RU2616879C1 - Флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор - Google Patents
Флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616879C1 RU2616879C1 RU2016107983A RU2016107983A RU2616879C1 RU 2616879 C1 RU2616879 C1 RU 2616879C1 RU 2016107983 A RU2016107983 A RU 2016107983A RU 2016107983 A RU2016107983 A RU 2016107983A RU 2616879 C1 RU2616879 C1 RU 2616879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- dna
- protein
- thin film
- mol
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к оптическим биосенсорам, предназначенным для определения белковых молекул в малых концентрациях. Заявленный флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор состоит из подложки, адсорбированной на подложке тонкой пленки комплекса ДНК-белок, причем подложка выполнена из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100), размером 18×18 мм и толщиной 380±20 мкм, шероховатость рабочей поверхности ≤0,06, а содержание белка в тонкой пленке составляет от 10-15 до 10-9 моль/л. Технический результат - разработка флуоресцентного оптического ДНК-биосенсора, обладающего возможностью многократного его использования без потери чувствительности, в частности, при определении белковых молекул в малых концентрациях. 3 табл.
Description
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к оптическим биосенсорам, предназначенным для определения белковых молекул в малых концентрациях.
Известна композиция модифицированных полупроводников, которая содержит, по крайней мере, один полупроводниковый материал, имеющий пористую текстуру, и, по крайней мере, один элемент распознавания, модифицирующий указанный полупроводниковый материал, и обеспечивающая, по крайней мере, одну первую люминесцентную реакцию в диапазоне приблизительно 200-800 нм при освещении композиции электромагнитным излучением, по крайней мере, одной длиной волны в диапазоне приблизительно 100-1000 нм. Композиция формирует систему сенсора (патент RU 2255326 С2, Ятроквест Корпорэйшн, СА 27.06.2005).
Недостатком этой композиции является 1) использование пористых полупроводниковых материалов, требующих сложной подготовки к проведению анализа, 2) биосенсор при формировании химической связи пористая подложка-агент распознавания становится одноразовым.
Также известен биологический сенсор, состоящий из подложки, на поверхность которой нанесена металлическая пленка, на внешней поверхности которой расположен промежуточный связующий слой с адсорбированным на его поверхность биоспецифическим слоем, отличающийся тем, что промежуточный связующий слой выполнен из тонкой пленки из графена толщиной 0,3-2000 нм, или тонкой пленки из однослойных или многослойных углеродных нанотрубок толщиной 0,4-2000 нм, или тонкой пленки из оксида графена толщиной 0,7-2000 нм, а биоспецифический слой расположен на поверхности промежуточного связующего слоя конформно и однородно и выполнен с возможностью осуществления избирательного химического взаимодействия с анализируемыми биологическими молекулами (патент RU 2527699 С1, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет), 10.09.2014).
К недостаткам данного биосенсора, выбранного в качестве ближайшего аналога, относятся 1) использование в качестве подложки пленки из углеродных нанотрубок, или оксида графена, или металлических пленок благородных металлов, 2) использование промежуточного слоя гидрогеля, состоящего из полисахаридов, 3) химические взаимодействия компонентов биологического сенсора. Перечисленные недостатки приводят к потере чувствительности биосенсора и возможности его повторного использования.
Техническим результатом изобретения является разработка флуоресцентного оптического ДНК-биосенсора, обладающего возможностью многократного его использования без потери чувствительности, в частности, при определении белковых молекул в малых концентрациях.
Технический результат достигается тем, что флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор состоит из подложки и адсорбированной на подложке тонкой пленки комплекса ДНК-белок, при этом подложка выполнена из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100), размером 18×18 мм и толщиной 380±20 мкм, шероховатость рабочей поверхности ≤0,06, а содержание белка в тонкой пленке составляет от 10-15 до 10-9 моль/л.
Изобретение позволяет детектировать белковые молекулы в системе ДНК-белок, сформированной на подложке из монокристаллического кремния, при малых концентрациях белковых молекул.
Краткое описание таблиц
Таблица 1. Изменение интегральной интенсивности флуоресценции предложенного устройства в зависимости от концентрации определяемого белка - иммуноглобулина.
Таблица 2. Изменение интегральной интенсивности флуоресценции предложенного устройства в зависимости от концентрации определяемого белка - гемоглобина человека.
Таблица 3. Изменение интегральной интенсивности флуоресценции предложенного устройства в зависимости от концентрации определяемого белка - сывороточного альбумина человека.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующими примерами.
Пример 1. Флуоресценция подложки из монокристалла кремния до и после нанесения слоя молекул ДНК
Использовали образцы кремния с ориентацией поверхности (100), толщиной 380±20 мкм, шероховатость рабочей поверхности ≤0,06. Наблюдаемая люминесценция образцов монокристаллического кремния без добавления ДНК или белка является люминесценцией оксидной пленки на поверхности монокристаллического образца, связанной с излучением одиночных и агрегатных центров окраски (F-центров) в оксидной матрице. Так, при возбуждении светом длиной волны 260 нм (полоса поглощения ДНК) максимум полосы флуоресценции подложки наблюдали при 364 нм. Плечи в областях 355-360 и 370-375 нм свидетельствуют о различном размере кластеров в SiO2 - оксидной пленке.
