Gitter-gekoppelte Interferometrie (GCI)

Unser patentiertes Gitter-gekoppeltes Interferometriedesign nutzt und verbessert die intrinsischen Vorteile der Wellenleiter-Interferometrie, um die Empfindlichkeit der Oberflächenplasmonresonanz zu übertreffen. Wie bei der Wellenleiter-Interferometrie dringt das abklingende Feld weniger tief in die Probe ein und vergrößert die Interaktionslänge zwischen Licht und Probe für ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis (<0,01 pg/mm²). 

Das Creoptix GCI-Ausleseschema hat jedoch den Vorteil, dass das Interferogramm im Zeitbereich und innerhalb des Wellenleiters erstellt wird, anstatt auf eine CCD-Kamera projiziert zu werden. Die Messung von Brechungsindexänderungen auf der Sensoroberfläche als zeitabhängige Phasenverschiebungssignale liefert daher ein robusteres Auslesen im Vergleich zur klassischen Wellenleiter-Interferometrie oder Oberflächenplasmonresonanz, unabhängig von Temperaturschwankungen oder Vibrationen, was zu einer überlegenen Signal- und Zeitauflösung führt.

Vorteile der Wellenleiter-Interferometrie gegenüber der Oberflächenplasmonresonanz

Wie die Oberflächenplasmonresonanz misst die Wellenleiter-Interferometrie auch Änderungen des Brechungsindex an einer Sensoroberfläche. Im Gegensatz zur herkömmlichen Oberflächenplasmonresonanz kann sich das Licht bei der Wellenleiter-Interferometrie jedoch über die gesamte Länge der Probe bewegen. Dadurch können mehr bindende Ereignisse zum Gesamtsignal beitragen, was der Wellenleiter-Interferometrie eine wesentlich höhere primäre Empfindlichkeit für die markerfreie Interaktionsanalyse verleiht, insbesondere in Kombination mit einer interferometrischen Messwertablesung, um die Phasenänderung der Wellenleitermode in ein Intensitätsmuster zu übersetzen. Ein weiterer Vorteil der Wellenleiter-Interferometrie gegenüber der Oberflächenplasmonresonanz besteht darin, dass das abklingende Feld weniger tief in die Probe eindringt, wodurch die Störung durch Brechungsindexänderungen bei großen Mengen minimiert und das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht wird.

Molekulare Wechselwirkungen werden als Änderungen des Brechungsindexes innerhalb eines abklingenden Feldes (orange) erkannt, die eine Phasenverschiebung des Strahls im Wellenleiter und damit eine Interferenz mit einem Referenzstrahl verursachen, der parallel zu einem Schirm projiziert wird.

Wie unterscheidet sich die Gitter-gekoppelte Interferometrie (GCI) von der Bio-Layer-Interferometrie (BLI)?

Obwohl sowohl die Gitter-gekoppelte Interferometrie (GCI) als auch die Bio-Layer-Interferometrie (BLI) mit Interferenz arbeitet, um Brechungsindexänderungen auf einer dünnen Schicht über der Sensoroberfläche zu messen, handelt es sich um zwei völlig unterschiedliche Technologien. GCI, die im Creoptix WAVEsystem verwendete Technologie, misst die Wirkung von Brechungsindexänderungen auf eine abklingende Welle, die vom Licht erzeugt wird, das den Wellenleiter im Sensor durchläuft. Diese Brechungsindexänderungen wirken sich auf die Phase des Lichts aus, das den Wellenleiter durchläuft, und es sind Interferenzen mit einem Referenzlichtstrahl erforderlich (daher Interferometrie), um die Phasenänderung zuverlässig und präzise zu messen. Im Gegensatz dazu analysiert die BLI das Interferenzmuster von weißem Licht, das von zwei Oberflächen reflektiert wird: einer auf der Biosensorspitze immobilisierten Proteinschicht und einer internen Referenzschicht. Jede Änderung der Anzahl der Moleküle, die an die Biosensorspitze gebunden sind, kann zu einer Verschiebung des Interferenzmusters führen, die in Echtzeit als Zunahme der optischen Dicke an der Biosensorspitze gemessen werden kann; dies führt zu einer Wellenlängenverschiebung im Interferenzmuster.

Kann die Gitter-gekoppelte Interferometrie (GCI) Konformationsänderungen erkennen?

Hypothetisch kann das Creoptix WAVEsystem Konformationsänderungen erkennen, sofern diese Konformationsänderungen einen ausreichenden Beitrag zur Veränderung des Brechungsindex leisten. Die WAVEcontrol-Software unterstützt auch geeignete Interaktionsmodelle, die Konformationsänderungen berücksichtigen. Dennoch sind Konformationsänderungen nur schwer allein auf der Grundlage von kinetischen Daten des Creoptix WAVE oder SPR-Daten abzuleiten. Dies liegt daran, dass Konformationsänderungen selten ein einstufiger Prozess sind, was bedeutet, dass Modelle, die perfekt zu den kinetischen Daten passen, viel zu kompliziert wären, um ihnen vollständig zu trauen. Außerdem könnten aufgrund der Oberflächenreorganisation unerwartete Reaktionen (z. B. negative Kurven) auftreten, die sich als äußerst schwierig zu analysieren und konsistent zu quantifizieren erweisen könnten. Wir empfehlen die orthogonale Validierung aller vermuteten Konformationsänderungen und die Sicherstellung, dass die kinetische Analyse so einfach wie möglich ist, beispielsweise durch die Analyse kinetischer Unterschiede zwischen funktionellen Mutanten.

Sind die für SPR/BLI verwendeten Techniken zur Ligandenerfassung und Immobilisierung auch für GCI geeignet?

Ja, Standard-Immobilisierungstechniken wie Aminokopplung, Ni-NTA-Aufnahme und Streptavidin-Biotin-Aufnahme sind auch für das Creoptix WAVEsystem auf Polycarboxylat-Oberflächen verfügbar; Dextran-Oberflächen können auf Anfrage geliefert werden. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl anderer Immobilisierungsmethoden, einschließlich lipidischer Wechselwirkungen oder Protein-A/G-Aufnahme. Eine Übersicht der verfügbaren Oberflächen (WAVEchips^®) finden Sie hier.