Erhöhte Stabilität magnetischer Goldnanopartikel mit Poly(4-styrolsulfonsäure-co-maleinsäure):Maßgeschneiderte optische Eigenschaften für die Proteindetektion

Hintergrund

Unter Ausnutzung einer spezifischen Magnetisierungseigenschaft, d. h. Superparamagnetismus, wurden magnetische Nanopartikel für biomedizinische Anwendungen wie die Wirkstoff-/Genabgabe, Magnetresonanztomographie und biologische Assays umfassend untersucht [1,2,3]. Magnetische Gold-Nanopartikel (GoldMag), bestehend aus Fe₃ O₄ /Au, haben nicht nur die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Eisenoxid-Nanopartikeln, sondern weisen auch die Eigenschaften von Gold-Nanopartikeln auf, wie z. B. eine einfache Oberflächenfunktionalisierung und einzigartige optische Eigenschaften. Diese Unterscheidungsmerkmale haben im Bereich der Biologie große Aufmerksamkeit erregt [4, 5], insbesondere beim Nachweis von Biomolekülen anhand optischer Eigenschaften. Als Beispiel haben Wang et al. gebrauchtes Fe₃ O₄ -Au-Stäbchen als optische Sonden für den Multiplex-Erregernachweis [6]. Wie bei anderen Nanopartikeln zwingt die hohe Oberflächenenergie die GoldMag-Partikel jedoch aufeinander zu, sodass sie in Pufferlösung Cluster bilden. Dies schränkt ihre Anwendung für die optische Detektion im biomedizinischen Bereich stark ein. Es ist daher entscheidend, die Aggregation von GoldMag zu verhindern und eine stabile Kolloidlösung sicherzustellen. Die Anpassung von GoldMag für die Erkennung von Zielmolekülen basierend auf der Beschichtung mit Polymeren hat einen hohen Nutzen. Es wurde berichtet, dass die Dispersität von GoldMag durch Oberflächenmodifizierung mit verschiedenen makromolekularen organischen Verbindungen wie 11-Mercaptoundecansäure (MUA) [7], Polystyrolsulfonat (PSS) [8] und Polyethylenimin (PEI) [9] verbessert werden kann. MUA wurde mithilfe der Ligandenaustauschstrategie auf die Oberfläche von GoldMag gebracht. Es verbesserte die Stabilität kolloidaler GoldMag-Lösungen durch Oberflächenmodifizierung mit MUA [7]. Diese MUA-GoldMag wurden bei der Proteindetektion basierend auf optischen Eigenschaften verwendet. Die MUA-Kette war jedoch zu kurz, um eine ausreichende sterische Hinderung bereitzustellen, um eine ausreichende Teilchendispersität sicherzustellen. Darüber hinaus begrenzt die geringe Dichte der Carboxylgruppen in MUA die Proteinmenge, die vom GoldMag aufgenommen werden kann. Diese Nachteile schränken die Anwendung von MUA-Partikeln in optischen Instrumenten ein und begrenzen die erforderliche Sensitivität zum Nachweis von Biomarkern.

Poly(4-styrolsulfonsäure-co-maleinsäure) (PSS-MA) (PSS-MA 3:1, Mw ~ 20.000), ein Blockcopolymer, wird durch kovalente Bindung von PSS und Polymaleinsäure hergestellt und enthält sowohl Sulfonat als auch Carboxylatgruppen. Die elektrostatische Abstoßung durch die große Anzahl von Carboxylgruppen und Sulfonatgruppen sowie die sterische Hinderung aufgrund der langen Polymerkette von PSS-MA machen dieses Polymer sehr nützlich, um die Stabilität der Nanopartikel aufrechtzuerhalten. Tatsächlich wurde PSS-MA als Stabilisator bei der Herstellung von Nanopartikeln wie Eisenoxid-Nanomaterialien, Palladium und bimetallischen Ag-Au-Nanostrukturen verwendet [10,11,12]. Johnstonet al. berichteten, dass mit einem Copolymer beschichtete Eisenoxid-Nanocluster einen höheren Grad an elektrosterischer Stabilisierung gewährleisten als mit einem einzelnen Makromolekül polymerbeschichtete Eisenoxid-Nanocluster [13]. Darüber hinaus ermöglicht die große Anzahl an Carboxylgruppen in der Polymaleinsäureeinheit von PSS-MA eine chemische Modifikation mit Biomolekülen für biomedizinische Anwendungen.

