Sensitive Layers for Optical Biosensors and Protein Chips

Abstract

Citlivé vrstvy pro optické biosenzory a proteinové čipy Cílem této disertační práce byl vývoj citlivých povrchů pro optické afinitní biosenzory vhodné k detekci analytů v komplexních biologických médiích. Praktické aplikaci těchto technik brání tvorba nespecifických proteinových depozitů na površích senzorů (fouling), zvláště při styku s krevní plazmou, kde se vyskytuje velká většina relevantních analytů. Práce byla zaměřena na tři hlavní oblasti:  vývoj a příprava povrchů, které významně snižují nebo zamezují vzniku depozitů (antifouling, resp. non-fouling povrchy);  hodnocení a konceptualizace odolnosti povrchů proti vzniku depozitů z krevní plazmy a séra a dalších biologických tekutin;  příprava citlivých vrstev pro detekci v komplexních biologických médiích. K přípravě povrchů odolných proti vzniku proteinových depozitů byly použity tři přístupy: i) samoorganizované (self-assembled) monovrstvy s koncovou funkční skupinou, ii) na konci ukotvené polymerní řetězce (end-tethered polymers) a iii) polymerní kartáče připravené povrchově iniciovanou kontrolovanou radikálovou polymerací. Zkoumání proteinů v depozitech krevní plazmy vznikajících na površích na bázi PEG ukázalo, že vzniku depozitů na tomto typu povrchů nelze zcela zabránit. Byl připraven nový typ non-fouling polymerních kartáčů na bázi...

Sensitive layers for optical biosensors and protein chips The goal of this thesis was the development of sensitive surfaces for optical affinity biosensors detecting in complex biological media. The practical application of these surface-based technologies has been hampered by protein fouling from biological media, in particular blood plasma, where the vast majority of relevant analytes are present. The work of the thesis was centred in three main foci:  Design and preparation of antifouling and non-fouling surfaces  Evaluation and conceptualisation of their resistance to fouling from blood plasma and serum as well as other biological fluids  Preparation of sensitive layers for detection in complex biological media Three approaches were used to prepare protein resistance surfaces, i) ω-functional self-assembled monolayers (SAM), ii) end-tethered polymers and iii) polymer brushes prepared by surface initiated controlled radical polymerisation. Investigation of proteins in the blood plasma deposits on PEG- based surfaces revealed that some fouling is unavoidable in PEG-based surface modifications. A novel type of non-fouling polymer brushes based on poly[N-(2-hydroxypropyl) methacrylamide] challenged the accepted ideas for the design of protein resistant surfaces. For the first time a...