSA检测的多克隆抗体。单克隆抗体是高度定向到表面由于第一层rProtein G表面上沉积作用形成的自组装单层。高度面向抗体固定在表面和共轭AuNPs-antibody允许的PSA检测femtomolar范围(检测极限300 fM),有一个很好的线性范围,从而增加1000倍PSA检测的敏感性比以前作品(39]。

三明治结构的另一个例子是AuNPs修改SPR生物传感器的检测人类心脏肌红蛋白(cMb)基于反向三明治测定血清中,被Gnedenko和同事。第一个单克隆anti-cMB抗体共价固定化在传感器表面然后AuNPs共价固定化第二单克隆anti-cMB抗体。招商银行的检测极限在人类血清样本被发现与一个低至10点intra-assay变异系数小于3% (40]。

Špringer和Homola发达一个亲和力SPR生物传感器检测到低水平的癌胚抗原(CEA)在人类血浆基于新的AuNPs biofunctionalization。AuNPs功能化与链霉亲和素,提供高亲和力的生物素化的二次抗体,或与牛血清白蛋白,以减少非特异性吸附的蛋白质在分析复杂样品的血浆。这种方法的基本概念是三明治分析格式使用初级抗体固定表面上,与不同浓度抗原CEA和生物素化的二次抗体与bio-AuNPs绑定。这种方法使得CEA的检测浓度0.1 ng毫升⁻¹可能,远低于正常生理水平(41]。

在连续工作,Špringer和同事也研究了AuNPs对响应的影响的SPR传感器的检测carcinoembriogenic抗原(CEA)。AuNPs是携带neutravidin三明治分析格式(N-AuNPs)为了提高传感器响应生物素化的二次抗体CEA。作者表明,传感器响应增强是由两个因素决定的,既取决于大小的AuNPs:传感器灵敏度N-AuNPs表面密度和N-AuNPs绑定功能化传感器表面的能力(35]。

在其他情况下,“三明治分析格式”可以实现与寡核苷酸适配子,通过构建基于人工单链DNA或RNA序列有极高的亲和力和特异性为特定目标。相比传统的抗体,寡核苷酸适配子具有独特的特性,如低免疫原性,易于化学改性和高结构稳定性和灵活性。因此MNPs-based SPR aptasensors结合三明治化验代表另外一个策略来检测蛋白质增强灵敏度和选择性。

三明治格式与适体/凝血酶/ aptamer-AuNPs系统subnanomolar的SPR传感器检测凝血酶被白et al .传感器机制是基于对凝血酶同时绑定到不同的寡核苷酸适配子在两个exosites。一个thiol-modified凝血酶适体固定在AuNPs通过Au-S键。其他生物素化的凝血酶适体被嫁接到链霉亲和素预处理SPR黄金电影通过biotin-streptavidin认可。凝血酶能够创建一个双适体夹层结构SPR黄金表面可以很大提高SPR的信号。凝血酶中检测出-75 - 0.1 nM范围检测极限为0.1 nM, 5倍低于获得直接检测的格式没有AuNPs [43]。

张成泽和同事开发了一种新方法的超灵敏检测脑利钠肽(BNP)、短肽公认的心脏生物标志物,基于DNA aptamer-biomarker-antibody“三明治试验”。这种方法实现了由表面化学绑定DNA适体的自组装,紧随其后的是亲和力识别生物标志物,法国巴黎和抗体。抗体标记了黄金nanocubes (AuNCs)为了提高SPR信号通过增加质量固定到表面上。AuNCs标签和特定的三明治的结合分析格式允许达到检测极限attomolar范围,避免蛋白质的非特异性吸附44]。

