Enseñanza

 

Fabricación de biosensores piezoeléctricos para la lectura de interacciones antígeno-anticuerpo

 

J.M. Hernández-Lara^a, C. Mendoza-Barrera^a,b, V. Altuzar^a,c, S. Muñoz-Aguirre^β, S. Mendoza-Barrera^γ, y A. Sauceda-Carvajal^a

 

^a Centro de Investigación en Micro y Nanotecnología, Universidad Veracruzana, Edif. MICRONA, Av. Ruiz Cortines 455, Fracc. Costa Verde, 94294, Boca del Río, Veracruz, México. email: jumahela@hotmail.com; omendoza@uv.mx; valtuzar@uv.mx; asauceda@uv.mx

^b On sabatical leave at Departamento de Física, CINVESTAV-IPN

^c On sabatical leave at FCFM-BUAP.

^β Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Av. Sn. Claudio y 18 Sur, Col. Sn. Manuel, 72570, Puebla, Puebla, México. email: smunoz@fcfm.buap.mx

^γ Global Zone Science & High Technology A.C., I.M. Altamirano 1830, Fracc. Satélite, 72320, Puebla, Puebla, México. e-mail: smendoza.barrera@gmail.com

 

Recibido el 13 de marzo de 2012;
Aceptado el 8 de mayo de 2012

 

Resumen

En años recientes las microbalanzas de cristal de cuarzo QCM han despertado un gran interés en la comunidad científica e industrial por su potencial aplicabilidad en áreas como la médica, control de calidad, química y farmacéutica. Son parte de una técnica de monitoreo rápida, de bajo costo, alta reproducibilidad y bajos límites de detección de la sustancia de interés. En este trabajo se reporta la fabricación de biosensores con monocapas de fibrinógeno (1.5 mg/ml) o albúmina de suero de bovino (1.5 mg/ml) anclados sobre electrodos de oro de cristales de cuarzo para su aplicación en la lectura de interacciones proteína/proteína en soluciones saturadas (1.5 mg/ml) de anti-fibrinógeno y anti-albumina de suero de bovino. Los electrodos de oro, empleados también como soportes de los biosensores, fueron depositados mediante la técnica de erosión catódica sobre los cristales de cuarzo de frecuencia fundamental f de 20 MHz, mientras que su caracterización fue realizada empleando difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido, microscopia de fuerza atomica y perfilometría. La amino-funcionalización de los electrodos de oro, así como la fabricación de las películas sensibles de fibrinógeno y albúmina de suero de bovino, se realizaron mediante auto-ensamblado molecular. Los resultados experimentales y el modelo Sauerbrey permitieron determinar la densidad superficial de masa σ de la proteína absorbida después de la interacción proteína/proteína. Se determine) que en el caso de interacciones fibrinógeno/anti-fibrinógeno y albumina/anti-albumina la densidad superficial de masa correspondió al orden de 3.20 µg/cm² y 2.02 µg/cm², respectivamente. Por su lado, los casos de baja homología presentes en la interacción fibrinógeno/albumina y albumina/anti-fibrinógeno mostraron valores promedio de σ de 0.37 µg/cm² y 0.08 µg/cm², respectivamente.

Descriptores: Piezoelectricos; QCM; biosensores.

 

Abstract

In recent years, quartz crystal microbalances (QCM) have aroused great interest in the scientific and industrial communities due to their potential applications in areas such as medicine, quality control, chemistry, and the pharmaceutical industry. They are part of a rapid monitoring technique, and also have a low cost, high reproducibility, and low detection limits of the substance of interest. The following research addresses the main steps for biosensors with fibrinogen (1.5 mg/ml) or bovine serum albumin (1.5 mg/ml) monolayers anchored to the gold electrode of quartz crystals fabrication, which are used for detecting the protein/protein interaction in the saturated solution of anti-fibrinogen and anti-bovine serum albumin (1.5 mg/ml). Gold electrodes were prepared by a sputtering technique using a high purity gold target to grow thin films onto the surfaces of quartz crystals until they presented a fundamental frequency of 20 MHz. The morphology, roughness, thickness, and crystallography were characterized using scanning electron microscopy, atomic force microscopy, profilometry, and X-ray diffraction, respectively. The amino-functionalization of the gold electrodes and fibrinogen and bovine serum albumin sensitive films manufacture were performed by using molecular self-assembly. Through experimental data, the Sauerbrey model obtained the adsorbed surface concentration of protein after protein/protein interaction. The protein surface coverage of fibrinogen/anti-fibrinogen and albumin/anti-albumin interactions were 3.20 µg/cm² and 2.02 µg/cm², respectively. On the other hand, the cases of low homology, which were present in the fibrinogen/albumin and albumin/anti-fibrinogen interactions, showed values of 0.37 µg/cm² and 0.08 µg/cm², respectively.

Keywords: Proteins; biosensors; QCM.

 

PACS: 87.14.E; 87.15.km; 87.85.fk

 

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Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por el proyecto No. 105491 (CB-2008, CMB). Los autores agradecen a Ana B. Soto, Rogelio Fragoso (Departamento de Física, CINVESTAV-IPN), Miguel Luna (SEES, Departamento de Ingeniería Eléctrica, CINVESTAV-IPN), Erika Luna (MICRONA-UV) por el apoyo técnico prestado.

 

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