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