При нанесении на подложку однокомпонентной пленки ДНК (1,7 мг/мл) изменение положения максимума полосы флуоресценции незначительно, при этом интенсивность флуоресценции возрастает почти в 4 раза.
В использованных нами образцах монокристаллического кремния была обнаружена собственная флуоресценция с максимумами при 688 и 722 нм. Существует модель, объясняющая возникновение фотолюминесценции свойствами границы Si-SiOx, насыщенной дефектами. На образцах пористого кремния показано, что положение полос фотолюминесценции может заметно (1,75-2 эВ) меняться при старении образцов.
Пример 2. Определение иммуноглобулина с помощью предложенного сенсора
Использовали материалы: ДНК из тимуса теленка, IgG кролика. Навеску ДНК обрабатывали ультразвуком на сонификаторе Branson 1510 (42 кГц) 40 минут в 0,1 моль/л растворе NaCl. Раствор ДНК (1,7 мг/мл) смешивали с раствором белка различных концентраций в 0,1 моль/л NaCl в соотношении 9:1 так, чтобы концентрация белка в растворе для нанесения на положку составляла от 10-9 до 10-15 моль/л.
Пленку получали методом спинкоатинга на подложке монокристаллического кремния (18×18 мм) на установке на основе центрифуги «Элекон» ЦЛМН-Р 10-02 (Россия) при скорости вращения подложки 2000 об/мин. Объем наносимого раствора - 20 мкл.
Результаты определения иммуноглобулина с помощью предложенного сенсора представлены в таблице 1.
Пример 3. Определение гемоглобина человека с помощью предложенного сенсора
Использовали материалы: ДНК из тимуса теленка, гемоглобин человека. Навеску ДНК обрабатывали ультразвуком на сонификаторе Branson 1510 (42 кГц) 40 минут в 0,1 моль/л растворе NaCl. Раствор ДНК (1,7 мг/мл) смешивали с раствором белка различных концентраций в 0,1 моль/л NaCl в соотношении 9:1 так, чтобы концентрация белка в растворе для нанесения на положку составляла от 10-9 до 10-15 моль/л.
Пленку получали методом спинкоатинга на подложках монокристаллического кремния (18×18 мм) на установке на основе центрифуги «Элекон» ЦЛМН-Р 10-02 (Россия) при скорости вращения подложки 2000 об/мин. Объем наносимого раствора - 20 мкл.
Результаты определения гемоглобина человека с помощью предложенного сенсора представлены в таблице 2.
Пример 4. Определение сывороточного альбумина человека с помощью предложенного сенсора.
Использовали материалы: ДНК из тимуса теленка, сывороточный альбумин человека (САЧ). Навеску ДНК обрабатывали ультразвуком на сонификаторе Branson 1510 (42 кГц) 40 минут в 0,1 моль/л растворе NaCl. Раствор ДНК (1,7 мг/мл) смешивали с раствором белка различных концентраций в 0,1 моль/л NaCl в соотношении 9:1 так, чтобы концентрация белка в растворе для нанесения на положку составляла от 10-9 до 10-15 моль/л.
Пленку получали методом спинкоатинга на подложках монокристаллического кремния (18×18 мм) на установке на основе центрифуги «Элекон» ЦЛМН-Р 10-02 (Россия) при скорости вращения подложки 2000 об/мин. Объем наносимого раствора - 20 мкл.
Результаты определения сывороточного альбумина человека с помощью предложенного сенсора представлены в таблице 3.
Возбуждение в полосу поглощения белка (λех=280 нм) не изменяет существенно формы спектра и кремниевой подложки, и однокомпонентной пленки ДНК на ней, приводя лишь к снижению интенсивности флуоресценции в обоих случаях по сравнению с интенсивностью, наблюдаемой при возбуждении светом с длиной волны 260 нм.
Таким образом, созданный биосенсор позволяет определять наличие белковых молекул в низких концентрациях, при этом при снижении концентрации белка в тонкой пленке наблюдали существенное усиление флуоресценции от 2,5 до 23 раз.
