سنجش الکتروشیمیایی آنتی‌بادی مونوکلونال ضد توکسوئید کزاز توسط تقویت نقره نانوذرات طلا بر الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی

نویسندگان

پژوهشکده علوم و فناوری زیستی، مجتمع دانشگاهی شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده
کزاز توسط توکسین حاصل از باکتری کلستریدیوم تتانی ایجاد می شود. به­ دلیل آلودگی سریع و آسان با این باکتری، تشخیص وضعیت ایمنی افراد نسبت به این عامل حائز اهمیت است. از این­رو بیوسنسورهای الکتروشیمیایی یکی از ابزارهای سودمند در این رابطه بوده و دارای ویژگی­ هایی مانند سرعت، سادگی، تجهیزات ارزان و قابل حمل هستند، با­این­ وجود حساسیت شناسایی آنها کافی نیست. بنابراین، تقویت نقره در ارتباط با نانوذرات-طلا برای بهبود شناسایی آنالیت‌ها پیشنهاد شده است. از این­ رو در بررسی اخیر با کاربرد نانوذرات-طلا به­ عنوان برچسب و پس از آن تقویت نقره، حضور آنتی­بادی ضد­توکسوئید کزاز به صورت "آری یا نه" به روش الکتروشیمیایی با قالب سنجش­های ایمنی غیر مستقیم بر روی الکترودهای کربن-شیشه ای اصلاح­شده با نانولوله کربنی مورد ارزیابی قرار گرفت. روش آنالیتیکال شامل برهمکنش سم کزاز و آنتیبادی بر روی الکترود است که توسط اتصال آنتیبادی ثانویه کانجوگه شده با نانوذرات-طلا و پس از آن تقویت نقره دنبال گردید. تغییر ولتامتری-چرخه­ای و تغییرات سیگنال طلا نسبت به نقره بر اساس تغییرات یون (Ag+1) بر روی سطح الکترود بررسی شد. نتایج نشان داد که (Ep∆) از 24/0 ولت پیش از واکنش تقویت نقره به 57/0 ولت پس از آن افزایش یافت. همچنین، پس از تقویت نقره، جریان به میزان چشم­گیری افزایش یافت و نمودار جریان در Ecp به سمت پتانسیل های مثبت و در Eap به سمت پتانسیل های منفی انتقال یافت. در­مجموع این روش باعث افزایش حساسیت شناسایی شده و می‌تواند به راحتی برای شناسایی سایر مولکول­‌های زیستی استفاده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Electrochemical assay of anti-tetanus toxoid monoclonal antibody by silver enhancement of gold nanoparticles at carbon nanotubes modified glassy carbon electrode

نویسندگان English

Salimeh Raeisi
Ahmad Molaei Rad
mino sadri
Hamideh Rouhani Nejad
Faculty of Biological Science and Technology, Department of Chemistry and Chemical Engineering, Malek-e-Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Tetanus is caused by the toxin secreted by Clostridium tetani. Due to the rapid infection with this bacterium, it is so important to investigate the tetanus immunity of people. Therefore, electrochemical biosensors, as one of the most effective tools in this regard, have demanded characteristics such as being fast, simple, cost-effective and portable. However, their detection sensitivity is not sufficient. Hereon, silver enhancement of gold-nanoparticles was proposed for the improvement of detection. Hence, the current study applied gold-nanoparticles as label, following with silver enhancement, to investigate the yes/no electrochemical detection of anti-tetanus toxoid antibodies in the indirect immunoassay utilizing glassy-carbon electrodes modified by carbon nanotubes. The analytical procedure consists of the reactions of the tetanus toxoid with the antibody at electrode, so that followed by the interaction of gold-labeled secondary antibody and then silver enhancement process. In this study, the cyclic-voltammeter variation and difference of gold to silver signal based on silver ions fluctuations were also investigated. The results indicated that ∆Ep increased from 0.24 V before silver enhancement reaction to 0.57 V after the silver enhancement. The results also demonstrated that after silver enhancement, current significantly increased and current plot at Ecp transferred to positive potentials and at Eap moved to negative potentials. In conclusion, this method increases the detection sensitivity and can simply use to other bio-molecules detection.


