Preparation of Nanowire-Polymer Brush Hybrid Systems for the Diagnosis of Human Papilloma Virus

Abstract

Bu çalışmada, ilk olarak farklı boylarda metal vasıtalı kimyasal aşındırma yöntemi ile silisyum nanoteller hazırlanmıştır. Daha sonra yüzeylere iyodosilan bağlandıktan sonra yüzeyde başlatılan tersinir katalizlenmiş zincir transfer polimerizasyonu ile poli(N-akriloil-L-valine) sentezlenmiştir. Hazırlanan polimer kaplı yüzeyler toplam yansıtmalı FT-IR spektroskopisi, XPS, elipsometre ve TEM gibi çeşitli yüzey analiz yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Yüzeylere daha sonra ilk prob ss-DNA bağlanmış ve yüksek yoğunlukta DNA bağlanması için optimizasyon çalışması yapılmıştır. Hazırlanan sensörün hem yüzeyde güçlendirilmiş Raman spektroskopisi (SERS) hem de yüzeyde güçlendirilmiş floresans (SEF) temelli olması için hem boyar madde hem de Raman etiketi ihtiva eden çekirdek kabuk yapısında altın-silika nanopartikülleri hazırlanmıştır. Prob ss-DNA bağlı yüzeylere, insan papilloma virüs DNA iplikçiği ile ilk hibridizasyon gerçekleştirilmiş ve ardından etiket DNA bağlı altın-silika nanopartikülleri ile sandviç hibridizasyon protokolü uygulanmıştır. Hazırlanan sensörün insan papilloma virüs (İPV) teşhisinde 1.4 fM gibi düşük tespit değerine, en az bir ay kararlılık ve en az 4 sefer tekrar kullanım özelliğine sahip olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte belirli bir derişim aralığında (0.1 nM-0.1 µM) hibridizasyonun floresans mikroskobu ile hem kalitatif hem de kantitatif olarak takip edilebileceği belirlenmiştir. Dizayn edilen sensör ile ticari olarak satın alınan kan eş değer madde içerisinde yüksek geri kazanım oranları (%98-%101) ile İPV teşhis edilebileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak hazırlanan sensörün İPV teşhisi için klinik uygulamalarda kullanım alanı bulacağı düşünülmektedir.

In this study, firstly silicon nanowires of different sizes were prepared via metal-assisted chemical etching method. After iodosilane was attachment on the surfaces, poly(N-acryloyl-L-valine) was synthesized by surface-initiated reversible catalyzed chain transfer polymerization. The prepared polymer grafted surfaces were characterized by various surface analysis methods such as total reflection FT-IR spectroscopy, XPS, ellipsometer and TEM. Then, probe ss-DNA was attached on the surfaces and optimization studies were performed for high density of DNA binding. Gold-silica nanoparticles in the core-shell structure containing both dye and Raman label were prepared in order to be based on both surface-enhanced Raman spectroscopy, (SERS) and surface-enhanced fluorescence (SEF). First hybridization was carried out between human papilloma virus (HPV) DNA strand and probe ss-DNA and the sandwich hybridization protocol was then applied with gold-silica nanoparticles containing label ss-DNA. It was determined that the prepared sensor had a low detection value of 1.4 fM, stability of at least one month and reuse of at least 4 times for human papilloma virus diagnosis. Moreover, it has been determined that the hybridization can be qualitatively monitored by fluorescence microscopy at a certain concentration range (0.1 nM-0.1 µM). It has been shown that HPV can be diagnosed with high recovery rates (98%-101%) in commercially available blood equivalent substance with the designed sensor. As a result, it is thought that the prepared sensor will find use in clinical applications for the diagnosis of HPV.