130 likes | 230 Views
Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel. Bonyár Attila, dr. Sántha Hunor 2010. február 9. Áttekintés. Bevezetés – Bioérzékelők AFM* képalkotás 3. Összefoglalás. *AFM – Atomerő mikroszkópia (Atomic Force Microscopy). 1. Bevezetés - Bioérzékelők.
E N D
Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel Bonyár Attila, dr. Sántha Hunor 2010. február 9.
Áttekintés • Bevezetés – Bioérzékelők • AFM* képalkotás • 3. Összefoglalás *AFM – Atomerő mikroszkópia (Atomic Force Microscopy) Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
1. Bevezetés - Bioérzékelők Bioérzékelő = Biológiailag aktív receptor + Transzducer Bioérzékelők kutatása és fejlesztése: 1. A bioreceptor réteg fejlesztése 2. A transzducer fejlesztése Technológiai tudást igényel 3. Az immobilizációs eljárások fejlesztése • Alkalmazott transzducerek: • elektrokémiai • optikai • piezoelektromos (QCM) • arany vékonyréteg elektródok Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
1. Bevezetés - Bioérzékelők Bioérzékelők -> biológiailag aktív anyagok alkalmazása érzékelő elemként Affinitástípusú bioérzékelők-> szelektív kémiai megkötés természetben előforduló kulcs-zár mechanizmusok alapján DNS szenzorok: komplementer-DNS szálak összekapcsolódása = hibridizáció • Bioérzékelők előnyei: • nagyfokú szelektivitás, • egyszerű és gyors, • DNS szintézis révén tetszőleges receptor szekvencia előállítható: • génanalízis, • rákkutatás, • kórokozó detektálás, • környezeti vizsgálatok. Multibioszenzorok – receptormátrix Forrás: www.emeraldinsight.com Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
1. Bevezetés • Az immobilizáció jelentősége • Cél: A DNS szálak hibridizációs képességének megőrzése • Mit befolyásol az immobilizáció? • A szenzor • érzékenységét, • szelektivitását, • élettartamát, • stabilitását (megbízhatóságát), • regenerálhatóságát. Forrás: A. B. Steel, T. M. Herne – 1998 • SAM – Self-Assembled Monolayer (önszerveződő monoréteg technika): • a szálas receptor egyik végére egy tiol (SH) csoportot szintetizálunk • kén-arany kovalens kötés • Célunk a DNS rétegek strukturális vizsgálata • Az immobilizáció és hibridizáció kvalitatív és kvantitatív jellemzése Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
2. AFM képalkotás A BME-ETT 2008-ban Veeco diInnova típusú SPM-et (pásztázó mikroszkóp) szerzett be ipari kapcsolatok támogatásával diInnova • Támogatott üzemmódok: • AFM (Atomic Force Microscopy), • kontakt mód, • kopogtató (tapping) mód, • LFM (Lateral Force Microscopy), • STM (Scanning Tunneling Microscopy) • EFM (Electric Force Microscopy), • MFM (Magnetic Force Microscopy), • SCM (Scanning Capacitance Microscopy). • Fluidikai cella: • kompatibilitás biológiai mintákkal • DNS nanoborotválás Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
2. AFM képalkotás A képalkotás elve a kontakt üzemmód bemutatásán keresztül Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
2. AFM képalkotás A pont-spektroszkópia és a nyomóerő szabályozása Hooke törvénye: A nyomóerő szabályozása: Ahol: F: erő [nN], k: rugóállandó [nN/nm], x: Z riányú kitérés [nm], R: a tű és a felület jellemző rugalmassága [nm/mV], Usp: setpoint (referencia) feszültség [mV] Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
2. AFM képalkotás A DNS nanoborotválás (nanoshaving) és alkalmazása Az eljárás elve: a felületre felvitt DNS réteg eltávolítása a pásztázó tű nyomásának növelésével Keresztmetszeti analízis Hibridizáció után Immobilizáció után Forrás: M. Castronovo – 2008 Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
2. AFM képalkotás Nanoborotválás a gyakorlatban Dr. Giampaolo Zuccheri (Bolognai Egyetem) laboratóriumában közösen készített képek MultiMode AFM – képalkotás folyadékcellában DNS réteg nanoborotválása (nanoshaving) A leborotvált DNS réteg vastagsága 1,908 nm. „Kopogtatunk a nanovilág kapuján” Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
2. AFM képalkotás A hordozó felületi érdességének jellemzése Alapvető probléma: a DNS monorétegek nm-es tartományban vannak Vizsgálatukhoz atomi simaságú felület szükséges DNS szál hosszúsága: 0,33 nm/bázispár, jellemző receptorhossz 15-25 bp 5-8 nm Polikristályos üres arany vékonyréteg (200 nm Au, 40 nm Ti üveghordozón) felületi érdessége – kontakt módú AFM kép (BME-ETT) X:Y:Z -> 1:1:1/26 a 800 nm 800 nm Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
2. AFM képalkotás A mica (csillám) replika készítés technológiája Cél: Atomi simaságú (felületi érdességű) arany vékonyréteg előállítása Forrás: M. Hegner, P. Wagner - 1993 Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel
3. Összefoglalás Az AFM-es technikák alkalmasak a nanométeres tartományokhoz tartozó bioreceptor rétegek vizsgálatára MICA (csillám) replika készítéssel atomi simaságú arany vékonyréteg elektródfelületeket állíthatunk elő A DNS nanoborotválás technika a BME-ETT-n néhány hónapon belül rutinszerűen alkalmazható lesz. Főbb kézzel fogható eredmények: Au-MICA készítés Labor SOP (Standard Operation Procedure – technológiai útmutató) AFM mérés fluidikai cellában Labor SOP (Standard Operation Procedure – technológiai útmutató) Biológiai érzékelő felületek minősítése AFM módszerrel