荧光生物传感器 2010

Protein pattern transfer for biosensor applications.

Biosensors & bioelectronics Volcke C, Gandhiraman RP, Basabe-Desmonts L, Iacono M, Gubala V, Cecchet F, Cafolla AA, Williams DE
阅读原文 PDF DOI PubMed

组成图示

示意图生成中

传感器类型

荧光生物传感器

检测对象

人免疫球蛋白 G(human IgG, hu-IgG);样品基质:PBS 溶液、牛奶粉/PBS 稀释液、BSA 封闭表面。

检测原理

该方法首先通过微接触印刷将抗体(hu-IgG 或 anti-hu IgG)固定在硅表面,形成微米级蛋白质图案。随后旋涂极薄海藻糖层,利用物理吸附和氢键保护抗体构象与取向;再经 HMDSO 等离子体增强化学气相沉积形成 SiOxCyHz 支撑层,使图案可整体剥离并转移到玻璃或 Zeonor 等第二基底。检测时,BSA 封闭非抗体区域,荧光标记的 hu-IgG 抗原特异性结合 anti-hu IgG 图案;DY-636/Cy5 荧光在激发下发射,荧光显微镜或扫描器记录图案区荧光强度。荧光强度与结合到图案上的荧光抗原量相关,用于验证抗体生物活性和转移效率;文中未建立浓度-信号校准或放大策略。

检测灵敏度

原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。

效应效果

AFM 显示转移前后抗体线宽约 12 µm、间隔约 12 µm,转移前高度 5–6 nm,转移后约 6–7 nm,说明微米级图案保留。荧光扫描显示 DY-636 标记抗体从硅转移到玻璃或 Zeonor 的效率为 43 ± 4%;转移后的 anti-hu IgG 图案经 BSA 封闭后捕获 DY-636 标记 hu-IgG,约 43 ± 2% 的转移抗体仍具识别活性,玻璃与 Zeonor 相近。XPS 和接触角证实各层形成及表面性质变化。文中未报告抗干扰、长期稳定性、RSD、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 对比。作者认为方法通用、可工业放大,几乎不受第二基底表面/体相性质限制,可用于生物传感器抗体图案化,并可结合自组装单分子层实现预取向抗体转移。

传感器的构成

  • 初始基底:超纯抛光 n 型硅片(Si, (100)),用于微接触印刷抗体图案和表面表征。
  • 识别元件:人免疫球蛋白 G(hu-IgG)或抗人 IgG(anti-hu IgG)抗体,微接触印刷形成 5–6 nm 单分子层图案。
  • 保护固定层:海藻糖(trehalose)稀溶液旋涂形成 3–5 nm 薄层,保护蛋白结构、取向并辅助固定。
  • 支撑界面层:六甲基二硅氧烷(HMDSO)经 PECVD 沉积约 100 nm SiOxCyHz 类聚合物硅氧烷层,提供机械支撑和物理界面。
  • 第二基底:玻璃载玻片(glass)或环烯烃聚合物 Zeonor 1060R,作为最终图案承载基底。
  • 粘合层:氰基丙烯酸酯胶(cyanoacrylate glue)用于玻璃,双组分环氧胶(epoxy glue)用于 Zeonor,实现图案转移。
  • 封闭剂:牛血清白蛋白(BSA, 30 mg/mL)封闭非抗体区域,减少非特异蛋白吸附。
  • 信号标记物:DY-636 或 Cy5 标记的 hu-IgG/anti-hu IgG,用于荧光识别、转移效率与生物活性验证。

中文摘要

本文提出一种简单且可工业放大的方法,用于将高分辨率、具有生物活性的蛋白质图案从一个基底转移到另一个基底。作者首先利用微接触印刷在硅表面制备蛋白质(抗体)图案,随后旋涂一层极薄的海藻糖作为保护与固定层,以在后续等离子体沉积过程中保持蛋白质的结构、排列和取向;再沉积一层约100 nm厚的硅氧烷类聚合物作为机械支撑和物理界面,最后将该复合膜粘附到玻璃或聚合物等第二基底上并剥离原硅基底,从而实现蛋白质图案的转移。该方法几乎不受第二基底表面或体相性质限制,可为生物传感器等应用中抗体等生物识别元件的图案化提供通用策略。

英文摘要

This paper presents a very simple, industrially scalable method for transferring a high-resolution, biologically active protein pattern from one substrate to another. We demonstrate the transfer of a protein pattern formed initially by microcontact printing from a silicon surface (to which this form of printing is applicable) onto a glass or polymer substrate, almost independently of the surface/bulk properties of the second substrate. A very thin, spin-coated layer of a sugar is used to preserve the structure and organization of proteins during the subsequent plasma deposition of a siloxane polymer, after which the protein pattern could simply be peeled off the silicon substrate and glued onto any other desired substrate.

关键词

生物传感器蛋白图案转移微接触印刷抗体荧光免疫识别PECVD