D-Dimere sind stabile Endprodukte des Abbaus von vernetztem Fibrin, resultierend aus einer verstärkten Fibrinbildung und Fibrinolyse [14]. Die Bestimmung des D-Dimer-Spiegels im Blut wird häufig zur Diagnose von thromboembolischen Ereignissen und Myokardinfarkten verwendet [15, 16]. Hier haben wir D-Dimer als Modell verwendet, um das Potenzial der Verwendung von PSS-MA-GoldMag für den optischen Nachweis spezifischer Proteine ​​zu bewerten. Wir verwendeten ein Paar Anti-D-Dimer-Antikörper zur Immobilisierung auf PSS-MA-GoldMag, um Sonden für den Nachweis von D-Dimer durch den Doppelantikörper-Sandwich-Immunoassay zu bilden.

Daher wurde in der vorliegenden Studie PSS-MA zur Oberflächenmodifizierung von GoldMag verwendet. Dies erhöht nicht nur die Stabilität der magnetischen Nanopartikel, sondern vermittelt auch die Konjugation zwischen Nanopartikeln und den Antikörpern für den Dimer-Nachweis.

Methoden

Materialien und Reagenzien

GoldMag (5 mg/ml) wurde von Xi’an GoldMag Nanobiotech Co., Ltd. (Xi’an, VR China) bereitgestellt. Borsäure, Borax, Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), Poly(4-styrolsulfonsäure-co-maleinsäure) (PSS-MA) (PSS-MA 3:1, Mw ~ 20.000) wurden von Sigma-Aldrich, USA, bezogen. Ein Paar monoklonaler D-Dimer-Antikörper (Antikörper 1:M-2.1.16; Antikörper 2:M-1.2.57) wurde von Roche bezogen. D-Dimer wurden von Meridian Chemicals, USA, bezogen.

Oberflächenmodifiziertes GoldMag mit PSS-MA

Die GoldMag wurden wie zuvor beschrieben synthetisiert [17]. 13,3 ml CTAB (50 mmol/l) wurden zu 13,3 ml GoldMag (ungefähr 3 mg/ml) hinzugefügt. Die Mischung wurde mechanisch gerührt (200 U/min), kombiniert mit Ultraschall (SB-5200DTD, China) für 30 Minuten, gefolgt von weiterem Rühren ohne Ultraschall für weitere 30 Minuten. Die Partikel wurden gründlich mit entionisiertem Wasser gewaschen. Das CTAB-GoldMag wurde in 10 ml entionisiertem Wasser und 16 ml 25 % (w /w ) PSS-MA-Lösung wurde zugegeben, gefolgt von Rühren (180 U/min) für 90 Minuten. Die modifizierten Partikel wurden zweimal mit entionisiertem Wasser gewaschen und in entionisiertem Wasser dispergiert.

Charakterisierung

Die PSS-MA-GoldMag wurden unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM, Hitachi H-600, Hitachi Corporation, Japan) beobachtet. Die Größenverteilung wurde durch DLS (Zeta-Sizer, Malvern Instruments, UK) analysiert. Zur Charakterisierung der funktionellen Gruppen von PSS-MA-GoldMag wurde Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR, Thermo Nicolet 5700, Thermo Nicolet Corporation, USA) verwendet. Ein Metter Toledo SDTA 851e thermogravimetrischer Analysator (TGA) wurde verwendet, um den Anteil der Polymeroberflächenhülle unter dem PSS-MA-GoldMag zu analysieren. Das Oberflächenplasmonenresonanz-(SPR)-Spektrum von GoldMag wurde mit einem UV-2550-Spektrophotometer (Shimadzu, Japan) im Wellenlängenbereich von 450–700 nm aufgenommen.

