15 listopad 2011

1. SEMINARIUM W RAMACH PROJEKTU Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie - Rozwój i komercjalizacja nowej generacji urządzeń diagnostyki molekularnej opartych o nowe polskie przyrządy półprzewodnikowe Zadanie 19. Opracowanie podstaw budowy sensora przeciwciał na bazie powierzchni GaN i ZnO modyfikowanych peptydami. Agnieszka Kamińska , Sylwester Gawinkowski, Tomasz Roliński, Jacek Waluk, Robert Hołyst 15 listopad 2011 Instytut Chemii Fizycznej PAN

2. This antigen is a protein Antigen-Antibody interaction Laser excitation antibody epitope Sers platform epitope antibody SERS spectrum – detects specific antibody-antigenbinding event Antibodies contact epitopes or antigenic determinants *The epitope is small (~6 amino acids or ~6 sugars) or a small part of a larger antigen.

3. Zadania wykonane • Opracowanie aktywnej platformy do badań powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (ang. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) bazującej na GaN • (1) Opracowanie procedur trawienia GaN ( we współpracy z IWC, Janusz Weyher, Igor Dzięcielewski)- sprawdzenie wpływu takich parametrów jak skład i proporcje roztworów używanych do trawienia, czas trawienia, wpływ właściwości warstw GaN tj. gęstości dyslokacji w celu otrzymania optymalnych podłoży do badań ramanowskich

4. (a) (b) (a) (b) SEM images of sample 185-4 after (a) photo-etching and (b) additional etching in hot KOH solution SEM images of samples N1516-3.1 and -IV.1 after (a) 5 minutes and (b) 10 minutes photo-etching

5. Zadania wykonane • Opracowanie aktywnej platformy do badań powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (ang. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) bazującej na GaN • (2) Optymalizacja procedur pokrywania trawionych podłoży GaN warstwami Au i stopem Au-Ag (60%/ 40%) 400 nm Au SEM images of samples (a) after photo-etching and (b) subsequent evaporation of ~ 70 nm of Au. Photo-etching of GaN was done in the K2S2O8-KOH water solution under UV illumination Au-Ag (60%/ 40%)

6. Zadania wykonane • 2. Fabrykacja nowych podłoży do pomiarów SERS bazujących na nanodrutach ZnO pokrytych złotem.z wykorzystaniem techniki CVD (Chemical Vapour Deposition) na podłożu. • 1. Aktywacja podłoża ITO przy zastosowaniu KMnO42. Reaktywny wzrost nanostruktur ZnO z roztworu zawierającego Zn(NO3)2 oraz KOH • 3. Pokrycie warstwą złota Rys.1. Widma SEM podlozy do pomiarow SERS otrzymanych technika CVD. Zdjęcia dla próbek otrzymanych w warunkach T=800oC, t=15 min, VNH3=1o dm3*h-1, VN2=140 dm3*h-1.

7. Zadania wykonane • Opracowanie metody do analizy powtarzalności widm Ramana bazującej na korelacji liniowej Pearsona Tabela1. Wartości współczynników korelacji liniowej między drugimi pochodnymi spektrogramów Rys. Porównanie serii danych przed filtracją (górny panel) i jej drugiej pochodnej uzyskanej za pomocą filtru (dolny panel).

8. Zadania wykonane • Opracowanie procedur kontrolowanej immobilizacji peptydów na platformach sersowskich. • Immobilizacja aminokwasów na powierzchni sersowskiej pokrytej monowarstwą kwasu11-merkaptoundekanowego (-), struktury nieuporządkowane, liczne wiązania wodorowe • Immobilizacja aminokwasów na powierzchni sersowskiej pokrytej monowarstwą cysteaminy – „ tworzenie wiązań peptydowych w wyniku reakcji EDC/NHS” - (+) • Zbadanie wpływu warunków otrzymywania monowarstw cysteaminy na strukturę otrzymywanych warstw • wpływ pH • czasu adsorpcji • stężenia roztworu adsorpcyjnego • elektrolitów

9. Zadania wykonane • Immobilizacja aminokwasów i peptydów na monowarstwach łącznikowych • Optymalizacja warunków prowadzenia reakcji EDC/NHS (wpływ pH, czasu, stężeń i proporcji reagentów) • Immobilizowany peptyd musi mieć odpowiednią orientację i zachowywać swoją aktywność biologiczną • 2. Immobilizacja przeciwciał na zmodyfikowanych polipeptydami platformach. • Optymalizacja warunków tworzenia kompleksu kompleksu peptyd blokujący-przeciwciało (pI przeciwciała, stosunek ilościowy reagentów, pH buforu z przeciwciałem - pomiędzy pIAg a pIAb, czas)

10. Antigen-Blocking peptide interaction blocking peptide (Akt(pan)) + mAb blocking peptide (Akt(pan))

11. Zadania wykonane • Rejestracja i opracowanie widm Rama 20 aminokwasów • Rejestracja i opracowanie widm SERS aminokwasów • Rejestracja i opracowanie widm hetero i homo-peptydów Baza widm

12. Identyfikacja aminokwasów w mieszaninie na podstawie spektrogramu Rysunek. Uproszczony spektrogram mieszaniny tyrozyny i asparaginy do badania korelacji ze spektrogramami pojedynczych aminokwasów. Piki czerwone (zielone) są skorelowane z pikami w spektrogramie asparaginy (tyrozyny). Tabela. Ilość par skorelowanych dla poszczególnych aminokwasów. Piki na spektrogramie są sumą mnogościową wszystkich par skorelowanych dla danego aminokwasu.

13. II. PLANY • . • Modyfikacja platform sersowskich wybranymi peptydami blokującymi i analiza zmian w widmach ramanowskich indukowanych tworzeniem się kompleksów peptyd blokujacy (epitop) – przeciwciało - kompletowanie bazy widm ramanowskich • Zintegrowanie chipu polipeptydowego z układem mikroprzepływowym • Testowanie chipu polipeptydowego do wykrywania ważnych immunologicznie przeciwciał jak: IgM, IgA, IgG, albuminy, transferyny, ceruloplazminy z materiałów biologicznych (surowica krwi, mocz) i kolejno optymalizacja chipu na jedno wybrane przeciwciało • Opracowanie platform sersowskich bazujących na cząstkach magnetycznych • Widma SERS pojedynczych cząsteczek • Symulacja widm SERS dla wybranych układów chromofor-podłoże • Opracowanie algorytmów detekcji aminokwasów w mieszaninach

15. SERS microfluidic sensor Figure Schematic representation of an integrated SERS-CD platform for biomolecule detection. (a) A SERS spectroscopy and a SERS-CD platform. (reservoirs for activating chemicals (A), cells (B), media (C), and vent (D)) (b) Cell trapping schematics comparing cells before trapping (left) after trapping (right). (C) Sample concentrating cycle: secreted molecules are delivered (left), absorbed (center) and then accumulated on a SERS probe (right), which results in molecule concentrating.

16. Single Molecule SERS of Porphycene (PC) PC absorption spectra. Possible PC-nanoparticle configurations SERRS spectra of PC measured on Au nanoparticles deposited on glass, registred from different points of sample.

17. A 50x50 μm map of Au nanoparticles on silica support with small addition of PC-d0 and PC-d12 deposited from a low cocncentration (~10-10 mol/l) ethanol solution. PC-d0 and PC-d2 SM-SERRS spectra obtained from different hot-spots. Time evolution of the PC-d0 SM-SERRS spectra.

18. Projekty badawcze bliskie tematyce KNP “The microbial challenge – an emerging threat to human health”, a Joint Programming Initiative on Antimicrobial Resistance