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Resonancia plasmónica de superficie multiparamétrica

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

Historia

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

Principio

La configuración óptica MP-SPR mide en múltiples longitudes de onda simultáneamente (de manera similar a la SPR espectroscópica), pero en lugar de medir en un ángulo fijo, escanea en un amplio rango de ángulos θ (por ejemplo, 40 grados). Esto da como resultado mediciones de curvas SPR completas en múltiples longitudes de onda que brindan 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 luz reflejada) se pueden transcribir en sensogramas (eje x: tiempo, eje y: parámetro seleccionado como mínimo de pico, intensidad de luz, ancho de pico). [4] Los sensogramas se pueden ajustar utilizando modelos de unión para obtener parámetros cinéticos que incluyen tasas de encendido y apagado y afinidad. Las curvas SPR completas se utilizan para ajustar ecuaciones de Fresnel para obtener el espesor y el índice de refracción de las capas. Además, 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 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 el análisis del contenido de agua de las películas de nanocelulosa .

Aplicaciones

El método se ha utilizado en ciencias de la vida, ciencias de los materiales y desarrollo de biosensores. En ciencias de la vida, las principales aplicaciones se centran en el desarrollo farmacéutico , incluidas las interacciones de moléculas pequeñas , anticuerpos o nanopartículas con el objetivo con una biomembrana [5] o con una monocapa de células vivas. [4] Como primero en el mundo, MP-SPR puede separar la captación de fármacos transcelular y paracelular [4] en tiempo real y sin etiquetas para la administración dirigida de fármacos . 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 de Ångströms a 100 nanómetros (grafeno, metales, óxidos), [9] materiales blandos de hasta micrones (nanocelulosa, polielectrolito ) incluidas las 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 plasmón superficial". Ingeniería óptica . 34 (9): 2581–2586. Bibcode :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. pág. capítulo 4. ISBN 978-1-4419-9621-3.{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ^ abc Viitala, Tapani; Granqvist, Niko; Hallila, Susanna; Raviña, Manuela; Yliperttula, Marjo; van Raaij, Mark J. (27 de agosto de 2013). "Elucidación de las respuestas de señal de la detección de células vivas por resonancia de plasmón de superficie multiparamétrica: una comparación entre el modelado óptico y las mediciones de interacción fármaco-célula MDCKII". 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). "La formación de poros inducida por toxinas se ve obstaculizada por los enlaces de hidrógeno intermoleculares en las bicapas de esfingomielina". Biomembranas . 1858 (6): 1189–1195. doi : 10.1016/j.bbamem.2016.03.013 . PMID  26975250.
  6. ^ Souto, Dênio EP; Fonseca, Aliani M.; Barragan, José TC; Luz, Rita de CS; Andrade, Hélida M.; Damos, Flávio S.; Kubota, Lauro T. (agosto de 2015). "Análisis SPR de la interacción entre una proteína recombinante de función desconocida en Leishmania infantum inmovilizada en dendrímeros y anticuerpos de la leishmaniasis visceral: un uso potencial en inmunodiagnóstico". Biosensores y bioelectrónica . 70 : 275–281. doi :10.1016/j.bios.2015.03.034. PMID  25829285.
  7. ^ Sonny, Susanna; Virtanen, Vesa; Sesay, Adama M. (2010). "Desarrollo de un biosensor de diagnóstico basado en SPR para la detección de compuestos farmacéuticos en saliva". Aplicaciones láser SPIE en ciencias de la vida . 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 de diciembre de 2012). "Aplicación de electrodos de oro impresos sobre papel para el desarrollo de inmunosensores impedimétricos". Biosensores . 3 (1): 1–17. doi : 10.3390/bios3010001 . PMC 4263588 . PMID  25587396. 
  9. ^ Taverne, S.; Caron, B.; Gétin, S.; Lartigue, O.; Lopez, C.; Meunier-Della-Gatta, S.; Gorge, V.; Reymermier, M.; Racine, B.; Maindron, T.; Quesnel, E. (12 de enero de 2018). "Enfoque de resonancia plasmónica de superficie multiespectral para la caracterización de capas de plata ultrafinas: aplicación al cátodo OLED de emisión superior". Journal of Applied Physics . 123 (2): 023108. Bibcode :2018JAP...123b3108T. doi :10.1063/1.5003869. ISSN  0021-8979.
  10. ^ Jussila, Henri; Yang, He; Granqvist, Niko; Sun, Zhipei (5 de febrero de 2016). "Resonancia de plasmón superficial para la caracterización de una película de grafeno de capa atómica de área grande". Optica . 3 (2): 151. Bibcode :2016Optic...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 polietilenglicol resistentes a proteínas fuertemente estirados preparados mediante injerto". ACS Applied Materials & Interfaces . 7 (14): 7505–7515. doi : 10.1021/acsami.5b01590 . PMID  25812004.
  12. ^ Vuoriluoto, Maija; Orelma, Hannes; Johansson, Leena-Sisko; Zhu, Baolei; Poutanen, Mikko; Walther, Andreas; Laine, Janne; Rojas, Orlando J. (10 de diciembre de 2015). "Efecto de la arquitectura molecular de los copolímeros aleatorios y en bloque PDMAEMA-POEGMA en su adsorción en nanocelulosas regeneradas y aniónicas y evidencia de expulsión de agua interfacial". The Journal of Physical Chemistry 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 ultradelgadas y gruesas mediante análisis de tres longitudes de onda y modos de guía de onda por resonancia de plasmón superficial". Langmuir . 29 (27): 8561–8571. doi :10.1021/la401084w. PMID  23758623.