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Resonancia de plasmón de superficie multiparamétrica.

La resonancia de plasmón de superficie multiparamétrica ( MP-SPR ) se basa en la resonancia de plasmón de superficie (SPR), un método establecido sin etiquetas en tiempo real para el análisis de interacciones biomoleculares, pero utiliza una configuración óptica diferente, una configuración de SPR goniométrica. Mientras que MP-SPR proporciona la misma información cinética que SPR ( constante de equilibrio , constante de disociación , constante de asociación ), también proporciona información estructural ( índice de refracción , espesor de capa). Por lo tanto, MP-SPR mide tanto las interacciones superficiales como las propiedades de las nanocapas. [1]

Historia

El método goniométrico SPR fue investigado junto con las configuraciones Otto y SPR de haz enfocado en el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia desde la década de 1980 por el Dr. Janusz Sadowski. [2] Biofons Oy comercializó la óptica goniométrica SPR para su uso en aplicaciones de punto de atención. En 2011 se realizaron la introducción de longitudes de onda láser de medición adicionales y los primeros análisis de películas delgadas, dando paso al método MP-SPR.

Principio

La configuración óptica MP-SPR mide en múltiples longitudes de onda simultáneamente (de manera similar al SPR espectroscópico), pero en lugar de medir en un ángulo fijo, escanea en una amplia gama de ángulos θ (por ejemplo, 40 grados). Esto da como resultado mediciones de curvas SPR completas en múltiples longitudes de onda, lo que proporciona información adicional sobre la estructura y la conformación dinámica de la película. [3]

Valores medidos

Las curvas SPR completas medidas (eje x: ángulo, eje y: intensidad de la luz reflejada) se pueden transcribir en sensogramas (eje x: tiempo, eje y: parámetro seleccionado como pico mínimo, intensidad de luz, ancho de pico). [4] Los sensogramas se pueden ajustar utilizando modelos de unión para obtener parámetros cinéticos, incluidas las tasas de activación y desactivación y la afinidad. Las curvas SPR completas se utilizan para ajustar las ecuaciones de Fresnel para obtener el espesor y el índice de refracción de las capas. También debido a la capacidad de escanear toda la curva SPR, MP-SPR puede separar el efecto de masa y la unión del analito entre sí utilizando los parámetros de la curva.

Mientras que QCM-D mide la masa húmeda, MP-SPR y otros métodos ópticos miden la masa seca, lo que permite analizar el contenido de agua de las películas de nanocelulosa .

Aplicaciones

El método se ha utilizado en ciencias biológicas, ciencias de materiales y desarrollo de biosensores. En las ciencias de la vida, las principales aplicaciones se centran en el desarrollo farmacéutico, incluidas las interacciones de moléculas pequeñas, anticuerpos o nanopartículas con una biomembrana [ 5 ] o con una monocapa de células vivas. [4] Como el primero en el mundo, MP-SPR es capaz de separar la absorción de fármacos transcelulares y paracelulares [4] en tiempo real y sin etiquetas para la administración de fármacos dirigida . En el desarrollo de biosensores , MP-SPR se utiliza para el desarrollo de ensayos para aplicaciones en el punto de atención. [3] [6] [7] [8] Los biosensores desarrollados típicos incluyen biosensores impresos electroquímicos , ELISA y SERS . En ciencias de los materiales , MP-SPR se utiliza para la optimización de películas sólidas delgadas desde Ångströms hasta 100 nanómetros (grafeno, metales, óxidos), [9] materiales blandos hasta micras (nanocelulosa, polielectrolito ), incluidas nanopartículas. Aplicaciones que incluyen células solares de película delgada , recubrimientos de barrera que incluyen recubrimientos antirreflectantes , superficies antimicrobianas , vidrio autolimpiante , metamateriales plasmónicos , superficies de conmutación eléctrica , ensamblaje capa por capa y grafeno . [10] [11] [12] [13]

