Preparation of a hydrogel-based SPR sensor for detection of antibody/antigen interactions

Abstract

SPR biosensors are often used for the detection and diagnosis of biomolecular interactions as they allow monitoring of these interactions in real-time, without the need for pre-labelling. However, these SPR biosensors suffer from several limitations such as inability to distinguish between nonspecific and specific interactions and low sensitivities. The sensor chip is one of the most important components of the SPR biosensor and the properties of the sensor chip govern the sensitivity and specificity of the sensor in presence of analyte. Since bioresponsive hydrogels have been reported to have antifouling properties, along with selectivity for specific stimuli, grafting of hydrogels can be expected to improve the specificity of the SPR biosensor. The three-dimensional structure of the gel matrix also provides more attachment sites for ligand immobilization, which can improve the sensitivity of the biosensor. In this work, bioresponsive SPR sensor chips were fabricated from surface modification of bare gold sensor chips with bioresponsive hydrogels. The facile synthesis of hydrogels allowed us to prepare a library of hydrogels with different physical properties. The effect of the physical properties of the hydrogel on the SPR response was then examined. Our results demonstrate the potential of engineering hydrogel properties to produce SPR biosensors of optimal sensitivity in different concentration ranges.

SPR 바이오 센서는 사전 라벨링이 필요하지 않은 상태에서 실시간으로 이러한 상호 작용을 모니터링할 수 있기 때문에 생체 분자 상호 작용의 탐지 및 진단 분야에 널리 사용되는 진단 키트이다. 하지만 이러한 SPR 바이오 센서는 비특이적 상호 작용과 특정 상호 작용을 구별할 수 없다는 점과 낮은 민감도와 같은 몇 가지 한계점을 가지고 있다. 센서 칩은 SPR 바이오 센서의 가장 중요한 구성 요소 중 하나이며 센서 칩의 특성은 분석 물질의 존재 하에서 센서의 민감도와 특이성을 좌우한다. 바이오 반응성 하이드로젤은 특정 자극에 대한 선택성과 함께 오손 방지 특성을 가지고 있다고 보고된 바가 있어, 하이드로젤의 이식은 SPR 바이오 센서의 특이성을 향상시킬 것으로 기대된다. 겔 매트릭스의 3차원 구조는 또한 리간드 고정화에 대한 더 많은 부착 부위를 제공하여 바이오 센서의 감도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 바이오 반응성 하이드로겔을 이용한 베어 골드 센서 칩의 표면 개질로 바이오 반응성 SPR 센서 칩을 제작하였다. 하이드로겔의 간편한 합성 단계를 통해 우리는 다른 물리적 특성을 가진 하이드로겔 라이브러리를 합성하였다. 또한, 하이드로겔의 물리적 특성이 SPR 반응에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구의 결과는 다양한 농도 범위에서 최적의 감도를 갖는 SPR 바이오센서를 제작하기 위한 하이드로젤의 특성의 가능성을 보여준다.