Reflektometrinen interferenssispektroskopia

Reflektometrinen Interferenssispektroskopia (RIfS) on fysikaalinen menetelmä, joka perustuu valkoisen valon interferenssiin eli taittumiseen ohuiden kalvojen rajapinnoilla. RIfS menetelmää käytetään molekyylien välisten vuorovaikutusten tutkimiseen.

Periaate

RIfS-menetelmän mittausperiaate pohjautuu Michelsonin interferometriin.

Toteutus

Vasemmalla: Valon kulku kennon läpi ja osa-aaltojen heijastuminen kalvojen rajapinnoilta
Oikealla: Valon taittumisesta syntyvät interferenssispektrit

Valkoinen valo ohjataan pystysuorassa suunnassa kennoon, joka muodostuu useasta ohuesta piidioksidi (SiO₂) kalvosta, Ta₂O₅ kalvosta, ja uloimmasta SiO₂ kalvosta (uloin kalvo voi olla kemiallisesti muokattu). Valon osa-aallot taittuvat kennon eri kalvojen rajapinnoissa, ja taittuneet aallot vaikuttavat toisiinsa joko vahvistaen tai heikentäen toisiaan superpositioperiaatteen mukaisesti. Muodostuva interferenssispektri voidaan detektoida diodirividetektorilla. Kennon päällimmäinen SiO₂ kalvo voidaan kemiallisesti muokata siten, että se pystyy sitomaan haluttuja tietyntyyppisiä molekyylejä. Molekyylien sitoutuminen kalvoon saa aikaan muutoksen kalvon fysikaalisessa paksuudessa (d), ja muuttaa samalla kalvon taitekerrointa (n). Fysikaalisen paksuuden d ja taitekertoimen n tulo määrittää kalvon optisen paksuuden. Muutos kalvon optisessa paksuudessa muuttaa interferenssispektriä, joka muodostuu valkoisen valon kulkiessa kennon läpi. Molekyylien sitoutumisominaisuuksia voidaan näin tutkia mittaamalla kennon läpi kulkevan valon interferenssispektrissä tapahtuvia muutoksia.

Sovellukset

Sitoutumiskäyrä, joka kuvaa analyytin sitoutumista RIfS-kennoon

RIfS tekniikkaa voidaan soveltaa sekä kemiallisissa (kemoreseptori) että biologisissa detektiomenetelmissä. Kemialliset detektiomenetelmät sopivat erityisesti vaikeissa olosuhteissa suoritettaviin mittauksiin ja kaasufaasissa tapahtumiin mittauksiin. Näissa sovelluksissa RIfS kennon uloin SiO₂ kalvo on useimmiten kemiallisesti muokattu epäselektiivisiä polymeereillä, jotka erottelevat tutkittavat kemikaalit esimerkiksi koon tai poolisuuden mukaan. Käytettäessä epäselektiivisiä mittausmenetelmiä mitattu interferenssispektri muodostuu usean eri analyytin vaikutuksesta. Näin ollen tulosten kvantitointi vaatii usean muuttujan analyysimenetelmien tai neuroverkkopohjaisten menetelmien käyttöä. Polymeeripinnoitteilla voidaan kuitenkin suorittaa myös selektiivisiä mittauksia, jos kennon kalvo päällystetään niin kutsutuilla molekyylimerkityillä polymeereillä (molecular imprinted polymers). Kun RIfS-menetelmää sovelletaan biosensorimittauksissa, uloin SiO₂-kalvo päällystetään polyetyleeniglykolin tai dekstraanin kaltaisilla polymeereillä, ja tähän polymeerikerrokseen sidotaan biomolekyylejä, jotka toimivat selektiivisinä tunnistimina. Teoriassa mikä tahansa biomolekyyli voi toimia tunnistimena (proteiinit kuten vasta-aineet, DNA/RNA kuten aptameerit, pienet orgaaniset molekyylit kuten estroni, ja jopa rasvat kuten fosfolipidikalvot). RIfS on leimaton tekniikka, joka mahdollistaa molekyylien välisten vuorovaikutusten tutkimisen aikaerotteisesti ilman fluoresoivien tai radioaktiivisten merkkiaineiden käyttoä.

Kirjallisuutta

• G. Gauglitz, A. Brecht, G. Kraus and W. Nahm. Sensor. Actuat. B-Chem. 11, 1993
• A. Jung. Anal. Bioanal. Chem. 372 1, 2002
• F. Gesellchen, B. Zimmermann, F. W. Herberg. Methods in Molecular Biology, 2005
• T. Nagel, E. Ehrentreich-Forster, M. Singh, et al. Sensors and Actuators B-Chemical 129 2, 2008
• P. Fechner, F. Pröll, M. Carlquist and G. Proll. Anal. Bioanal. Chem. Nov 1, 2008

Aiheesta muualla

• Barolo.ipc.uni-tuebingen.de (Arkistoitu – Internet Archive)