Referencias

  1. ^ Korhonen, Kristiina; Granqvist, Niko; Ketolainen, Jarkko; Laitinen, Riikka (octubre de 2015). "Seguimiento de la cinética de liberación de fármacos a partir de películas finas de polímero mediante resonancia de plasmón superficial multiparamétrica". Revista Internacional de Farmacéutica . 494 (1): 531–536. doi :10.1016/j.ijpharm.2015.08.071. PMID  26319634.
  2. ^ Sadowski, JW; Korhonen, I.; Peltonen, J. (1995). "Caracterización de películas delgadas y sus estructuras en mediciones de resonancia de plasmones superficiales". Ingeniería Óptica . 34 (9): 2581–2586. Código Bib : 1995OptEn..34.2581S. doi :10.1117/12.208083.
  3. ^ ab Wang, Huangxian Ju, Xueji Zhang, Joseph (2011). NanoBiosensing: principios, desarrollo y aplicación . Nueva York: Springer. pag. capítulo 4. ISBN 978-1-4419-9621-3.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ^ a b c Viitala, Tapani; Granqvist, Niko; Hallila, Susanna; Raviña, Manuela; Yliperttula, Marjo; van Raaij, Mark J. (27 August 2013). "Elucidating the Signal Responses of Multi-Parametric Surface Plasmon Resonance Living Cell Sensing: A Comparison between Optical Modeling and Drug–MDCKII Cell Interaction Measurements". PLOS ONE. 8 (8): e72192. Bibcode:2013PLoSO...872192V. doi:10.1371/journal.pone.0072192. PMC 3754984. PMID 24015218.
  5. ^ Garcia-Linares, Sara; Palacios-Ortega, Juan; Yasuda, Tomokazu; Åstrand, Mia; Gavilanes, Jose G.; Martinez-del-Pozo, Alvaro; Slotte, J.Peter (2016). "Toxin-induced pore formation is hindered by intermolecular hydrogen bonding in sphingomyelin bilayers". Biomembranes. 1858 (6): 1189–1195. doi: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.; Kubota, Lauro T. (August 2015). "SPR analysis of the interaction between a recombinant protein of unknown function in Leishmania infantum immobilised on dendrimers and antibodies of the visceral leishmaniasis: A potential use in immunodiagnosis". Biosensors and Bioelectronics. 70: 275–281. doi:10.1016/j.bios.2015.03.034. PMID 25829285.
  7. ^ Sonny, Susanna; Virtanen, Vesa; Sesay, Adama M. (2010). "Development of diagnostic SPR based biosensor for the detection of pharmaceutical compounds in saliva". SPIE Laser Applications in Life Sciences. 7376 (5): 737605. Bibcode:2010SPIE.7376E..05S. doi:10.1117/12.871116. S2CID 95200834.
  8. ^ Ihalainen, Petri; Majumdar, Himadri; Viitala, Tapani; Törngren, Björn; Närjeoja, Tuomas; Määttänen, Anni; Sarfraz, Jawad; Härmä, Harri; Yliperttula, Marjo; Österbacka, Ronald; Peltonen, Jouko (27 December 2012). "Application of Paper-Supported Printed Gold Electrodes for Impedimetric Immunosensor Development". Biosensors. 3 (1): 1–17. doi:10.3390/bios3010001. PMC 4263588. PMID 25587396.
  9. ^ Taberna, S.; Carón, B.; Getin, S.; Lartigue, O.; López, C.; Meunier-Della-Gatta, S.; Garganta, V.; Reymermier, M.; Racine, B.; Maindrón, T.; Quesnel, E. (12 de enero de 2018). "Enfoque de resonancia de plasmón de superficie multiespectral para la caracterización de capas de plata ultrafinas: aplicación al cátodo OLED de emisión superior". Revista de Física Aplicada . 123 (2): 023108. Código bibliográfico : 2018JAP...123b3108T. doi : 10.1063/1.5003869. ISSN  0021-8979.
  10. ^ Jussila, Enrique; Yang, él; Granqvist, Niko; Sun, Zhipei (5 de febrero de 2016). "Resonancia de plasmón superficial para la caracterización de películas de grafeno de capa atómica de gran superficie". Óptica . 3 (2): 151. Bibcode : 2016 Óptica... 3.. 151J. doi : 10.1364/OPTICA.3.000151 .
  11. ^ Emilsson, Gustav; Schoch, Rafael L.; Feuz, Laurent; Höök, Fredrik; Lim, Roderick YH; Dahlin, Andreas B. (15 de abril de 2015). "Cepillos de poli (etilenglicol) resistentes a proteínas fuertemente estiradas preparados mediante injerto". Interfaces y materiales aplicados de ACS . 7 (14): 7505–7515. doi : 10.1021/acsami.5b01590 . PMID  25812004.
  12. ^ Vuoriluoto, Maija; Orelma, Hannes; Johansson, Leena-Sisko; Zhu, Baolei; Poutanen, Mikko; Walther, Andrés; Laine, Janne; Rojas, Orlando J. (10 de diciembre de 2015). "Efecto de la arquitectura molecular de copolímeros de bloque y aleatorios PDMAEMA-POEGMA sobre su adsorción en nanocelulosas aniónicas y regeneradas y evidencia de expulsión de agua interfacial". La Revista de Química Física B. 119 (49): 15275–15286. doi : 10.1021/acs.jpcb.5b07628. PMID  26560798.
  13. ^ Granqvist, Niko; Liang, Huamin; Laurila, Terhi; Sadowski, Janusz; Yliperttula, Marjo; Viitala, Tapani (9 de julio de 2013). "Caracterización de capas orgánicas ultrafinas y gruesas mediante análisis de modo de guía de onda y tres longitudes de onda de resonancia de plasmón superficial". Langmuir . 29 (27): 8561–8571. doi :10.1021/la401084w. PMID  23758623.