Interferometría de polarización dual
Técnica analítica que sondea capas moleculares adsorbidas a la superficie de una guía de ondas.

La interferometría de polarización dual ( IPD ) es una técnica analítica que examina las capas moleculares adsorbidas en la superficie de una guía de ondas mediante la onda evanescente de un haz láser . Se utiliza para medir el cambio conformacional en proteínas u otras biomoléculas a medida que funcionan (lo que se conoce como relación conformación-actividad ).

Instrumentación

La técnica DPI [1] enfoca la luz láser en dos guías de ondas. Una de ellas funciona como guía de ondas "detectora" con una superficie expuesta, mientras que la segunda funciona para mantener un haz de referencia. Se forma un patrón de interferencia bidimensional en el campo lejano combinando la luz que pasa a través de las dos guías de ondas. La técnica DPI rota la polarización del láser para excitar alternativamente dos modos de polarización de las guías de ondas. La medición del interferograma para ambas polarizaciones permite calcular tanto el índice de refracción como el espesor de la capa adsorbida. La polarización se puede cambiar rápidamente, lo que permite mediciones en tiempo real de las reacciones químicas que tienen lugar en la superficie de un chip en un sistema de flujo continuo. Estas mediciones se pueden utilizar para inferir información conformacional sobre las interacciones moleculares que tienen lugar, a medida que cambia el tamaño de la molécula (a partir del espesor de la capa) y la densidad de pliegues (a partir del IR). La técnica DPI se utiliza normalmente para caracterizar las interacciones bioquímicas cuantificando cualquier cambio conformacional al mismo tiempo que se miden las velocidades de reacción, las afinidades y la termodinámica. [ cita requerida ]

La técnica es cuantitativa y en tiempo real (10 Hz) con una resolución dimensional de 0,01 nm. [2]


También existen extensiones de la interferometría de polarización dual, a saber, la interferometría de polarización dual de longitud de trayectoria múltiple (MPL-DPI) [3] [4] [5] y la DPI mejorada por absorción. En la MPL-DPI, se puede cuantificar tanto el espesor de la capa como el índice de refracción (densidad) y, por lo tanto, la masa por unidad de área para películas recubiertas in situ y ex situ, mientras que la DPI normal solo puede calcular las propiedades de la película si el interferograma se monitorea constantemente. La DPI mejorada por absorción [6] (AE-DPI) se utiliza para separar la masa de diferentes moléculas en la superficie, aprovechando la absorción de una de las especies moleculares en comparación con las otras especies en la superficie.

Aplicaciones

En 2008 surgió una nueva aplicación de la interferometría de polarización dual: la intensidad de la luz que pasa a través de la guía de ondas se extingue en presencia del crecimiento de cristales. Esto ha permitido monitorear las primeras etapas de la nucleación de cristales de proteínas. [7] Las versiones posteriores de los interferómetros de polarización dual también tienen la capacidad de cuantificar el orden y la disrupción en películas delgadas birrefringentes. [8] Esto se ha utilizado, por ejemplo, para estudiar la formación de bicapas lipídicas y su interacción con proteínas de membrana. [9] [10]

