Флуоресцентный оптический днк-биосенсор



Флуоресцентный оптический днк-биосенсор
Флуоресцентный оптический днк-биосенсор
Флуоресцентный оптический днк-биосенсор

 


Владельцы патента RU 2616879:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) (RU)

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к клинической лабораторной диагностике. Сущность способа: осуществляют забор крови в пробирку, содержащую антикоагулянт, перемешивают и оставляют на 20 мин для свободного осаждения эритроцитов при комнатной температуре, после седиментации эритроцитов берут 0,5 мл лейкоцитарной взвеси и определяют в ней количество лейкоцитов любым способом (рутинным или автоматизированным), доводят ее концентрацию до величины 5*109 лейкоцитов/л дистиллированной водой, биологическую жидкость помещают в морозильную камеру при температуре -20°С до полного замораживания и используют ее после процесса размораживания для иммуноферментного определения спонтанной продукции цитокинов.

Изобретение относится к медицине и касается способа получения бифункционального аффинного сорбента для хроматографической очистки иммуноглобулинов флуоресцирующих путем иммобилизации неосмектина с гетерологичными антигенами, дающими перекрестные реакции с иммуноглобулинами, где к сорбенту вносят водорастворимый антиген, проводят экспозицию, отмывают от несвязавшегося антигена, доводят рН и проводят одномоментную очистку иммуноглобулинов флуоресцирующих от несвязавшегося ФИТЦ и гетерологичных антител с контролем иммунологических показателей готовых препаратов в РИФ.

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству и гинекологии, и может быть использовано для выявления антиотцовских антител после иммунизации женщин с идиопатическим привычным выкидышем лимфоцитами полового партнера.
Изобретение относится к медицине, а именно к трансплантации органов и клинической лабораторной диагностике, может быть использовано при ведении пациентов после трансплантации сердца для диагностики отторжения трансплантированного сердца.
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для выявления риска формирования Т-хелперного иммунодефицита у человека в условиях Арктики. Для этого осуществляют забор крови из вены и определяют общее количество лимфоцитов, малых лимфоцитов в лимфоцитограмме и содержание зрелых функционально активных Т-клеток CD3+.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использована для одновременного выявления представителей условных таксономических групп микроорганизмов, патогенных для человека и животных.
Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и может быть использовано для прогнозирования внутриутробного инфицирования плода у женщин во втором триместре гестации при обострении хронического простого бронхита, обусловленного гриппом A(H3N2).
Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и может быть использовано для прогнозирования синдрома задержки роста плода в третьем триместре гестации при обострении хронического простого бронхита, обусловленного гриппом A(H3N2), у женщин во втором триместре беременности.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для определения присутствия белка STEAP-1 в биологическом образце, полученном от индивида, имеющего подозрение на метастатический рак предстательной железы.
Изобретение относится к медицине, а именно к аллергологии и дерматологии, и может быть использовано для прогнозирования инфекционного осложнения атопического дерматита у детей при специфической иммунотерапии.

Изобретение относится к способу получения бактериофага. Способ включает культивирование бактериальных клеток штамма-хозяина при отсутствии посторонней микрофлоры, получение фаголизата, а также очистку фаголизата осаждением и/или фильтрацией.

Изобретения относятся к области определения последовательности нуклеиновой кислоты. Предложена группа изобретений, включающая устройство и способ для оптического контроля секвенирования нуклеиновой кислоты, машиночитаемый носитель с компьютерной программой и программный элемент, используемые в вышеуказанном способе, а также применение 5-метил-(2-(2-нитрофенил)пропил)карбонат-dUTP, 5-метил-(2-оксо-1,2-дифенилэтил)карбонат-dUTP в качестве блокатора в секвенировании ДНК в вышеуказанном способе.

Изобретение относится к способам и устройствам для осуществления наблюдений за перемещениями люминесцирующей частицы в образце. Способ наблюдения за перемещениями люминесцирующей частицы в образце включает формирование светового луча, распределение интенсивности в котором имеет минимум, направление указанного луча на образец таким образом, чтобы частица располагалась в области минимума интенсивности, детектирование фотонов, испускаемых исследуемой частицей, и перемещение луча по образцу таким образом, чтобы число испускаемых частицей фотонов оставалось минимальным.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного оперативного мониторинга состояния растительности по трассе полета авиационного носителя.

Изобретение относится к способам определения энантиомерного избытка хиральных соединений по их люминесцентным характеристикам. Один из способов определения энантиомерного избытка хиральных соединений включает измерение спектров люминесценции анализируемых образцов, измерение спектров люминесценции образцов с заведомо известным энантиомерным составом и сравнение полученных спектров испускания люминесценции, а также построение зависимости интенсивности люминесценции от энантиомерного избытка.

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано при поиске скоплений углеводородов. Предложен способ обнаружения углеводородов с использованием подводного аппарата, снабженного одним или несколькими измерительными компонентами.

Изобретение относится к методам обнаружения следов биологического происхождения и может быть использовано для поиска биологических следов на предметах, поступивших для проведения экспертных и специальных исследований.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, биологии и физиологии растений. В способе оценивают функциональное состояние растений in vitro путем определения параметров флуоресценции хлорофилла.

Изобретение относится к органической химии и к области химии материалов, а именно к новому типу соединений - бискраунсодержащим дистирилбензолам общей формулы I, в которой A - бензольный фрагмент формулы II или III: где n=0, 1, а также к способу получения соединений формулы I, заключающемуся в том, что бисфосфонаты общей формулы IV, в которых A имеет вышеуказанные значения, R - низший алкил, подвергают взаимодействию с формильными производными бензокраун-эфиров общей формулы V, где n=0, 1, и процесс проводят в среде органического растворителя или смеси органического растворителя с водой.

Изобретение относится к бумажной промышленности, в частности к технологиям мониторинга и регулирования микроскопических загрязняющих веществ (микростиков) и макроскопических загрязняющих веществ (макростиков), и касается способа и устройства измерения эффективности добавки, вводимой в водную суспензию целлюлозной массы.

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, в частности к ветеринарной санитарии. Средство для контроля качества механической очистки животноводческих помещений включает поливинилпиралидон или поливинилацетат, белила цинковые, флюоресцеин, глицерин, стеарат натрия и воду. Выполняют скрытное нанесение маркера на труднодоступные места помещения путем мазка. Оценку качества мойки проводят непосредственно после окончания мойки. При наличии остаточного свечения в ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 300-400 нм дезинфекцию считают неудовлетворительной. Улучшается сохранность и надежность идентификации маркировки. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх