经典的表面等离子体共振进步吗通过耦合到其他分析方法?
大卫Geilfuss
1、2,
Rabah Boukherroub1,
Jakub Dostalek
3、4、5,
沃尔夫冈•诺尔
3,
让马森
6,
Antje j . Baeumner
2和
Sabine Szunerits
1、3*- 1大学里尔,CNRS、舟状骨里尔大学综合理工学院Hauts-de-France, UMR 8520 - iemn,法国里尔
- 2分析化学研究所化学和生物传感器,大学雷根斯堡,德国雷根斯堡
- 3生命科学与技术实验室(列表),多瑙河私立大学,秀丽,奥地利
- 4FZU-Institute物理、捷克科学院Czechia布拉格
- 5生物传感器技术、AIT-Austrian理工GmbH Tulln der多瑙河,奥地利
- 6部门de chimie,魁北克先进材料中心Regroupement魁北克人苏尔les materiaux德黑和中心Interdisciplinaire de矫揉造作的苏尔le Cerveau et l 'Apprentissage大学蒙特利尔,QC,加拿大蒙特利尔
近40年来,表面等离子体共振(SPR)分析已经被用于更好地理解之间的绑定交互强度表面固定化bioreceptors和感兴趣的分析物。表面等离子体共振的优势,在其他关联传感方法如西方的屁股和elisa方法,驻留在其可能揭示label-free方式绑定动力学。表面等离子体共振的概念除了被广泛用于生物传感器的发展,利用其直接分析格式,响应时间短,治疗的简单样品以及多路复用传感的可能性。这个必须添加的可能性达到高灵敏度由于表面等离子体共振检测的能力非常小的变化在折射率传感接口在特定分析物等大的细胞(如细菌)、蛋白质、肽、寡核苷酸。挑战固有的所有关联方法需要进一步的研究,包括非特异性表面绑定事件,交通限制,位阻,误解的风险数据的缺乏选择性分析物的绑定。这个观点文章致力于描绘出不同的方法提出解决这些挑战,例如,耦合与荧光宣读、电化学传感、质谱学分析和最近横向流概念融入表面等离子体共振。其他电浆的方法,如局部表面等离子体共振(LSPR),表面增强拉曼光谱(ser)将不考虑细节,因此技术如今自己的地位。
1介绍
表面等离子体共振(SPR)生物传感器技术进行一个戏剧性的增长在过去decasdes不仅数量的执行层面的研究,还用各种各样的方式被应用。这几十年以来光学技术是监测亲和反应通过测量折射率的变化发生在目标分子的绑定receptor-modified表面。SPR使用Kretschmann传统利用衰减全反射的配置方法,在入射光落在金薄膜的内部接口为了实现相位匹配与表面等离子体波沿外金膜界面。在接触分析液体样本的外部接口与bioreceptors修改,目标分析物积累在传感器表面由于其亲和力与附加bioreceptors交互。这样的积累与提高折射率接近传感器表面,后来导致SPR相位匹配条件的变化提供了一个绑定的直接光学读出效率和表面反应动力学(协会和离解率)。因为这种方法需要少量的样品体积,它广泛用于筛选个人或整个图书馆的抗体,寡核苷酸适配子、工程bioreceptors和其他配体决定他们的亲和力指定目标。一旦达到最佳亲和力已经建立和分析物具体的绑定,然后可以将这些不同的bioreceptors集成在各种类型的SPR生物传感器和服务为基础分析的目的。有许多方面必须考虑包括识别元件的选择、表面化学的耦合,分析格式反映分析物的大小以及分析样品的成分。这个label-free方法的主要缺点源于这一事实,许多生物相关的过程在本质上是与质量和电荷变化有关。为更好地理解表面的反应发生在SPR芯片,以及渲染SPR更敏感的从一个分析的角度,结合其他传感方法为一个多功能的仪器已经以不同的方式说服(图1)。
图1。多路复用的艺术状态的概述SPR策略:(一)示意图说明EC-SPR一起建立SPR俄文(NH的图像3)63 +(11.78毫米)在PB(0.5米,pH = 7)−−0.1和0.3 V和Ag / AgCl和差异的图像[转载许可(王et al ., 2010)]。(B)图表表面plasmon-enhanced夹心免疫测定的荧光读数军事近距离发射器与表面等离子体波的耦合。(C)流程图的SPR耦合到质谱(MS)分析。(D)集成的可能性侧流试验(LFA)与SPR读出使用LFA膜作为分离膜,将液体SPR的筹码通过毛细管力。
与电化学结合SPR (EC-SPR)可以追溯到本世纪初,这个时候关注个体的可能性的研究起源于绑定生物分子表面局部电化学反应和电影(山et al ., 2010;刘et al ., 2017;王et al ., 2017)。EC-SPR一直广泛应用于电化学性能的理解与电子转移过程的实时监控界面修改黄金芯片(Andersson et al ., 2008;王et al ., 2010)和聚合过程中(Szunerits et al ., 2004;福丁et al ., 2005),描述的影响氧化还原标记密度对SPR响应(Patskovsky et al ., 2016),或生物氧化还原反应的特征,如细胞色素C的营业额(侯et al ., 2016)。同时,SPR成像用于监控一个微阵列模式的过程是基于electropolymerization pyrrole-labeled的寡核苷酸。尽管EC-SPR的分析目的仅限于主要概念验证工作,稍后讨论,该领域仍有增长的空间。例如,测量可以执行质量和电荷分离效果和时间分辨率通过结合SPR和场效应晶体管(FET) (Aspermair et al ., 2020)。
耦合SPR的荧光可以受益于这建立中央的进步技术广泛用于生物分析法。荧光是一种主导性读出方法用于酶联免疫吸附试验(ELISA)和聚合酶链反应(PCR)增强由于光学仪器的逐步发展和各自的荧光团化学标签。荧光团的可能增强亮度通过近场耦合表面等离子体由金属薄膜和纳米结构(Sokolov et al ., 1998;戈德斯et al ., 2003;胃痛et al ., 2014)探讨了平衡之间的淬火,表面等离子体field-enhanced激发速率、表面plasmon-coupled发射,介导的荧光一生。除了推动荧光技术的敏感性分析,结合SPR提供获得多通道若和调查复杂biointerface现象,可以为生物分析技术。
的一种分析方法能够分子识别是通过耦合质谱(MS)与SPR在比较昂贵的和有限的测量实时生物交互,女士有很好的工具在解决复杂的生物结构如蛋白质和核酸序列。方法提出了包括post-SPR女士分析通过删除目标从传感器芯片分析和女士之前船上女士分析直接SPR黄金膜(Stigter et al ., 2013)。
表1总结了试图给出一个更详细的概述每个组合技术如何提高各若经典SPR方面。
表1。每个组合技术如何提高各若经典SPR方面。
2 SPR和电化学耦合(EC-SPR)
EC-SPR仍然是一个重要的(蒋et al ., 2019),仍未开发方法将这两种技术的优点对遥感相关的应用程序(Riberio et al ., 2020)。因此,在EC-SPR,金属薄膜用于激发的表面等离子激元作为工作电极和功能。EC SPR共振角度转变是由反应由几个流程,包括表面等离子体频率的变化的应用潜力,氧化还原反应大部分金属薄膜附近的折射率变化,介质变化的金属薄膜分子与氧化还原标签绑定(通常是二茂铁或亚甲蓝),或EC-induced沉积到黄金SPR传感或聚合物层的电影。结合伏安法时,SPR测量电极表面的物理性质的变化或分子吸附在电极上。