Herstellung der Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag-Sonde

Ein Milligramm GoldMag wurde in 1 ml Borax/Borat-Puffer (0,02 M, pH 7,4) suspendiert, der 75 mg/ml 1-Ethyl-3-(3-dimethyl-laminopropyl)carbodiimid (EDC) enthielt. Dann wurden 100 μg Anti-D-Dimer-Antikörper zu der Suspension zugegeben, gefolgt von einer Ultraschallbehandlung für 1 h. Drei Milliliter Blockierungspuffer (0,02 M Borax/Borat-Puffer, pH 7,4, enthaltend 5 % BSA) wurden dem Gemisch zugesetzt und 1,5 h inkubiert. Nach der Trennung unter einem externen Magnetfeld wurde das Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag-Komposit in Borax/Borat-Puffer bei 4 °C aufbewahrt. Die Konjugation des Anti-D-Dimer-Antikörpers auf der PSS-MA-GoldMag-Oberfläche wurde durch SPR-Spektroskopie und dynamische Lichtstreuung (DLS) bestätigt.

Die D-Dimer-Lösung wurde durch Verdünnen einer D-Dimer-Stammlösung (40 mg/ml) mit Kälberserum hergestellt. Drei Konzentrationen von D-Dimer (0,6, 2 und 6 μg/ml) wurden verwendet, um die Reaktionszeit zwischen D-Dimer und dem Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag-Komplex zu optimieren. Zehn Mikroliter Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag (0,3 mg/ml) wurden mit 80 μL D-Dimer-Lösung (0,6, 2 und 6 μg/ml) gemischt und die Mischung bei 25 °C inkubiert C für 10, 20, 30 und 40 Minuten. Die Wellenlänge des SPR-Peaks des PSS-MA-GoldMag-Verbundmaterials wurde mit einem UV-2550-Spektrophotometer abgelesen.

D-Dimer-Lösungen mit Konzentrationen von 6, 3, 1,5, 0,75 und 0,3 μg/ml wurden hergestellt, um die Beziehung zwischen der Konzentration von D-Dimer und der Änderung des SPR-Spektrums zu analysieren. Zehn Mikroliter Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag (0,3 mg/ml) wurden mit 80 μl D-Dimer-Lösung (6, 3, 1,5, 0,75 und 0,3 μg/ml) gemischt und die Mischung war inkubiert bei 25 °C für 30 Minuten. Die Wellenlänge des SPR-Peaks von PSS-MA-GoldMag wurde mit einem UV-2550-Spektrophotometer abgelesen.

Um zu beurteilen, ob Triglyceride, Bilirubin und Hämoglobin unser Proteinnachweissystem stören können, wurden D-Dimer-Lösungen (0 und 3 μg/ml) hergestellt und 22 mg/ml Triglyceride, 0,2 mg/ml Bilirubin und 2 mg/ml ml Hämoglobinproben wurden separat zugegeben. Zehn Mikroliter Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag wurden zu den obigen Mischungen zugegeben, und die Wellenlänge des SPR-Peaks des PSS-MA-GoldMag-Verbundstoffs wurde unter Verwendung eines UV-2550-Spektrophotometers abgelesen.