也可以使用金纳米棒的“三明治”分析格式在femtomolar检测浓度范围。修改法律等人提出了一个黄金传感器芯片与3-mercaptopropionic酸(MPA)自组装单层,允许固定单克隆抗体的检测肿瘤坏死因子-α(TNF -α)抗原。之间的免疫反应的抗原,肿瘤坏死因子-α和二级抗体bioconjugated金纳米棒是一种超灵敏的方法增加灵敏度。肿瘤坏死因子-的检出限α抗原是0.5 ng毫升⁻¹,远远低于这种抗原的生理价值(42]。其他策略来达到检测极限subattomolar范围涉及双纳米粒子的使用。门敏等人使用两个不同的AuNPs形状,纳米棒(NRs)和quasi-spherical纳米颗粒(qsNPs)实现凝血酶的亲和力SPR生物传感器(刺)检测。进行了修改,使用混合自组装单层抗凝血酶的共价结合。抗原的亲和力识别后,与一双DNA polyadenine尾发生修改。以下步骤与互补匹配polythymine适配子与qsNPs (pT)之前修改,紧随其后的是双重互动与另一个polyadenine适体,修改与关系,为双SPR信号增强。传感器芯片可以检测凝血酶浓度低至0.1点,用10倍敏感性增强与一个简单的NPs修改(45]。

滚动循环放大(RCA)是一种先进的分子放大技术,最近用于放大SPR的信号。他等人发现人类凝血酶利用SPR和石英晶体微量天平(药物)传感平台结合aptamer-based滚动循环放大和bio-bar-coded AuNPs增强。凝血酶被发现在下午1点- 0.1一个优秀的检出限为0.78。没有放大的凝血酶的检测极限是0.1 nM,因此显示4数量级提高RCA的存在(46]。

磁性纳米颗粒(基于)可以作为标签。他们已经收到越来越多的关注,因为他们的高折射率和高分子量,允许他们成功地用作放大代理SPR若设计。王等人证明的抗凝血酶aptamer-Fe₃O₄基于配合大大提高了SPR传感器的灵敏度的检测凝血酶。凝血酶被固定抗凝血酶适配子SPR黄金电影非常低的检出限为0.017 nM,从而确认,基于强大的三明治元素和一个优秀的放大SPR-based三明治化验试剂。获得的检测极限低于获得的三明治与AuNPS化验,但高于使用滚动循环放大(47]。

梁等人使用了核壳菲₃O₄非盟磁性纳米颗粒(基于)放大方法检测人类α胎蛋白(α场效应晶体管)。黄金传感器芯片与一个电影由3-mercapto-1-propanesulfonate修改/ chitosan-ferrocene / AuNPs,其次是初级抗体共价结合和牛血清白蛋白(BSA),以避免蛋白质的非特异性吸附。先后,有亲和力识别目标和二级抗体bioconjugated核壳菲₃O₄-AuNPs。的校准曲线α胎蛋白得到的范围1 - 200 ng毫升⁻¹ng, LOD 0.65毫升⁻¹(48]。

最近,超顺磁的nanobeads用于SPR信号放大。Soelberg和他的同事开发了一种方法,快速净化,浓度,检测葡萄球菌肠毒素B (SEB)使用antibody-coated超顺磁的nanobeads。的灵敏度与检出限10倍增强100 pg毫升⁻¹。提供的“三明治分析”方法是单克隆抗体固定在表面和二级抗体bioconjugated biotin-streptavidin抗体之间的交互和磁珠49]。

SPR信号放大的另一个方法涉及酶沉淀,被曹和Sim:作者描述一个方法基于AuNPs-enzyme共轭的合成的放大SPR-based检测anti-glutamic酸脱羧酶抗体(anti-GAD),一个自身抗体在胰岛素依赖型糖尿病患者的血清。AuNPs是共价结合与辣根过氧化物酶(合)和anti-IgG抗体形成一个enzyme-immunogold复杂。AuNPs和酶沉淀的策略用于信号增强。Anti-GAD Ab检测浓度低至0.03 ng毫升⁻¹(69年]。

生物传感器的主要特征综述本部分总结在表3。

2.2。本地化SPR

最主要的一个重要挑战LSPR表演增强灵敏度和选择性的提高在复杂的媒体分析。至于散装SPR, LSPR-based abb灵敏度提高利用三明治分析配置,通过bioconjugation biotransducer抗体或寡核苷酸适配子。

Mayer和同事报告基于金纳米棒的LSPR生物传感器的发展。奈米棒的表面功能化自组装单层和绑定到抗体用碳化二亚胺交联。二次抗体的相互作用进行了研究通过监测LSPR信号的转变导致非特异性的绑定二级抗体。这些发现证明了nanorod-based LSPR传感器能够执行动态交互的实时监控散装SPR以同样的方式,但在更简单的仪器要求(28]。

