Biocapteur capacitif déposé de nanocomposite longitudinal de zéolite et d'oxyde de fer pour l'interleukine-3 dans la détection du sepsis

Introduction

La septicémie est une maladie mortelle qui survient lorsque le corps réagit sévèrement à une infection [1]. En raison d'une attaque de sepsis, le corps produit un niveau plus élevé de biomolécules de signalisation appelées «cytokines», qui attirent les cellules immunitaires. Un nombre croissant de ces cellules sécrètent plus de cytokines, et la tempête de cytokines recrute plus de cellules immunitaires. Au lieu de contrôler l'infection initiale, les facteurs immunitaires attaquent les organes et les tissus du corps. De plus, cette infection déclenche une réaction en chaîne dans tout le corps et provoque une défaillance des organes et des lésions tissulaires [2]. En particulier, la septicémie commence dans les poumons, la peau, les voies urinaires et le tractus gastro-intestinal et se propage largement.

à d'autres organes, ce qui entraîne des lésions organiques. Par conséquent, il est nécessaire d'arrêter le processus plus tôt pour éviter les attaques sur d'autres organes. L'identification de la septicémie à ses premiers stades avec un biomarqueur approprié permet de fournir un traitement rapide aux patients et de sauver des vies. Les chercheurs ont découvert que le facteur inflammatoire de l'interleukine-3 (IL-3) est un prédicteur indépendant de l'attaque de sepsis et de la mort produite par les cellules B de l'activateur de réponse innée (IRA) après l'activation du récepteur Toll-like. En outre, il a été constaté qu'un niveau plus élevé d'IL-3 était associé à un taux de mortalité plus élevé chez les patients atteints de sepsis et a confirmé que l'IL-3 joue un rôle majeur dans la régulation immunitaire et des réponses plus élevées aux corticostéroïdes pendant la sepsie. Cette recherche visait à quantifier le niveau d'IL-3 à l'aide d'un capteur électrochimique à capacité modifiée nanocomposite zéolite-oxyde de fer (zéolite-fer).

La détection de biomolécules avec des biocapteurs dépend fortement de l'immobilisation de la cible ou de la molécule de détection sur la surface de l'électrode du transducteur [3]. Un nombre plus élevé de sondes de capture immobilisées avec une orientation appropriée conduit à des limites de détection de cibles plus basses [4]. Dans la plupart des cas, l'immobilisation de la sonde de capture a été réalisée par adsorption physique, interaction électrostatique, liaison covalente et piégeage de biomolécules avec des polymères [5, 6]. Il peut être difficile d'obtenir la reproductibilité et la biocompatibilité des biomolécules immobilisées par les procédés d'immobilisation ci-dessus. En particulier, la fixation de molécules de capture plus petites telles que l'ARN, l'ADN, les aptamères et les peptides aux surfaces de détection est compliquée [7, 8]. Divers chercheurs ont utilisé différentes techniques pour une immobilisation efficace. Récemment, les nanomatériaux ont été très attractifs pour une utilisation dans le processus d'immobilisation biomoléculaire sur des surfaces de détection [9,10,11]. Des nanoparticules d'or ont été efficacement immobilisées sur diverses surfaces de détection, telles que des substrats ELISA en polystyrène et des électrodes en aluminium, et ont capturé des molécules potentielles, notamment des anticorps, des protéines, de l'ADN et des aptamères. En plus de la silice, l'aluminium et le graphène sont des matériaux couramment utilisés pour l'immobilisation de biomolécules. Ces nanomatériaux améliorent le nombre de molécules de capture et donnent la biocompatibilité et la stabilité des biomolécules sur les surfaces de détection, ce qui contribue à améliorer la stratégie de détection. Récemment, des matériaux inorganiques tels que la zéolite, l'argile et le sol-gel ont attiré l'attention des chercheurs pour résoudre ces problèmes. De plus, la synthèse de nanomatériaux par des approches plus vertes a été fortement encouragée en raison des grands avantages associés, tels que le fait de ne pas impliquer de matériaux dangereux et d'être moins coûteux [12,13,14,15]. En outre, des approches sur mesure peuvent être utilisées pour obtenir les tailles et les formes souhaitées de nanomatériaux. L'étude actuelle était conforme à cette approche et a produit un nanomatériau de zéolite combiné à du fer isolé pour créer un nanocomposite.

