15 listopad, 2011

1. 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 Zadanie 19. Opracowanie podstaw budowy sensora przeciwciał na bazie powierzchni GaN i ZnO modyfikowanych peptydami. Agnieszka Kaminska , Sylwester Gawinkowski, Tomasz Rolinski, Jacek Waluk, Robert Hołyst 15 listopad, 2011 Instytut Chemii Fizycznej PAN

2. Antigen-Antibody interactions epitope Laser excitation antibody Sers platform SERS spectrum – detects specific antibody-antigenbinding event *The epitope is small (~6 amino acids or ~6 sugars) or a small part of a larger antigen

3. Zadania wykonane • 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

4. (a) (b) (a) (b) 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

5. Zadania wykonane • 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%) 400 nm Au SEM images of samples (a) after photo-etching and (b) subsequent evaporation of ~ 70 nm of Au. Photo-etching of GaN was done in the K2S2O8-KOH water solution under UV illumination Au-Ag (60%/ 40%)

6. Zadania wykonane • 2. Fabrykacja nowych podlozy do pomiarów SERS bazujących na nanodrutachZnO pokrytych zlotem.z wykorzystaniem techniki CVD(Chemical VapourDeposition) na podłożu. • 1.Aktywacja podłoża ITO przy zastosowaniu KMnO42.Reaktywny wzrost nanostrukturZnO z roztworu zawierającego Zn(NO3)2 oraz KOH • 3. 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. EF=104

7. 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 filtra ( dolny panel).

8. Zadania wykonane • Opracowanie procedur kontrolowanej immobilizacji peptydów na platformach sersowskich. • Immobilizacja aminokwasów na powierzchni sersowskiej pokrytej monowarstwąkwasu11-merkaptoundekanowego (-), struktury nieuporządkowane, liczne wiązania wodorowe • Immobilizacja aminokwasów na powierzchni sersowskiej pokrytej monowarstwącysteaminy – „ tworzenie wiązań peptydowych w wyniku reakcji EDC/NHS” - (+) • Zbadanie wpływu warunków otrzymywania monowarstwcysteaminy na strukturę otrzymywanych warstw • wpływ pH • czasu adsorpcji • stężenia roztworu adsorpcyjnego • elektrolitów

9. Monowarstwy cysteaminy- podsumowanie Optymalne parametry procesu samoorganizacji prowadzące do monowarstw cysteaminy zbudowanych głównie z konformerów Trans !!! adsorpcja z rozpuszczalników polarnych z roztworów o stężeniu powyżej 15mM czas adsorpcji 1.5h pH od 1.5 do 3

10. Zadania wykonane • 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)

11. Immobilizacja aminokwasów WidmoSERS (a) monowarstwy cysteaminy zaadsorbowanej na podlozu GaN pokrytym zlotem; widma SERS widmo SERS monowartwy cysteaminy z przylaczonym kwasem glutaminowym po 10min i ( b; (c) 30 min. i (d) 2 godzinach modyfikacji aminokwasem. Insert przedstawia normalne widmo Ramana kwasu glutaminowego.

12. Antigen- Blocking peptide interaction blocking peptide (Akt(pan)) + mAb blocking peptide (Akt(pan))

13. Zadania wykonane • Rejestracja i opracowanie widm Rama 20 aminokwasów • Rejestracja i opracowanie widm SERS aminokwasów • Rejestracja i opracowanie widm hetero i homo-peptydów Baza widm

14. Identyfikacja położenia pików aminokwasów względem pików danego aminokwasu na przykładzie tyrozyny • I - intensywności pików tyrozyny • E - położenia pików tyrozyny • n - liczba pików pozostałych aminokwasów mająca to samo położenie • Arg – położenie pików argininy zgodnych z położeniem pików tyrozyny. Liczba oznacza intensywność, zaś puste miejsce – brak piku • Pro – Trp – jak wyżej dla odpowiedniego aminokwasu

15. 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.

16. II. PLANY • . • Modyfikacja platform sersowskich wybranymi peptydami blokującymi i analiza zmianw 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 ZnO

18. SERS microfluidic sensor 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) and then accumulated on a SERS probe (right), which results in molecule concentrating.