マルチパラメトリック表面プラズモン共鳴

マルチパラメトリック表面プラズモン共鳴（MP-SPR）は、生体分子相互作用解析のための確立されたリアルタイムラベルフリー法である表面プラズモン共鳴（SPR）に基づいていますが、異なる光学設定、すなわちゴニオメトリックSPR構成を使用します。MP-SPRはSPRと同様の運動学的情報（平衡定数、解離定数、会合定数）を提供するだけでなく、構造情報（屈折率、層厚）も提供します。したがって、MP-SPRは表面相互作用とナノ層特性の両方を測定します。[ 1 ]

歴史

ゴニオメトリックSPR法は、1980年代からフィンランドのVTT技術研究センターで、集束ビームSPRおよびオットー構成と並んで、ヤヌシュ・サドフスキによって研究されてきました。 [ 2 ]ゴニオメトリックSPR光学系は、ポイントオブケアアプリケーションで使用するためにBiofons Oyによって商品化されました。2011年には、追加の測定レーザー波長の導入と最初の薄膜分析が行われ、MP-SPR法に取って代わられました

原理

MP-SPR光学セットアップは、分光SPRと同様に複数の波長を同時に測定しますが、固定角度で測定するのではなく、広い範囲のθ角度（例えば40度）にわたってスキャンします。これにより、複数の波長で完全なSPR曲線を測定でき、フィルムの構造と動的構造に関する追加情報が得られます。 [ 3 ]

測定値

測定された完全なSPR曲線（x軸：角度、y軸：反射光強度）は、センサーグラム（x軸：時間、y軸：ピーク最小値、光強度、ピーク幅などの選択されたパラメータ）に転記できます。[ 4 ]センサーグラムは結合モデルを用いてフィッティングし、オンレート、オフレート、親和性などの速度論パラメータを取得できます。完全なSPR曲線はフレネル方程式をフィッティングして、層の厚さと屈折率を取得するために使用されます。また、SPR曲線全体をスキャンできるため、MP-SPRは曲線のパラメータを使用してバルク効果と分析対象物質の結合を分離できます

分子相互作用層特性
速度論、純粋速度論（k on、k off）屈折率 (n)
親和力 (K D )厚さ (d)
濃度 (c)吸光係数 (k)
吸着/吸収密度（ρ）
脱着表面被覆率（Γ）
接着膨潤（Δd）
電気化学（E、I、ω）光分散（n(λ)）

QCM-Dは湿潤質量を測定しますが、MP-SPR やその他の光学的方法は乾燥質量を測定するため、ナノセルロースフィルムの水分含有量を分析できます。

用途

この方法は、生命科学、材料科学、バイオセンサー開発に利用されてきました。生命科学では、主な用途は、小分子、抗体、またはナノ粒子と標的との相互作用（生体膜[ 5 ]または生細胞単層[ 4 ] ）を含む医薬品開発に焦点を当てています。MP -SPRは、世界で初めて、標的薬物送達のために、リアルタイムかつラベルフリーで細胞透過性および細胞傍性の薬物取り込みを分離することができます[ 4 ]。バイオセンサー開発では、MP-SPRはポイントオブケアアプリケーションのアッセイ開発に使用されています[ 3 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。開発されている典型的なバイオセンサーには、電気化学印刷バイオセンサー、ELISA、SERSなどがあります材料科学分野において、MP-SPRはオングストロームから100ナノメートルの固体薄膜（グラフェン、金属、酸化物）[ 9 ] 、マイクロメートルまでのソフトマテリアル（ナノセルロース、高分子電解質）（ナノ粒子を含む）の最適化に用いられています。薄膜太陽電池、反射防止コーティングを含むバリアコーティング、抗菌表面、セルフクリーニングガラス、プラズモニックメタマテリアル、電気スイッチング表面、レイヤーバイレイヤーアセンブリ、グラフェンなどの用途があります。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]

