Immobilization of histidine-tagged proteins on gold surfaces using chelator thioalkanes

Kröger, Dietmar; Liley, Martha; Schiweck, Wolfram; Skerra, Arne; Vogel, Horst

doi:10.1016/s0956-5663(98)00116-x

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“…Vogel and coworkers report on a method for the immobilization of histidine-tagged antibodies onto a gold surface for surface plasmon resonance measurements [17]. A synthetic thioalkane chelator is self-assembled on a gold surface.…”

Section: Antibody/antigenmentioning

confidence: 99%

Biosensors and biochips: advances in biological and medical diagnostics

Vo‐Dinh

Cullum

2000

Fresenius' Journal of Analytical Chemistry

478

249

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In the past two decades, the biological and medical fields have seen great advances in the development of biosensors and biochips capable of characterizing and quantifying biomolecules. This review is meant to provide an overview of the various types of biosensors and biochips that have been developed for biological and medical applications, along with significant advances over the last several years in these technologies. It also attempts to describe various classification schemes that can be used for categorizing the different biosensors and provide relevant examples of these classification schemes from recent literature.

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Section: Antibody/antigenmentioning

confidence: 99%

Biosensors and biochips: advances in biological and medical diagnostics

Vo‐Dinh

Cullum

2000

Fresenius' Journal of Analytical Chemistry

478

249

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“…Um dos grandes desafios para a construção de biossensores mais sensíveis, robustos e de maior confiabilidade é a imobilização das biomoléculas sobre superfícies condutoras, em sua forma estável e com a manutenção de suas propriedades biológicas de reconhecimento 100 . Os procedimentos de adsorção, ligação cruzada, ligação covalente e encapsulamento em géis ou membranas são os métodos de imobilização de biomoléculas mais empregados 101,102 . Contudo, estes processos produzem uma superfície altamente desorganizada, com as biomoléculas orientadas randomicamente, provocando mudanças conformacionais que afetam a atividade funcional do componente bioativo 103 .…”

Section: Eletrodos Modificados Com Sam -Análise De Compostos Orgânicosunclassified

Emprego de monocamadas auto-organizadas no desenvolvimento de sensores eletroquímicos

Freire¹,

Pessôa²,

Kubota³

2003

Quím. Nova

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Recebido em 18/7/02; aceito 9/10/02 SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS APPLICATIONS FOR THE DEVELOPMENT OF ELECTROCHEMICAL SENSORS. Selfassembled monolayers (SAMs) modified electrodes exhibit unique behavior that can greatly benefit electrochemical sensing. This brief review highlights the applications of SAM modified electrodes in electroanalytical chemistry. After a general introduction, which includes the approaches for SAM development, different electrochemical systems for detecting inorganic and organic species are described and discussed. Special attention to the coupling of biological sensing element to the SAM is given, which can selectively recognize the analyte. Future prospects are also evaluated.Keywords: chemically modified electrodes; self-assembled monolayers; electrochemical sensors. INTRODUÇÃOO desenvolvimento de sensores eletroquímicos é uma das áreas de maior e mais rápido crescimento dentro da Química Analítica, principalmente devido aos novos desafios impostos por amostras de interesse industrial, clínico e ambiental, que têm levado a uma crescente busca por sensores com melhores características, tais como alta sensibilidade, seletividade e estabilidade [1][2][3][4][5][6][7][8] . Apesar da grande versatilidade e perspectivas apresentadas pelos sensores eletroquímicos, a utilidade de um eletrodo é muitas vezes limitada devido a uma passivação gradual de sua superfície, que é conseqüência principalmente da adsorção dos produtos da própria reação de óxido-redução utilizada na detecção, ou ainda, dos sub-produtos destas reações que podem se polimerizar e se depositar sobre a superfície dos eletrodos 6 . Além disso, a sensibilidade de muitos analitos importantes pode ser prejudicada em função da cinética de transferência de elétrons entre estes compostos e os materiais dos eletrodos ser excessivamente lenta 9 . Uma outra limitação é a dificuldade de discriminar entre compostos alvos que possuam características redox similares 9 . Uma área que oferece grande potencial para minimizar os problemas acima descritos, e conseqüentemente para aumentar a aplicabilidade e eficiência dos sensores eletroquímicos, é a que compreende os chamados eletrodos quimicamente modificados (EQM) 9,10 . A habilidade para controlar e manipular deliberadamente as propriedades das superfícies dos eletrodos pode proporcionar uma variedade de efeitos atrativos, levando a superfícies com características que podem contornar efetivamente muitos dos problemas apresentados pelos sensores eletroquímicos tradicionais.Estudos experimentais, suportados pela teoria, têm mostrado que a velocidade de transferência de elétrons pode ser sensivelmente afetada em função da modificação da superfície dos eletrodos 11. A classificação das reações do eletrodo pode ser feita com base no grau de interação entre os reagentes e a superfície do eletrodo, ocorrida durante o estado de transição da transferência de elétrons 12 . Os processos de transferência de elétrons onde as interações entre as espécies reagentes e a superfície do eletrodo são fracas e não es...