Ergebnisse und Diskussion

Schema 1 veranschaulicht die Verfahren, die für die Oberflächenmodifizierung und Funktionalisierung von Partikeln für den kolorimetrischen Nachweis von Proteinen entwickelt wurden. Um die Adsorption und den Einbau von PSS-MA an die PSS-MA-GoldMag-Strukturen zu untersuchen, wurden FTIR-spektroskopische Analysen, SPR-Spektroskopie und TGA durchgeführt. Abbildung 1a zeigt das FTIR-Spektrum für reines PSS-MA, PSS-MA-GoldMag bzw. GoldMag. Die breite und starke Bande bei 3000–3700 cm ⁻¹ entspricht der Streckung der –CO–OH-Gruppen und der Hydroxylgruppen von –SO₂ –OH in Polymerketten [18]. Symmetrische Schwingungen von Sulfonatgruppen :(SO₃ ⁻ ) lagen bei 1037 und 1126 cm ⁻¹ und Streckschwingungen von C = C von Benzol betrugen 1403 und 1637 cm ⁻¹ [19]. Diese charakteristischen Absorptionsbanden von PSS-MA wurden in PSS-MA-GoldMag beobachtet, was zeigt, dass die Rohpartikel erfolgreich mit PSS-MA beschichtet wurden. Die Änderung der chemischen Oberflächengruppen des GoldMag wurde durch eine deutliche Blauverschiebung von 11 nm von 555 auf 544 nm im SPR-Band nach der Modifikation bestätigt (Abb. 1b). Die Position und Breite des SPR-Peaks hängt mit der Oberfläche, der Umgebung und der Dispersität der Nanopartikel zusammen [20,21,22,23]. Die TGA-Analyse zeigte, dass das Gewichtsverhältnis von organischem Material zu GoldMag fast 1:4 betrug (Abb. 1c). Bei niedriger Temperatur kann der Gewichtsverlust auf Dehydration zurückgeführt werden; bei steigender Temperatur kann der Gewichtsverlust auf die oxidative Zersetzung der organischen Moleküle auf der Oberfläche der modifizierten Partikel zurückgeführt werden [19, 24]. Während der Modifikation waren CTAB-GoldMag positiv geladen (+ 12,2 mV) und die Partikeloberfläche wurde nach der PSS-MA-Beschichtung auf der Partikeloberfläche negativ geladen (− 24,5 mV) (Abb. 1d). Alle oben genannten Ergebnisse zeigen, dass PSS-MA erfolgreich auf der Oberfläche von Nanopartikeln haftet.

a Schematische Darstellung des „gesamten“ Prozesses der Oberflächenmodifizierung von Goldmagnetpartikeln (GoldMag) und der Molekularstruktur von Poly(4-styrolsulfonsäure-co-maleinsäure) (PSS-MA). b Schematische Darstellung der Interaktion von D-Dimer mit Antikörper 1 und 2-PSS-MA-GoldMag, sowie der Interaktion zwischen D-Dimer und Antikörper 1-PSS-MA-GoldMag

a FTIR-Spektroskopie von PSS-MA, PSS-MA-GoldMag und GoldMag. b SPR-Spektroskopie von GoldMag und PSS-MA-GoldMag suspendiert in Wasser. c TGA-Analyse von GoldMag und PSS-MA-GoldMag. d Die Änderung des Zetapotentials als Folge der Modifikation

Die mit TEM erhaltenen mikroskopischen Aufnahmen (Abb. 2a, b) von GoldMag und PSS-MA-GoldMag zeigen, dass diese Partikel nach der Modifikation monodispers waren. Die Polymerschicht auf der Oberfläche der Partikel ist unter dem hochauflösenden elektronenmikroskopischen Bild deutlich sichtbar, was weiter darauf hindeutet, dass die Polymerbeschichtung auf GoldMag erfolgreich war (Abb. 2b). Abbildung 2c zeigt, dass der durchschnittliche Durchmesser von PSS-MA-GoldMag 116 nm beträgt. Die PSS-MA-GoldMag-Suspension hat eine weinrote Farbe, die auf eine gute Stabilität der Nanopartikel (1 Jahr in Wasser) hinweist.

a TEM-Bilder von GoldMag. b TEM-Bilder von PSS-MA-GoldMag. Der Einschub zeigt Partikel nach Polymerpackung. c Größenverteilung von GoldMag und PSS-MA-GoldMag. Der Einschub zeigt das Foto der PSS-MA-GoldMag-Lösung, das eine rote Farbe zeigt

