La reconnaissance multiparamétrique de biomarqueurs label-free en temps réel à haute sensibilité associées à des données cinétiques est un paradigme du diagnostic in vitro moderne. De nos jours, deux types de capteurs optiques label-free ont été décrits, l’un basé sur la résonance plasmonique de surface (SPR) dans les films d’îlots métalliques et l’autre utilisant des ondes de surface (SW) dans des cristaux photoniques (PC). Ces capteurs peuvent détecter simultanément jusqu’à dix types de biomolécules à la surface d’une biopuce pré-préparée . Le développement de la technique d’imagerie SPR (SPRi) a permis d’augmenter le nombre de points de détection dans un réseau bidimensionnel (2D). A la surface de la biopuce, un faisceau lumineux parallèle et les changements dans la réflexion de tous les sites sont enregistrés simultanément en temps réel. Un ligand spécifique peut alors interagir et être détecté à sa cible. Cela permet de mesurer simultanément des milliers, voire des dizaines de milliers d’événements d’interaction. Toutefois, la faiblesse majeure de ces techniques SPR est la décroissance rapide du signal lors de la propagation sur un film métallique ce qui limite la sensibilité des capteurs basés sur SPR et des systèmes SPRi. Contrairement au principe SPR, les biocapteurs utilisant des SW PC présentent une couche externe constituée d’un diélectrique qui facilite la propagation de l’onde de surface. Cette propagation à longue distance conduit à une sensibilité plus élevée que les supports SPR. À l’heure actuelle, aucune approche d’imagerie 2D basée sur les capteurs PC n’a été proposée.
Les PC sont des matériaux caractérisés par une modulation périodique de leurs indices de réfraction (IR) à l’échelle de la longueur d’onde de la lumière. Ces structures photoniques ont des SM qui prennent en charge la propagation à longue distance des ondes optiques liées à la surface extérieure. Les PC SM sont utilisés dans de nombreuses applications dans le domaine des capteurs optiques où ils ont été signalés comme ayant une meilleure sensibilité que les capteurs basés sur SPR. La détection des deux polarisations est possible dans l’approche PC SM. Il permet un enregistrement séparé de l’épaisseur de la couche intermédiaire et du RI, de sorte que le signal spécifique reflète l’association de l’analyte à la surface du capteur indépendamment des variations du RI.
The concept of the label-free microfluidic sensor of multiple protein interactions based on photonic crystal surface mode imaging. Abbreviations: 1D PC, one-dimensional photonic crystal; Ab, antibody
Le projet FreeBioWave vise à développer un biocapteur d’imagerie label-free pour une visualisation 2D basée sur la détection des modes de surface (SM) des PC dans le cadre d’une plateforme d’immuno-analyse multiplexe pour l’analyse rapide, sensible et fiable d’échantillons de fluide humain. Cette technologie au-delà de l’état de l’art, introduit de nouvelles approches de détection par PC SM et sera appliquée aux protéines de réparation de l’ADN en particulier la protéine RAD51.
@article{ijms24054347b,
title = {Label-Free Multiplexed Microfluidic Analysis of Protein Interactions Based on Photonic Crystal Surface Mode Imaging},
author = {Galina Nifontova and Irina Petrova and Evgeniia Gerasimovich and Valery N. Konopsky and Nizar Ayadi and Cathy Charlier and Fabrice Fleury and Alexander Karaulov and Alyona Sukhanova and Igor Nabiev},
url = {https://www.mdpi.com/1422-0067/24/5/4347},
doi = {10.3390/ijms24054347},
issn = {1422-0067},
year = {2023},
date = {2023-02-22},
urldate = {2023-02-22},
journal = {International Journal of Molecular Sciences},
volume = {24},
number = {5},
abstract = {High-throughput protein assays are crucial for modern diagnostics, drug discovery, proteomics, and other fields of biology and medicine. It allows simultaneous detection of hundreds of analytes and miniaturization of both fabrication and analytical procedures. Photonic crystal surface mode (PC SM) imaging is an effective alternative to surface plasmon resonance (SPR) imaging used in conventional gold-coated, label-free biosensors. PC SM imaging is advantageous as a quick, label-free, and reproducible technique for multiplexed analysis of biomolecular interactions. PC SM sensors are characterized by a longer signal propagation at the cost of a lower spatial resolution, which makes them more sensitive than classical SPR imaging sensors. We describe an approach for designing label-free protein biosensing assays employing PC SM imaging in the microfluidic mode. Label-free, real-time detection of PC SM imaging biosensors using two-dimensional imaging of binding events has been designed to study arrays of model proteins (antibodies, immunoglobulin G-binding proteins, serum proteins, and DNA repair proteins) at 96 points prepared by automated spotting. The data prove feasibility of simultaneous PC SM imaging of multiple protein interactions. The results pave the way to further develop PC SM imaging as an advanced label-free microfluidic assay for the multiplexed detection of protein interactions.},
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pubstate = {published},
tppubtype = {article}
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High-throughput protein assays are crucial for modern diagnostics, drug discovery, proteomics, and other fields of biology and medicine. It allows simultaneous detection of hundreds of analytes and miniaturization of both fabrication and analytical procedures. Photonic crystal surface mode (PC SM) imaging is an effective alternative to surface plasmon resonance (SPR) imaging used in conventional gold-coated, label-free biosensors. PC SM imaging is advantageous as a quick, label-free, and reproducible technique for multiplexed analysis of biomolecular interactions. PC SM sensors are characterized by a longer signal propagation at the cost of a lower spatial resolution, which makes them more sensitive than classical SPR imaging sensors. We describe an approach for designing label-free protein biosensing assays employing PC SM imaging in the microfluidic mode. Label-free, real-time detection of PC SM imaging biosensors using two-dimensional imaging of binding events has been designed to study arrays of model proteins (antibodies, immunoglobulin G-binding proteins, serum proteins, and DNA repair proteins) at 96 points prepared by automated spotting. The data prove feasibility of simultaneous PC SM imaging of multiple protein interactions. The results pave the way to further develop PC SM imaging as an advanced label-free microfluidic assay for the multiplexed detection of protein interactions.