第一个EC-SPR Hanken和玉米的研究可以追溯到1997年,基于检测局部表面电位(hanken和玉米,1997年),与团队的道的第一个发展定量EC-SPR形式主义(王et al ., 2010)。EC-SPR包括空间分辨率有几个独特的优势吸引研究异构反应,高表面敏感表面绑定流程和检测反应物种的光学特性反应物种协助配方的反应机制。图1一个说明了prism-based SPR设置和同步与电化学测量典型SPR图像在氧化和还原电位,以及两国之间的差异图像自组装单层(SAM)涂层领域和黄金(王et al ., 2010)。作为第一步感应,聚苯胺膜的电导率变化修改与辣根过氧化物酶(合)在H2O2和它的翻译成一个变化对SPR信号研究(康et al ., 2001)。EC-SPR /波导葡萄糖生物传感器来检测10毫米葡萄糖通过导电聚合物/葡萄糖氧化酶的酶促反应(气态氧)提出了多层薄膜后,信号增强监测获得的聚吡咯doping-dedoping事件。实时光学信号可以区分酶层的介电常数的变化和其他non-enzymatic反应事件,如吸附葡萄糖和折射率的变化的解决方案(巴巴et al ., 2010)。而检测极限不是竞争,新原理证明了这是极大的兴趣。而单独进行,锣等人报道了使用EC-SPR蛋白质免疫传感器。聚吡咯的形成pyrrolic酸之后原位通过EC-SPR antibody-antigen交互与SPR和直接测量通过使用二次抗体用碱性磷酸酶标记的电子商务使用p-aminophenyl磷酸盐作为酶底物。在这两种情况下类似的检测极限的602.6和676.1 ng / ml。
Patskovsky和同事固定一个茎环结构与亚甲蓝(MB)标记DNA探针在SPR芯片杂交。在目标面前,茎环结构的展开和变化的距离MB的黄金。在MP使用的最大吸收波长敏感的SPR, MB的氧化态的变化可以清楚地验证。也见过这样的传感系统没有中介的扩散对应于一个“吸收”效应。使用外部标签这样一个MB或二茂铁与高折射率除了提高SPR的敏感性,经常使用胶体金纳米颗粒所示,磁性纳米颗粒等。DNA杂交机构调查显示,早在2005年由诺尔和同事使用ferrocene-streptavidin标签biotin-carrying互补DNA。量化目标DNA到晚上10点可以很容易地从循环伏安法或chronocoulometric但SPR可以遵循的杂交事件由于大尺寸ferrocene-streptavidin标签(刘et al ., 2005)。默等人提出的集团十年后高度敏感和多路复用EC-SPR方法来克服当前生物传感器的局限性(图2一个)。使用基于dna的结构与氧化还原记者最后导致检测极限(LoD) 5海里。Szunerits和同事先进这个策略进一步和使用一个成像SPR微阵列模式过程由于electropolymerization pyrrole-labeled寡核苷酸用扫描电化学显微镜其次是杂交的研究(图2 b)(福丁et al ., 2005)。
图2。电化学耦合与表面等离子体共振(EC-SPR):(一)多路复用EC-SPR建立的形象。Nano-switch 1和Nano-switch 2固定在两个分离的点相同的工作电极浸没在液体,用两种不同的激光成像。规范化EC-SPR voltammograms表面Nano-switch 2磷酸缓冲盐(PBS)和血液中记录之前和之后的DNA目标上40分钟。实时EC-SPR杂交动力学事件Nano-switch 2[转载许可(Dallaire et al ., 2015)](B)使用扫描电化学显微镜(SECM)方法模式的SPR芯片polypyrrole-DNA链结合SPR的形象修改界面(福丁et al ., 2005)。(C)癌抗原检测原理3 (CA-15-3)使用EC-SPR[转载许可Ref (Ribereio et al ., 2021)]。(D)插图结合SPR /场效应晶体管设置和原位宣读连续增长的交替polydiallyldimethylammonium氯(PDAMAC)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)层。
佩雷拉等人提出了一个不同的策略为EC-SPR暗示potential-assisted沉积氧化还原探针的SPR表面(Ribereio et al ., 2020;Riberio et al ., 2020)。这个概念被应用于定量分析生物样品(CA惊呼不已的图2 c)。第一,直接SPR监测CA 3抗原之间的相互作用在溶液表面吸附固定化抗体进行,直到达到动态平衡。在第二个步骤中,方波伏安法测量进行的氧化还原介质,减少氧化还原峰电流与增加CA15-3观察。检出限是21 U /毫升SPR和0.0998 U /毫升SPR-EC方法。
最后,双重监控实时表面反应的SPR和electrolyte-gated场效应晶体管的设计(Aspermair et al ., 2020)(图2 d)。这种方法允许同时测量表面质量和电荷密度的实时变化。这个平台有可能提供新的见解生物吸附和生物相互作用过程的理解还电荷转移相关的场效应晶体管器件在生物分子相互作用的变化。
3 SPR加上荧光:plasmon-enhanced表面和表面plasmon-coupled荧光发射
克服的内在挑战SPR生物传感器在分析小分子和目标分析物的浓度很低,各种方式放大的亲和力binding-induced折射率变化报道包括基于酶反应(Rodriguez-Lorenzo et al ., 2012)或使用胶体nanoparticle-enhanced化验(他et al ., 2000年;方et al ., 2006由纳米粒子聚合()可以进一步放大Calcagno et al ., 2022)。结婚的第一次尝试SPR生物传感器和荧光读数(图1 b)据报道人类绒毛膜促性腺激素检测提供了一种检测极限(LOD)血清的240个点(Attridge et al ., 1991)。本研究方向利用荧光团标签后来重新引入Lakowicz et al。(2003)以及诺尔小组(利伯曼和小山,2000年;Yu et al ., 2004 a;Dostalek诺尔,2008)。Lakowicz组(Lakowicz et al ., 2003)提出了一种荧光读数绑定事件的SPR芯片使用高度定向表面plasmon-coupled发射(SPCE)的概念。诺尔和同事(利伯曼和小山,2000年;Yu et al ., 2004 a;Dostalek诺尔,2008)沿着不同的路线通过表面等离子体耦合荧光团发射器在激发波长的方法创造了表面plasmon-enhanced荧光光谱(SPFS)。使用粮食安全特别计划的启用将检测DNA杂交的LOD 100 fM水平(Dostalek诺尔,2008等蛋白质分析物)和前列腺特异性抗原(PSA)类似的LOD 80 fM报道(Yu et al ., 2004 a)。进一步提高可通过就业SPFS传感器biointerface基于一个三维关联绑定矩阵基于羧酸盐右旋糖酐刷架构。这意味着大型蛋白质保留能力和简单的减轻metal-induced荧光猝灭可以促进粮食安全特别计划读出(Yu et al ., 2004 a)和一个模型与直接标记免疫测定分析物显示LOD低至0.5 fM (Yu et al ., 2004 b)。粮食安全特别计划方法可以进一步的大样本为光学检测以延长探测深度,通常仅限于约100海里。通过使用更复杂的与薄金属层架构电影可以有共鸣地兴奋的长程表面等离子体(LRSP)模式,同时旅游沿着金属接口和探针测微计距离(图3一)(Kasry诺尔,2006;Dostalek et al ., 2007)这接近允许检测存在的大肠杆菌O157: H7的LOD低至10 cfu毫升−1(图3一)。除了追求在实现最低LOD, SPR结合SPFS读出提供了一个平台,允许多通道调查。这种方法由利用SPR成像是利用在人类上皮细胞过程的调查肾细胞与细胞骨架变化(图3 b下面讨论)和其他研究方向(“翠et al ., 2013)。
