無標記光學生物傳感器共認為是分子相互作用研究的有力工具，其中表面等離子體共振（SPR）技術則是這一領域的金標準。SPR常與微流控芯片結合對幾個到幾十個樣品同步進行分析檢測，分子量低至100 Da，靈敏度高，但受限于較少樣品數(shù)量。高通量和低檢測限是生物分子檢測的理想方式，斜入射反射差（OI-RD）技術能夠以高通量模式檢測數(shù)千種生物分子相互作用，特別是大于1000 Da的生物分子。本文提出了一種有效的通過OI-RD技術實現(xiàn)高通量和低檢測限的生物分子相互作用檢測方法。

文章題目為“Development of a carboxymethyl chitosan functionalized slide for small molecule detection using oblique-incidence reflectivity difference technology”于2024年9月發(fā)表在Biomedical Optics Express雜志，作者來自于上海復旦大學的信息科學與技術學院微納米光子結構教育部重點實驗室。為了提高OI-RD對小分子（通常< 500 Da）的檢測能力，作者開發(fā)了一種以羧甲基殼聚糖（CMCS）和戊二醛（GA）交聯(lián)劑功能化修飾的三維生物芯片。蛋白樣品溶解在HEPES(pH 7.5)緩沖液中，濃度為0.5 mg/mL，隨后使用英國ArrayJet生物芯片點樣儀進行點印（Super Marathon 對應新型號Mercury 100-S），玻片被分成10個重復區(qū)域，每個區(qū)域為8 × 8陣列，點樣體積100pL，點間距300 μm，點樣溫度20 ℃ 、濕度50%。（芯片制備流程和檢測 如圖1，下圖加上標注）

 

圖1：(a) CMCS環(huán)氧玻片功能化修飾示意圖。(b)利用CMCS玻片進行生物分子打印示意圖。(c)OI-RD檢測系統(tǒng)原理圖

結果顯示，通過優(yōu)化超聲時間、蛋白固定時間、羧甲基殼聚糖（CMCS）分子量以及戊二醛（GA）功能化時間，發(fā)現(xiàn)68 kDa的親和素蛋白檢出限為6.8 pM，比二維環(huán)氧樹脂芯片檢出限低約44倍。此外，對于小分子量物質(zhì)D -生物素（244 Da）也可準確檢出，明顯小于2D環(huán)氧樹脂上1765 Da的檢出限。（如圖2，下圖加上標注）

圖2：(a)不同濃度下BBSA與親和素在CMCS-GA玻片上的實時結合曲線 (b)三維上OI-RD信號振幅隨親和素濃度變化曲線。(c)不同濃度下BBSA與親和素在二維環(huán)氧生物芯片上實時結合曲線 (d) OI-RD信號振幅隨親和素濃度的變化曲線

結論：在生物分子相互作用檢測方面，基于功能化的3D生物芯片，OI-RD技術實現(xiàn)了樣品的高通量和結果的低檢測限，可進行功能性基因或蛋白相關的藥物高通量篩選等，具有廣闊的應用前景。

原文鏈接：https://doi.org/10.1364/BOE.534563

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