Die Stabilität der optischen Eigenschaften von GoldMag und PSS-MA-GoldMag in Pufferlösungen mit unterschiedlichen pH-Werten wurde mittels SPR-Spektroskopie untersucht [7]. Wie in Abb. 3a gezeigt, wurde der charakteristische SPR-Peak von 555 nm auf die längere Wellenlänge verschoben, wenn GoldMag in Borax/Borat-Puffer mit einem pH-Wert von 6,0 bis 9,0 suspendiert wurde. Auch die Zusammensetzung der Pufferlösung beeinflusst die Stabilität der GoldMag-Suspension. Die Position des charakteristischen SPR-Peaks wurde zu höheren Wellenlängen (558 nm) verschoben, wenn GoldMag in PB-Puffer (pH 7.4), Borax/Borat-Puffer (pH 7.4) und NaCl-Lösung (10 mM) im Vergleich zu denen in entionisiertem Wasser suspendiert wurde (550 nm) (Abb. 3c). Der charakteristische SPR-Peak (545 ± 2 nm) änderte sich jedoch nicht signifikant, wenn PSS-MA-GoldMag in Elektrolytlösung oder in Pufferlösung mit unterschiedlichen pH-Werten dispergiert wurde (Abb. 3b, d). Xiaet al. und Storhoff et al. haben auch berichtet, dass die Aggregation von Nanopartikeln zu einer Verschiebung des SPR-Spektrums zu längeren Wellenlängen führen kann [25, 26]. Das Zetapotential von GoldMag und PSS-MA-GoldMag wurde ebenfalls gemessen (Abb. 3e, f). Es wurde berichtet, dass ein niedriges Zetapotential (weniger als ± 30 mV) zu einer Partikelagglomeration führt [27, 28]. Wenn GoldMag in PB-Puffer (pH 7,4), Borax/Borat-Puffer (pH 7,4) und NaCl-Lösung (10 mM) suspendiert wurde, betrug das Zetapotential von GoldMag − 16,7 ± 1,1 mV, − 14,3 ± 2,1 mV und - 8,9 ± jeweils 1,5 mV. Das Zetapotential von GoldMag betrug − 14,2 ± 1,7 mV, − 17 ± 1,1 mV, 13,9 ± 1,7 mV und – 18,1 ± 1,6 mV, wenn die Partikel in Borax/Borat-Puffer mit einem pH-Wert von 6,0 bis 9,0 suspendiert wurden. Die Haftung von PSS-MA an GoldMag verringert jedoch sein Zetapotential in verschiedenen Elektrolytlösungen sowie bei verschiedenen pH-Werten dramatisch. In allen Fällen war das Zetapotential niedriger als – 30 mV. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Oberflächenmodifizierung von GoldMag mit PSS-MA die Beständigkeit gegenüber Veränderungen der Zusammensetzung und des pH-Wertes von Pufferlösungen signifikant verbessert und eine hohe Dispersität gewährleistet [29].

a Die SPR-Spektren von GoldMag in Borax/Borat-Puffer (0,02 mol/L) mit unterschiedlichen pH-Werten von 6,0 bis 9,0. b Die SPR-Spektren von PSS-MA-GoldMag in Borax/Borat-Puffer (0,02 mol/L) mit unterschiedlichen pH-Werten von 6,0 bis 9,0. c Die SPR-Spektren von GoldMag suspendiert in Borax/Borat-Puffer (0,02 mol/l, pH 7,4), PB-Puffer (0,2 mol/l, pH 7,4) und in einer Elektrolytlösung. d Die SPR-Spektren von PSS-MA-GoldMag suspendiert in Borax/Borat-Puffer (0,02 mol/l, pH 7,4), PB-Puffer (0,2 mol/l, pH 7,4) und in Elektrolytlösung. e Die Änderung des Zetapotentials von GoldMag, suspendiert in Borax/Borat-Puffer (0,02 mol/L) mit unterschiedlichen pH-Werten im Bereich von 6,0 bis 9,0. f Die Änderung des Zetapotentials von GoldMag suspendiert in Borax/Borat-Puffer (0,02 mol/l, pH 7,4), PB-Puffer (0,2 mol/l, pH 7,4) und in Elektrolytlösung

