Rivelazione di nanoanticorpi in tracce con tecniche di risonanza plasmonica di superficie

in

Bruno Tiribilli 1, Giancarlo Margheri 1, Federica Pierucci 2 , Ambra Vestri 2, Elisabetta Meacci 2
1 Istituto dei Sistemi Complessi, del Consiglio Nazionale delle Ricerche, via Madonna del Piano 10, 50019, Sesto Fiorentino (FI).
2 Dipartimento di Scienze Biochimiche Sperimentali e Cliniche “Mario Serio”, Università di Firenze, Viale G B Morgagni  50, 50134 Firenze.

Finalità del progetto

Scopo finale del progetto è l’applicazione della tecnica Surface Plasmon Resonance (SPR) alla rivelazione di  un particolare nanoanticorpo, specifico per la  sfingosina-1-fosfato (S1P), un importante agente in diverse vie metaboliche, ad esempio nel citoplasma cellulare, dove è stata dimostrata la sua funzione di regolazione dei flussi di ioni Ca2+.
Verrà progettato e realizzato un prototipo di sensore che interroga il trasduttore con  una linea focale sagittale. Il trasduttore è segmentato in regioni diversamente funzionalizzate, che sono illuminate contemporaneamente dalla linea di focalizzazione. Il fascio riflesso e’ rivelato tramite un sensore CCD.

Potenziali vantaggi della configurazione :

  • Aumento del rapporto S/N (e conseguentemente della risoluzione del sensore) tramite media spaziale del segnale SPR, rappresentato dalla riga di assorbimento risonante
  • Uso di luce LED : evita problemi di interferenza tipici delle sorgenti laser e l’applicazione delle classificazioni di pericolosità previste dalle vigenti normative sull’uso di tali sorgenti
  • Compensazione auto-referenziata di eventuali effetti di aspecificità tramite confronto fra le righe risonanti ottenute dalle varie regioni del trasduttore.
  • Possibile conversione in un sistema ad imaging con una semplice modifica dell’ottica di focalizzazione
  • Minimizzazione dei volumi di soluzione di analita/funzionalizzante utilizzabili

Principio di funzionamento

Principio della Surface Plasmon Resonance :
L’assorbimento risonante di film di metalli nobili (~ 50 nm di spessore) avviene in corrispondenza di un angolo di incidenza (angolo di sincronismo, θsp,) che dipende dalla massa del materiale  depositato all’interfaccia esterna del metallo. L’angolo  θsp è sempre superiore all’angolo limite  θlim= sin-1(nsub/np)

A= 0.2°/nm (substrato : aria)
= 0.41°/nm (substrato :acqua)
@640 nm di lunghezza d’onda di eccitazione, np=1.5, nAu= 0.33+3.3i, nsub=1.33

Trattamenti del trasduttore

Verranno comparati il drop-casting libero (a) e in pozzetti di dimensioni tali da minimizzare il volume di soluzione di analita richiesto. Il sistema di accoppiamento utilizzato è analogo a quello riportato in Biosens.& Bioelect. 7,(1992), 405-410.

Architettura di sistema

Sorgente luminosa: LED superluminescente a 640nm accoppiato in fibra ottica 400 µm diametro nucleo

Trasduttore: Evaporazione di Au sotto alto vuoto (5×10-6 torr) su un vetrino pretrattato con mercaptopropiltrimetossisilano (MPTS)

Immagini delle righe di assorbimento SPR

In queste condizioni verrà valutato il rumore dovuto alla catena di processing e successivamente verrà stimato il limite di risoluzione come riportato in J.Homola, Chem.Rev. (2008) 108, 462-492.

σr=  Limit of detection (LOD) della densità superficiale di massa

σRI= risoluzione dell’indice di rifrazione del substrato
σSO= rumore di acquisizione
dn/dc = variazione di indice di rifrazione  con la concentrazione volumica
d =  spessore nominale di massimo impacchettamento
Sh = sensibilita’ del sensore alla variazione di indice di rifrazione nello strato di spessore d

Con i parametri:
dn/dc = 0.2 cm3/g     d = 1.1 nm     Sh= 0.1 RIU-1     SO= 0.00028     >pd= 220 nm,  utilizzando una matrice 576×1 di pixels si trova     σr= 8.7 pg/cm2     σRI=1.2×10-5 RIU

Sviluppi Futuri

Saranno valutate le prestazioni del set-up sviluppato e confrontate con quella delle strumentazione esistente. Si prevede di migliorare lo stadio di acquisizione ed elaborazione utilizzando tecnologie emergenti come le SBC (Single Board Computer) gli schermi touchscreen e le telecamere con maggior numero di pixels.

Ringraziamenti

Questo lavoro è condotto nell’ambito del progetto “Rivelazione di nanoanticorpi in tracce con tecniche di risonanza plasmonica di superficie “ cofinanziato dall’Ente Cassa di Risparmio di Firenze .