哈等人意识到一个LSPR生物传感器测定生物标志物的阿尔茨海默病通过测量之间的交互amyloid-derived扩散性的配体(ADDL)和anti-ADDL抗体,参与阿尔茨海默氏症。阿尔茨海默病(AD)是一种进步的精神障碍疾病广泛扩散;从一个特定的治疗目前不可用,广告是一个关键的早期诊断现有的药物治疗。基于一个三明治分析格式提出生物传感器显示定量绑定信息对抗原和二次抗体检测允许的决心ADDL浓度更高的疾病患者与对照组患者相比(50]。

公园等人意识到一个LSPR生物传感器使用multispot gold-capped二氧化硅纳米颗粒阵列芯片检测禽流感病毒(A),病毒性传染病。金属结合多肽(英镑)融合蛋白绑定到黄金基质通过特定的相互作用使固定蛋白质的生物活性形式在金表面适合免疫传感器的应用。在这个过程中,成功制备了一种超灵敏检测禽流感病毒1 pg毫升⁻¹(51]。

提出了一个高度敏感的LSPR免疫传感器检测的hiv - 1病毒的基础上实现的圆形黄金nanodots nanopattern镀层在氧化铟锡镀膜玻璃衬底(52]。结果修改表面然后携带hiv - 1抗体片断允许各种浓度的hiv - 1的测量粒子的检测极限fg 200毫升⁻¹10倍高于先前报道,基于LSPR病毒检测方法。这种方法可能是有用的发展biodevices分析几种病毒的检测。

陈等人意识到一个简单的和负担得起的LSPR-based装置的高度敏感的检测细胞外依从性蛋白质(EAP)的外表面上发现的细菌金黄色葡萄球菌(金黄色葡萄球菌)和前列腺特异性抗原(PSA)。EAP, 60 kDa的蛋白质分泌金黄色葡萄球菌有亲和力,对真核细胞和表面金黄色葡萄球菌本身。更改传感器芯片表面自组装结构的固定EAP的特定抗体和PSA检测,anti-EAP和anti-PSA单克隆anti-Kallikrein 3 (anti-Klk3)。这个设备显示灵敏度高,8海里的LOD EAP和PSA的下午1点。这些实验可以被认为是作为一个概念证明发展的高性能若平台现场即时诊断应用程序(53]。

赵和同事开发了一个LSPR生物传感器的检测血清鳞状细胞癌抗原(SCCa),一个著名的肿瘤生物标志物对宫颈癌疾病的早期诊断很重要,这是女性最常见的癌症之一。的LSPR biodevice是基于使用三角形的银纳米颗粒阵列通过nanosphere光刻方法,与单克隆抗体anti-SCCa固定化到由此产生的表面。几个SCCa浓度测定在缓冲和人血清的线性检测范围0.1 - -1.000点LOD为0.125点。这个设备可能是有用的作为一个潜在的替代传统技术中常用的诊断宫颈癌疾病(54]。

Aćimović等人开发了一个应用程序的并行LSPR biodevice与提高分析性能(高通量、快速、实时监控)两个著名的癌症标记的分析:人类alpha-feto-protein(法新社)和PSA。系统设备使同时,实时分析32传感点分布在8个独立的微流体通道。每个点获得的金纳米棒的沉积在玻璃衬底。每个数组之间的隔离是通过一个polydimethoxysilane (PDMS)微流控接口由微机械阀门控制。癌症标记物的检测可以在执行双重配置:(a)直接格式;(b)三明治格式通过使用二级抗体。这个系统允许两个癌症标记的检测到500 pg / mL的真正的血清浓度矩阵(55]。

元等人进行了一项研究,开发一种新型LSPR生物传感器用于检测人类附睾分泌蛋白4 (HE4)生物标志物在血液样本为卵巢癌的早期诊断。表面上的银纳米粒子,通过nanosphere光刻方法,是anti-HE4固定化抗体通过使用一种胺耦合方法。设备的性能允许快速、准确、重现分析线性范围从10点到10000点和下午4点(LOD56]。