La zéolite est un aluminosilicate microporeux cristallin composé de TO₄ tétraèdres et atomes O [16]. C'est un matériau prometteur pour l'immobilisation biomoléculaire en raison de sa plus grande surface, de sa capacité d'échange d'ions, de son hydrophobie/hydrophilie contrôlable et de sa conductivité mécanique et thermique élevée. Par conséquent, diverses études dans le domaine des biocapteurs ont été établies en utilisant du matériau zéolite pour le processus d'immobilisation biomoléculaire et ont atteint des limites de détection inférieures pour développer des biocapteurs tels que des capteurs de glucose et des capteurs d'urée [17,18,19]. De même, les nanomatériaux de fer améliorent l'effet des propriétés d'échange de cations et donnent des réponses rapides aux changements actuels lors des interactions avec les biomolécules. Le nanocomposite zéolite-oxyde de fer avec une composition unique utilisé dans cette étude améliore les performances élevées du capteur, offrant en outre une sensibilité améliorée en raison de l'amélioration de la conductivité. Cette étude s'est concentrée sur les nanomatériaux de zéolite-fer extraits des cendres volantes des mines de charbon et les a utilisés comme substrats pour les électrodes capacitives afin d'immobiliser la sonde de capture, qui était un anticorps anti-IL-3. Comparé aux précédentes détections induites par des nanomatériaux de différentes interleukines [20,21,22], le système de détection actuel apporte des améliorations de plusieurs manières. Par exemple, sa meilleure aptitude aux capteurs électrochimiques nécessite moins d'étapes expérimentales, et il présente une aptitude à la fonctionnalisation chimique de surface et une capacité élevée de non-encrassement.

Un biocapteur capacitif est un capteur électrochimique créé en enregistrant l'attraction entre la sonde et la cible interagissant sur la surface de l'électrode. Un biocapteur capacitif permet de mesurer les changements dans la couche diélectrique à l'interface de l'électrode lorsqu'une biomolécule cible se lie à la sonde immobilisée sur la surface de détection [23]. La capacité entre l'électrode et l'électrolyte est décrite par C = (2nε ₀ εA )/d , où ε :constante diélectrique, A :surface de la plaque, ε ₀ :permittivité de l'espace libre, n :nombre de doigts répétitifs, et d :épaisseur de la couche isolante [24, 25]. Un biocapteur capacitif non faradique aide à éviter la dénaturation des protéines causée par la métallisation et améliore l'interaction de la liaison cible-sonde [26, 27]. Diverses études ont utilisé des biocapteurs capacitifs pour identifier diverses molécules cibles, notamment des nucléotides, des métaux lourds, des protéines et des molécules organiques [23, 28, 29, 30, 31]. Dans cette recherche, une expérience de biocapteur capacitif non faradique a été menée sur une surface d'électrode modifiée par de la zéolite et du fer. La zéolite-fer a été attachée à l'électrode capacitive par le (3-aminopropyl)-triméthoxysilane en tant que lieur amine, puis l'anti-IL-3 a été attaché à la surface par l'attraction entre la surface de l'amine et le groupe carboxylique (COOH) de la anticorps. Une électrode modifiée par un anticorps anti-IL-3 a été utilisée pour quantifier l'IL-3 et diagnostiquer une attaque de sepsis.

Matériaux et méthodes

Appareils et réactifs

Des cendres volantes ont été reçues d'une centrale thermique en Inde. L'hydroxyde de sodium et l'acide sulfurique ont été achetés chez Sigma Aldrich (Missouri, USA). Le (3-aminopropyl)-triméthoxysilane (APTMS) a été reçu de Merck (NJ, USA). Le papier filtre Whatman a été obtenu auprès de Thermo Fisher Scientific (Massachusetts, USA). Les anticorps IL-3 et anti-IL-3 ont été reçus de Santa Cruz Biotechnology (Texas, USA). La microscopie électronique à balayage à émission de champ (FESEM ; Hitachi, S-4300 SE, Japon) et la microscopie électronique à transmission à émission de champ (FETEM ; JEM-2100F, JEOL, Japon) ont été utilisées pour analyser le nanomatériau zéolite-fer par les méthodes décrites précédemment [ 32].

