liu.seSök publikationer i DiVA
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Protein Microarray Chips
Linköpings universitet, Institutionen för fysik, kemi och biologi, Sensorvetenskap och Molekylfysik. Linköpings universitet, Tekniska högskolan.
2007 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [sv]

Livet tas för givet av de flesta. Det finns däremot många som ägnar stora delar av sitt liv för att försöka lösa dess mysterier. En del av lösningen ligger i att förstå hur alla molekyler är sammanlänkade i det gigantiska nätverk som definierar den levande organismen. Under det senaste seklet har en hel del forskning utförts för att kartlägga dessa nätverk. Resultatet av dessa mödor kan vi se i de läkemedel som vi har idag och som har utvecklats för att bota eller åtminstone lindra olika sjukdomar och tillstånd. Dessvärre finns det fortfarande många sjukdomar som är obotliga (t.ex. cancer) och mycket arbete krävs för att förstå dem till fullo och kunna designa framgångsrika behandlingar. Arbetet i denna avhandling beskriver en analytisk plattform som kan användas för att effektivisera kartläggningsprocessen; protein-mikroarrayer. Mikroarrayer är ytor som har mikrometerstora (tusendels millimeter) strukturer i ett regelbundet mönster med möjligheten att studera många interaktioner mellan biologiska molekyler samtidigt. Detta medför snabbare och fler analyser - till en lägre kostnad. Protein-mikroarrayer har funnits i ungefär ett decennium och har följt i fotspåren av de framgångsrika DNA-mikroarrayerna. Man bedömer att protein-mikroarrayerna har en minst lika stor potential som DNA mikroarrayerna då det egentligen är mer relevant att studera proteiner, som är de funktionsreglerande molekylerna i en organism. Vi har i detta arbete tillverkat modellytor för stabil inbindning av proteiner, som lämnar dem intakta, funktionella och korrekt orienterade i ett mikroarray format. Därmed har vi adresserat ett stort problem med protein mikroarrays, nämligen att proteiner är känsliga molekyler och har i många fall svårt att överleva tillverkningsprocessen av mikroarrayerna. Vi har även studerat en metod att tillverka mikroarrayer av proteiner bundna till strukturer, som modellerats att efterlikna cellytor. Detta är särkilt viktigt eftersom många (hälften) av dagens (och säkerligen framtidens) läkemedel är riktade mot att påverka denna typ av proteiner och att studera dessa i sin naturliga miljö är därför väldigt relevant. I ett annat projekt har vi använt protein mikroarrayer för att detektera fyra vanliga droger (heroin, amfetamin, ecstasy och kokain). Detektionen baseras på användandet av antikroppar som lossnar från platser på ytan när de kommer i kontakt med ett narkotikum. Detta koncept kan enkelt utvecklas till att detektera mer än bara fyra droger. Vi har även lyckats att parallellt mäta förekomsten av en annan typ av förening på mikroarray ytan, nämligen det explosiva ämnet trinitrotoluen (TNT). Detta visar på en mångsidig plattform för detektionen av i princip vilken typ av farlig eller olaglig substans som helst - och på en yta! Vi föreställer oss därför att möjliga tillämpningsområden finns inom brottsbekämpning, i kampen mot terrorism och mot narkotikamissbruk etc. Mikroarrayerna har i denna avhandling utforskats med optiska metoder som tillåter studie av omärkta proteiner, vilket resulterar i så naturliga molekyler som möjligt.

Abstract [en]

