Your SlideShare is downloading. ×
Optical Biosensors and Applications
Optical Biosensors and Applications
Optical Biosensors and Applications
Optical Biosensors and Applications
Optical Biosensors and Applications
Optical Biosensors and Applications
Optical Biosensors and Applications
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Optical Biosensors and Applications

1,812

Published on

Optical Biosensors and Applications

Optical Biosensors and Applications

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
1,812
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
89
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. F F Optical biosensors and applications บุญสง สุตะพันธ Photonics Technology Laboratory NECTEC F ก ก • Biological sensing materials: DNA-DNA, Antibody-Antigen, Protein-Protein, etc. • Transducers: Fluorescence, Absorbance, Scattering, SPR, LSPR, etc. • Sensor chips • Fluidics: Flow-through, drop-in, etc. Optical transducers หัวขอ • Labeling technique • Surface plasmon resonance (SPR) Biacore systems GWC’s SPR imager NECTEC’s SPR imager ตัวอยางการประยุกตใชงาน • Localize surface plasmon resonance (LSPR) Fluorescence Absorbance (ELISA) Scattering (LSPR) DNA array detection with nanoparticle probes (Microarrays) (Nanosphere inc.) • Label-free technique DNA direct detection Ultrasensitive PSA detection Refractive index change (SPR) Surface plasmon resonance (SPR) SPR F ก ก F F SPR curves ก ก กก F ก ก F Fก F F ก F F Surface plasmon resonance biosensors Antibody Antibody/Antigen Biomolecule interactions • Antigen-antibody - • Receptor-ligand Sample (nS) • DNA-DNA 50 nm Au (nAU) • DNA-protein 30 40 m Prism (nP) 10 20 • Cell-cell • Protein-sugar • etc. 1
  • 2. F F F SPR subsystems (Biacore 3000) • Label-free • Real-time monitoring • Multiplex detection • High-sensitivity < 10-6 RIU, typical Flow cell (60 nL) • “Sensitive to everything” • Non-specific bindings www.biacore.com • SPR optics Typical real-time data • Sensor chip (biochip) • Flow cell www.biacore.com Handbook of Surface Plasmon Resonance Biacore SPR systems ก F F ( ) SPR imager (GWC technologies) SPR imaging Fก ก F F • Unique technology solutions with strong IP ก ก F F ก F SPR detection, Chip surface chemistry, Microfluidics, Instrument system integration FF F ก ก F F • A competent young and hungry development team • Capital and backing by established organisation Pharmacia Private investment “Kommanditbolag” In total ~500 MSek (~80 MUSD) G. Steiner, Anal Bioanal Chem (2004) 379: 328–331 2
  • 3. Wavelength-tunable 7-ch flowcell SPR imager Flowcell fabrication technique Dynamic range > 3x • Aluminum molding • Integrated fluidic connections • Flow cell volume: 5 µL • Made before use Sensor 7-ch PDMS flowcell chip Sample injection Precision aluminum mould การตรวจหาแบคทีเรียโรคพืช การลางผิวเซนเซอรเพื่อใชซ้ํา 180 160 HT=Healthy sap (Surface regeneration) การประยุกตใช SPRi สําหรับการ 7 10 +HT 140 ตรวจวัดเชื้อแบคทีเรีย Acidovorax 120 10 7 avenae subs. citrulli (Aac) ที่ 100 6 5x10 +HT กอใหเกิดโรคผลเนา (bacteria fruit 80 6 60 µ RIU 5x10 glycine pH 2.0 blotch) ในพืชตระตูลแตง 60 40 Aac 40 20 0 Control 20 Control 2.5x106 µ RIU -20 5x106 0 107 0 20 40 60 80 100 Aac Time(min) -20 -40 0 40 80 120 160 Time(min) ภาพและขอมูล: ผศ.ดร.เติมศักดิ์ ศรีครินทร มหาวิทยาลัยมหิดล ิ ภาพและขอมูล: ผศ.ดร.เติมศักดิ์ ศรีครินทร มหาวิทยาลัยมหิดล ิ F F F F F F ก F กF F F F ก ก F กF skin prick test ImmunoCAP F FF ก 500 F F1 . . ก F F • F ( F) F F ก F ก F F F • F F F F ก F F ก F F กFก F ก ก FกF F F • F F F กF ก F ก F F F F • F F F ก F F F F ก F ก ภาพและขอมูล: ผศ.ดร.เติมศักดิ์ ศรีครินทร มหาวิทยาลัยมหิดล ิ 3