图3。SPR加上荧光:(一)图表的长程表面plasmon-enhanced荧光免疫传感器检测细菌病原体大肠杆菌O 157: H7。(B)表面等离子体之二荧光图像如果大鼠主动脉血管平滑肌细胞(A7r5)(上层图像)和存在latrunculin(条)(低分辨率图片)刺激5点前5分钟,15;30分钟的刺激(转载许可(“翠et al ., 2013)]。(C)SPR-fluorescence-ELISA仪器校准PSA检测的荧光输出一起使用。[转载许可(Breault-Turcot et al ., 2015 a)]。
为了进一步使SPR与生命科学技术,马森等人最近报道SPR-fluorescence-ELISA仪器(Breault-Turcot et al ., 2015 a)。虽然ELISA检测是健壮的和广泛使用,他们遭受长时间分析和多步分析延长分析过程。PSA浓度可以在临床成功地检测到从10点到50纳米集成系统的试验时间12分钟将近四个数量级的动态范围,在很大程度上优于ELISA和SPR的一般线性动态范围约两个数量级(图3 c)。使用一个类似的传感方案,分析临床样本anti-asparginase透露优秀co-linearity SPR和荧光ELISA单个仪器(夏博诺et al ., 2017临床样本),它的适用性分析。在这个多路复用仪器概念的基础上,结合SPR发光技术扩展到电化学发光(Dinel et al ., 2019)。在这个版本的SPR,电化学反应(循环伏安法)、发光和SPR sensorgram同时获得调查不同步骤的电化学发光俄文(bpy)32 +。如本文所示,SPR提供访问不同的界面吸附过程发生在一个工作电极电化学实验中,电化学耦合SPR的主要优势。
多通道SPR-fluorescence若进一步阐述了调查的薄水凝胶层利用层架构支持LRSP和介质光波导模式。LRSP-enhanced荧光采用密度梯度测量的亲和力分子在水凝胶层作为三维关联绑定矩阵(黄et al ., 2010)。类似的平台服务的调查水凝胶薄膜thermo-responsive属性结合快速集成microheater (生田斗真et al ., 2013)。另一种类型的研究利用SPR和粮食安全特别计划的结合在酶的背景下分析了核酸的分析。斯坦格尔和诺尔这种方法用于研究双链DNA的伸长拴在一个纯金的表面的DNA聚合酶和区分绑定DNA的酶动力学和装配双是可能的(斯坦格尔和小山,2005)。类似最近与光波导光谱仪器扩展用于观察的伸长速度和构象变化产生的单链DNA固体传感器表面上滚动循环放大(图4一)(莱希et al ., 2021)。
图4。表面等离子体共振(SPR)和光学波导光谱与荧光标记的DNA (OWS):(一)图表长期增长的单链DNA聚电解质刷滚动循环放大和(B)的光学探测崩溃通过封闭的表面电浆子领域(C)各自的荧光的变化和反射率角扫描[转载许可从裁判(莱希et al ., 2021)]。
见图4 b,这些链组成了一个密集的聚电解质刷架构,可以通过将倒塌的钙离子。厚度的变化,可以达到> 10μm角反射率的分析测定和荧光光谱如图所示图4 c。除了ATR-based配置,也grating-coupled SPR几何结合epi-illumination荧光光谱在研究具体检测液携带研究磁性纳米粒子的使用先进的化验(半个Reiner et al ., 2018)。这种方法允许访问传感器表面透过玻璃传感器芯片是不可能当光学匹配一个笨重的棱镜。
4 SPR和质谱分析
同时SPR广泛用于研究分子间相互作用、质谱(MS)能够提供定性和定量的分析质量数据,分析物的结构和组成。将表面等离子体共振分析与质谱使分子相互作用的检测和鉴定与识别的交互合作伙伴(补充Nedelkov和尼尔森,2003年;Stigter et al ., 2013;雪et al ., 2019)。因此,结合SPR女士创造了一个独特的方法与一个额外的蛋白质调查深入了解分子的相互作用。
SPR-MS已成功开创了在1990年代末克朗et al。(1997)使用排列SPR芯片,分析吞吐量可以很大程度上增加了(Nedelkov et al ., 2006)。数组的格式进一步提高SPR成像(撒)和matrix-assisted激光解吸/电离质谱(MALDI)测量在同一表面上,这样的互动和MALDI质谱动力学曲线相同的记录点可以获得(Bellon et al ., 2009)。马苏之后等人证明的潜力SPR-MS唾液蛋白生物标志物分析(图5一个)。撒监测交互功能化生物芯片通过免疫捕捉,紧随其后的是芯片上MALDI-MS结构识别确定了两个唾液蛋白质,α-amylase和溶菌酶,出席femtomole水平(Mussi et al ., 2015)。
图5。SPR-MS分析。(一)绑定的撒sensorgramα-amylase(10μg毫升−1)anti-α-amylase抗体芯片上紧随其后MALDI-TOF女士分析[转载许可的(Mussi et al ., 2015)](B)女士(左)提出生物芯片喷雾设置使用一个黄金生物传感器芯片在前面的入口使用鳄鱼夹和女士(右)喷了后加10μl甲醇和5千伏的电压提取离子计时图297.1333 m / z([不+ H]+)[转载许可(Joshi et al ., 2017)]。
虽然是一个最敏感的女士和选择性分析技术,它通常患有基体效应,就像SPR,小分子的识别仍然是一个重大的挑战。应对这一挑战,介质阻挡电荷电离(DBCI)被用作新SPR-MS界面,检测对乙酰氨基酚、灭滴灵、奎宁和在生理、马尿酸盐包含解决方案(Zhang et al ., 2016)。使用这个接口,样品可以先研究SPR,然后喷洒和电离,最后分析了竞争分析女士deoxynivalenol(唐),一个重要的真菌毒素,DON-OVA信号增强器的研发检测并在啤酒(Joshi et al ., 2017)。这种方法是基于耦合基于SPR immuno-biosensing环境电离女士(图5 b)。并被捕的SPR芯片包含一个防污层和单克隆抗体毒素,洗后,芯片直接分析了喷雾(女士Joshi et al ., 2017)。马森的团队等。森林et al ., 2016)展示了几年前的效用SPRi-MALDI电离成像(IMS)女士multiparametric收购的信息,通过创建一个组织切片在一个撒传感器表面印记。相关图像可以获得撒在MALDI IMS和丰富的蛋白质从单个小鼠肾组织。定量和特定选择的撒图像相关性MALDI IMS图像得到不同的蛋白质转移从一个单一的组织切片。
5 SPR和LFA
侧流试验(LFA)已经彻底改变了临床诊断。它是最成功的国内测试平台,因为它只需要少量的样本,使生物标志物的检测在几分钟内即使由non-trained人员(罗斯et al ., 2018)。LFA通常是基于三明治免疫测定分析物在哪里被抗体,它的存在是通过抗体标记记者报道。最常见的标签是胶体金、乳胶珠子或脂质体(溜冰场et al ., 2022)(图6)。LFA的结果几乎总是与一个光信号生成的测试线,可以读出通过肉眼或智能手机相机。化学信号放大由金属纳米粒子增强以及酶启动(颜色反应可以提高灵敏度lfa跑车Loynachan et al ., 2018)。
图6。横向流耦合SPR的概念:(一)LFA的概念与动态系统中由于物理分析物运输、化学反应和光学读出。(B)基于LFA的血液分离概念一起的照片(C)绑定曲线所收集的血清(红色),收集血清样本飙升和链霉亲和素(绿色)以及等候曲线链霉亲和素(2μg毫升−1)控制。与SH-PEG-Biotin SPR船只使用被修改(788克摩尔−1)在3.5毫克毫升3 h−1。流量:μl 30分钟−1(测量在一个便携式P4SPR平台Affinite仪器,加拿大)。所有实验在本研究中进行了25°C和sensorgrams都使用棱镜v7安装软件。