Claims (1)
- Флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор, состоящий из подложки, адсорбированной на подложке тонкой пленки комплекса ДНК-белок, отличающийся тем, что подложка выполнена из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100), размером 18×18 мм и толщиной 380±20 мкм, шероховатость рабочей поверхности ≤0,06, а содержание белка в тонкой пленке составляет от 10-15 до 10-9 моль/л.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016107983A RU2616879C1 (ru) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | Флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016107983A RU2616879C1 (ru) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | Флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2616879C1 true RU2616879C1 (ru) | 2017-04-18 |
Family
ID=58642589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016107983A RU2616879C1 (ru) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | Флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2616879C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2684276C1 (ru) * | 2018-03-05 | 2019-04-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Флуоресцентный оптический ДНК-сенсор |
| RU2787689C1 (ru) * | 2022-04-04 | 2023-01-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Оптический сенсор для тушения флуоресценции оптически активных аминокислот тромбоцитов и способ его получения |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090116020A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Seikoh Giken Co., Ltd. | Biosensor, method for producing the same and sensor measurement system |
| RU2527699C1 (ru) * | 2013-02-20 | 2014-09-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет) | Биологический сенсор и способ создания биологического сенсора |
| RU2567320C2 (ru) * | 2011-01-28 | 2015-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и Экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН) | Способ получения подложек с мнонослойным покрытием на основе полиэлектролитных микрокапсул, содержащих биологически активные материалы |
| WO2015188215A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | University Of South Australia | Optical biosensor |
| RU2015102212A (ru) * | 2012-07-26 | 2016-09-20 | Универсидад Де Сарагоса | Биосенсор с металлическими наночастицами |
-
2016
- 2016-03-04 RU RU2016107983A patent/RU2616879C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090116020A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Seikoh Giken Co., Ltd. | Biosensor, method for producing the same and sensor measurement system |
| RU2567320C2 (ru) * | 2011-01-28 | 2015-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и Экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН) | Способ получения подложек с мнонослойным покрытием на основе полиэлектролитных микрокапсул, содержащих биологически активные материалы |
| RU2015102212A (ru) * | 2012-07-26 | 2016-09-20 | Универсидад Де Сарагоса | Биосенсор с металлическими наночастицами |
| RU2527699C1 (ru) * | 2013-02-20 | 2014-09-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет) | Биологический сенсор и способ создания биологического сенсора |
| WO2015188215A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | University Of South Australia | Optical biosensor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2684276C1 (ru) * | 2018-03-05 | 2019-04-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Флуоресцентный оптический ДНК-сенсор |
| RU2787689C1 (ru) * | 2022-04-04 | 2023-01-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Оптический сенсор для тушения флуоресценции оптически активных аминокислот тромбоцитов и способ его получения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200150120A1 (en) | Portable electronic device, system, and method for analyte detection | |
| Lee et al. | 3D plasmonic nanobowl platform for the study of exosomes in solution | |
| US20210048433A1 (en) | Digital control of on-chip magnetic particle assay | |
| Zhou et al. | Immunoassay for tumor markers in human serum based on Si nanoparticles and SiC@ Ag SERS-active substrate | |
| JP2015230280A (ja) | 分析対象物の検出方法及びラテラルフロー用テストストリップ | |
| US20100035335A1 (en) | Metal-enhanced fluorescence for the label-free detection of interacting biomolecules | |
| US20160209410A1 (en) | Test piece for immunochromatography, developing fluid used therefor, and immunochromatography using the same | |
| JP2010019553A (ja) | 一分子蛍光分析による分子の特異的結合反応検出方法 | |
| JP6083849B2 (ja) | 試料中の標的物質を検出又は定量する方法及びキット | |
| Chiu et al. | Graphene oxide based surface plasmon resonance biosensors | |
| RU2616879C1 (ru) | Флуоресцентный оптический ДНК-биосенсор | |
| JP2019007984A (ja) | 分析対象物の検出方法及びラテラルフロー用テストストリップ | |
| JP6605802B2 (ja) | 免疫アッセイによる微生物の検出方法、免疫アッセイに付す検体の処理方法、免疫アッセイ用検体前処理液、及びイムノクロマトグラフィー用試験キット | |
| Chun et al. | Fast myoglobin detection using nanofluidic electrokinetic trapping technique | |
| JP2012215494A (ja) | イムノクロマト測定法ならびにそれに用いられるキットおよびシステム | |
| CN113125420B (zh) | 基于化学发光的多元分析光子晶体芯片及其制备方法和应用 | |
| De et al. | Diatoms as sensors and their applications | |
| WO2013042603A1 (ja) | 検体希釈用液、それを用いたキットおよび蛍光測定方法 | |
| He et al. | Label-free detection of hepatocellular carcinoma markers based on photoluminescence of antibody-conjugated ZnO arrays | |
| Wang et al. | Duplex-immunoassay of ovarian cancer biomarker CA125 and HE4 based carbon dot decorated dendritic mesoporous silica nanoparticles | |
| Jiang et al. | Immunosensor application based on Raman spectroscopy of porous silicon | |
| Murata et al. | Two-layer reflectometric interference spectroscopy-based immunosensing for C-reactive protein | |
| RU2684276C1 (ru) | Флуоресцентный оптический ДНК-сенсор | |
| JP5754309B2 (ja) | 表面プラズモン励起増強蛍光分光法を利用して蛍光量を測定する定量分析方法ならびにそれに用いられる定量分析用キットおよびアナライト解離抑制剤 | |
| Jovanovic-Talisman et al. | NPC mimics: probing the mechanism of nucleocytoplasmic transport |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200305 |