赖昌星等人意识到几乎类似的方法基于相同的Ag纳米粒子改性微蛋白尿的检测传感器表面的尿液样本。筛选微蛋白尿可以识别高危患者的心血管事件与妊娠高血压和糖尿病。一个胺耦合过程采用反白蛋白抗体固定在传感器表面。显示的生物传感器分析时间短(约40分钟),检出限1 ng / mL,和1 ng / mL的宽动态范围1μ克/毫升(57]。

段和同事开发了一个基于LSPR nanobiosensor检测p53突变。p53是一个关键的肿瘤抑制,扮演着重要的角色在诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡DNA损伤的结果。p53基因突变,尤其是发生在L2和L3锌绑定域名,与放疗和化疗耐药性密切相关。检测p53突变是极端重要的加速肿瘤患者的诊断。识别目标序列的DNA探针的设计和固定在芯片表面共价耦合方法使用氨基配体。从基因组DNA合成寡核苷酸或PCA产品放大来自血液样本和杂化固定化调查。传感器的探测范围是10 nM的动态范围从10 nM 10μm .传感器能够测量信号的差异区分野生型和不匹配的p53 DNA,证明能够有效区分与单基地突变。这种生物传感器的结果表明,它可以代表一个有吸引力的替代临床检测基因突变的58]。

顾等人提出了一个自动的,健壮的,高通量方法研究单电浆共振散射光的纳米粒子在细胞内的暗场图像分析中,从而证明该方法允许获得详细和可靠的信息监测NADH的分布在癌细胞和估计癌症药物的效率(59]。

生物传感器的主要特征综述本部分总结在表4。

2.3。SPR成像

一个重要战略提高反向化学遗传学是观察每一个可能的小分子微阵列技术的发展small-molecule-protein交互。在最后几年几个程序开发,以避免非特异性吸附的蛋白质和小分子的结构吸附不是因为化学绑定(70年- - - - - -73年]。观察小分子和蛋白质之间的相互作用,后者是用荧光标记分子,但有时有不兼容减少蛋白质功能(74年]。替代过程检测的交互和确定动力学,热力学和关联参数没有标签的表面等离子体共振成像(撒)75年- - - - - -77年]。

撒被用来描述薄有机和生物聚合物薄膜在金属界面空间解决模式。这种方法使测量标记生物分子之间的相互作用和表面束缚物种在一个数组的格式。因此,SPR成像不仅被认为是适合对DNA和蛋白质微阵列,也对小分子微阵列(78年- - - - - -81年]。事实上,各种小分子上引入了SPR生物传感器分析这些分子和蛋白质之间的相互作用;然而,固定协议必须优化相应的小分子(82年- - - - - -84年]。

在本节中,提出了很多的方法基于纳米粒子与特别注意表面改性及纳米功能。事实上,他们的工作不仅作为贴标签机,而且作为一个简单的放大器,因为与隐失波上表面(85年- - - - - -87年]。下面的例子我们比较关注敏感性,修改,和类的生物标志物。主要基于SPR生物传感器成像可分为两组即使主要部分是由DNA / RNA适配子关联平台,报道在表5。

Sendroiu等人开发了一个DNA multidetection阵列基于SPR成像探测和识别的核酸。金表面改性利用amine-modified ssDNA元素以创建四个发电机元素,在ssDNA互补序列的转录的RNA部分互补序列;周围有八个探测器,ssDNA,修改与13纳米金纳米粒子以提高SPR反应,部分互补ssRNA成绩单。表面上有两个正面和两个负面控制验证可能的非特异性吸附的蛋白质。总之,这个修改允许检测浓度范围从1的RNA转录调频10点(60]。

新的multidetection方法检测短RNA通过酶和改性二氧化硅纳米颗粒(SiNPs)放大提高SPR成像信号实现从周和他的同事。SiNPs是携带5′磷酸化单链DNA (ssDNA)加上T4 RNA连接酶捕获不同单链RNA (ssRNA)从目标的解决方案。这个过程通过使用修改SiNPs提供了几个优势:(i)更大的表面积博览会包含ssRNA目标解决方案;(2)增加ssRNA扩散速度由于修改SiNPs;(3)利用SiNPs SPR成像信号增强。初步的测量表明,该检测方法可用于研究多个ssRNA序列浓度低至100 fM 500年μL (61年]。