Synthèse de nanomatériau zéolite-fer

Des nanomatériaux zéolite-fer ont été synthétisés à l'aide de fer, de silice et d'alumine extraits de cendres volantes. Les trois étapes principales suivantes ont été impliquées dans cette procédure :(1) séparation des particules de fer; (2) extraction de l'aluminosilicate de sodium; et (3) préparation de nanoparticules de zéolite-fer par la méthode de synthèse sol-gel.

Séparation du fer des cendres volantes

Une aliquote de 25 g de cendres volantes a été mélangée avec 500 µL d'eau distillée et agitée pendant 30 min à l'aide d'un agitateur magnétique. Les particules de fer collées à l'agitateur magnétique ont été séparées, puis 1 g des particules séparées a été mélangé avec de l'acide sulfurique à 25 % et agité pendant 1 h à 50 °C. Ensuite, la solution contenant du fer et les particules de fer ont été séparées par du papier filtre Whatman et utilisées comme base pour l'oxyde de fer afin de synthétiser le nanomatériau zéolite-fer.

Extraction d'aluminosilicate de sodium à partir de cendres volantes

La méthode d'extraction alcaline a été utilisée pour extraire l'aluminosilicate de sodium des cendres volantes par la méthode d'extraction alcaline [33]. Tout d'abord, 25 g de cendres volantes séparées par le fer ont été mélangés avec 500 µL d'hydroxyde de sodium 2 M et chauffés à 100 °C sous agitation pendant 6 h. Après refroidissement de la solution, l'aluminosilicate de sodium (la solution dans le mélange) a été séparé par du papier filtre Whatman. La solution filtrée a été utilisée comme base pour synthétiser une zéolite.

Nanomatériau zéolite-fer synthétisé par la méthode Sol-Gel

Le fer extrait et l'aluminosilicate de sodium ont été utilisés comme base pour synthétiser des nanomatériaux zéolite-fer par la méthode sol-gel. Dans la première étape, un bécher contenant 200 mL d'aluminosilicate de sodium à pH 12 a été placé sur la plaque chauffante sous agitation. Ensuite, la solution a été titrée avec une solution de fer à pH 1 en ajoutant goutte à goutte des quantités de solution de fer jusqu'à ce qu'elle atteigne pH 7. À pH 7, un gel blanc s'est formé, et ce gel a été agité en continu pendant la nuit pour obtenir des nanoparticules de zéolite-fer uniformément réparties. . Le lendemain, le gel a été séparé par centrifugation (10 000 ×g pendant 10 min) puis lavée avec de l'éthanol à 25 % et de l'eau distillée. Le produit final a été séché à 100 °C pendant 1 h pour obtenir une poudre constituée de nanomatériaux zéolite-fer. La surface du nanomatériau zéolite-fer a été caractérisée par FETEM et FESEM. Une analyse aux rayons X à dispersion d'énergie (EDX) a également été menée pour identifier les éléments de la zéolite-fer.

Modification par amine de la zéolite-fer et fonctionnalisation de la surface de l'électrode de capacité

L'amine a été appliquée sur la surface de la zéolite-fer par l'agent de couplage silane APTMS. Pour cela, 1 g de zéolite-fer a été mélangé avec 1% de KOH pendant 10 min, puis l'excès de KOH a été éliminé par de l'eau distillée. Ensuite, la zéolite-fer traitée au KOH a été mélangée avec 1 % d'APTMS, et le mélange a été placé sur un agitateur chauffé pendant une nuit. Le lendemain, le nanomatériau a été lavé à l'éthanol et séparé par centrifugation (10 000 ×g pendant 10 minutes). Cette APTMS-zéolite-fer a été fixée à la surface de l'électrode capacitive pour identifier l'IL-3. Pour cette immobilisation, de l'APTMS-zéolite-fer a été déposé sur l'électrode hydroxylée et maintenu à température ambiante pendant 3 h. La liaison entre le nanocomposite zéolite-oxyde de fer, l'APTMS et la surface de détection était due au couplage du silane avec les groupes d'oxyde générés. En général, le couplage du silane se produit avec plusieurs bras disponibles pour les groupes oxyde, produisant des liaisons entre le nanocomposite zéolite-oxyde de fer, APTMS et la surface de détection. En raison de ces liaisons multiples, un arrangement spatial sur la surface de détection est formé. Après avoir lavé la surface avec de l'éthanol puis de l'eau, un processus d'immobilisation d'anticorps anti-IL-3 a été effectué pour interagir avec l'IL-3.

