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使用离子敏 GaInAsP 纳激光生物传感器无标记和无光谱分析检测神经精神疾病生物标志物。

Label-free and spectral-analysis-free detection of neuropsychiatric disease biomarkers using an ion-sensitive GaInAsP nanolaser biosensor.

机构信息

Department of Electrical and Computer Engineering, Yokohama National University, 79-5 Tokiwadai, Hodogaya-ku, Yokohama 240-8501, Japan.

Department of Molecular Pharmacology and Neurobiology, Yokohama City University, 3-9 Fuku-ura, Kanazawa-ku, Yokohama 236-0004, Japan.

出版信息

Biosens Bioelectron. 2018 Oct 15;117:161-167. doi: 10.1016/j.bios.2018.05.059. Epub 2018 Jun 2.

DOI:10.1016/j.bios.2018.05.059
PMID:29894853
Abstract

The emission intensity of GaInAsP semiconductors that show an ion sensitivity is altered by the surface charge. In this study, we propose a biosensing technique using GaInAsP photonic crystal nanolasers based on this principle. Here, simple and rapid detection of collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) is demonstrated, which is a promising biomarker candidate for neuropsychiatric diseases existing in peripheral white blood cells. We prepared CRMP2 as a standard protein and introduced sodium dodecyl sulfate (SDS) as an anionic surfactant to enhance the net negative charge of the protein. The nanolaser was modified in advance with an anti-CRMP2 antibody and then photopumped at a constant power. The laser emission intensity was monitored during the antibody-antigen reaction. Consequently, CRMP2 was detected as a decrease in the emission intensity. We achieved a lower limit for detection of 3.8 μg/mL that satisfies the requirement for clinical biomarker testing. Without the requirements of any kind of labels and spectral analyses, this technique allows for simple, rapid, and low-cost biomarker detection.

摘要

表面电荷会改变表现出离子灵敏度的 GaInAsP 半导体的发射强度。在这项研究中,我们基于这一原理提出了一种使用 GaInAsP 光子晶体纳米激光器的生物传感技术。在这里,我们演示了对 collapsin 反应介质蛋白 2 (CRMP2) 的简单快速检测,作为外周血白细胞中存在的神经精神疾病的有前途的生物标志物候选物。我们将 CRMP2 制备为标准蛋白,并引入十二烷基硫酸钠 (SDS) 作为阴离子表面活性剂,以增强蛋白质的净负电荷。纳米激光器预先用抗 CRMP2 抗体进行修饰,然后以恒定功率进行光泵浦。在抗体-抗原反应过程中监测激光发射强度。结果,CRMP2 的检测表现为发射强度降低。我们实现了 3.8μg/mL 的检测下限,满足了临床生物标志物检测的要求。该技术不需要任何标记物和光谱分析,可实现简单、快速和低成本的生物标志物检测。

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引用本文的文献

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Highly sensitive optical ion sensor with ionic liquid-based colorimetric membrane/photonic crystal hybrid structure.具有离子液体基比色膜/光子晶体混合结构的高灵敏度光学离子传感器。
Sci Rep. 2020 Oct 7;10(1):16739. doi: 10.1038/s41598-020-73858-8.