Um die Interaktion zwischen Protein und PSS-MA-GoldMag zu untersuchen, wurden Anti-D-Dimer-Antikörper mit PSS-MA-GoldMag durch die EDC-vermittelte Reaktion zwischen Protein-Aminogruppen und Polymer-Carboxylgruppen konjugiert. Wie in Abb. 4a gezeigt, wurde nach der Reaktion von PSS-MA-GoldMag mit Anti-D-Dimer-Antikörpern eine Rotverschiebung des SPR-Peaks beobachtet, was auf die Konjugation von Antikörpern an Nanopartikeln hinweist [30, 31]. Die Zunahme des durchschnittlichen Partikeldurchmessers von 116 auf 130 nm bestätigt die Einführung des Anti-D-Dimer-Antikörpers in das PSS-MA-GoldMag (Abb. 4b) [24]. Der Einfluss der Antikörpermasse auf die optische Eigenschaft von PSS-MA-GoldMag wurde durch SPR-Spektroskopie nach Zugabe verschiedener Mengen an Anti-D-Dimer-Antikörper (20 bis 200 μg) zur PSS-MA-GoldMag-Suspension bewertet. Wie in Abb. 4c gezeigt, wurde der SPR-Peak nicht verändert und wurde auf 548 ± 3,0 nm gehalten, unabhängig von der zugegebenen Antikörpermenge.

a Die SPR-Spektren von PSS-MA-GoldMag und Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag. b Die Größenverteilung von Antikörper-PSS-MA-GoldMag und PSS-MA-GoldMag. c Der SPR-Peak der Partikel wurde mit steigenden Antikörperkonzentrationen nicht verändert

Um die Aktivität der Antikörper nach Konjugation an PSS-MA-GoldMag zu bewerten, wurden Sonde A und Sonde B durch Immobilisieren eines Antikörperpaares (Antikörper 1 und Antikörper 2) und Antikörper 1 an PSS-MA-GoldMag hergestellt. bzw. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Sondentypen und dem D-Dimer wurde durch SPR-Spektroskopie analysiert. Die beste Reaktionszeit wurde durch Beobachten der Änderung des Maximums des SPR-Peaks für 40 Minuten nach Zugabe von drei Konzentrationen von D-Dimer (0,6, 2 und 6 μg/ml) zu Sonde A erhalten. Wie in Abb. 5a gezeigt, eine signifikante Verschiebung der Oberflächenplasmonenbande wurde beobachtet, die aus der Aggregation von PSS-MA-GoldMag durch Querverbindungen zwischen der Antigen-Antikörper-Sandwichbrücke im Laufe der Zeit resultierte. Bei niedriger Konzentration (0,6 μg/ml) gab es keine signifikante Änderung des SPR-Spektrums von 20 auf 40 Minuten, was darauf hindeutet, dass 20 Minuten für die Reaktion von 0,6 μg/ml oder niedrigeren Konzentrationen von D-Dimer ausreichen. Bei Verwendung mittlerer und hoher Konzentrationen von D-Dimer (2 und 6 μg/ml) stieg die Wellenlänge jedoch um 30 Minuten weiter an. Dies zeigt an, dass die beste Reaktionszeit 30 Minuten beträgt. Wie in Abb. 5b gezeigt, zeigte das SPR-Spektrum der Kompositpartikel eine deutliche Rotverschiebung der Oberflächenplasmonenresonanz von λ_max = 550 auf 570 nm und Intensitätsabnahme des charakteristischen Peaks, wenn die Konzentration des D-Dimers von 0,3 auf 6 μg/ml anstieg. Dies wird durch die Aggregation von PSS-MA-GoldMag hervorgerufen durch die Kreuzverbindung von D-Dimer mit Antikörper 1 und Antikörper 2 auf Sonde A hervorgerufen. Die Aggregation von PSS-MA-GoldMag führte zu einer Änderung der optischen Eigenschaften des Gold Teil von PSS-MA-GoldMag. Jianget al. und Liet al. haben auch berichtet, dass die Aggregation von Nanogold das SPR-Spektrum von Nanopartikeln rot verschieben und umranden kann [32, 33]. In Abb. 5d wurde jedoch keine Rotverschiebung beobachtet, da die Wechselwirkung zwischen D-Dimer und Antikörper 1 nicht zum Aufbau von Nanopartikeln führen konnte. Darüber hinaus wurde eine unterscheidbare Rotverschiebung (5 nm) beobachtet, selbst wenn die zu Sonde A hinzugefügte D-Dimer-Menge nur 0,3 μg/ml betrug, was darauf hindeutet, dass die Nachweisgrenze unter den diagnostischen Grenzwerten (0,5 ) liegt μg/ml) für diesen Biomarker. Eine lineare Beziehung zwischen der SPR-Spektralpeakposition und der D-Dimer-Konzentration wurde im Bereich von 0,3–6 μg/ml (r ² = 0,9944) (Abb. 5c).