Détermination de l'IL-3 sur la surface de l'électrode de capacité modifiée anti-IL-3

La surface décrite ci-dessus a été formée par attache amine, qui permet une réaction avec les groupes COOH disponibles lorsque l'anticorps se fixe. L'IL-3 a été identifiée sur une surface d'électrode à capacité immobilisée anti-IL-3. Pour cela, de l'IL-3 à 100 pg/mL a été diluée dans du tampon PBS et déposée sur une surface d'électrode modifiée par anticorps. Après l'immobilisation de l'anticorps, la surface non liée restante a été bloquée par du PEG-COOH (1 mg/ml). Une réaction similaire à l'anticorps-APTMS se produit lorsque PEG-COOH est attaché. La valeur de capacité a été enregistrée avant et après l'interaction avec IL-3. Des différences de valeur ont été considérées pour la liaison de l'IL-3 avec son anticorps. De plus, pour calculer la limite de détection, l'IL-3 a été titrée de 3 à 50 pg/mL et déposée indépendamment sur les surfaces modifiées par les anticorps. L'autre procédure expérimentale a été réalisée comme décrit précédemment. La différence de valeur de capacité pour chaque concentration d'IL-3 a été calculée et tracée pour calculer la détection d'IL-3 par le R ² valeur. Lorsque l'IL-3 est attaché à la surface immobilisée de l'anticorps, il y aura une véritable interaction.

Encrassement biologique et détermination sélective de l'IL-3 sur la surface de l'électrode à capacité modifiée zéolite-fer

Une expérience d'encrassement biologique a été menée dans trois conditions biomoléculaires différentes, y compris la présence d'un anticorps non immun ou d'une protéine de contrôle et l'absence d'anticorps IL-3. Dans le premier cas, à la place de l'anticorps IL-3, un anticorps non immun a été utilisé; dans la seconde expérience, à la place de l'IL-3, une protéine témoin a été utilisée; et la dernière expérience a été menée sans anticorps IL-3. Les valeurs de capacité ont été comparées pour l'interaction spécifique de l'anticorps IL-3 avec l'IL-3. Une expérience sélective a été menée en injectant de l'IL-3 dans une dilution de 1:100 de sérum humain et en l'ajoutant goutte à goutte sur une surface d'électrode modifiée anti-IL-3. Les changements de capacité ont été enregistrés pour chaque concentration d'IL-3 afin d'identifier l'identification sélective d'IL-3. La reproductibilité a été confirmée en répétant les expériences trois fois (en triple) avec des dispositifs similaires fabriqués à partir du même lot de fabrication. Le stockage à vie et la stabilité de la surface immobilisée par la sonde ont également été déterminés.

Résultats et discussion

La septicémie est la condition avec beaucoup de produits chimiques libérés dans le système immunitaire et déclenche une inflammation généralisée avec des dommages ultimes aux organes. La figure 1a montre une illustration schématique de l'identification de l'IL-3 sur une surface d'électrode à capacité modifiée anti-IL-3 pour déterminer la condition associée à la septicémie. De la zéolite-fer modifiée par APTMS a été utilisée pour fixer l'anticorps de capture à la surface de l'électrode de détection. L'APTMS à la surface de la zéolite-fer a été immobilisé sur la surface de l'électrode par l'interaction entre l'amine sur le nanomatériau et les groupes OH sur la surface de l'électrode. La figure 1b confirme l'intégrité de l'électrode de surface sur le capteur capacitif, comme capturé sous un microscope à haute puissance. L'anticorps a été lié à la surface par COOH et l'amine de la zéolite-fer. La zéolite-fer aide à attacher un nombre plus élevé d'APTMS sur l'électrode de détection, ce qui aide à capturer plus d'anticorps sur la surface de l'électrode capacitive. Diverses études ont indiqué que l'immobilisation de la sonde de capture sur la surface de détection joue un rôle crucial dans l'abaissement de la limite de détection de la molécule cible. Dans cette recherche, le nanomatériau zéolite-fer a été utilisé pour fixer l'anticorps anti-IL-3 à la surface de l'électrode de détection. Une immobilisation plus élevée de l'anticorps anti-IL-3 avec une orientation appropriée permet d'atteindre les limites de détection inférieures de l'IL-3.