Life is a thing taken for granted by most. However, it is the life-long quest of many to unravel the mysteries of it. Understanding and characterizing the incomprehensively complex molecular interaction networks within a biological organism, which defines that organism, is a vital prerequisite to understand life itself. Already, there has been a lot of research conducted and a large knowledge has been obtained about these pathways over, especially, the last century. We have seen the fruits of these labors in e.g. the development of medicines which have been able to cure or at least arrest many diseases and conditions. However, many diseases are still incurable (e.g. cancer) and a lot more work is still needed for understanding them fully and designing successful treatments. This work describes a generic analytical tool platform for aiding in more efficient (bio)molecular interaction mapping analyses; protein microarray chips. Microarray chips are surfaces with micrometer sized features with the possibility of studying the interactions of many (thousands to tens of thousands) (bio)molecules in parallel. This allows for a higher throughput of analyses to be performed at a reduced time and cost. Protein microarrays have been around for approximately a decade, following in the footsteps of the, so far, more successfully used DNA microarrays (developed in the 1990s). Microarrays of proteins are more difficult to produce because of the more complex nature of proteins as compared to DNA. In our work we have constructed model surfaces which allow for the stable, highly oriented, and functional immobilization of proteins in an array format. Our capture molecules are based on multivalent units of the chelator nitrilotriacetic acid (NTA), which is able to bind histidine-tagged proteins. Furthermore, we have explored an approach for studying lipid membrane bound systems, e.g. receptor-ligand interactions, in a parallelized, microarray format. The approach relies on the addressable, DNA-mediated adsorption of tagged lipid vesicles. In an analogous work we have used the protein microarray concept for the detection of four common narcotics (heroin, amphetamine, ecstasy, and cocaine). The detection is based on the displacement of loosely bound antibodies from surface array positions upon injection of a specific target analyte, i.e. a narcotic substance. The proof-of-concept chip can easily be expanded to monitor many more narcotic substances. In addition, we have also been able to simultaneously detect the explosive trinitrotoluene (TNT) along with the narcotics, showing that the chip is a versatile platform for the detection of virtually any type of harmful or illegal compound. This type of biosensor system is potentially envisaged to be used in the fight against crime, terrorism, drug abuse etc. Infrared reflection absorption spectroscopy together with ellipsometry has been used to characterize molecular layers used in the fabrication processes of the microarray features. Imaging surface plasmon resonance operating in the ellipsometric mode is subsequently used for functional evaluation of the microarrays using a well-defined receptor-ligand model system. This approach allows simultaneous and continuous monitoring of binding events taking place in multiple regions of interest on the microarray chip. A common characteristic of all the instrumentation used is that there is no requirement for labeling of the biomolecules to be detected, e.g. with fluorescent or radioactive probes. This feature allows for a flexible assay design and the use of more native proteins, without any time-consuming pretreatments.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Institutionen för fysik, kemi och biologi , 2007. , s. 78
Serie
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 1096
Nyckelord [en]
Microarray, biosensor, biomolecular interaction, narcotics detection, imaging ellipsometry and surface plasmon resonance
Nationell ämneskategori
Biofysik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:liu:diva-8904ISBN: 978-91-85715-10-7 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:liu-8904DiVA, id: diva2:23630
Disputation
2007-06-12, Planck, Fysikhuset, 581 83 LiU, Linköping, 10:15 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2007-05-22 Skapad: 2007-05-22 Senast uppdaterad: 2020-03-24
Delarbeten
1. Piezo Dispensed Microarray of Multivalent Chelating Thiols for Dissecting Complex Protein-Protein Interactions
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Piezo Dispensed Microarray of Multivalent Chelating Thiols for Dissecting Complex Protein-Protein Interactions
Visa övriga...
2006 (Engelska)Ingår i: Analytical Chemistry, ISSN 0003-2700, Vol. 78, nr 11, s. 3643-3650Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The fabrication of a novel biochip, designed for dissection of multiprotein complex formation, is reported. An array of metal chelators has been produced by piezo dispensing of a bis-nitrilotriacetic acid (bis-NTA) thiol on evaporated gold thin films, prestructured with a microcontact printed grid of eicosanethiols. The bis-NTA thiol is mixed in various proportions with an inert, tri(ethylene glycol) hexadecane thiol, and the thickness and morphological homogeneity of the dispensed layers are characterized by imaging ellipsometry before and after back-filling with the same inert thiol and subsequent rinsing. It is found that the dispensed areas display a monotonic increase in thickness with increasing molar fraction of bis-NTA in the dispensing solution, and they are consistently a few Ångströms thicker than those prepared at the same molar fraction by solution self-assembly under equilibrium-like conditions. The bulkiness of the bis-NTA tail group and the short period of time available for chemisorption and in-plane organization of the dispensed thiols are most likely responsible for the observed difference in thickness. Moreover, the functional properties of this biochip are demonstrated by studying multiple protein−protein interactions using imaging surface plasmon resonance. The subunits of the type I interferon receptor are immobilized as a composition array determined by the surface concentration of bis-NTA in the array elements. Ligand dissociation kinetics depends on the receptor surface concentration, which is ascribed to the formation of a ternary complex by simultaneous interaction of the ligand with the two receptor subunits. Thus, multiplexed monitoring of binding phenomena at various compositions (receptor densities) offers a powerful tool to dissect protein−protein interactions.

