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Title: Caracterización de cristales piezoeléctricos biofuncionalizados para la detección de una biomolécula modelo
Authors: Barrientos Urdinola, Kaory
Adviser: Jaramillo Grajales, Marisol
Keywords : Inmunosensores piezoeléctricos
Transductor
Superficie bioactiva
Biosensor
Piezoelectric immunosensors
Transducer
Bioactive surface
Issue Date: 2015
Publisher: Universidad EIA
Abstract: Los inmunosensores piezoeléctricos son dispositivos que detectan la unión entre las moléculas de antígeno y anticuerpo por medio de cambios de masa en la superficie del transductor, la cual corresponde con cambios en la frecuencia de resonancia del cristal piezoeléctrico modificando la señal de sensado en una forma medible y cuantificable. Estos dispositivos constan de dos partes fundamentales: la interfase biológica, la cual permite la inmovilización de la biomolécula de interés, fundamental para alcanzar la especificidad del evento biológico a detectar y un sistema de transducción que permite sensar, medir y cuantificar los pequeños cambios de masa ocurridos en la superficie del inmunosensor por la unión específica entre el antígeno y anticuerpo. La selección de la metodología para la funcionalización y la caracterización de la superficie bioactiva constituyen procesos esenciales para garantizar la adecuada construcción de la interfase biológica y por lo tanto contribuir en el desarrollo de un biosensor óptimo que cumpla con los parámetros de especificidad, sensibilidad y reusabilidad requeridas. En la actualidad una de las técnicas de inmovilización más estudiadas y usadas para la funcionalización de sustratos de oro es la técnica de monocapas autoensambladas (SAM), por permitir la modificación de estos sustratos mediante monocapas de moléculas inmovilizadas con buenas características de homogeneidad, densidad y orientación; lo cual permite un buen desempeño del método. Sin embargo, variables como homogeneidad y rugosidad afectan la formación de estas monocapas y deben ser controladas y caracterizadas para cada aplicación específica. En el presente trabajo se describe el protocolo propuesto para la construcción y caracterización de la interfase biológica de un inmunosensor piezoeléctrico para la detección de la proteína albumina sérica bovina (BSA), como modelo inicial para la detección de biomarcadores de interés utilizando este biosensor. Se usó la técnica de monocapas autoensambladas mixtas (MSAM) formadas a partir de 11 mercapto-1-undecanol (MUA) y ácido 16-mercaptohexadecanoico (MHDA), en una proporción 50:1 respectivamente, para modificar la superficie del electrodo de oro de un cristal de cuarzo de 10 MHz. La caracterización de la superficie bioactiva se hizo mediante la técnica de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) para conocer la topografía de la superficie y la composición química de la misma, y con esto confirmar las características de homogeneidad, rugosidad y altura de las moléculas de la monocapa obtenida y la presencia de la proteína inmovilizada. Adicionalmente se comparó si existía diferencia entre la metodología de inmovilización propuesta (MSAM) y la tomada de referencia (SAM simples) por medio de ensayos realizados con el biosensor piezoeléctrico (QCM) (March, Manclús, Jiménez, Arnau, & Montoya, 2009). Estos estudios permitieron determinar que, para obtener superficies bioactivas de BSA con las características superficiales y químicas antes mencionadas, la dupla de concentraciones adecuadas de MSAM y proteína es 50 µM y 200 µg/mL, respectivamente; lo que posibilitará la optimización de la técnica de inmovilización en el desarrollo de inmunosensores piezoeléctricos para la detección de biomarcadores, relacionado con un ahorro significativo de reactivos respecto al protocolo de referencia.
Abstract (English): Piezoelectric immunosensors are able to detect the antigen-antibody binding through the mass change on the surface. This change modifies the resonant frequency of the crystal, turning this mass change into a quantifiable signal. A biosensor consists on two main parts: biological part which allows interaction among molecules and the transducer part that collects information from the biological part, converts, quantifies and displays it. The selection of the methodology and the surface characterization, represent essential processes to assure a proper biological interface and the development of an optimal biosensor that fits the specificity, sensitivity and reusability required parameters. Nowadays, one of the most popular methods for surface functionalization is self assembled monolayers (SAMs) technique because it presents valuable characteristics such as order, orientation and density. However, many variables are affecting the assembly process hence, it is necessary to find and evaluate appropriate conditions using characterization methods to set up a sensible and effective surface that allows the establishment of interactions between specific molecules. This study describes the immobilization of BSA proteins on 10 MHz quartz cristal microbalance (QCM) immunosensor, as an initial model to detect other biomarkers, via mixed self assembled monolayers (MSAMs) of alkanethiolates on gold generated from the 11-Mercapto-1-undecanol and 16-Mercaptohexadecanoic acid with ratio of 50 : 1, respectively. The biofunctional surface properties were characterized according to their chemical composition and topography with Atomic Force Microscopy (AFM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) which determined the roughness, order, height and the presence of BSA. Additionally, it was tested if there are differences between the proposed methodology (MSAM) and protocol reference (SAM) with the piezoelectric biosensor (QCM). These results suggest that the concentration of 50 µM and 200 µg/mL for the alkanothiol solution and protein respectively, are the combination to obtain an orderly and roughness layer. This concentration optimizes the technique and development of biosensors to detect biomarkers with significant savings in reagents respect to reference protocol.
Description: 93 páginas
URI: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/1989
Citation: Barrientos Urdinola. K. (2015) Caracterizaciónde cristales piezoeléctricos biofuncionalizados para la detección de una biomolécula modelo (Trabajo de grado). Recuperado de: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/1989
Autorization: openAccess
Location: BIOM00246
Appears in Collections:Ingeniería Biomédica

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