a Die Beziehung zwischen der Reaktionszeit und dem SPR-Spektrum. b Die Rotverschiebung von SPR-Spektren aufgrund der Aggregation von GoldMag-Partikeln, die durch die Querverbindung von D-Dimer mit Sonde A verursacht wird. c Die Kurve des SPR-Peaks von Kompositen als Funktion der D-Dimer-Konzentration. d Die SPR-Spektroskopie von Kompositen nach Zugabe von D-Dimer zu Sonde B

Wie in Abb. 6 gezeigt, wurde keine signifikante Verschiebung des charakteristischen SPR-Peaks von PSS-MA-GoldMag in Gegenwart von Triglyceriden, Bilirubin bzw. Hämoglobin gefunden. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass unser Proteinnachweissystem keine störenden Reaktionen mit Triglyceriden, Bilirubin und Hämoglobin aufweist.

Die SPR-Spektren von Anti-D-Dimer-Antikörper-PSS-MA-GoldMag nach Reaktion mit D-Dimer-Proben in Gegenwart und Abwesenheit von Triglyceriden, Bilirubin und Hämoglobin

Diese Ergebnisse zeigen, dass PSS-MA-GoldMag ein vielversprechender magnetischer Nanopartikel zur Proteinimmobilisierung ist und über Antikörper 1-Zielprotein-Antikörper 2 eine Sandwichbrücke auf der Partikeloberfläche bilden kann beim optischen Point-of-Care-Nachweis von Biomarkern.

In dieser Studie wurde PSS-MA zunächst zur Modifikation von GoldMag verwendet (Schema 1). Das Einbringen von PSS-MA auf die Oberfläche von GoldMag verbesserte seine Stabilität in Pufferlösung deutlich. Neben der sterischen Hinderung, die durch die lange Polymerkette von PSS-MA verursacht wird, bewirken die Carboxylgruppen und die Sulfogruppe in PSS-MA eine elektrostatische Abstoßung zwischen den Nanopartikeln [29]. Dadurch wird die Stabilität von PSS-MA-GoldMag deutlich erhöht. Die hohe Anzahl an Carboxylgruppen auf der Partikeloberfläche erfüllt die Voraussetzung für die Konjugation mit Biomolekülen.

Schlussfolgerungen

In der vorliegenden Studie wurde über eine einfache und schnelle Methode zur Beschichtung von GoldMag mit PSS-MA berichtet. Die Ergebnisse zeigen, dass die kolloidale Stabilität und Dispersität von GoldMag durch die Einführung von PSS-MA signifikant verbessert wurden. Die Partikel weisen eine gute Stabilität in Pufferlösung mit einem breiten pH-Bereich auf. Darüber hinaus bietet die Anwesenheit einer Carboxylgruppe die Möglichkeit, Proteine ​​an die Nanopartikel zu konjugieren. Nimmt man das D-Dimer und seinen Antikörper als Modell, zeigt sich, dass die optischen Eigenschaften durch die Vernetzung zwischen Antigen und Antikörper-Nanopartikel-Komposit maßgeschneidert werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass das PSS-MA-modifizierte GoldMag ein vielversprechender Kandidat für die optische Detektion auf Basis von Immunoassays sein kann.

Abkürzungen

DLS:

Dynamische Lichtstreuung

FTIR:

Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie

GoldMag:

Magnetische Nanopartikel aus Gold

MUA:

11-Mercaptoundecansäure

PEI:

Polyethylenimin

PSS:

Polystyrolsulfonat

PSS-MA:

Poly(4-styrolsulfonsäure-co-maleinsäure)

SPR:

Oberflächenplasmonenresonanz

TEM:

Transmissionselektronenmikroskop

TGA:

Thermogravimetrischer Analysator