  • 4. Biacore SPR Chips: CM5 ดร.กตัญชลี ไมงาม/MTEC Design of Bimodal Dextran-Based Chip F ก F ดร.กตัญชลี ไมงาม/MTEC 6 F F ก F F ก ∆ Reflectivity change (%) Carboxymethyl dextran F F ก F ก F (100 nm) 4 F F (50 nm) 2 ก F ก ก F [Mouse IgG] = 50 µg/mL F กF 0 ก F ก ก 0 5 10 15 20 25 F F F [Goat anti-mouse IgG] (µg/mL) 10 Reflectivity change (%) 1 mg/mL HMW Dex White Spot Syndrome Virus CM5 (Biacore) F CM5 9 RCinflected shrimp - healthy shrimp (%) 25 mg/mL HMW Dex 300 mg/mL HMW Dex 1.4 8 1.2 F ก 7 6 1 F F ก F (nm) 100 140 5 4 0.8 ก F F ก ก 0.6 [dextran] = 300 mg/ml F F ก F (ng/mm2) 1-3 1.63 3 2 0.4 1 F FCarboxyl (nmol/cm2) 1 0.89 0 0.2 0 0 10 20 30 40 50 F carboxyl F glucose unit (groups) 1 1 [Goat anti-mouse IgG] (mg/mL) 1 mg/ml 25 mg/ml 300 mg/ml Dextran concentration Opportunity ดร.กตัญชลี ไมงาม/MTEC F ก ก ก (Testosterone) -ก F กF Fก F Physiologically relevant range: 29-290 pg/mL. ก F ก ก ก ก ก ก F - Fก ก F F F ก F F LOD: 3.7 pg/mL (buffer) Bimodal Dextran F F 400 F 15.4 pg/mL (saliva) F F F 1 F Measurement time: 13 minutes (ก F F ก ก ) Regeneration cycles: > 330 Mitchell and Lowe, Biosen. Bioelectron. 2008. Ultrasensitive DNA arrays Localized surface plasmon resonance biosensors (LSPR) LOD: 41 zM (450 µL) Measurement time: 40 minutes D’Agata et al., Biosens. Bioelectron. 2010. 4
  • 5. Nanostructured metallic particles ก ก ก ก AU NP : 40-100 nm D.A. Schultz, Curr. Opinion Biotec. 14 (2003) 13-22 www.tedpella.com N.L Rosi and C. Mirkin, Chem Rev. 105 (2005) 1547-1562. Nanosphere Inc. (www.nanosphere.us) Nanosphere’s direct detection of nucleic acids • Nanotechnology-based molecular diagnostics company • 1998 Mirkin and Letsinger at Northwestern University ยื่นจดสิทธิบัตรการเทคนิค การอานคา grayscale การใชอนุภาคนาโนของทองเปนโมเลกุลฉลากสําหรับการตรวจวัด DNA - Optical scanner - Scattering technique • กอตังในป ้ 2000 • งบลงทุน > 300 M USD • Technology platforms (1) Gold nanoparticles as labels for DNA microarrays • ใชอนุภาคนาโนของทองติดฉลากดวยดีเอ็นเอเปนโพรบ มีความไว (2) Bio-barcode assays for ultrasensitive detection (proteins and DNA) (sensitivity) สูงกวาการใชโมเลกุลสารเรืองแสงเปนฉลาก ประมาณ 1,000 เทา • 2008: 96 issued patents/ 163 pending patent applications • บอกความแตกตางระหวาง perfectly complementary target strand/ • 2008 First commercial product A single base mismatch ไดดกวาการใชโมเลกุลสารเรืองแสง เนื่อง ี จากมี sharp DNA melting profile Refs. Taton et al., Science 289 (2000) 1757 and Storhoff et al. 19 (2004) 875. Optical detection system Bio-barcode assay F ก ก (for ultrasensitive DNA detection) มีวิธีอื่นที่เหมาะสมกวา? Polymerase chain reaction (PCR) • 5-10 copies sensitivity level Detection • Complex, expensive technique • Time-consuming, labor intensive LOD of nanoparticle probes 30nm AuNP 0.0025 probes/µm2. Total DNA: 360 Barcode DNA/ Target DNA: 70:1 การอานคา grayscale - Optical scanner Nanosphere’s image analyzer - Scattering technique Nam et al., J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) 5932. 5
  • 6. Bio-barcode assay Bio-barcode assay (for ultrasensitive DNA detection) (for protein detection) Prostate specific antigen (PSA) levels 0 0.33 3.3 16.6 33.3 pg/mL Single base mismatch experiment Limit of detection (LOD) • Gold nanoparticle bio-barcode assay 330 fg/mL. • Commercial immunoassays (ELISA) 0.1 ng/mL Prostate cancer recurrence can be Sensitivity: 500 zeptomolar (zM = 10-21), early detected. 10 copies/30 µL Assay time: 3-4 h Nam et al., J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) 5932. Thaxton et al. PNAS 106 (2009) 18437-18442 Bio-barcode assay & microfluidics • chip-based system • เวลาและขั้นตอนการใชงานลดลง • ไมตองใช magnetic microparticle probes LOD (PSA) : 10 fM (buffer), 40 fM (serum) Assay time: 80 minutes Goluch et al. Biosens. Bioelctron. 24 (2009) 2397. 6
  • 7. • SPR/SPR imaging เหมาะสําหรับการตรวจคัดกรอง และเครื่องมือสําหรับวิเคราะหในหองปฏิบัติการ • LSPR เหมาะสําหรับพัฒนาเปนเครื่องมือวัดทั่วไป • การวิจัยและพัฒนาดาน Biosensors มีศักยภาพในการ พัฒนาไปสูเชิงพาณิชย เนื่องจากมีความพรอมหลายดาน และความตองการใชงานสูง 7

×