Molecular Biosensors for medical diagnostics (MBx) Staff: Leo van IJzendoorn Arthur de Jong Holger Kress Menno Prins (DHL) + ca 5-10 studenten AIO s Matthias Irmscher Loes van Zijp Alexander van Reenen Kelly Yang Marijn Kemper Andrea Ranzoni F-vleugel N-laag 1 e en 2 e verdieping
Inhoud Korte introductie van Point-of-Care biosensoren Biosensoren gebaseerd op magnetische deeltjes MBx: sensortechnologie en biofysica Stageonderwerpen TUe / Applied Physics / Molecular Biosensors PAGE 1
Voorbeeld van een biosensor De glucosesensor voor diabetici wegwerp strip - een druppel bloed (microliter) - analyse resultaat na 5 seconden beschikbaar! essentie: - glucose wordt herkend door enzym redox reactie geeft meetbare stroom niet bruikbaar voor lage concentraties 29-10-2010 PAGE 2 3
Detectie van eiwitten glucose hormonen eiwitten mm µm nm pm fm M = mol/l Sandwich immunoassay met magnetische nanodeeltjes herkenning van eiwitten met antilichamen uit immuunsysteem eiwit antilichaam sensoroppervlak TUe / Applied Physics / Molecular Biosensors PAGE 3
Biosensoren met magnetische actuatie vangen van eiwitten actueren & concentreren magnetisch selecteren sample POC optische detectie concentratie biomarker pm! total internal reflection Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 4
MBx: sensortechnologie en biofysica van concentraties eigenschappen van moleculen en cellen - meten van eiwit interacties (onderling en met oppervlakken) - meten van mechanische eigenschappen van eiwitten en cellen - meten van de respons van cellen op stimulatie Aanleggen van krachten: magnetisch pincet (torque + trekkrachten) optisch pincet AFM (vanaf voorjaar 2011) 29-10-2010 PAGE 5 9
Voorbeeld: uitoefenen van draaimoment (torque) instrumentatie voor aanleggen roterend magneetveld image analysis! balans hydrodynamische wrijving en magnetische kracht torque (Ben DeClerq) 29-10-2010 PAGE 6 12
Moleculaire modelsystemen ProteinG IgG IgG-IgG systeem: grote uitwijking na deformatie niet terug naar evenwichts positie Angle (degrees) 80 60 40 20 0-20 -40-60 field direction no field -80 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 Time (s) Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 7 Angle (degrees) 300 200 100 0-100 -200-300 Selectiviteit + nieuwe biofysica field off field on 10 20 30 40 50 60 70 Time (s)
Cel onderzoek met een optisch pincet deeltje blijft in focus 3D trapping : gradient force & scattering force microscoop objectief laser een deeltje van 500 nm wordt ingevangen: 29-10-2010 PAGE 8
Cel onderzoek met een optisch pincet Holografische tweezers kunnen meerdere deeltjes tegelijk vangen: sample objectief LCD hologram 1 micron silica deeltjes (real time) Dufresne, et al (1998, 2001) Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 9
Cel onderzoek met een optisch pincet Wat gebeurt er wanneer een deeltje bij een cel wordt gebracht? Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 10
Cel onderzoek met een optisch pincet Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 11
Cel onderzoek met een optisch pincet Fluctuatie van het deeltje in de trap geeft informatie over bindingskracht / moleculaire interacties aan het membraan 35 pn/µm 50 pn/µm bindingskrachtκ omgekeerd evenredig met fluctuaties κ = kt / x 2 Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 12
Cel onderzoek met een optisch pincet Chemische gradienten veroorzaken een respons van cellen: macrophage achtervolgt bacterie David Rogers, Vanderbilt Univ. USA Holger Kress Nature methods 2009 Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 13
Stagemogeljkheden MBx: jonge groep met uitdagend multidiciplinair onderzoeksveld Stage/afstudeer onderwerpen op gebied van: - onderzoek aan magnetische actuatie en mechanische eigenschappen van moleculen en cellen - onderzoek aan en met holografische optisch pincet - onderzoek met hoge resolutie optische microscopie en TIR aan deeltjes mobiliteit / binding aan oppervlakken - moleculaire interacties en cel respons - in de nabije toekomst (2011) AFM onderzoek aan ontvouwing eiwitten en moleculaire interacties Voor actuele projecten: l.j.van.ijzendoorn@tue.nl of kom langs in de F-vleugel! Department of applied physics 29-10-2010 PAGE 14