un Illustration schématique de l'identification de l'IL-3 sur une surface de détection de capacité modifiée anti-IL-3. Une zéolite-fer modifiée par APTMS a été utilisée pour fixer l'anticorps de capture et a ensuite interagi avec IL-3. Le PEG-COOH a été utilisé comme agent de blocage. b Analyse morphologique de la surface de détection capacitive par microscopie à haute puissance. c Analyse morphologique de la zéolite-fer par la FESEM. Les nanomatériaux se sont formés avec une distribution uniforme et dans la dimension longitudinale. d Analyse EDX. La présence des principaux éléments Si, Al, Fe et O a été trouvée. La figure en médaillon a été obtenue par la FESEM avec un faible grossissement

Analyse morphologique du nanomatériau zéolite-fer par FESEM et FETEM

La figure 1c, d (en médaillon) affiche l'image morphologique du nanomatériau zéolite-fer obtenu à partir de FESEM à différents grossissements et l'analyse élémentaire EDX. Le nanomatériau zéolite-fer obtenu était lisse et uniformément réparti, avec une nanostructure longitudinale densément empilée. La taille de cette nanostructure était ~ 30 nm, et l'image obtenue montre que le nanocomposite était arrangé avec des formes uniformes et bien distribué à la bonne distance. L'image FETEM a également montré une forme similaire à celle obtenue par FESEM pour les nanocomposites zéolite-fer formés (Fig. 2a, b). Le résultat de l'EDX a confirmé la présence de Fe, Al, Si et O dans le nanocomposite zéolite-fer synthétisé (Fig. 2c, d). Les principaux pourcentages atomiques élémentaires de Si, Al, Fe et O étaient respectivement de 3,46, 0,78, 2,13 et 24,39 %. Ce résultat FESEM et EDX confirme la formation de nanomatériaux zéolite-fer.

Images FETEM de zéolite-fer au a Échelle 50 nm et b Échelle 200 nm. Le nanomatériau a été formé avec une distribution uniforme. c Analyse EDX confirmant la présence des principaux éléments Si, Al, Fe, C et O

Préparation de l'électrode de détection pour la détermination de l'IL-3

L'immobilisation d'anticorps anti-IL-3 sur le biocapteur capacitif a été confirmée en modifiant le niveau de capacité après chaque immobilisation biomoléculaire. La figure 3a montre les changements de capacité au cours du processus de fixation des anticorps à la surface modifiée par la zéolite et le fer. Comme le montre la figure 3a, la surface de l'électrode capacitive attachée au KOH affiche une valeur de capacité de 1,74  × 10 ⁰⁹ nF, et après addition goutte à goutte de l'APTMS-zéolite-fer, il a été augmenté à 2,02 × 10 ⁰⁹ nF. Cette augmentation de capacité a confirmé la fixation des nanomatériaux à l'électrode de détection. De plus, lors de l'ajout d'anticorps anti-IL-3, la valeur de la capacité a considérablement augmenté jusqu'à 3,42 × 10 ⁰⁹ nF. Cette augmentation plus élevée a été notée en raison de la plus grande quantité d'immobilisation d'anticorps sur la zéolite-fer modifiée par l'APTMS. De plus, les nanomatériaux ont montré un arrangement approprié avec un nombre plus élevé d'APTMS sur la surface de l'électrode de détection, attirant finalement plus d'anticorps. Enfin, du PEG-COOH a été ajouté à des fins de blocage, et la capacité s'est avérée augmenter à 3,64 × 10 ⁰⁹ nF. Le capteur fonctionne sur la base des changements de charge de surface et, finalement, des changements de capacité. Les changements de charge de surface varient avec les attachements/interactions moléculaires. Chaque molécule porte des charges différentes et influence la capacité du capteur. Par conséquent, la différence de capacité a été prise en compte pour les mesures. Des changements de capacité plus élevés ont été notés en raison de l'occupation plus élevée d'anticorps IL-3 sur la surface de l'électrode de détection (Fig. 3b). Le PEG-COOH aide à réduire la liaison non spécifique de l'IL-3 sur la surface de l'électrode de détection et élimine les résultats faussement positifs. Diverses études ont prouvé que les polymères à base de PEG sur les surfaces de détection améliorent la biocompatibilité, réduisent le rapport signal sur bruit et fournissent une orientation appropriée des biomolécules immobilisées sur les surfaces de détection, ce qui conduit à une limite de détection inférieure du capteur [34,35, 36,37]. Étant donné que la surface APTMS attire électrostatiquement d'autres biomolécules, le PEG-COOH a été utilisé pour couvrir l'excès de surface APTMS sur le nanomatériau zéolite-fer, ce qui contribue à réduire l'encrassement biologique. Cette surface modifiée anti-IL-3 a été utilisée pour identifier l'IL-3.