电化学横向流化验(爱儿坊)已报告能够检测核酸的定量检测乙型肝炎病毒(Srisomwat et al ., 2021)。一枚金属化策略是用于信号目标DNA的电化学检测。在最优条件下,一个广泛的动态范围(10点。2μM)与一个优秀的检测极限下降到7.23点。早期检测LipL32,外膜蛋白只在致病性钩端螺旋体物种,最近成为可能使用一个集成的侧流免疫测定的电化学读出基于LOD的二茂铁跟踪8.53 pg毫升−1(Deenin et al ., 2022)。
有趣的是,LFA概念没有被用于用连字符连接技术装备,如SPR-LFA。虽然,这个概念是可行的初步数据在我们的小组展示。在这里,我们使用blood-separation Fusion5膜与膜(Hv10667)允许收集的血清样本分析SPR (图6 b)。验证,只有血液细胞分离的膜而其他蛋白质将扩散膜,血样中掺入BSA-streptavidin(50μg毫升−1)和恢复血清分析通过HS-PEG-biotin SPR BSA-streptavidin共轭的绑定(图6 c)。LFA方法可能是一个重要的一步分析的全血SPR,之前试图分析全血SPR困扰了长达数小时的孵化室通过微量透析可把时程延长(Breault-Turcot et al ., 2015 b)或需要复杂的芯片设计(Terao et al ., 2015)microslit数组筛选细胞和血小板。LFA概念转化成毛细管minifluidic驱动系统可能会进一步提高SPR-LFA的连接方法。
6结论
SPR是一个无比强大的分析工具,它经常被用于affinity-based应用方法。用连字符连接的生成策略打开了一个全新的维度的可能性。SPR已成功集成了荧光,质谱法、电化学和电的方法。这导致改善灵敏度范围、实时分析产品和反应的进展,因此即使在复杂的矩阵和组织真正的深入分析。后者例如实现当结合成像SPR成像女士和证明了量化识别在整个组织的蛋白质的部分,这可以成为一个新工具为组织学分析癌症或传染性疾病的诊断。SPR基于实时跟踪的特别有用的功能分子的相互作用是不妥协的不同用连字符连接策略。目标分析物的选择性捕获在一个包含抗体的SPR生物传感器芯片女士分析确保成本效益分析和时间减少。如果没有被分析物SPR,跟进定性女士和分子信息的分析不是很有用。虽然SPR-MS领域多年来一直在稳步推进,这似乎是对SPR耦合电化学。这个问题可能SPR技术结合在这一领域的研究意义。最近的工作与场效应晶体管的结合SPR测量带回然而耦合SPR电力读出的利益。 Via a SPR-FET device, a better understanding of intrinsic surface processes was achieved and is primordial for obtaining a better understanding of charge effects occurring in field effect transistors. Knowing that field-effect transistors performing in a liquid environment are highly dependent on the electrolyte ions as well as analyte charges, any additional information helping to understand analyte-bioreceptor interaction and the resulting change in electrical charge transfer characteristic is of high importance. In combination with tuning the optical probing depth in dual SPR and plasmon-enhanced fluorescence studies, complex surface reactions and superimposed effects accompanied with actuating responsive biointerface could be deciphered. Next in this line of hyphenated SPR strategies should be the combination with sample preparation approaches. Native biological samples typically are too complex to allow for the specific and sensitive detection of the desired biomarker. In the laboratory, various sample preparation strategies isolate and pre-concentrate the analyte through centrifugation, filtration, magnetic bead separation etc. Borrowing from the well-known rapid test format of the lateral flow assay (LFA) SPR-LFA may provide a solution to this challenge in which the sample preparation is accomplished通过LFA指挥pre-concentrated或pre-isolated生物标志物在SPR的筹码。使用智能手机的硬件和软件功能宣读SPR使经济和准确的现场便携式感应的可能性。摄像机,智能手机的屏幕,LED手电筒作为传感器的组件。智能手机SPRP-i系统的设计被认为对小型化的发展铺平了道路和新兴接入点处综合智能手机iSPR生物传感器的应用。改进提供更好的医疗健康管理是关键。医疗管理水平的提高可以通过做出及时的决策基于快速诊断方法,智能数据分析和信息分析。考虑手机文学中所示的示例读出SPR芯片实现在小型手持适配器插入一个正常的手机端口,SPR-LFA方法可能成为战略发展快速测试超出了纯粹的视觉走向高度可量化的读出和敏感的SPR读出。
作者的贡献
DG:实验;DG, RB,党卫军,AB,周,JD、手稿和J-FM:写作。
资金
金融的支持中心国家de la任职(CNRS),里尔大学多瑙河单独大学(DPU)和加拿大自然科学和工程研究委员会(NSERC)承认。DG谢谢伊拉斯谟支持资金。的支持ANR VDOSAGE (ANR - 20 - ce19 - 0022)承认。支持“溺爱France-Canada倒说是“承认。JD支持通过捷克科学基金项目APLOMA (22 - 30456 j)。
的利益冲突
作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
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引用
安德森,O。,Christian, U., Fredrik, B., and Bo, L. (2008). Imaging SPR for detection of local electrochemical processes on patterned surfaces.化学传感器执行器B。134年,545 - 550。doi: 10.1016 / j.snb.2008.05.042
Aspermair, P。Ramach U。,Reiner-Rozman, C., Fossati, S., Lechner, B., Moya, S. E., et al. (2020). Dual monitoring of surface reactions in real time by combined surface-plasmon resonance and field-effect transistor interrogation.j。化学。Soc。142年,11709 - 11716。doi: 10.1021 / jacs.9b11835