Nationell ämneskategori
Naturvetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:liu:diva-14515 (URN)10.1021/ac060024+ (DOI)
Tillgänglig från: 2007-05-22 Skapad: 2007-05-22 Senast uppdaterad: 2009-05-22
2. Differential Protein Assembly on Micropatterned Surfaces with Tailored Molecular and Surface Multivalency
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Differential Protein Assembly on Micropatterned Surfaces with Tailored Molecular and Surface Multivalency
Visa övriga...
2006 (Engelska)Ingår i: ChemBioChem, ISSN 1439-4227, Vol. 7, nr 9, s. 1325-1329Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Nyckelord
arrays, multivalent interactions, nitrilotriacetic acid, protein-protein interactions, surface plasmon resonance
Nationell ämneskategori
Naturvetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:liu:diva-14516 (URN)10.1002/cbic.200600176 (DOI)
Tillgänglig från: 2007-05-22 Skapad: 2007-05-22 Senast uppdaterad: 2009-06-08
3. Multivalent Self-Assembled Monolayers with Terminal Mono-, Bis-, and Tris-nitrilotriacetic Acid Groups: Characterization and Application
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Multivalent Self-Assembled Monolayers with Terminal Mono-, Bis-, and Tris-nitrilotriacetic Acid Groups: Characterization and Application
Visa övriga...
Manuskript (Övrigt vetenskapligt)
Identifikatorer
urn:nbn:se:liu:diva-14517 (URN)
Tillgänglig från: 2007-05-22 Skapad: 2007-05-22 Senast uppdaterad: 2010-01-13
4. A Microarray for Addressable Adsorption of Lipid Vesicles and Subsequent Protein Interaction Studies
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>A Microarray for Addressable Adsorption of Lipid Vesicles and Subsequent Protein Interaction Studies
Visa övriga...
Manuskript (Övrigt vetenskapligt)
Identifikatorer
urn:nbn:se:liu:diva-14518 (URN)
Tillgänglig från: 2007-05-22 Skapad: 2007-05-22 Senast uppdaterad: 2010-01-13
5. A Microarray Chip for Label-Free Detection of Narcotics
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>A Microarray Chip for Label-Free Detection of Narcotics
2008 (Engelska)Ingår i: Analytical and Bioanalytical Chemistry, ISSN 1618-2642, E-ISSN 1618-2650, Vol. 391, nr 5, s. 1679-1688Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

A protein array chip for label-free optical detection of low molecular weight compounds has been developed. As a proof of principle, the chip is proven capable of rapidly (approximately 1 min) determining hits from aqueous cocktails composed of four common narcotics, cocaine, ecstasy, heroin, and amphetamine, using imaging surface plasmon resonance (SPR) as the detection principle. The chip is produced by injecting a mixture of antibodies and letting them self-sort and bind to narcotic analog coupled proteins already present in a predefined pattern on the supporting substrate. An indirect detection method, where antibodies are displaced from the surface upon recognition of their corresponding narcotics, is used to obtain the optical contrast and thus a detectable SPR and/or ellipsometric signal. Two types of readouts are possible from the present setup: intensity SPR images and SPR/ellipsometric sensorgrams. Positive hits were routinely obtained for analyte concentrations of 50 pg/μL and the limit of detection, without any parameter optimizations, seems to fall in the range 0.5 pg/μL (1.4 nM) for heroin, 2.5 pg/μL (8.2 nM) for cocaine, and 5 pg/μL for the other two narcotics (26 nM for ecstasy and 37 nM for amphetamine). With improved readout possibilities (sampling frequency), signal evaluation algorithms, and antibody–antigen design strategies, we believe this limit can be further improved. The chip is shown to work for many measurement cycles with excellent reproducibility. Moreover, with a more advanced fluidic system, excess injected antibodies could be collected and reused for many cycles, which could make the running costs of the system very low. The chip is in no way limited to detection of narcotics. Other low molecular weight compounds could easily be detected on the same chip. For example, trinitrotoluene detection has already been demonstrated using our chip. Possible areas of application for the system are therefore envisaged in airport and underground transport security, customs, drug interdiction, forensics, and as warning alerts on military equipment and personnel.

Nyckelord
Protein microarray, Imaging surface plasmon resonance, Imaging ellipsometry, Narcotics trace detection, Biosensors, Antibody displacement
Nationell ämneskategori
Naturvetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:liu:diva-14519 (URN)10.1007/s00216-008-1839-9 (DOI)
Tillgänglig från: 2007-05-22 Skapad: 2007-05-22 Senast uppdaterad: 2017-12-13

Open Access i DiVA

fulltext(891 kB)1351 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 891 kBChecksumma SHA-1
1e3704b237c1e86cd758521c4a1b321f0bc477f4196266d3cc792b6f97c38ce8940e5ef2
Typ fulltextMimetyp application/pdf
Beställ online >>

Person

Klenkar, Goran

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Klenkar, Goran
Av organisationen
Sensorvetenskap och MolekylfysikTekniska högskolan
Biofysik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 1351 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

isbn
urn-nbn
Totalt: 3071 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf