Vergleich von Bio-Layer-Interferometrie (BLI), Oberflächenplasmonresonanz (SPR) und Gitter-gekoppelter Interferometrie (GCI)

Bio-Layer-Interferometrie (BLI) ist eine optische, oberflächenbasierte, markerfreie Technologie. Im Gegensatz zu anderen Biosensor-Technologien arbeitet die BLI nicht mit einem mikrofluidischen Fluss, sondern durch Eintauchen der Sensorspitzen in die Probe/den Puffer. Das Licht, das von der Spitze einer optischen Faser reflektiert wird, zeigt eine Phasenverschiebung in Abhängigkeit vom Brechungsindex in der Nähe der Oberfläche der Spitze. Das reflektierte Licht interferiert mit Licht, das von einer internen Referenzfläche reflektiert wird.

Unter Verwendung von weißem Licht als Quelle wird ein spektrales Interferenzmuster aufgezeichnet, das Informationen über den Brechungsindex in der Nähe der Spitze umfasst. Wenn sich Biomoleküle an die in die experimentelle Lösung eingetauchte Biolayer-Oberfläche (z. B. eine Probe) binden, ändert sich das Brechungsindexprofil und damit auch das Spektralmuster.

Vorteile

• Einfache Bedienung
• Praktisch verstopfungsfrei bei komplexen und klebrigen Proben
• Minimierung von Masseneffekten mithilfe von Referenzspitzen

Nachteile:

• Sensoren sind deutlich weniger empfindlich als SPR- und GCI-Sensoren
• Geringere Genauigkeit bei der Bestimmung kinetischer Parameter
• Begrenzte Möglichkeit zur Messung von festen Bindemitteln und schnellen On-Raten; Messungen werden durch Diffusion eingeschränkt
• Begrenzte Möglichkeit zur Messung schneller Off-Raten

Oberflächenplasmonresonanz (SPR) ist eine weitere optische, markerfreie Analysemethode – tatsächlich war es eine der ersten oberflächenbasierten, markerfreien Technologien. SPR erkennt Änderungen des Brechungsindex, die durch molekulare Wechselwirkungen innerhalb eines abklingenden Feldes in der Nähe einer Sensoroberfläche verursacht werden.

Bei diesen Sensoren wird eine Metallschicht auf einem Glasträger mit Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet. In einem bestimmten Winkel werden je nach Brechungsindex nahe der Oberfläche so genannte Oberflächenplasmonen erregt. Da diese Energie im reflektierten Lichtstrahl fehlt, bildet sich bei der Projektion auf den Sensor ein „Absinken“ der Strahlintensität.

Durch die Positionsbestimmung des Absinkens in Echtzeit misst die SPR Änderungen im Brechungsindex auf der Metalloberfläche. Die Lösungen, die den Analyten enthalten, werden mithilfe von Mikrokanälen injiziert, und mindestens eine Referenzflusszelle wird verwendet, um Masseneffekte zu eliminieren. 

Vorteile

• Referenzflusszellen eliminieren Masseneffekte
• Misst feste Bindemittel und schnelle On-Raten

Nachteile:

• Eingeschränkte Erkennung schnellster Übergänge durch die Verwendung von Durchflusszellen in Reihe
• Herkömmliche Mikrofluidik erfordert aufgrund von Verstopfung einen hohen Wartungsaufwand
• Begrenzte Möglichkeit zur Messung schneller Off-Raten

Auf Grundlage der Wellenleiter-Interferometrie, einer weiteren markerfreien Methode, kann die Gitter-gekoppelte Interferometrie (GCI) molekulare Wechselwirkungen in Echtzeit überwachen und charakterisieren. Sie kann dabei kinetische Ratenparameter, Affinitätskonstanten und Konzentrationen von Analytmolekülen bestimmen, die mit einem immobilisierten Liganden interagieren.

Bei der Wellenleiter-Interferometrie werden Änderungen des Brechungsindex innerhalb des abklingenden Feldes eines Wellenleiters in der Nähe einer Sensoroberfläche gemessen. Diese Änderungen bewirken auch eine Änderung der Lichtphase. Das Licht wird durch den Wellenleiter geleitet und erzeugt eine abklingende Welle, die die gesamte Länge der Sensoroberfläche abdeckt. Die Phasenänderungen werden interferometrisch angezeigt. Die GCI-Technologie von Creoptix nutzt die Vorteile der Wellenleiter-Interferometrie und beseitigt die typischen Ausrichtungsprobleme:

Vorteile

• Hohe Primärempfindlichkeit für die markerfreie Interaktionsanalyse
• Verstopfungsfreie Mikrofluidik  
• Misst feste Bindemittel und schnelle On-Raten
• Misst Kinetik mit schnellen Off-Raten

Die beste biomolekulare Interaktionstechnik hängt von der Anwendung und den Zielen des Anwenders ab. Im Folgenden erfahren Sie, wie diese drei Techniken im Vergleich anhand von vier Hauptanforderungen abschneiden: breiter Anwendungsbereich, Messung der schwächsten Bindemittel, Messung der festesten Bindemittel und geringer Systemwartungsaufwand.