Attridge, j·W。丹尼尔,p . B。执事,j·K。,Robinson, G. A., and Davidson, G. P. (1991). Sensitivity enhancement of optical immunosensors by the use of a surface plasmon resonance fluoroimmunoassay.Biosens。Bioelectron。6,201 - 214。0956 - 5663 . doi: 10.1016 / (91) 80005 - i
爸爸,一个。,Taranekar, P., Ponnapati, R. R., Knoll, W., and Advincula, R. C. (2010). Electrochemical surface plasmon resonance and waveguide-enhanced glucose biosensing with N-alkylaminated polypyrrole/glucose oxidase multilayers.ACS达成。垫接口。2,2347 - 2354。doi: 10.1021 / am100373v
胃痛,M。,Toma, K., Toma, M., Zhang, Q., and Dostalek, J. (2014). Plasmon-enhanced fluorescence biosensors: A review.等离子9日,781 - 799。doi: 10.1007 / s11468 - 013 - 9660 - 5
Bellon, S。,Buchmann, W., Gonnet, F., Jarroux, N., Anger-Leroy, M., Guillonneau, F., et al. (2009). Hyphenation of surface plasmon resonance imaging to matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry by on-chip mass spectrometry and tandem mass spectrometry analysis.肛交。化学。81年,7695 - 7702。doi: 10.1021 / ac901140m
Breault-Turcot, J。马森,j·F。,和Microdialysis, S. P. R. (2015). Microdialysis SPR: Diffusion-gated sensing in blood.化学。科学。6,4247 - 4254。doi: 10.1039 / c5sc00716j
Breault-Turcot, J。,Poirier-Richard, H.-P., Couture, M., Pelechacz, D., and Masson, J.-F. (2015). Single chip SPR and fluorescent ELISA assay of prostate specific antigen.芯片实验室。15日,4433 - 4440。doi: 10.1039 / c5lc01045d
Calcagno, M。,D’Agata, R., Breveglieri, G., Borgatti, M., Bellassai, N., Gambari, R., et al. (2022). Nanoparticle-enhanced surface plasmon resonance imaging enables the ultrasensitive detection of non-amplified cell-free fetal DNA for non-invasive prenatal testing.肛交。化学。94年,1118 - 1125。doi: 10.1021 / acs.analchem.1c04196
“翠,V。,Miron, Y., Charette, P. G., and Grandbois, M. (2013). Identification of the molecular mechanisms in cellular processes that elicit a surface plasmon resonance (SPR) response using simultaneous surface plasmon-enhanced fluorescence (SPEF) microscopy.Biosens。Bioelectron。50岁,125 - 131。doi: 10.1016 / j.bios.2013.06.018
夏博诺,d . M。,reault-Turcot, J., Sinnett, D., Krajinovic, M., Leclerc, J. M., Masson, J. F., et al. (2017). Tracking silent hypersensitivity reactions to asparaginase during leukemia therapy using single-chip indirect plasmonic and fluorescence immunosensing.ACS Sens。2,1761 - 1766。doi: 10.1021 / acssensors.7b00584
蒋,。,Chiang, M., Triloges, K., Chang, M., and Wang, Y. (2019). Recent progress in the studies of electrochemical interfaces by surface plasmon resonance spectroscopy and microscopy.咕咕叫。当今。Electrochem。13日,94 - 99。doi: 10.1016 / j.coelec.2018.11.002
Dallaire, a m。,Patskovsky, S。,Vallée-Bélisle, A., and Meunier, M. (2015). Electrochemical plasmonic sensing system for highly selective multiplexed detection of biomolecules based on redox nanoswitches.Biosens。Bioelectron。71年,75 - 81。doi: 10.1016 / j.bios.2015.04.011
Deenin, W。,Yakoh, A., Kreangkaiwal, C., Chailapakul, O., Patarakul, K., and Chaiyo, S. (2022). Integrated lateral flow electrochemical strip for leptospirosis diagnosis.肛交。化学。94年,2554 - 2560。doi: 10.1021 / acs.analchem.1c04440
Dinel, m . P。,Tartaggia, S., Wallace, G. Q., Boudreau, D., Masson, J. F., and Polo, F. (2019). The fundamentals of real-time surface plasmon resonance/electrogenerated chemiluminescence.Angew。化学。Int,艾德。英格兰。今年58岁,18202 - 18206。doi: 10.1002 / anie.201909806
