Biosensorer del 2 H24 m notater PDF

Biosensorer Bioteknologibok kap 10.1-10.4 Kompendium, Stuen,I, kap 5 + eks hentet fra internett  BIOSENSING: Biosensorer del 1...

Biosensorer Bioteknologibok kap 10.1-10.4 Kompendium, Stuen,I, kap 5 + eks hentet fra internett  BIOSENSING: Biosensorer del 1 o Bakgrunn /Hva er en biosensor? o "Basic" biosensorer o Eksempler på applikasjoner Tema/mål Biosensorer del 2 Spesialiserte biosensorer (SPRnanosensor) Kort om andre biosensing metoder LUB: Studenten skal kunne beskrive grunnprinsippene for en biosensor og kunne gi eksempler på ulike typer biosensorer.  SPR (Surface plasmon resonanse) biosensorer (nanobiosensorer) Kap 4.2 Biomaterials...: Kap 4.2.1 og 4.2.2 ( til og med 4.2.2.1) Hva er/betyr plasmon? SPR (Surface plasmon resonanse) biosensor Er et avansert, sensitivt og kvantitativt verktøy for å overvåke dannelse av bindinger og interaksjoner mellom biomolekyler. o Real-time Vanligste formen for optisk sensor og brukes til analyser innen kjemi, biologi, medisin og matvitenskap o Biologiske makromolekyler (proteiner, sakkarider, DNA..), legemiddel utvikling, interaksjoner mellom proteiner, mellom antistoff , mellom protein-DNA o Finne nye biomarkører relatert til sykdommer og prognoser o Eks Kreft, hepatitt, HIV (immunosensorer) Benyttes også innen nanoteknologi, Raman spektroskopi, fotonikk og utvikling av optiske dataoverføringssystemer Plasmons (SPR) i biosensorer Måler endringer i molekylære interaksjoner. Basert på hvordan lysbrytingen til et metall (vanligvis gull) endres avhengig av hva metalloverflaten er belagt med (overflate plasmonresonans). o Biomolekyler (eks enzymer) festes til overflaten, endringen i refleksjonsvinkelen til laserstrålen som treffer overflaten, viser hvor sterk interaksjonen er. ✓ Dvs overvåking av brytningsindeksen (optisk fenomen)  SPR- biosensor Optisk biosensor - SPRO o Optisk deteksjon (optisk transduser): ✓ Kombinasjon mellom det optiske feltet og et bio- gjenkjennelsessystem. o Først og fremst system uten merking (men kan også være med merking).  SPR- biosensor SPR fenomen oppstår når metalloverflata i grensesnittet mellom to faser (eks glass og væske) blir belyst (polarisert lys) i en spesiell vinkel. Animasjoner: Gjennom et prisme https://www.youtube.com/watch?v=sM-VI3alvAI&t=1s https://www.youtube.com/watch?v=nkcC9BLmlrA Overflate plasmoner dannes og intensiteten til det reflekterte lyset reduseres ved en spesifikk vinkel (resonansvinkel) o Denne effekten er proporsjonal med masseoverflaten. o Et sensorgram kan oppnås ved å måle forskyvningen i reflektivitet, vinkel eller bølgelengder mot tid. SPR-biosensor I SPR er sensor chipen ( her: gull) plassert mellom prismet og løsningen. Gull kan lett dekkes med ulike molekylære stoffer. Dette er integrert med et væskesystem som tillater gjennomstrømning. Avhengig av analytt kan fire typer assays gjennomføres: direkte assay, competetiv assay, sandwhich assay og inhiberings assay. SPR Illustrasjon Oppsummert- metode Et biomolekyl immobiliseres til en overflate, kjent som sensor chipen (her: gull). En pumpe frakter analytter (løsning) over sensor chipen. En optisk enhet fanger opp endringer som oppstår på overflata av chipen. Software plotter tidsavhengige responser som en graf (sensorgram).  Oppsummert- prinsipp SPR-biosensorer utnytter lysinteraksjoner på metalloverflater for å måle biomolekylære interaksjoner i sanntid. Involverer immobilisering av en reaktant (biomolekyl) på en overflate og overvåking av dens interaksjon med en annen komponent i løsning. Endringer i resonansshift skyldes dannelse/dissosiering av bindinger mellom analytt og ligand som er bundet til overflaten Gir verdifull informasjon om bindingskinetikk og affinitet uten behov for merking, noe som gjør dem svært nyttige i mange bioteknologiske og medisinske forskningsapplikasjoner.  Analyse av små analytter med molvekt < 5000 gir ofte dårlige resultater. Optimalisering- Forbedring av sensitivitet ved å "merke" analyttene med en SPR biosensorer sekundær komponent med høy molvekt eller høy brytningsindeks (eks AuNP (gull nanopartikkel). Ligand er immobilisert til chippen med standard aminbindingsmetoder. Følsomheten øker 15 ganger.  Bruk av ELISA sandwich metoden gir en sensitivitets økning på 25 Optimalisering- ganger i forhold til opprinnelig metode. o Følsomheten er relatert til den sterke optiske koblinga mellom SPR biosensorer Au-filmen og AuNPs. o Metoden kan også benyttes til inhiberingsanalyser Konklusjon: merking med AuNP er gunstig for forsterkning av SPR følsomheten. Optimalisering-SPR biosensor SPR følsomhet kan også forbedres ved: Modifisering av polymerpartikler som f.eks latekspartikler og poly(acrylamid) hydrogel mikrostrukturer («kuler»). Øke mengden biomolekyler (ligand) bundet til SPR sensor chippen o Ulike metoder for immobilisering (eks via SI-ATRP ( dannelse av hydrogel))  Eksempel AuNP sensor Detektere SARS-COV-2 på matoverflater Key design steps of AuNP-based nanobiosensor for detection of SARS-CoV-2 on food surfaces: o (A) RT-LAMP reaction and virus sample addition; o (B) AuNPs containing thiol groups were functionalized with oligonucleotides; o (C) separate amplicons bind oligonucleotide groups to the target for further detection in UV–Vis; o (D) in natura samples of vegetables (cabbage, spinach, and lettuce) decontaminated with UV light were infected with SARS-CoV-2 and recovered for RT-LAMP and RT-qPCR reactions. Biosensing metoder Biosensing- eksempel Deteksjon av DNA/RNA Moderne metoder for å undersøke genuttrykking er qPCR (real- time) og DNA mikroarray (jfr bioteknologi, MATV1007). Prinsipper? Biosensing- eksempel Deteksjon av proteiner- ELISA: "Gullstandarden" for å måle mengde proteinutrykking er ELISA («enzyme- linked immunosorbent assay»). Sensitiv immunologisk metode. o Måler små mengder biologiske substanser. o Kompleksdannelse mellom analytt (Ag) og antistoff(Ast) merket med enzym. Ag og Ast? To metoder mest brukt: direkte ELISA og sandwich ELISA. Biosensing- eksempel ELISA Biosensing- eksempel ELISA