کلیدواژه‌ها English

Biosensor
cyclic voltammeter
immunoassay
Nanoparticles
signal enhancement
Arruebo, M., Valladares, M.N. & Gonzalez-Fernandez, A.F. 2009. Antibody-conjugated nanoparticles for biomedical applications. Journalof Nanomaterials 2009.1: 37.
Ashworth-Sharpe, J., Yun, C.S., Zhilina, Z., Murillo, A.E.& Johnson, D.Det al. 2016. Antibody-nanoparticle conjugates and methods for making and using such conjugates. Google Patents.
Brun, E.M., Puchades, R. & Maquieira, A. 2013. Gold, Carbon, and Aluminum Low-Reflectivity Compact Discs as Microassaying Platforms. Analytical Chemistry 85: 4178-86.
Burkin, M.A., Sviridov, V.V. & Perelygina, O.V. 2004. Determination of tetanus toxin and toxoid by ELISA using monoclonal antibodies. Applied Biochemistry and Microbiology 40: 409-14.
Chu, X., Fu, X., Chen, K., Shen, G.L. & Yu, R.Q. 2005. An electrochemical stripping metalloimmunoassay based on silver-enhanced gold nanoparticle label. Biosensors and Bioelectronics. 20: 1805-12.
Dobosz, P., Morais, S., Puchades, R. & Maquieira, A. 2015. Nanogold bioconjugates for direct and sensitive multiplexed immunosensing. Biosensors and Bioelectronics 69: 294-300.
Dutta, G., Nagarajan, S., Lapidus, L.J. & Lillehoj, P.B. 2017. Enzyme-free electrochemical immunosensor based on methylene blue and the electro-oxidation of hydrazine on Pt nanoparticles. Biosensors and Bioelectronics 92: 372-77.
Feldman, A.K., Steigerwald, M.L., Guo, X. & Nuckolls, C. 2008. Molecular electronic devices based on single-walled carbon nanotube electrodes. Accounts of Chemical Research 41: 1731-41.
Grieshaber, D., MacKenzie, R., Voeroes, J. & Reimhult, E. 2008. Electrochemical biosensors-sensor principles and architectures. Sensors 8: 1400-1458.
Gupta, R.K., Pandya, R., Sieffert, T., Meyyappan, M. & Koehne, J.E. 2016. Multiplexed electrochemical immunosensor for label-free detection of cardiac markers using a carbon nanofiber array chip. Journal of Electroanalytical Chemistry 773: 53-62.
Gupta, S., Huda, S., Kilpatrick, P.K. & Velev, O.D. 2007. Characterization and optimization of gold nanoparticle-based silver-enhanced immunoassays. Analytical Chemistry 79: 3810-3820.
Hall, W.P., Ngatia, S.N. & Van Duyne, R.P. 2011. LSPR Biosensor Signal Enhancement Using Nanoparticle Antibody Conjugates. The Journal of Physical Chemistry 115: 1410-1414.
Jain, S., Chattopadhyay, S., Jackeray, R., Abid, C.K.V.Z., Kumar, M. & Singh, H. 2010. Detection of anti-tetanus toxoid antibody on modified polyacrylonitrile fibers. Talanta 82: 1876-1883.
Jana, N.R., Gearheart, L. & Murphy, C.J. 2001. Seeding growth for size control of 5-40 nm diameter gold nanoparticles. Langmuir. 17: 6782-6786.
Jazayeri, M.H., Amani, H., Pourfatollah, A.A., Pazoki-Toroudi, H. & Sedighimoghaddam, B. 2016. Various methods of gold nanoparticles (GNPs) conjugation to antibodies. Sensing and Bio-Sensing Research 9: 17-22.
Kissinger, P.T. & Heineman, W.R. 1983. Cyclic voltammetry. Journal of Chemical Education 60: 702.
Lange, S.A., Roth, G., Wittemann, S., Lacoste, T. & Vetter, A. 2006. Measuring biomolecular binding events with a compact disc player device. Angewandte Chemie 118: 276-79.
Li, X., Weng, S., Ge, B., Yao, Z. & Yu, H.Z. 2014. DVD technology-based molecular diagnosis platform: quantitative pregnancy test on a disc. Lab on a Chip. 14: 1686-1694.
Liu, R., Zhang, Y., Zhang, S., Qiu, W. & Gao, Y. 2014. Silver enhancement of gold nanoparticles for biosensing: from qualitative to quantitative. Applied Spectroscopy Reviews 49: 121-138.
Luo, X., Morrin, A., Killard, A.J. & Smyth, M.R. 2006. Application of nanoparticles in electrochemical sensors and biosensors. Electroanalysis 18: 319-326.
Musameh, M., Wang, J., Merkoci, A. & Lin, Y. 2002. Low-potential stable NADH detection at carbon-nanotube-modified glassy carbon electrodes. Electrochemistry Communications. 4: 743-746.
Qu, F., Lu, H., Yang, M. & Deng, C. 2011. Electrochemical immunosensor based on electron transfer mediated by graphene oxide initiated silver enhancement. Biosensors and Bioelectronics 26: 4810-4814.
Reder, S., Riffelmann, M., Becker, C. & Von Knig, C.H.W. 2008. Measuring immunoglobulin G antibodies to tetanus toxin, diphtheria toxin, and pertussis toxin with single-antigen enzyme-linked immunosorbent assays and a bead-based multiplex assay. Clinical and Vaccine Immunology 15: 744-749.
Schauer, U., Stemberg, F., Rieger, C.H.L., Battner, W. & Borte, M. 2003. Levels of antibodies specific to tetanus toxoid, Haemophilus influenzae type b, and pneumococcal capsular polysaccharide in healthy children and adults. Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology 10: 202-207.
Thvenot, D.R., Toth, K., Durst, R.A. & Wilson, G.S. 2001. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosensors and Bioelectronics 16: 121-131.
Van Hoeven, K.H., Dale, C., Foster, P. & Body, B. 2008. Comparison of three enzyme-linked immunosorbent assays for detection of immunoglobulin g antibodies to tetanus toxoid with reference standards and the impact on clinical practice. Clinical and Vaccine Immunology 15: 1751-1754.
Wang, Z. & Li, R.X. 2007. Fabrication of DNA micropatterns on the polycarbonate surface of compact discs. Nanoscale Research Letters 2: 69-74.
Xu, M., Wang, R. & Li, Y. 2016. Rapid detection of Escherichia coli O157: H7 and Salmonella Typhimurium in foods using an electrochemical immunosensor based on screen-printed interdigitated microelectrode and immunomagnetic separation. Talanta 148: 200-08.
Zhang, J., Wang, J., Zhu, J., Xu, J., Chen, H. & Xu, D. 2008. An electrochemical impedimetric arrayed immunosensor based on indium tin oxide electrodes and silver-enhanced gold nanoparticles. Microchimica Acta 163: 63-70.
Zhang, S., Shen, Y., Shen, G., Wang, S., Shen, G. & Yu, R. 2016. Electrochemical immunosensor based on Pd-Au nanoparticles supported on functionalized PDDA-MWCNT nanocomposites for aflatoxin B1 detection. Analytical Biochemistry 494: 10-15.

  • تاریخ دریافت 18 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 18 خرداد 1405