un Processus de fixation des anticorps à la surface modifiée par la zéolite et le fer. les valeurs de capacité ont augmenté après chaque immobilisation moléculaire. b Différence de capacité. L'immobilisation d'anticorps anti-IL-3 a montré un changement plus élevé de la valeur de capacité. Les valeurs ont été moyennées en utilisant trois lectures en triple. [Zéolite-IO—Zéolite-oxyde de fer]

Détermination et quantification de l'IL-3 sur la surface de l'anticorps anti-IL-3

L'IL-3 a été quantifiée sur une surface de détection d'électrode à capacité modifiée anti-IL-3. Initialement, une concentration plus élevée d'IL-3 (100 pg/mL) a été testée sur la surface modifiée par anticorps, et la valeur de capacité est passée de 3,74   ×  10 ¹⁰ nF à 13 × 10 ¹⁰ nF. Cette augmentation confirme l'interaction de l'IL-3 avec l'anticorps anti-IL-3 (Fig. 4a). Une expérience similaire a été menée avec des concentrations d'IL-3 de 3 à 50 pg/mL. Comme le montre la figure 4b, les valeurs de capacité ont augmenté jusqu'à 4,56  × 10 ¹⁰ nF, 5,84 × 10 ¹⁰ nF, 6,64 × 10 ¹⁰ nF, 8,39 × 10 ¹⁰ nF, et 12 × 10 ¹⁰ nF. Il a été noté qu'avec l'augmentation des concentrations d'Il-3, les valeurs de capacité augmentaient progressivement (Fig. 5a). La différence entre les valeurs de capacité a été calculée et tracée dans une feuille Excel, et la détection d'IL-3 a été calculée à 3 pg/mL avec une valeur R2 de 0,9673 (Fig. 5b). Une réponse dose-dépendante linéaire avec différentes concentrations d'IL-3 (3-100 pg/mL) a été trouvée lors de l'interaction avec l'anti-IL-3. Cependant, lorsqu'ils ont été titrés à d'autres concentrations, les échantillons étaient saturés.

Détermination de l'IL-3 sur la surface modifiée anti-IL-3. un Identification de 100 pg/mL d'IL-3. Des changements clairs de capacité ont été notés après l'ajout goutte à goutte d'IL-3. L'encart de la figure affiche le schéma. b Titrage de différentes concentrations d'IL-3 sur un anticorps anti-IL-3. Avec toutes les concentrations d'IL-3, des changements de capacité ont été notés

un Valeur de capacité pour chaque concentration d'IL-3. L'augmentation de la concentration d'IL-3 a produit une augmentation progressive de la valeur de capacité. b Différence dans la valeur de capacité pour chaque concentration d'IL-3. Les valeurs ont été tracées sur une feuille Excel et la limite de détection de l'IL-3 a été calculée à 3 pg/mL. Les valeurs ont été moyennées en utilisant trois lectures en triple