Dostalek, J。Kasry,。,和Knoll, W. (2007). Long range surface plasmons for observation of biomolecular binding events at metallic surfaces.等离子2,97 - 106。doi: 10.1007 / s11468 - 007 - 9037 - 8
Dostalek, J。,和Knoll, W. (2008). Biosensors based on surface plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy.Biointerphases3,FD12-FD22。doi: 10.1116/1.2994688
方,S。,Lee, H. J., Wark, A. W., and Corn, R. M. (2006). Attomole microarray detection of microRNAs by nanoparticle-amplified SPR imaging measurements of surface polyadenylation reactions.j。化学。Soc。128年,14044 - 14046。doi: 10.1021 / ja065223p
森林,年代。,Breault-Turcot, J。Chaurand, P。,和Masson, J.-F. (2016). Surface plasmon resonance imaging-MALDI-TOF imaging mass spectrometry of thin tissue sections.肛交。化学。88年,2072 - 2079。doi: 10.1021 / acs.analchem.5b03309
福丁,E。,Defontaine, Y., Mailley, P., Livache, T., and Szunerits, S. (2005). Micro-imprinting of oligonucleotides and oligonucleotide gradients on gold surfaces: A new approach based on the combination of scanning electrochemical microscopy and surface plasmon resonance imaging (SECM/SPR-i).电分析17日,495 - 503。doi: 10.1002 / elan.200403187
戈德斯,c, D。曹,H。,Gryczynski, I., Gryczynski, Z., and Fang, J. Y. L. (2003). Metal-enhanced fluorescence (MEF) due to silver colloids on a planar surface: Potential applications of indocyanine green to在活的有机体内成像。期刊。化学。一个107年,3443 - 3449。doi: 10.1021 / jp022040q
hanken, d G。,和Corn, R. M. (1997). Electric fields and interference effects inside noncentrosymmetric multilayer films at electrode surfaces from electrochemically modulated surface plasmon resonance experiments.肛交。化学。69年,3665 - 3673。doi: 10.1021 / ac970208b
他,L。,Musick, M. D., Nicewarner, S. R., Salinas, F. G., Benkovic, S. J., Natan, M. J., et al. (2000). Colloidal Au-enhanced surface plasmon resonance for ultrasensitive detection of DNA hybridization.j。化学。Soc。122年,9071 - 9077。doi: 10.1021 / ja001215b
侯,Y。,一个n, J., Deng, C., Chen, S., and Xiang, J. (2016). Redox-dependent interactions between reduced/oxidized cytochrome c and cytochrome c oxidase evaluated by现场电化学表面等离子体共振。肛交。Bioanal。化学。408年,4935 - 4941。doi: 10.1007 / s00216 - 016 - 9586 - 9
黄,c·J。,Dostalek, J。,和Knoll, W. (2010). Long range surface plasmon and hydrogel optical waveguide field-enhanced fluorescence biosensor with 3D hydrogel binding matrix: On the role of diffusion mass transfer.Biosens。Bioelectron。26日,1425 - 1431。doi: 10.1016 / j.bios.2010.07.072
乔希,S。,Zuilhof, H., van Beek, T. A., and Nielen, M. W. F. B. (2017). Biochip spray: Simplified coupling of surface plasmon resonance biosensing and mass spectrometry.肛交。化学。89年,1427 - 1432。doi: 10.1021 / acs.analchem.6b04012
Kang X。,Cheng, G., and Dong, S. (2001). A novel electrochemical SPR biosensor.Electrochem。Commun。3,489 - 493。doi: 10.1016 / s1388 - 2481 (01) 00170 - 9
Kasry,。,和Knoll, W. (2006). Long range surface plasmon fluorescence spectroscopy.达成。理论物理。列托人。89年,101106年。doi: 10.1063/1.2345594
克朗,j . R。,Nelson, R. W., Dogruel, D., Williams, P., and Granzow, R. (1997). BIA/MS: Interfacing biomolecular interaction analysis with mass spectrometry.肛交。物化学。244年,124 - 132。doi: 10.1006 / abio.1996.9871
