utilizarea spr, a eis si a combinarii unitare a acestor ... sustinute/e gheorghiu... · gheorghiu,...
TRANSCRIPT
Utilizarea SPR, a EIS si a combinarii
unitare a acestor metode pentru
relevarea adsorbtiilor specifice,
respectiv nespecifice la analiza
aceluiasi biosenzor afin
Seminarul National de Nanostiinta si Nanotehnologie, Editia a 14-a, 26 martie 2015
Cristina Polonschii, Sorin David, Szilveszter Gaspar, Mihaela
Gheorghiu, Mihnea Rosu-Hamzescu & Eugen Gheorghiu
Centrul International de Biodinamica
Academia Romana
Seminarul National de Nanostiinta si Nanotehnologie, Editia a 14-a, 26 martie 2015
Structura Prezentarii
1. Conceptul analitic & Set-up experimental
2. Ce este Plasmonic-EIS, care sunt avantajele combinarii EIS cu SPR si
relatia cu raspunsul EIS & SPR
3. Efectul adsorbtiei specifice/nespecifice relevata de analize EIS & SPR
4. Explicatia sensibilitatii EIS la adsorbtia nespecifica (in cazul analizei
unui senzor functionalizat cu un strat dielectric)- efectul nanoporilor
5. Relevanta studiului
Set-up experimental
Conceptul analitic
Structura Senzorului
Analytical Chemistry (2014), 86 (17), 8553–8562
Talanta, 80, 5, 2157-2164 (2010)
Ce este Plasmonic-EIS, care sunt avantajele combinarii EIS cu SPR
si relatia cu analizele EIS & SPR
I. Ce este Plasmonic-EIS?
????
, , , 0 , , , 0- )= , , ;
z z(
,, =, ,
0 0
0
s ms m
SPR
x y z x y zx y
x y x y
V V
Modelul Drude:
2 2
2 2 2 2
214
' '
'
2
0
"
6
'
1
'
110 1.37 1
1
;
1 1
;
0
p p
me
e metal metal
metal met
meta
p
e e
m
l metatal
ep
e
l
m
e e
l
a
m
i
n e
m
n ne d
n
n n e d
d
i
e
'
'
'
'
- plasmoni
sin - lumina polarizata
la rezon
p
anta, i.e.
sin
metal mediumx plasmon
metal medium
x light prism
x light
metal mediumS
x plasmon SP
PR
metal medium p
R
kc
kc
k k
rism
'
'cos
sin
Defmetal
SPR
SPR metal SPR
Vaplicata
Vinterfata
Rs
Zint
I
2'
2 'sin 2
1
m e prism metal medium
SPR
medium metal
e d n
int
int
, , = , ,
, ,, , , , = =
, , Im , ,11
SPR
p
p
x y x y
C x y VQ x yx y
A A
C x y Z x y
intint
int
i t
int
n
, , Im , , = , ,
, ,,
1 , ,
,, ,
1
c p S
SPR
S R
p
PR P
jX R
Vx y Z x y x y
A
Vjx y I x y
j C A Z x Ax y
y
II. Legatura dintre impedanta probei si unghiul SPR la aplicarea unui camp AC
,, ,
,
appl t
SPR
V Yjy
A
x yx
Vaplicata
Vinterfata
Zsx
Zint Cp Rp
I
,
,
, ,,
,, ,
1
SPRt
appl
appl
t
SPR
x x yY
A V
VZ j
A x y
y
x
j
y
Analytical Chemistry (2014), 86 (17), 8553–8562
Avantajele combinarii EIS cu SPR
,,, ,
1
appl
t
SPR
VZ j
A xx
yy
Masuratori de impedanta, fara contacte individuale, cu inalta rezolutie spatiala !! (limitata de propagarea laterala a plasmonilor).
, , , ,
SPR
jx y I x y
A
Cai de optimizare date de: - dependenta de parametri de iluminare (lungimea de unda a iluminarii) - dependenta de structura particulara a cipului (configuratia multistrat)
Exemplu utilizare: Imagini cu rezolutie inalta a proprietatilor
electrice a celulelor, proprietati inaccesibile prin alte metode
Reprodus din: Wang, W., Foley, K., Shan, X., Wang, S., Eaton, S., Nagaraj, V.J.,
Wiktor, P., Patel, U., Tao, N., 2011. Nature Chemistry 3, 251–257.
Efectul adsorbtiei nespecifice & specifice relevat de analize SPR
Raspunsul SPR la injectii succesive de solutii test cu
concentratii crescatoare de AHIgG (20nM, 40nM & 80nM)
pe senzor cu cBSA, respectiv pe senzor cu cBSA-HIgG
Efectul SPR al Legarii Nespecifice- AHIgG
pe senzor cu cBSA
Efectul SPR al Legarii Specifice- AHIgG pe
senzor cu cBSA-HIgG
20nM
40nM
80nM
Efectul adsorbtiei nespecifice & specifice relevat de analize EIS
Raspunsul EIS (|Z| la 3.5 Hz ) la injectii succesive de solutii
test cu concentratii crescatoare de AHIgG (20nM, 40nM &
80nM) pe senzor cu cBSA, respectiv pe senzor cu cBSA-
HIgG
Efectul EIS al Legarii Nespecifice- AHIgG
pe senzor cu cBSA
Efectul EIS al Legarii Specifice- AHIgG pe
senzor cu cBSA-HIgG
20nM
40nM
80nM
Explicatia sensibilitatii EIS la adsorbtia nespecifica (in cazul analizei unui senzor functionalizat
cu un strat dielectric) - efectul nanoporilor din structura senzorului
0 1
1[ , ]
[ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]p n
echi
C CPE CPE
Z t w RsN N n t n t
X w Z w Z w
Analytical Chemistry (2014), 86 (17), 8553–8562
Curba simulata & cea experimentala a
impedantei, |Z| la 3.5 Hz
20nM
40nM
80nM
1) Este primul studiu care releva complementaritatea raspunsului SPR/EIS cu privire la
adsorbtia specifica/nespecifica
2) La analiza unor probe care contin amestecuri dintre analitul tinta si compusi cu masa
moleculara mica sau a unor medii complexe cu diferite dilutii, atat SPR cat si EIS indica
variatii de semnal semnificative, dar aceste semnale au origini complementare aferente
continutului de analit specific, respectiv de “impuritati”
3) Masuratorile cuplate Plasmonic-EIS i.e. de impedanta, realizate unitar prin analiza
efectului plasmonic al aplicarii asupra probei a unui camp AC (similar ca la EIS) permit
obtinerea simultana a raspunsului SPR (SPR) si EIS (via SPR)
Relevanta
Cercetarile au fost sustinute prin proiectul Bioscope (No. 11/2012, ID: PN II-ID-PCCE-2011-2-
0075) care dezvolta o platforma de microscopie Plasmonic –EIS de inalta rezolutile
Multumiri