方等人开发了一种新方法的microrna检测通过使用一个锁核酸(放大器)改性表面监测浓度降低到10点与SPR成像(62年]。在第一步,放大器之间的互补互动和microrna的3′-哦末端一次性绑定pA-polymerase polyadenine尾巴。先后,识别与polythymine反面与金纳米粒子改性以增强SPR成像信号允许低microrna的浓度进行了检测。microrna的多路检测DNA微阵列是一种microrna测定生物样品中特别吸引人的方法。

使用这种技术,玉米的研究小组已经能够同时检测三个不同的microrna在总RNA样本从小鼠肝脏中提取。四分量微阵列构造了包含三个放大器探测miR-16结合,mir - 122 b和miR-23b microrna的序列,与DNA探针作为消极的控制。不同microrna的物种的浓度的解决方案已经从校准曲线计算撒响应信号获得使用合成类似物的目标序列,和microrna的总RNA样本估计20调频,50调频,到下午2点miR-16, miR-23b,分别和mir - 122 b。这个放大撒方法的检出限5 attomoles被发现,至少50倍比fluorescent-based微阵列检测方法更敏感。

SPR成像的各种酶生物传感可以扩展的操纵DNA微阵列的元素,和检测的灵敏度可以通过使用增强寡核苷酸固定到金纳米粒子表面。吉福德等人开发了一种新方法,template-directed聚合酶的表面扩展数组元素和nanoparticle-enhanced检测反应产物是耦合的。这种技术可以让聚合酶的检测浓度的线性浓度范围10 - 100 attomoles通过DNA的目标。这个敏感性会允许特定DNA的检测目标出现在少量样本和部分未知序列。该方法的一个应用程序是确定重组DNA序列异常的存在,比如那些脆弱的网站发现的染色体(63年]。

基于nanoparticle-enhanced敏感方法表面等离子体共振成像来检测单核苷酸多态性(snp)基因组DNA是从李和他的同事意识到的。Sequence-specific表面反应的酶TaqDNA连接酶被用来研究snp,结扎产品DNA微阵列元素的存在被发现使用撒通过互补的寡核苷酸杂交吸附金纳米粒子标记。下午1点的浓度已成功确认由于金纳米粒子放大,允许提高撒敏感性[14,15]。

这种敏感性是不足以应付执行多路复用SNP基因分型采用多重PCR扩增子,也应该允许的直接探测和识别SNP序列从下午1点unamplified基因组DNA样本的基于阵列和label-free撒方法。第一个例子的SNP基因分型,三个不同的人类基因组DNA样本筛选可能的点突变BRCA1基因与乳腺癌有关。

最近佐藤等人报道,金纳米粒子的表面(国民生产总值)完全匹配的工器选择性地沉积到墙壁的聚(dimethylsiloxane) (PDMS)巩膜在高盐浓度。在这项研究中,表面等离子体共振(SPR)成像技术被用来研究的这种现象提高检测灵敏度和说明的现象。芯片是实现了结合surface-patterned PDMS板和一个黄金薄film-deposited玻璃衬底。寡核苷酸探针oligonucleotide-modified国民生产总值是杂化目标完全匹配或single-base-mismatched复式公寓。国民生产总值的杂化的解决方案是与生理盐水溶液混合在一个y形微通道(64年]。

SPR成像允许控制国民生产总值沉积还歧视的目标检测极限的32 nM (19 fmol)没有温度控制在5分钟。因此,结合便携式SPR装置,该方法是有前途的快速检测单核苷酸多态性(88年,89年]。

今天一个适当的DNA检测技术是基于标记探针的组合和目标序列扩增聚合酶链反应PCR。消除PCR和标签是焦点为了开发新的生物传感器对早期,适当的和低成本的分析(65年]。在这工作D 'Agata等人描述的结果nonamplified基因组DNA的超灵敏检测。认证资料含有不同数量的转基因DNA通过使用检测方法相结合的nanoparticle-enhanced表面等离子体共振成像(撒)若肽核酸(PNAs)改善针对互补DNA序列的选择性和灵敏度。该方法允许获得41 zM评选敏感性在针对基因组DNA甚至在大量过剩noncomplementary DNA的存在。