Lakowicz, j . R。Malicka, J。,Gryczynski, I., and Gryczynski, Z. (2003). Directional surface plasmon-coupled emission: A new method for high sensitivity detection.物化学。Biophys。Commun >,307年,435 - 439。doi: 10.1016 / s0006 - 291 x (03) 01214 - 2
莱希,B。,Hageneder, S., Schmidt, K., Kreuzer, M. P., Conzemius, R., Ereimhult, E., et al. (2021).原位监测滚动循环放大的坚实支持表面等离子体共振和光学波导光谱学。ACS达成。垫接口。13日,32352 - 32362。doi: 10.1021 / acsami.1c03715
利伯曼,T。,和Knoll, W. (2000). Surface-plasmon field-enhanced fluorescence spectroscopy.胶体表面Physicochem。Eng。方面171年,115 - 130。doi: 10.1016 / s0927 - 7757 (99) 00550 - 6
刘,J。,Tian, S., Tiefenauer, L., Nielsen, P. E., and Knoll, W. (2005). Simultaneously amplified electrochemical and surface plasmon optical detection of DNA hybridization based on ferrocene-streptavidin conjugates.肛交。化学。77年,2756 - 2761。doi: 10.1021 / ac048088c
刘,X.-W。杨,Y。王,W。王,S。、高、M。吴,J。,et al. (2017). Plasmonic-based electrochemical impedance imaging of electrical activities in single cells.Angew。化学。Int,艾德。英格兰。56岁,8855 - 8859。doi: 10.1002 / anie.201703033
Loynachan, c . N。托马斯·m·R。、灰色、e R。,Richards, D. A., Kim, J., Miller, B. S., et al. (2018). Platinum nanocatalyst amplification: Redefining the gold standard for lateral flow immunoassays with ultrabroad dynamic range.ACS Nano12日,279 - 288。doi: 10.1021 / acsnano.7b06229
Mussi, J。,Buchmann, W., Gonnet, F., Jarroux, N., Bellon, S., Frydman, C., et al. (2015). Biomarkers probed in saliva by surface plasmon resonance imaging coupled to matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry in array format.肛交。Bioanal。化学。407年,1285 - 1294。doi: 10.1007 / s00216 - 014 - 8373 - 8
Nedelkov D。,和Nelson, R. W. (2003). Surface plasmon resonance mass spectrometry: Recent progress and outlooks.生物科技趋势》。21日,301 - 305。doi: 10.1016 / s0167 - 7799 (03) 00141 - 0
Nedelkov D。,Tubbs, K. A., and Nelson, R. W. (2006). Surface plasmon resonance-enabled mass spectrometry arrays.电泳27日,3671 - 3675。doi: 10.1002 / elps.200600065
Patskovsky, S。,Dallaire, a m。,和Meunier, M. (2016). Electrochemical surface plasmon resonance sensing with absorptive redox mediator film.化学传感器执行器B。222年,71 - 77。doi: 10.1016 / j.snb.2015.08.051
Reiner, a . T。、Fossati年代。,和Dostalek, J。(2018). Biosensor platform for parallel surface plasmon-enhanced epifluorescence and surface plasmon resonance detection.化学传感器执行器B。257年,594 - 601。doi: 10.1016 / j.snb.2017.10.116
Ribereio, j . A。,Sales, M. G. F., and Pereira, C. M. (2021). Electrochemistry-assisted surface plasmon resonance biosensor for detection of CA 15–3.肛交。化学。98年,7815 - 7824。doi: 10.1021 / acs.analchem.0c05367
Ribereio, j . A。,Sales, M. G. F., and Pereira, C. M. (2020). Electrochemistry-assisted surface plasmon resonance detection of miRNA-145 at femtomolar level.化学传感器执行器B。316年,128129年。doi: 10.1016 / j.snb.2020.128129
Riberio, j . A。,Sales, M. G. F., and Pereira, C. M. (2020). Electrochemistry combined-surface plasmon resonance biosensors: A review.的趋势。肛交。化学。2022年,116766年。
溜冰场,S。,Kaiser, B., Steiner, M.-S., Duerkop, A., and Baeumner, A. J. (2022). Highly sensitive interleukin 6 detection by employing commercially ready liposomes in an LFA format.肛交。Bioanal。化学。414年,3231 - 3241。doi: 10.1007 / s00216 - 021 - 03750 - 5
Rodriguez-Lorenzo, L。de la黎加,R。,Álvarez-Puebla, R. A., Liz-Marzán, L. M., and Stevens, M. M. (2012). Plasmonic nanosensors with inverse sensitivity by means of enzyme-guided crystal growth.Nat,垫。11日,604 - 607。doi: 10.1038 / nmat3337
