15 listopad 2011

Agnieszka Kamińska , Sylwester Gawinkowski, Tomasz Roliński, Jacek Waluk, Robert Hołyst

Zadanie 19. Opracowanie podstaw budowy sensora przeciwciał na bazie powierzchni GaN i

ZnO modyfikowanych peptydami.

SEMINARIUM W RAMACH PROJEKTU Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe

do zastosowań w biologii i medycynie - Rozwój i komercjalizacja nowej generacji urządzeń diagnostyki molekularnej opartych o nowe

polskie przyrządy półprzewodnikowe

InstytutChemii

Fizycznej PAN

This antigen is a protein

Antibodies contact epitopes or antigenic determinants

*The epitope is small (~6 amino acids or ~6 sugars) or a small part of a larger antigen.

Antigen-Antibody interaction

epitopeantibody

epitopeantibody

Sers platform

SERS spectrum – detects specific antibody-antigen binding event

Laser excitation

I. Zadania wykonane

1. Opracowanie aktywnej platformy do badań powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (ang. Surface-Enhanced

Raman Spectroscopy, SERS) bazującej na GaN

(1) Opracowanie procedur trawienia GaN ( we współpracy z IWC, Janusz Weyher, Igor Dzięcielewski) - sprawdzenie wpływu takich parametrów jak skład i proporcje roztworów używanych do trawienia, czas trawienia, wpływ właściwości warstw GaN tj. gęstości dyslokacji w celu otrzymania optymalnych podłoży do badań ramanowskich

SEM images of sample 185-4 after (a) photo-etching and (b) additional etching in hot KOH solution

SEM images of samples N1516-3.1 and -IV.1 after (a) 5 minutes and (b) 10 minutes photo-etching

(a) (b)

(a) (b)

I. Zadania wykonane

1. Opracowanie aktywnej platformy do badań powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (ang. Surface-Enhanced

Raman Spectroscopy, SERS) bazującej na GaN

(2) Optymalizacja procedur pokrywania trawionych podłoży GaN warstwami Au i stopem Au-Ag (60%/ 40%)

SEM images of samples (a) after photo-etchingand (b) subsequent evaporation of ~ 70 nm of Au.Photo-etching of GaN was done in the K2S2O8-KOH water solution under UV illumination

400 nm

Au-Ag (60%/ 40%)

Au

I. Zadania wykonane

2. Fabrykacja nowych podłoży do pomiarów SERS bazujących na nanodrutach ZnO pokrytych złotem. z wykorzystaniem techniki CVD (Chemical Vapour Deposition)

na podłożu.

1. Aktywacja podłoża ITO przy zastosowaniu KMnO4

2. Reaktywny wzrost nanostruktur ZnO z roztworu zawierającego Zn(NO3)2 oraz KOH3. Pokrycie warstwą złota

 

Rys.1. Widma SEM podlozy do pomiarow SERS otrzymanych technika CVD. Zdjęcia dla próbek otrzymanych w warunkach T=800oC, t=15 min, VNH3=1o dm3*h-1, VN2=140 dm3*h-1.

I. Zadania wykonane

Opracowanie metody do analizy powtarzalności widm Ramana bazującej na korelacji liniowej Pearsona

Tabela1. Wartości współczynników korelacji liniowej między drugimi pochodnymi spektrogramów Rys. Porównanie serii danych przed filtracją (górny

panel) i jej drugiej pochodnej uzyskanej za pomocą filtru (dolny panel).