Biofouling/Nonfouling sur l'électrode APTES-Zeolite-Fer-Modified Capacitance

L'encrassement biologique est le plus gros problème dans tout type de biocapteur, ce qui conduit à une identification faussement positive de la cible sur la surface de détection. Les agents bloquants tels que le BSA, l'éthanolamine et les polymères à base de PEG sont des molécules courantes qui réduisent l'encrassement biologique sur les surfaces de détection. Ici, le PEG-COOH a été utilisé comme agent bloquant et l'effet d'encrassement biologique a été confirmé dans trois expériences de contrôle différentes, à savoir sans anticorps IL-3, avec un anticorps non immun et avec une protéine de contrôle (IL-8). Comme le montre la figure 6a, les trois expériences de contrôle n'ont pas réussi à améliorer la valeur de capacité, ce qui indique l'identification spécifique de l'IL-3 sans aucun encrassement biologique.

un Détection spécifique de l'IL-3. Les molécules témoins n'ont pas montré d'augmentation de la valeur de capacité, indiquant la détection spécifique de l'IL-3. b Dosage d'IL-3 dans le sérum humain. Le dopage dans le sérum humain a augmenté la capacité avec l'augmentation des concentrations d'IL-3. Ce résultat confirme la détection sélective de l'IL-3. Les valeurs ont été moyennées en utilisant trois lectures en triple

Dosage d'IL-3 dans le sérum humain et la stabilité

Différentes concentrations d'IL-3 ont été dopées dans du sérum humain et soumises à la même procédure expérimentale pour identifier l'IL-3 dans des situations réelles. Comme le montre la figure 6b, l'IL-3 enrichie dans le sérum humain a clairement produit des valeurs de capacité accrues avec des concentrations accrues d'IL-3. Ce résultat confirme l'identification sélective de l'IL-3 par l'électrode à capacité modifiée anti-IL-3.

Compte tenu de la reproductibilité, la surface de détection se comporte bien, avec des valeurs d'erreur minimales. La durée de vie opérationnelle du nanomatériau de détection fixé à la surface fabriqué peut être prolongée de trois mois avec un stockage approprié dans un dessiccateur. Cependant, après avoir fixé la sonde, la surface était stable pendant 2 semaines et avait tendance à perdre 19 % de la stabilité, et la perte de stabilité est devenue abrupte à partir de la 3e semaine. Pour prouver la haute performance du capteur actuel, une étude comparative a été réalisée avec les capteurs actuellement disponibles, et les résultats indiquent qu'il est comparable et se comporte mieux dans plusieurs cas (tableau 1).

Conclusion

La septicémie est mortelle, implique une réaction immunitaire accablante, est extrêmement dangereuse et affecte tout le corps. Cette étude a démontré l'identification d'un biomarqueur de sepsis (IL-3) sur une électrode capacitive. Un nanomatériau zéolite-fer a été extrait d'une électrode à capacité modifiée par la mouche du charbon pour augmenter le flux de courant lors de la liaison des biomolécules à l'électrode de détection. Une modification de l'amine a été effectuée pour attacher l'anticorps anti-IL-3 à la zéolite-fer. La détection d'IL-3 a été effectuée sur une électrode modifiée par anticorps et a atteint la limite de détection d'IL-3 à 3 pg/mL. D'autres expériences de contrôle n'ont pas montré d'augmentation de la valeur de la capacité, confirmant la détection spécifique de l'IL-3, et des expériences sélectives avec l'IL-3 enrichie dans le sérum humain ont montré une nette augmentation de la capacité. Cette méthode expérimentale quantifie les niveaux d'IL-3 et aide à diagnostiquer les crises de sepsis.

Disponibilité des données et des matériaux

Toutes les données sont entièrement disponibles sans restriction.

Abréviations

IL-3 :

Interleukine-3

page :

Picogramme

mL :

Millilitre

µL :

Microlitre

M :

Molaire

FESEM :

Microscope électronique à transmission à émission de champ

FETEM :

Microscope électronique à balayage à émission de champ

EDX :

Rayons X à dispersion d'énergie

IRA :

Activateur de réponse innée

COOH :

Carboxylique

ADN :

Acide nucléique désoxyribose

ARN :

Acide nucléique ribose

ELISA :

Dosage immuno-enzymatique

APTMS :

(3-Aminopropyl)-triméthoxysilane

KOH :

Hydroxyde de potassium

PEG :

Polyéthylène glycol