다중 파라미터 표면 플라스몬 공명

Multi-parametric surface plasmon resonance

다중 파라미터 표면 플라스몬 공명(MP-SPR)은 생체 분자 상호작용 분석을 위해 확립된 실시간 라벨 없는 방법인 표면 플라스몬 공명(SPR)을 기반으로 하지만, 다른 광학 설정인 기온 SPR 구성을 사용한다.MP-SPR은 SPR(균형 상수, 분리 상수, 연관 상수)과 동일한 운동 정보를 제공하는 반면, 구조 정보(회수 지수, 층 두께)도 제공한다.따라서 MP-SPR은 표면 상호작용과 나노레이어 특성을 모두 측정한다.[1]null

역사

기압 SPR 방법은 1980년대부터 Janusz Sadowski 박사에 의해 핀란드의 VTT 기술 연구 센터에서 초점 빔 SPR 및 오토 구성과 함께 연구되었다.[2]임오메트리 SPR 광학기는 바이오폰스 오이에 의해 Point-of-Care 애플리케이션용으로 상용화되었다.추가 측정 레이저 파장의 도입과 최초의 박막 분석은 MP-SPR 방식으로 진행되었다.null

원리

MP-SPR 광학 설정은 여러 파장에서 동시에 측정하지만(분광형 SPR과 유사), 고정된 각도로 측정하는 대신 넓은 범위의 θ각(예를 들어 40도)을 스캔한다.이것은 필름을 구조와 동적 순응에 대한 추가 정보를 제공하는 다중 파장에서 전체 SPR 곡선을 측정하게 된다.[3]null

측정값

측정된 전체 SPR 곡선(x축: 각도, y축: 반사광 강도)은 센소그램(x축: 시간, y축: 피크 최소, 광도, 피크 폭 등 선택된 파라미터)으로 변환할 수 있다.[4]노소그래프는 온·오프 레이트 및 친화력을 포함한 운동 파라미터를 얻기 위해 바인딩 모델을 사용하여 장착할 수 있다.전체 SPR 곡선은 층의 두께와 굴절률을 얻기 위해 프레스넬 방정식을 맞추는 데 사용된다.또한 전체 SPR 곡선을 스캔할 수 있기 때문에 MP-SPR은 곡선의 파라미터를 사용하여 벌크 효과와 분석 물질 결합을 서로 분리할 수 있다.null

분자 상호작용 도면층 특성
키네틱스, 퓨어키네틱스(kon, koff) 굴절률(n)
선호도(KD) 두께(d)
농도(c) 소멸계수(k)
흡착/흡수 밀도(수치)
탈착 지표면 커버리지(γ)
접착 붓기(Δd)
전기화학(E, I, 오메가) 광분산(n)())

QCM-D는 습식 질량을 측정하는 반면 MP-SPR 등 광학 방법은 건질량을 측정해 나노셀룰로오스 필름의 수분 함량을 분석할 수 있다.null

적용들

이 방법은 생명과학, 물질과학, 바이오센서 개발에 사용되어 왔다.생명과학에서 주요 적용 분야는 바이오엠브레인[5] 또는 살아있는 세포 단층세포와의 소분자, 항체 또는 나노입자 상호작용을 포함한 의약품 개발에 초점을 맞춘다.[4]세계 최초처럼 MP-SPR은 표적 약물 전달을 위해 실시간과 라벨이 없는 초세포와 파라셀룰러 약물 흡수를[4] 분리할 수 있다.바이오센서 개발에서 MP-SPR은 관리 시점 애플리케이션을 위한 검사 개발에 사용된다.[3][6][7][8]대표적인 개발된 바이오센서로는 전기화학 인쇄 바이오센서, ELISA, SERS 등이 있다.소재과학에서 MP-SPR은 å스트룀스부터 100나노미터(그래핀, 금속, 산화물),[9] 나노입자를 포함한 최대 미크론(나노셀룰로오스, 폴리일렉트로이트)까지 얇은 고체 필름을 최적화하는 데 사용된다.박막 태양 전지를 포함한 애플리케이션,[10][11][12][13] 반반사 코팅, 항균 표면, 자가 세척 유리, 플라스모닉 메타 물질, 전기 전환 표면, 층별 조립체, 그래핀.null

참조

  1. ^ Korhonen, Kristiina; Granqvist, Niko; Ketolainen, Jarkko; Laitinen, Riikka (October 2015). "Monitoring of drug release kinetics from thin polymer films by multi-parametric surface plasmon resonance". International Journal of Pharmaceutics. 494 (1): 531–536. doi:10.1016/j.ijpharm.2015.08.071. PMID 26319634.
  2. ^ Sadowski, J. W.; Korhonen, I.; Peltonen, J. (1995). "Characterization of thin films and their structures in surface plasmon resonance measurements". Optical Engineering. 34 (9): 2581–2586. Bibcode:1995OptEn..34.2581S. doi:10.1117/12.208083.
  3. ^ a b Wang, Huangxian Ju, Xueji Zhang, Joseph (2011). NanoBiosensing : principles, development, and application. New York: Springer. p. chapter 4. ISBN 978-1-4419-9621-3.
  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. ^ Taverne, S.; Caron, B.; Gétin, S.; Lartigue, O.; Lopez, C.; Meunier-Della-Gatta, S.; Gorge, V.; Reymermier, M.; Racine, B.; Maindron, T.; Quesnel, E. (2018-01-12). "Multispectral surface plasmon resonance approach for ultra-thin silver layer characterization: Application to top-emitting OLED cathode". 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 February 2016). "Surface plasmon resonance for characterization of large-area atomic-layer graphene film". 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 Y. H.; Dahlin, Andreas B. (15 April 2015). "Strongly Stretched Protein Resistant Poly(ethylene glycol) Brushes Prepared by Grafting-To". 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 December 2015). "Effect of Molecular Architecture of PDMAEMA–POEGMA Random and Block Copolymers on Their Adsorption on Regenerated and Anionic Nanocelluloses and Evidence of Interfacial Water Expulsion". 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 July 2013). "Characterizing Ultrathin and Thick Organic Layers by Surface Plasmon Resonance Three-Wavelength and Waveguide Mode Analysis". Langmuir. 29 (27): 8561–8571. doi:10.1021/la401084w. PMID 23758623.