I. Zadania wykonane

1. Opracowanie procedur kontrolowanej immobilizacji peptydów na platformach sersowskich.

Immobilizacja aminokwasów na powierzchni sersowskiej pokrytej monowarstwą kwasu 11-merkaptoundekanowego (-), struktury nieuporządkowane, liczne wiązania

wodorowe

Immobilizacja aminokwasów na powierzchni sersowskiej pokrytej monowarstwą cysteaminy – „ tworzenie wiązań peptydowych w wyniku reakcji EDC/NHS” - (+)

Zbadanie wpływu warunków otrzymywania monowarstw cysteaminy na strukturę otrzymywanych warstw

wpływ pHczasu adsorpcji

stężenia roztworu adsorpcyjnegoelektrolitów

I. Zadania wykonane

1. Immobilizacja aminokwasów i peptydów na monowarstwach łącznikowych

Optymalizacja warunków prowadzenia reakcji EDC/NHS (wpływ pH, czasu, stężeń i proporcji reagentów)

Immobilizowany peptyd musi mieć odpowiednią orientację i zachowywać swoją aktywność biologiczną

2. Immobilizacja przeciwciał na zmodyfikowanych polipeptydami platformach.

Optymalizacja warunków tworzenia kompleksu kompleksu peptyd blokujący-przeciwciało (pI przeciwciała, stosunek ilościowy reagentów, pH buforu z przeciwciałem - pomiędzy pIAg a pIAb, czas)

Antigen-Blocking peptide interaction

blocking peptide (Akt(pan)) + mAb

blocking peptide (Akt(pan))

I. Zadania wykonane

1. Rejestracja i opracowanie widm Rama 20 aminokwasów

2. Rejestracja i opracowanie widm SERS aminokwasów

3. Rejestracja i opracowanie widm hetero i homo-peptydów

Baza widm

Identyfikacja aminokwasów w mieszaninie na podstawie spektrogramu

Rysunek. Uproszczony spektrogram mieszaniny tyrozyny i asparaginy do badania korelacji ze spektrogramami pojedynczych aminokwasów. Piki

czerwone (zielone) są skorelowane z pikami w spektrogramie asparaginy (tyrozyny).

Tabela. Ilość par skorelowanych dla poszczególnych aminokwasów. Piki na spektrogramie są sumą mnogościową wszystkich par skorelowanych dla danego aminokwasu.

II. PLANY.

Modyfikacja platform sersowskich wybranymi peptydami blokującymi i analiza zmian w widmach ramanowskich indukowanych tworzeniem się kompleksów peptyd blokujacy (epitop) – przeciwciało - kompletowanie bazy widm ramanowskich

Zintegrowanie chipu polipeptydowego z układem mikroprzepływowym

Testowanie chipu polipeptydowego do wykrywania ważnych immunologicznie przeciwciał jak: IgM, IgA, IgG, albuminy, transferyny, ceruloplazminy z materiałów biologicznych (surowica krwi, mocz) i kolejno optymalizacja chipu na jedno wybrane przeciwciało

Opracowanie platform sersowskich bazujących na cząstkach magnetycznych

Widma SERS pojedynczych cząsteczek

Symulacja widm SERS dla wybranych układów chromofor-podłoże

Opracowanie algorytmów detekcji aminokwasów w mieszaninach

Figure Schematic representation of an integrated SERS-CD platform for biomolecule detection.(a) A SERS spectroscopy and a SERS-CD platform. (reservoirs for activating chemicals (A), cells (B),media (C), and vent (D)) (b) Cell trapping schematics comparing cells before trapping (left) after trapping(right). (C) Sample concentrating cycle: secreted molecules are delivered (left), absorbed (center) andthen accumulated on a SERS probe (right), which results in molecule concentrating.

SERS microfluidic sensor

Single Molecule SERS of Porphycene (PC)

SERRS spectra of PC measured on Au nanoparticles deposited on glass, registred from different points of sample.

PC absorption spectra.

Possible PC-nanoparticle configurations

A 50x50 μm map of Au nanoparticles on silica support with small addition of PC-d

0 and PC-d

12

deposited from a low cocncentration (~10-10 mol/l) ethanol solution.

PC-d0 and PC-d

2 SM-SERRS spectra

obtained from different hot-spots.

Time evolution of the PC-d

0 SM-SERRS spectra.

Projekty badawcze bliskie tematyce KNP

“The microbial challenge – an emerging threat to human health”, a Joint Programming Initiative on Antimicrobial Resistance