Многие биосенсоры — от лабораторных иммуносенсоров до исследовательских ДНК-чипов — построены на золотом электроде, покрытом органическим слоем. Слой выполняет две задачи: прочно держит биомолекулы (фермент, антитело, ДНК) и не даёт посторонним белкам налипать на поверхность. Расскажем, как устроен такой слой и какую роль в нём могут играть сульфиды.
Первая версия материала описывала смешанный слой «90 % ДОС + 10 % функционального тиоэфира» и приводила характеристики глюкозного сенсора на его основе, а также утверждала, что сульфидные слои в 3–5 раз лучше противостоят неспецифической адсорбции, чем тиольные. Подтверждающих публикаций мы не нашли и переписали материал.
Как устроена поверхность биосенсора
Стандартный подход — смешанный самоорганизующийся монослой на золоте из двух компонентов:
- функциональный тиол с концевой карбоксильной или аминогруппой (например, меркаптоундекановая кислота) — к нему пришивают биомолекулу;
- «разбавитель» — тиол с короткой или олигоэтиленгликолевой цепью, который заполняет промежутки, уменьшает неспецифическую адсорбцию белков и обеспечивает доступ аналита к биомолекулам.
Карбоксильные группы активируют смесью карбодиимида (EDC) и N-гидроксисукцинимида (NHS), после чего биомолекула связывается с поверхностью через свои аминогруппы с образованием амидной связи. Оставшиеся активные группы «гасят» этаноламином.
Почему в основе — тиолы, а не сульфиды
Биосенсор работает в водных буферах, часто при pH 7–8 и выше, многократно промывается и хранится неделями. Монослои диалкилсульфидов, как показано ещё в работе Troughton и соавт. (1988), разрушаются в щелочной среде при pH 8–13 и в целом связаны с золотом слабее, чем тиолы. Для сенсорной поверхности это критичный недостаток: слой с биомолекулами должен оставаться на электроде весь срок службы.
Диоктилсульфид к тому же не имеет функциональных групп для пришивки биомолекул, а его длинные гидрофобные цепи способствуют, а не препятствуют адсорбции белков (гидрофобные поверхности обычно адсорбируют белки сильнее гидрофильных).
Где сульфиды полезны исследователю
- Модельные эксперименты по адсорбции и замещению лигандов на золоте: слабосвязанный сульфидный слой можно вытеснить тиолом и проследить кинетику.
- Изучение влияния серосодержащих соединений из образца на работу золотых электродов — сульфиды присутствуют во многих природных и технологических средах.
Вывод
Для биосенсоров стандартом остаются тиольные смешанные монослои. Экстрагент ДОС может быть полезен в фундаментальных исследованиях поверхности золота, но не как основа рабочего биосенсора.
Литература
- Troughton E. B. et al. Langmuir. 1988. Vol. 4, No. 2. P. 365–385. doi:10.1021/la00080a021
- Love J. C. et al. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology // Chemical Reviews. 2005. Vol. 105. P. 1103–1169.