Elektrochemiczna detekcja interleukiny-6 na podłożu nanotubularnym ditlenku tytanu

Celem przeprowadzonych badań było opracowanie elektrochemicznych biosensorów do wykrywania obecności prozapalnej cytokiny, interleukiny 6 (IL-6), w roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (phosphate bufferred saline PBS). Do tego celu wykorzystano nowe, modyfikowane powierzchniowo warstwy nanorurek ditlenku tytanu (TNT – titania nanotubes) wytworzone w procesie anodowania folii tytanu w roztworze glikolu etylenowego. Warstwy TNT poddano obróbce termicznej poprzez wyżarzanie w atmosferze argonu i funkcjonalizowano przez bezpośrednią immobilizację przeciwciał cytokiny IL-6 na ich powierzchni metodą nakraplania. Oznaczenie stężenia IL-6 w roztworze PBS badano za pomocą dwóch typów biosensorów elektrochemicznych: impedancyjnego i amperometrycznego, wykorzystując oddziaływania pomiędzy ludzkim przeciwciałem monoklonalnym IL-6 i antygenem IL-6. Działanie biosensora impedancyjnego polegało na określeniu zmian wartości pojemności elektrycznej warstwy powierzchniowej (a równocześnie kąta przesunięcia fazowego jej charakterystyki impedancyjnej) na skutek powstawania kompleksu antygen-przeciwciało IL-6. Do wykrywania antygenu IL-6 w biosensorze amperometrycznym zastosowano natomiast przeciwciało IL-6 skoniugowane z peroksydazą chrzanową (HRP). Limity detekcji IL-6 opracowanych biosensorów wynoszące 5 pg/ml są znacznie niższe od limitu detekcji w obecnie stosowanych testach immunoenzymatycznych ELISA (25 pg/ml). Zarówno korzystne właściwości adsorpcyjne i dobre przewodnictwo elektryczne materiału podłoża biosensorów, umożliwiającego zastosowanie bezpośredniej immobilizacji substancji biologicznych, jak i stosowane dwie metody elektrochemiczne: impedancyjna oraz amperometryczna sprawiają, że opracowana metoda detekcji cytokin jest szybka, tania, selektywna i czuła.

Sensitive electrochemical biosensors for determination of proinflammatory cytokine Interleukin-6 are elaborated. They are based on novel and surface modified layers of titania nanotubes (TNT) formed by anodization of titanium foil in ethylene glycol solution. The TNT layers were thermally improved by annealing in argon and functionalized for biosensing by direct immobilization of biological reagents on their surfaces with the simple drop technique. Strong antibody-antigen interaction was used in two types of electrochemical biosensors: the impedimetric and the amperometric to detect the IL-6 concentrations in phosphate buffered solutions (PBS). The impedimetric biosensor determines changes of capacitance values due to the formation of IL-6 antibody-antigen complex on biosensor platform. Horseradish peroxide (HRP) conjugated antibodies are used to detect IL-6 antigen in the amperometric biosensor. Two novel electrochemical methods allow to detect 5 pg/ml of IL-6 in PBS solution, which is below detection limit 25 pg/ml in currently used enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) tests. The favorable adsorption and electrical conductance properties of the platform material, which allow the direct immobilization of biological substances on its surface and give the possibility to apply two electrochemical techniques: the impedimetric and the amperometric one, ensure the elaborated cytokine detection methods to be fast, inexpensive, selective and sensitive.