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Interferometría de doble polarización

La interferometría de doble polarización ( DPI ) es una técnica analítica que explora capas moleculares adsorbidas en la superficie de una guía de ondas utilizando la onda evanescente de un rayo láser . Se utiliza para medir el cambio conformacional en proteínas u otras biomoléculas a medida que funcionan (lo que se conoce como relación conformación-actividad ).

Instrumentación

DPI [1] enfoca la luz láser en dos guías de ondas. Una de estas funciona como guía de ondas "detectora" que tiene una superficie expuesta, mientras que la segunda funciona para mantener un haz de referencia. Se forma un patrón de interferencia bidimensional en el campo lejano combinando la luz que pasa a través de las dos guías de ondas. La técnica DPI gira la polarización del láser para excitar alternativamente dos modos de polarización de las guías de ondas. La medición del interferograma para ambas polarizaciones permite calcular tanto el índice de refracción como el espesor de la capa adsorbida. La polarización se puede cambiar rápidamente, lo que permite mediciones en tiempo real de las reacciones químicas que tienen lugar en la superficie de un chip en un sistema de flujo continuo. Estas mediciones se pueden utilizar para inferir información conformacional sobre las interacciones moleculares que tienen lugar, a medida que cambian el tamaño de la molécula (a partir del espesor de la capa) y la densidad de pliegue (a partir del RI). El DPI se utiliza normalmente para caracterizar interacciones bioquímicas cuantificando cualquier cambio conformacional al mismo tiempo que mide las velocidades de reacción, las afinidades y la termodinámica. [ cita necesaria ]

La técnica es cuantitativa y en tiempo real (10 Hz) con una resolución dimensional de 0,01 nm. [2]


También existen extensiones de la interferometría de doble polarización, a saber, la interferometría de doble polarización de longitud de trayectoria múltiple (MPL-DPI) [3] [4] [5] y la DPI mejorada por absorción. En MPL-DPI, la cuantificación tanto del espesor de la capa como del índice de refracción (densidad) y, por lo tanto, de la masa por unidad de área se puede realizar para películas recubiertas in situ y ex situ, donde el DPI normal solo puede calcular las propiedades de la película si el interferograma se monitorea constantemente. El DPI de absorción mejorada [6] (AE-DPI) se utiliza para separar la masa de diferentes moléculas en la superficie, aprovechando la absorción de una de las especies moleculares en comparación con las otras especies en la superficie.

Aplicaciones

En 2008 surgió una nueva aplicación para la interferometría de doble polarización, donde la intensidad de la luz que pasa a través de la guía de ondas se extingue en presencia de crecimiento de cristales. Esto ha permitido controlar las primeras etapas de la nucleación de cristales de proteínas. [7] Las versiones posteriores de interferómetros de doble polarización también tienen la capacidad de cuantificar el orden y la disrupción en películas delgadas birrefringentes. [8] Esto se ha utilizado, por ejemplo, para estudiar la formación de bicapas lipídicas y su interacción con proteínas de membrana. [9] [10]

Referencias

  1. ^ Cruz, GRAMO; Reeves, AA; Marca, S; Popplewell, JF; Pelar, LL; Swann, MJ; Freeman, Nueva Jersey (2003). "Un nuevo biosensor óptico cuantitativo para la caracterización de proteínas". Biosensores y Bioelectrónica . 19 (4): 383–90. doi :10.1016/S0956-5663(03)00203-3. PMID  14615097.
  2. ^ Swann, MJ; Freeman, Nueva Jersey; Cruz, GH (2007). "Interferometría de polarización dual: una técnica óptica en tiempo real para medir la orientación, estructura y función (bio)molecular en la interfaz sólido/líquido". En Marcos, RS; Lowe, CR; Cullen, CC; Weetall, HH; Karube, I. (eds.). Manual de biosensores y biochips . vol. 1. Wiley . pt. 4, cap. 33, págs. 549–568. ISBN 978-0-470-01905-4.
  3. ^ Coffey, Paul D.; Swann, Marcus J.; Waigh, Thomas A.; Schedin, Fred; Lu, Jian R. (22 de junio de 2009). "Interferometría de polarización dual de longitud de camino múltiple". Óptica Express . 17 (13): 10959–10969. Código Bib : 2009OExpr..1710959C. doi : 10.1364/OE.17.010959 . PMID  19550495.
  4. ^ Café, Paul. "Medidas interfaciales de sistemas coloidales y biocoloidales en tiempo real" . Consultado el 16 de diciembre de 2022 .
  5. ^ Delivopoulos, Evangelos; Ouberai, Myriam M.; Coffey, Paul D.; Swann, Marcus J.; Shakesheff, Kevin M.; Welland, Mark E. (febrero de 2015). "Capas de proteína sérica sobre parileno-C y óxido de silicio: efecto sobre la adhesión celular". Coloides y Superficies B: Biointerfaces . 126 : 169-177. doi : 10.1016/j.colsurfb.2014.12.020 . PMC 4342411 . PMID  25555155. 
  6. ^ Coffey, Paul David; Swann, Marcus Jack; Waigh, Thomas Andrés; Mu, Qingshan; Lu, Jian Ren (2013). "La estructura y masa de películas delgadas heterogéneas medidas con interferometría y elipsometría de doble polarización". Avances de RSC . 3 (10): 3316. Código bibliográfico : 2013RSCAD...3.3316C. doi :10.1039/C2RA22911K.
  7. ^ Boudjemline, A; Clarke, DT; Freeman, Nueva Jersey; Nicholson, JM; Jones, GR (2008). "Las primeras etapas de la cristalización de proteínas reveladas por la tecnología emergente de guías de ondas ópticas". Revista de Cristalografía Aplicada . 41 (3): 523. doi :10.1107/S0021889808005098.
  8. ^ Mashaghi, A; Swann, M; Popplewell, J; Textor, M; Reimhult, E (2008). "Anisotropía óptica de estructuras lipídicas soportadas analizadas mediante espectroscopia de guía de ondas y su aplicación al estudio de la cinética de formación de bicapa lipídica soportada". Química analítica . 80 (10): 3666–76. doi :10.1021/ac800027s. PMID  18422336.
  9. ^ Sanghera, N; Swann, MJ; Ronán, G; Pinheiro, TJ (2009). "Visión de los primeros acontecimientos en la agregación de la proteína priónica en las membranas lipídicas". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1788 (10): 2245–51. doi : 10.1016/j.bbamem.2009.08.005 . PMID  19703409.
  10. ^ Lee, TH; Heng, C; Swann, MJ; Gehman, JD; Separovic, F; Aguilar, MI (2010). "Análisis cuantitativo en tiempo real de la alteración de los lípidos por la aureína 1.2 durante la adsorción, desestabilización y lisis de la membrana". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1798 (10): 1977–86. doi : 10.1016/j.bbamem.2010.06.023 . PMID  20599687.

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