罗斯,通用汽车。,Bremer, M. G. E. G., Wichers, H., an Amerongen, A., and Nielen, W. F. (2018). Rapid antibody selection using surface plasmon resonance for high-speed and sensitive hazelnut lateral flow prototypes.生物传感器8,130。doi: 10.3390 / bios8040130
山,X。,Patel, U., Wang, S., Iglesias, R., and Tao, N. (2010). Imaging local electrochemical current via surface plasmon resonance.科学327年,1363 - 1366。doi: 10.1126 / science.1186476
sokolv, K。,Chumanov, G., and Cotton, T. M. (1998). Enhancement of molecular fluorescence near the surface of colloidal metal films.肛交。化学。70年,3898 - 3905。doi: 10.1021 / ac9712310
Srisomwat C。Yakoh,。,Chuaypen, N., Tangkijvanich, P., Vilaivan, T., and Chailapakul, O. (2021). Amplification-free DNA sensor for the one-step detection of the hepatitis B virus using an automated paper-based lateral flow electrochemical device.肛交。化学。93年,2879 - 2887。doi: 10.1021 / acs.analchem.0c04283
斯坦格尔,G。,和Knoll, W. (2005). Surface plasmon field-enhanced fluorescence spectroscopy studies of primer extension reactions.核酸Res。33岁的e69。doi: 10.1093 / nar / gni067
Stigter, e·c·A。德容,g . J。,和van Bennekom, W. P. (2013). Coupling surface-plasmon resonance and mass spectrometry to quantify and to identify ligands.TrAC趋势肛门。化学。45岁,107 - 120。doi: 10.1016 / j.trac.2012.09.004
Szunerits, S。,Knorr, N. C., and Livache, T. (2004). New approach to writing and simultaneous reading of micropatterns: Combining surface plasmon resonance imaing with scanning electrochemical microscopy (SECM).朗缪尔20岁,9236 - 9241。doi: 10.1021 / la0492557
Terao, K。,Hiramatsu, S., Suzuki, T., Takao, H., Shimokawa, F., and Oohira, F. (2015). Fast protein detection in raw blood by size-exclusion SPR sensing.肛交。方法7,6483 - 6488。doi: 10.1039 / c5ay01045d
生田斗真,M。,Jonas, U., Mateescu, A., Knoll, W., and Dostalek, J. (2013). Active control of SPR by thermoresponsive hydrogels for biosensor applications.期刊。化学。C Nanomater。接口117年,11705 - 11712。doi: 10.1021 / jp400255u
王的年代。,Huang, X., Shan, X., Foley, K. J., and Tao, N. (2010). Electrochemical surface plasmon resonance: Basic formalism and experimental validation.肛交。化学。82年,935 - 941。doi: 10.1021 / ac902178f
王,Y。,山,X。,Wang, H., Wang, S., and Tao, N. (2017). Plasmonic imaging of surface electrochemical reactions of single gold nanowires.j。化学。Soc。139年,1376 - 1379。doi: 10.1021 / jacs.6b10693
天雪,J。,Bai, Y., and Liu, H. (2019). Hybrid methods of surface plasmon resonance coupled to mass spectrometry for biomolecular interaction analysis.肛交。Bioanal。化学。411年,3721 - 3729。doi: 10.1007 / s00216 - 019 - 01906 - y
Yu F。,Persson, B., Löfås, S., and Knoll, W. (2004). Attomolar sensitivity in bioassays based on surface plasmon fluorescence spectroscopy.j。化学。Soc。126年,8902 - 8903。doi: 10.1021 / ja048583q
Yu F。,Persson, B., Löfås, S., and Knoll, W. (2004). Surface plasmon fluorescence immunoassay of free prostate-specific antigen in human plasma at the femtomolar level.肛交。化学。76年,6765 - 6770。doi: 10.1021 / ac048937w
关键词:分析科学、表面等离子体resonace (SPR),质量光谱,电化学,侧流试验(LFA)
引用:Geilfuss D, Boukherroub R, Dostalek J, Knoll W,马森肯尼迪,Baeumner AJ和Szunerits年代(2022)可以古典表面等离子体共振通过其他分析方法的耦合吗?。前面。肛交。科学。2:1091869。doi: 10.3389 / frans.2022.1091869
收到:2022年11月11日;接受:07年12月2022;
发表:2022年12月16日。
编辑:
杰森程美国加州大学河滨分校版权©2022 Geilfuss Boukherroub Dostalek,诺尔,马森,Baeumner Szunerits。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:Sabine Szunerits,sabine.szunerits@univ-lille.fr