Referencias

  1. ^ Cross, G; Reeves, AA; Brand, S; Popplewell, JF; Peel, LL; Swann, MJ; Freeman, NJ (2003). "Un nuevo biosensor óptico cuantitativo para la caracterización de proteínas". Biosensores y bioelectrónica . 19 (4): 383–90. doi :10.1016/S0956-5663(03)00203-3. PMID  14615097.
  2. ^ Swann, MJ; Freeman, NJ; Cross, GH (2007). "Interferometría de polarización dual: una técnica óptica en tiempo real para medir la orientación, la estructura y la función (bio)moleculares en la interfaz sólido/líquido". En Marks, RS; Lowe, CR; Cullen, DC; Weetall, HH; Karube, I. (eds.). Manual de biosensores y biochips . Vol. 1. Wiley . Pt. 4, Cap. 33, págs. 549–568. ISBN. 978-0-470-01905-4.
  3. ^ Coffey, Paul D.; Swann, Marcus J.; Waigh, Thomas A.; Schedin, Fred; Lu, Jian R. (22 de junio de 2009). "Interferometría de polarización dual de longitud de trayectoria múltiple". Optics Express . 17 (13): 10959–10969. Bibcode :2009OExpr..1710959C. doi : 10.1364/OE.17.010959 . PMID  19550495.
  4. ^ Coffey, Paul. "Medidas interfaciales de sistemas coloidales y biocoloidales en tiempo real" . Consultado el 16 de diciembre de 2022 .
  5. ^ Delivopoulos, Evangelos; Ouberai, Myriam M.; Coffey, Paul D.; Swann, Marcus J.; Shakesheff, Kevin M.; Welland, Mark E. (febrero de 2015). "Capas de proteína sérica sobre parileno-C y óxido de silicio: efecto sobre la adhesión celular". Coloides y superficies B: biointerfaces . 126 : 169–177. doi : 10.1016/j.colsurfb.2014.12.020 . PMC 4342411. PMID  25555155 . 
  6. ^ Coffey, Paul David; Swann, Marcus Jack; Waigh, Thomas Andrew; Mu, Qingshan; Lu, Jian Ren (2013). "La estructura y masa de películas delgadas heterogéneas medidas con interferometría de polarización dual y elipsometría". RSC Advances . 3 (10): 3316. Bibcode :2013RSCAd...3.3316C. doi :10.1039/C2RA22911K.
  7. ^ Boudjemline, A; Clarke, DT; Freeman, NJ; Nicholson, JM; Jones, GR (2008). "Etapas tempranas de la cristalización de proteínas según lo revelado por la tecnología emergente de guías de ondas ópticas". Journal of Applied Crystallography . 41 (3): 523. doi :10.1107/S0021889808005098.
  8. ^ Mashaghi, A; Swann, M; Popplewell, J; Textor, M; Reimhult, E (2008). "Anisotropía óptica de estructuras lipídicas soportadas investigadas mediante espectroscopia de guía de ondas y su aplicación al estudio de la cinética de formación de bicapas lipídicas soportadas". Química analítica . 80 (10): 3666–76. doi :10.1021/ac800027s. PMID  18422336.
  9. ^ Sanghera, N; Swann, MJ; Ronan, G; Pinheiro, TJ (2009). "Información sobre los eventos tempranos en la agregación de la proteína priónica en las membranas lipídicas". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1788 (10): 2245–51. doi : 10.1016/j.bbamem.2009.08.005 . PMID  19703409.
  10. ^ Lee, TH; Heng, C; Swann, MJ; Gehman, JD; Separovic, F; Aguilar, MI (2010). "Análisis cuantitativo en tiempo real del desorden lipídico por aureína 1.2 durante la adsorción, desestabilización y lisis de la membrana". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1798 (10): 1977–86. doi : 10.1016/j.bbamem.2010.06.023 . PMID  20599687.

Lectura adicional

  • Cross, GH; Ren, Y; Freeman, NJ (1999). "Franjas de Young de guías de ondas de placa integradas verticalmente: aplicaciones a la detección de humedad" (PDF) . Journal of Applied Physics . 86 (11): 6483. Bibcode :1999JAP....86.6483C. doi :10.1063/1.371712. S2CID  121706760.
  • Cross, G (2003). "Un nuevo biosensor óptico cuantitativo para la caracterización de proteínas". Biosensores y bioelectrónica . 19 (4): 383–90. doi :10.1016/S0956-5663(03)00203-3. PMID  14615097.
  • Freeman, NJ; Peel, LL; Swann, MJ; Cross, GH; Reeves, A; Brand, S; Lu, JR (2004). "Estudios de alta resolución y en tiempo real de la adsorción y la estructura de proteínas en la interfaz sólido-líquido utilizando interferometría de polarización dual". Journal of Physics: Condensed Matter . 16 (26): S2493–S2496. Bibcode :2004JPCM...16S2493F. doi :10.1088/0953-8984/16/26/023. S2CID  250737643.
  • Khan, TR; Grandin, HM; Mashaghi, A; Textor, M; Reimhult, E; Reviakine, I (2008). "Redistribución de lípidos en vesículas que contienen fosfatidilserina que se adsorben en titania". Biointerfases . 3 (2): FA90. doi : 10.1116/1.2912098 . PMID  20408675. S2CID  28632810.
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