Наш партнёр — ООО «Научные технологии и сервис», российский разработчик и производитель систем для пробоподготовки в электронной микроскопии, — на базе МРЦ-НТ СПбГУ провёл эксперимент по быстрому созданию активной поверхности на бумажной подложке для иммобилизации антител.
В исследовании использовалась система плазменной активации GD156R, разработанная и производимая компанией «Научные технологии и сервис».
Предложенный подход позволяет ускорить и упростить подготовку бумажных подложек, сократить использование дополнительных реагентов и потенциально повысить скорость и надёжность анализа в бумажных биосенсорных системах.
Оригинальная статья представлена на сайте компании по ссылке
Оригинальная статья по ссылке.
Быстрая подготовка подложек для работы с антителами
Работа с антителами требует не только правильно подобранных реагентов, но и подготовленной поверхности, на которой белковые молекулы смогут надежно закрепиться. Это особенно важно при создании тест-систем, биосенсоров и иммуноаналитических устройств: если антитела плохо удерживаются на подложке, результат анализа может быть нестабильным.
Обычная бумага состоит преимущественно из целлюлозы. В исходном состоянии ее поверхность содержит недостаточно активных функциональных групп, условных химических «крючков», за которые антитела могли бы надежно закрепиться. Поэтому для иммобилизации белков часто используют дополнительные химические стадии: обработку периодатом, нанесение хитозанового слоя, активацию глутаровым альдегидом и последующие промывки.
Такой подход работает, но усложняет методику: увеличивает время подготовки, требует дополнительных реагентов и повышает требования к безопасности работы в лаборатории.
Идея метода: создать активную поверхность за несколько минут
В научной статье Plasma treatment of paper for protein immobilization on paper-based chemiluminescence immunodevice[1] показан альтернативный подход: бумажную подложку обрабатывают кислородной плазмой, после чего на поверхности появляются альдегидные группы, способные связываться с аминогруппами антител. В ходе эксперимента было установлено, что оптимальное время обработки составляет 4 минуты, после чего антитела могли иммобилизоваться на поверхности без дополнительной химической активации.
Плазма действует сразу в двух направлениях:
Во-первых, физически изменяет поверхность. После обработки волокна становятся более шероховатыми: на них появляются микроскопические выступы, углубления и трещины. Это увеличивает площадь поверхности, доступную для закрепления молекул.
Во-вторых, химически активирует целлюлозу. Частицы кислородной плазмы воздействуют на молекулы целлюлозы и способствуют появлению альдегидных групп. Именно они становятся теми самыми «крючками», к которым могут присоединяться антитела.
Когда на такую обработанную поверхность наносят раствор антител, аминогруппы белковых молекул реагируют с альдегидными группами на бумаге. В результате образуется химическая связь, так называемое основание Шиффа, и антитела закрепляются на подложке.
Главное преимущество подхода в скорости и простоте: вместо многостадийной химической подготовки поверхность можно активировать за несколько минут.
Эксперимент на GD156R
Прикладной эксперимент был проведен на базе МРЦ по направлению «Нанотехнологии» Санкт-Петербургского государственного университета. МРЦ-НТ СПбГУ является центром коллективного пользования для научных исследований и образовательной деятельности, одно из основных направлений специализации центра – исследования методами электронной микроскопии и пробоподготовка.
Для тестирования использовалась установка плазменной активации поверхности GD156R . Это настольная система плазменной обработки и активации поверхности, предназначенная для подготовки образцов, очистки и изменения поверхностных свойств материалов. GD156R позволяет настраивать рабочее давление, напряжение, ток и время обработки, а сама плазменная активация в большинстве случаев занимает несколько минут.
Тесты проводились при следующих параметрах:
Рабочий газ: кислород
Ток разряда: 50 мА
Давление: 7 × 10⁻² мбар
Время обработки: 4 минуты
Рис. 1 бумажная подложка до кислородной плазменной обработки на GD156R
Рис. 2 бумажная подложка до кислородной плазменной обработки в GD156R
Рис. 3 бумажная подложка после кислородной плазменной обработки в GD156R
Рис. 4 Бумажная подложка после кислородной плазменной обработки в GD156R
По результатам эксперимента была получена поверхность, пригодная для дальнейшей работы с белковыми образцами, включая антитела. После 4 минут обработки поверхность становится более развитой. Такой результат показывает, что GD156R можно использовать для быстрой плазменной подготовки подложек в задачах, где требуется улучшить смачиваемость, повысить адгезию и создать условия для последующей иммобилизации биомолекул.
Почему важно подобрать время обработки
В оригинальной статье отдельно показано, что время плазменной обработки критически влияет на состояние поверхности. На SEM-снимках сравнивались бумажные волокна после обработки от 0 до 8 минут.
При короткой обработке в течение 1–2 минут поверхность становится слегка шероховатой: появляются первые микротрещины, небольшие выступы и начальная «рябь» на волокнах.
При обработке около 4 минут формируется выраженный рельеф: поверхность становится более развитой, а трещины — глубже. Это увеличивает площадь контакта и создает более благоприятные условия для закрепления антител.
При слишком длительной обработке, 6–8 минут, процесс заходит слишком далеко. Волокна начинают разрушаться, структура становится рыхлой и беспорядочной. В статье отмечено, что такая деструкция уже не помогает иммобилизации антител, а наоборот ухудшает результат.
Поэтому для подобных задач важно не просто «обработать плазмой», а подобрать режим: газ, давление, ток разряда и время воздействия.
Что дает GD156R для таких задач
GD156R позволяет проводить контролируемую плазменную обработку поверхности и адаптировать режим под конкретную задачу. Это особенно важно при работе с биологическими и белковыми образцами, где слишком слабая обработка может быть недостаточной, а слишком интенсивная — повредить структуру подложки.
Для заказчика такой подход может быть полезен, если нужно:
— быстро подготовить бумажную, стеклянную, полимерную или другую подложку;
— улучшить смачиваемость поверхности перед нанесением раствора;
— повысить адгезию белковых молекул;
— сократить количество химических стадий;
— уменьшить использование токсичных или агрессивных реагентов;
— отработать воспроизводимый режим подготовки поверхности для тест-систем и биосенсоров.
Другие применения GD156R
Помимо подготовки подложек для работы с антителами и другими белковыми образцами, GD156R может использоваться для более широкого круга задач пробоподготовки.
Установка применяется для активации поверхности, улучшения смачиваемости и адгезии, мягкой очистки от органических и неорганических загрязнений, гидрофилизации углеродных опорных пленок, подготовки проб для ПЭМ, обработки поверхностей в микроэлектронике, подготовки полимеров перед нанесением биосовместимых покрытий и улучшения адгезии клеевых соединений и лакокрасочных покрытий.
Подробнее об установке: GD156R — установка плазменной активации поверхности.