参考文献

  1. ^ Korhonen, Kristiina; Granqvist, Niko; Ketolainen, Jarkko; Laitinen, Riikka (2015年10月). 「マルチパラメトリック表面プラズモン共鳴による薄いポリマーフィルムからの薬物放出速度のモニタリング」. International Journal of Pharmaceutics . 494 (1): 531–536 . doi : 10.1016/j.ijpharm.2015.08.071 . PMID  26319634
  2. ^ Sadowski, JW; Korhonen, I.; Peltonen, J. (1995). 「表面プラズモン共鳴測定における薄膜とその構造の特性評価」.光工学. 34 (9): 2581– 2586. Bibcode : 1995OptEn..34.2581S . doi : 10.1117/12.208083 .
  3. ^ a b Wang, Huangxian Ju, Xueji Zhang, Joseph (2011). NanoBiosensing: fundamentals, development, and application . New York: Springer. p. chapter 4. ISBN 978-1-4419-9621-3。{{cite book}}：CS1 maint：複数名：著者リスト（リンク）
  4. ^ a b c Viitala, Tapani; Granqvist, Niko; Hallila, Susanna; Raviña, Manuela; Yliperttula, Marjo; van Raaij, Mark J. (2013年8月27日). 「マルチパラメトリック表面プラズモン共鳴生細胞センシングの信号応答の解明：光学モデリングと薬物-MDCKII細胞相互作用測定の比較」 . PLOS ONE . 8 (8) e72192. Bibcode : 2013PLoSO...872192V . doi : 10.1371/journal.pone.0072192 . PMC 3754984. PMID 24015218  
  5. ^ Garcia-Linares, Sara; Palacios-Ortega, Juan; Yasuda, Tomokazu; Åstrand, Mia; Gavilanes, Jose G.; Martinez-del-Pozo, Alvaro; Slotte, J.Peter (2016). 「毒素誘導性細孔形成はスフィンゴミエリン二重膜における分子間水素結合によって阻害される」 . Biomembranes . 1858 (6): 1189– 1195. doi : 10.1016/j.bbamem.2016.03.013 . PMID 26975250 . 
  6. ^ Souto, Dênio EP; Fonseca, Aliani M.; Barragan, José TC; Luz, Rita de CS; Andrade, Hélida M.; Damos, Flávio S.; Kubota, Lauro T. (2015年8月). 「デンドリマー上に固定化されたLeishmania infantumの機能不明組換えタンパク質と内臓リーシュマニア症の抗体との相互作用のSPR解析：免疫診断への応用可能性」. Biosensors and Bioelectronics . 70 : 275– 281. doi : 10.1016/j.bios.2015.03.034 . PMID 25829285 . 
  7. ^ Sonny, Susanna; Virtanen, Vesa; Sesay, Adama M. (2010). 「唾液中の医薬品化合物の検出を目的とした診断用SPRバイオセンサーの開発」SPIE Laser Applications in Life Sciences . 7376 (5): 737605. Bibcode : 2010SPIE.7376E..05S . doi : 10.1117/12.871116 . S2CID 95200834 . 
  8. ^イハライネン、ペトリ;マジュムダル、ヒマドリ州。ヴィタラ、タパニ;トルングレン、ビョルン;ナルジェオハ、トゥオーマス。メッタネン、アンニ;サルフラズ、ジャワド。ハルマ、ハリ。イリペルトゥラ、マルジョ。ロナルド・エステルバッカ。ペルトネン、ジョコ（2012年12月27日）。「インペディメトリック免疫センサー開発のための紙支持型印刷金電極の応用」。バイオセンサー。3 (1): 1–17 . doi : 10.3390/bios3010001。PMC 4263588。PMID 25587396。  
  9. ^ Taverne, S.; Caron, B.; Gétin, S.; Lartigue, O.; Lopez, C.; Meunier-Della-Gatta, S.; Gorge, V.; Reymermier, M.; Racine, B.; Maindron, T.; Quesnel, E. (2018-01-12). 「マルチスペクトル表面プラズモン共鳴法による超薄銀層の特性評価：トップエミッションOLEDカソードへの応用」. Journal of Applied Physics . 123 (2): 023108. Bibcode : 2018JAP...123b3108T . doi : 10.1063/1.5003869 . ISSN 0021-8979 . 
  10. ^ Jussila, Henri; Yang, He; Granqvist, Niko; Sun, Zhipei (2016年2月5日). 「表面プラズモン共鳴による大面積原子層グラフェン膜の特性評価」 . Optica . 3 (2): 151. Bibcode : 2016Optic...3..151J . doi : 10.1364/OPTICA.3.000151 .
  11. ^ Emilsson, Gustav; Schoch, Rafael L.; Feuz, Laurent; Höök, Fredrik; Lim, Roderick YH; Dahlin, Andreas B. (2015年4月15日). 「グラフト法による強力伸長タンパク質耐性ポリエチレングリコールブラシ」 . ACS Applied Materials & Interfaces . 7 (14): 7505– 7515. Bibcode : 2015AAMI....7.7505E . doi : 10.1021/acsami.5b01590 . PMID 25812004 . 
  12. ^ Vuoriluoto, Maija; Orelma, Hannes; Johansson, Leena-Sisko; Zhu, Baolei; Poutanen, Mikko; Walther, Andreas; Laine, Janne; Rojas, Orlando J. (2015年12月10日). 「PDMAEMA-POEGMAランダムおよびブロック共重合体の分子構造が再生ナノセルロースおよびアニオン性ナノセルロースへの吸着に及ぼす影響と界面水排除の証拠」. The Journal of Physical Chemistry B. 119 ( 49): 15275– 15286. doi : 10.1021/acs.jpcb.5b07628 . PMID 26560798 . 
  13. ^ニコ・グランクヴィスト;梁、華民。ラウリラ、テルヒ。サドウスキー、ヤヌシュ。イリペルトゥラ、マルジョ。ヴィタラ、タパニ（2013 年 7 月 9 日）。 「表面プラズモン共鳴の 3 波長および導波路モード分析による極薄および厚い有機層の特性評価」。ラングミュア。29 (27): 8561–8571。土井: 10.1021/la401084w。PMID 23758623。 
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