姚等人报道的发展寡核苷酸(ODN)涂层金纳米粒子(Au-NPs)放大的三明治化验ODN流动注射或多核苷酸的表面等离子体共振(SPR)成像。更改磁盘表面传播一个羧酸盐右旋糖酐电影ODN的非特异性的吸附涂层Au-NPs降到最低。寡核苷酸的协同作用增强的加载和AuNPs电浆效应导致了信号放大测量bicell探测器对SPR的DNA LOD 2.1×10⁻²⁰摩尔。这种生物传感器显示高重现性和特异性,也可以采用p53 cDNA(细胞肿瘤抗原)分析66年]。

木材和她的同事(67年]报道的单步聚合polydopamine (PDA)电影黄金薄膜衬底上,然后使用它发展的敏感检测DNA微阵列的生物分子与nanoenhanced表面等离子体共振(SPR)成像。PDA的多层厚度,从1到5 nm,通过扫描角SPR和AFM表征技术,以及纳米PDA多层厚度被选为最佳的SPR成像测量。DNA微阵列是通过耦合amine-functionalized单链DNA (ssDNA)寡核苷酸PDA-modified黄金薄膜微阵列元素。然后他们被测量的DNA杂交吸附和protein-DNA绑定(90年- - - - - -92年]。PDA多层显示良好的抗生物分子的非特异性结合。获得的结果表明可能使用这些ssDNA微阵列检测的microrna。

一个亲和免疫反应三明治用CCD探测器捕获SPR图像可见波长实现从保罗和他的同事。表面改性开始11-mercaptoundecanoic酸自组装的为了固定主anti-immunoglobulin g .先后BSA注入了避免蛋白质的非特异性吸附到表面。下一步是免疫反应的抗原,免疫球蛋白G(免疫球蛋白),二级抗体标记与银纳米粒子提高SPR的信号。

设备允许调查免疫球蛋白浓度线性范围为6.66 -660海里,确保较低的检出限2 nM的electroaddressing二级抗体,和较低的检出限1海里的其他低分子量蛋白质的存在68年]。

生物传感器的主要特征综述本部分总结在表5。

3所示。结论

最近的就业发展纳米结构在SPR可以大大提高分析性能在体外诊断。特别是,大部分SPR设备把伟大的优势从这些材料的使用让降低检测极限ng / mL,有时浓度水平的分数低于0.5点。这可能是由于不同的方法如粒子的封装在树枝状分子和三明治的发展分析格式,在某些情况下启用femtomolar检测低浓度的范围。另一方面,subattomolar检测极限的范围可以达到不同的策略基于双纳米粒子的使用。

本地化SPR-based方法可以用于监控实时动态交互散装SPR以类似的方式,但更简单的仪器;简单和成本有效LSPR-based设备被证明是用于检测细胞外蛋白质在attomolar水平。

最后,SPR成像方法已经被证明代表另一种程序来分析交互作用的DNA,蛋白质微阵列,或小分子微阵列和确定动力学,热力学和关联参数没有标签。放大撒方法完成检测极限低attomolar水平,至少50倍比fluorescent-based微阵列检测方法更敏感。

SPR技术的前景作为类会在两个方向:(i)小型化为了获得便携式和可靠的设备原位分析;(2)增强的性能通过使用纳米技术修改。

类的未来趋势,现阶段的就业(POC)设备将获得越来越感兴趣由于其高精度的特点和非侵入性装置也适用于持续的监控。特别是POC测试将成为传染病的诊断的一个很好的选择在发展中国家,主要是在这些疾病流行,由于容易运输的可能性,安装,也是非受过训练的人员使用。同时,要克服的问题简单的设备成本和提高性能,可以预计,配置基于廉价底物和现成的阅读器设备如平板电脑或手机在不久的将来将大幅增长。

事实上,而不是专注于提高性能的转导系统,实际的趋势是更多的投入对解决非特异性反应或同时考虑反应亲和力的局限性。在这方面,一个重要的趋势是寡核苷酸适配子的就业,而不是特定的抗体结合的蛋白质。即使这项技术取得了迄今为止,只有一小部分的成功,它将获得更多的关注,因为它需要使用综合生成的试剂代替生物获得的高度复杂的生物分子,因此常变量。

在我们看来,协同效应领域的光学、纳米技术、微流体、生物技术和表面化学的发展将导致提高SPR亲和力biodevices能够被用作替代传统方法通常用于在体外诊断。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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