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“…Examples include the quality of a pure NTA SAM 27 , conjugation chemistry for grafting NTA headgroups onto substrate surfaces 29 and the sequential surface activation step 28 . When combined with additional results from immunoassay 24,27 and molecular recognition experiments 32 , the bioactivity and orientation of proteins at solid/ liquid interfaces can be deduced. Surface structural information and NTA headgroup surface concentrations have not been addressed and related to protein specific immobilization and dissociation in flow assay conditions.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

XPS, TOF-SIMS, NEXAFS, and SPR Characterization of Nitrilotriacetic Acid-Terminated Self-Assembled Monolayers for Controllable Immobilization of Proteins

2008

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For immobilization of proteins onto surfaces in a specific and controlled manner it is important to start with a well-defined surface that contains specific binding sites surrounded by a nonfouling background. For immobilizing histidine-tagged (his-tagged) proteins, surfaces containing nitrilotriacetic acid (NTA) headgroups and oligo(ethylene glycol) (OEG) moieties are a widely used model system. The surface composition, structure and reactivity of mixed NTA/OEG selfassembled monolayers (SAMs) on Au substrates were characterized in detail using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), near-edge x-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) and surface plasmon resonance (SPR) biosensoring. XPS results for sequential adsorption of NTA thiols followed by OEG thiols showed that OEG molecules were incorporated into an incompletely formed NTA monolayer until a complete mixed SAM was formed. The surface concentration of NTA headgroups was estimated to be 0.9-1.3 molecule/nm 2 in the mixed NTA/OEG monolayers, compared to 1.9 molecule/nm 2 in pure NTA monolayers. Angle-dependent XPS indicated NTA headgroups were slightly reoriented toward an upright position after OEG incorporation and polarization-dependent NEXAFS results indicated increased ordering of the alkane chains of the molecules. Nitrogen-containing and OEG-related secondary ion fragments from the ToF-SIMS experiments confirmed the presence of NTA headgroups and OEG moieties in the monolayers. A multivariate peak intensity ratio was developed for estimating the relative NTA concentration in the outermost (10 Ǻ) of the monolayers. SPR measurements of a his-tagged, humanized antilysozyme variable fragment (HuLys Fv) immobilized onto Ni(II)-treated mixed NTA/OEG and pure NTA monolayers demonstrated the reversible, site-specific immobilization of his-tagged HuLys Fv (108 -205 ng/cm 2 ) with dissociation rates (k off ) between 1.0x10 −4 and 2.1x10 −5 s −1 , both depending on the NTA surface concentration and orientation. The monolayers without Ni(II) treatment exhibited low nonspecific adsorption of his-tagged HuLys Fv ( < 2ng/cm 2 ).

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Immobilization of histidine-tagged proteins on gold surfaces using chelator thioalkanes

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Biosensors and biochips: advances in biological and medical diagnostics

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Emprego de monocamadas auto-organizadas no desenvolvimento de sensores eletroquímicos

XPS, TOF-SIMS, NEXAFS, and SPR Characterization of Nitrilotriacetic Acid-Terminated Self-Assembled Monolayers for Controllable Immobilization of Proteins

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