Ultragevoelige detectie van hormoonontregelaars via superfijne plasmonische spectrale kammen

Detectiemechanisme voor detectie van brede reeksen van EE’s door gebruik te maken van menselijke oestrogeenreceptor α (hERα) als het biologische herkenningselement. In het kort, een met goud gecoate gekantelde Bragg-vezelrooster wekt oppervlakteplasmonresonantie (SPR) op die de ultragevoelige monitoring van brekingsindexveranderingen aan het vezeloppervlak mogelijk maakt. Omgevings-oestrogenen in de monsters concurreren de hERα met de E₂-STV-conjugaten. De fiber-senor is verbonden met de desthiobiotine (DTB) -moleculen en de ongebonden E₂–STV-conjugaten worden vastgelegd via de STV-DTB-affiniteitsinteractie, die de golflengteverschuiving van het SPR-spectrum (van zwart naar rood) induceert. Deze methode biedt in situ detectie van omgevings-oestrogenen met een hoge gevoeligheid en specificiteit. Krediet: Lanhua Liu, Xuejun Zhang, Qian Zhu, Kaiwei Li, Yun Lu, Xiaohong Zhou en Tuan Guo

De schijnbare toename van hormoongeïnduceerde kankers en aandoeningen van het voortplantingsstelsel heeft geleid tot een groeiende vraag naar nieuwe technologieën die in staat zijn om hormoonontregelaars in nanogram per liter te detecteren. Wetenschappers in China hebben een ultracompacte optische vezelbiosensor uitgevonden die superfijne plasmonische spectrale kammen weergeeft en verbeterd door conjugaat-geïnduceerde bio-amplificatie, die de detectielimiet liet zien tot 1,5 ng l^-1 estradiol equivalente concentratie. De techniek heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de monitoring van milieu en gezondheid.

Het ontwikkelen van geavanceerde en krachtige detectietechnieken om zoveel mogelijk hormoonontregelaars met ultragevoeligheid in de omgeving te karakteriseren, is nog steeds een uitdaging, hoe hoog ook de vraag. Milieu-oestrogenen (EE’s), als typische hormoonontregelaars, zijn genoemd als een van de wereldwijde milieuproblemen die moeten worden aangepakt door middel van internationale samenwerking door de Verenigde Naties. Het zijn structureel diverse verbindingen die kunnen interageren met nucleaire oestrogeenreceptoren en aanzienlijke risico’s vormen voor de ecologische en menselijke gezondheid.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassing, heeft een team van fotonica- en milieuwetenschappers, onder leiding van prof. Tuan Guo van de Jinan University en dr. Xiaohong Zhou van de Tsinghua University, een eenvoudig te implementeren biosensingplatform voor plasmonische optische vezels ontwikkeld voor ultragevoelige detectie van oestrogene hormoonontregelaars. Het platform is gebaseerd op een met goud gecoat, sterk gekanteld Bragg-raster van vezels, dat spectrale kammen met hoge dichtheid en smalle bekledingsmodus opwekt die overlappen met de bredere absorptie van het oppervlakteplasmon voor zeer nauwkeurige ondervraging, waardoor de ultragevoelige monitoring van brekingsindexveranderingen bij de vezel oppervlak. Door het gebruik van oestrogeenreceptoren als model, ontwerpen ze een estradiol-streptavidine-conjugaat met behulp van moleculaire dynamica, waarbij de specifieke herkenning van omgevings-oestrogenen door de oestrogeenreceptor wordt omgezet in op het oppervlak gebaseerde affiniteitsbioassay voor eiwitten. Het ultragevoelige platform met door conjugaat geïnduceerde amplificatie-biosensing-benadering maakt de daaropvolgende detectie van EE’s tot 1,5 ng l mogelijk^-1 estradiol equivalente concentratie. Het is de laagste detectielimiet voor alle tot nu toe gerapporteerde detectie op basis van oestrogeenreceptoren.

Bovendien openen het compacte formaat, de flexibele vorm en de mogelijkheid om op afstand te bedienen van in-fiber plasmonische biosensor de weg voor het detecteren van andere hormoonontregelaars met ultrahoge gevoeligheid en in verschillende moeilijk bereikbare ruimtes, waardoor het potentieel een revolutie teweegbrengt in de monitoring van milieu en gezondheid . De biosensor is bijvoorbeeld in staat om continu in het veld hormoonontregelaars te detecteren, waarmee wordt voldaan aan de zeer gewenste vraag naar tijdige monitoring van de milieutoestand. Door een dergelijke vezelbiosensor te integreren met een injectienaald zouden daarentegen vergelijkbare metingen mogelijk zijn, zoals draagbare analyses ter plaatse en in het veld bij gezondheidsmonitoring, zelfs in vivo.