Aptamer-based affinity ligands for chiral plasmonic sensors
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-09-17
Department
Major/Subject
Bioinformaatioteknologia
Mcode
ELEC3016
Degree programme
Sähkötekniikan kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
32
Series
Abstract
A multitude of different aptamers have been identified and their affinities to different targets are studied, but the measured affinity values are scattered across myriad studies. The aim of this thesis is to collect this data into an informative table, which will be helpful for further research on aptamer-based sensors. The thesis also compares the attributes of aptamer-based biosensors and conventional antibody-based sensors and reviews recent advances in aptamer-based sensors. Aptamers were found to be more cost-effective, more easily produced, and more modifiable alternative to antibodies. Sandwich-type aptamer-based sensors utilise two aptamers and are more sensitive and selective than single-aptamer sensors. Novel studies have combined a sandwich-type aptasensor with plasmonic metamolecules. These chiral plasmonic sensors could measure targets with low detection limits, even in non-prepared samples. This literature review aids the development of such a plasmonic biosensor by collecting suitable aptamer pairs for the sensor. With the sensor, the results can be seen by the naked eye as a a colour and intensity change. However, more research and validation of aptamers is still required in order to further develop chiral plasmonic sensors.Biosensori on laite, joka tunnistaa biologisia tai kemiallisia aineita ja ilmaisee niiden olemassaolon tai pitoisuuden käyttäjälle. Biosensoreita hyödynnetään monilla eri aloilla, kuten sairaaloissa näytteenotossa, juomaveden laadunvalvonnassa, jäteveden tutkinnassa sekä biologisen sodankäynnin torjumisessa ja ehkäisyssä. Tunnistuselementti biosensorissa on osa sensoria, joka tunnistaa kohdemolekyylin, useimmiten sitoutumalla siihen. Uusi kiraalinen plasmoninen sensori hyödyntää aptameereja sensorin tunnistuselementtinään. Aptameerit eli synteettisesti valmistetut oligonukleotidit ovat osoittautuneet paremmiksi tunnistuselementeiksi kuin aikaisemmin käytetyt vasta-aineet. Aptameereja on tutkittu paljon, mutta tutkimustieto on hajanaisesti saatavilla tieteellisessä kirjallisuudessa. Tämän kirjallisuustutkielman tavoite on kerätä aptameeripareja kiraaliseen plasmoniseen sensoriin. Työssä on keskitytty erityisesti aptameeriparin ja sen kohteen affiniteettiin eli niiden muodostaman sidoksen vahvuuteen. Affiniteetit on kirjattu taulukkoon, jonka on tarkoitus helpottaa kiraalisen plasmonisen sensorin jatkotutkimusta. Työ tutkii myös aptameeripohjaisten biosensorien kehitystä. 21 sensoriin soveltuvaa aptameeriparia löydettiin. Aptameeripareja olisi hyödyllistä tutkia lisää uusien sensorien kehityksen kannalta. Aptameerit ovat synteettisesti valmistettuja yksijuosteisia DNA-tai RNA-molekyylejä, joita käytetään biotunnistuksessa vasta-aineiden vaihtoehtona. Ne valmistetaan SELEX- menetelmällä, jossa erilaisia yksijuosteisia DNA- tai RNA-juosteita lisätään liuokseen, jossa on haluttua kohdemolekyyliä. Osa juosteista sitoutuu kohteeseensa, ja loput poistetaan. Sitoutuneet juosteet irrotetaan kohteesta, monistetaan ja prosessi toistetaan, kunnes jäljellä on vain juosteita, jotka sitoutuvat vahvasti kohteeseen. Aptameerit tarjoavat useita hyötyjä vasta-aineisiin verrattuna: niitä on helppo ja halpa valmistaa ja muokata, ja ne sietävät laajempia lämpötilan muutoksia. Uudet tutkimukset ovat tarkastelleet sandwich-tyypin biosensoreita, joissa kaksi aptameeria tarttuu kohdemolekyyliin yhden sijaan, jolloin kohdemolekyyli jää aptameerien väliin kiinni. Näissä sensoreissa tarkkuus ja herkkyys on havaittu olevan parempi kuin yhden aptameerin sensoreissa. Sandwich-tyypin sensori on uusimmissa alan tutkimuksissa yhdistetty plasmoniseen metamolekyyliin DNA-nanoteknologian avulla. Tässä kiraalisessa plasmonisessa sensorissa aptameeriparin sitoutuminen kohteeseen saa aikaan plasmonisten nano- partikkelien liikkeen. Nanopartikkelien liike toistensa suhteen saa aikaan niiden läpi syötetyn valon aallonpituuden muutoksen. Aallonpituuden muutos havaitaan joko optisella sensorilla tai jopa paljaalla silmällä. Tällainen luotettava, nopea ja halpa biosensori olisi hyödyllinen erityisesti sairaaloissa. Tämä kandidaatintyö listaa tieteellisestä kirjallisuudesta löytyneitä aptameeripareja, joita voidaan käyttää sandwich-tyypin aptameereja hyödyntävän biosensorin valmistuksessa. Toimivien aptameeriparien affiniteetti, eli herkkyys tarttua kohteeseen, listattiin. Affiniteetin lisäksi oli tarkoitus löytää epitooppi eli kohdemolekyylin kohta, johon kukin aptameeri sitoutuu. Aptameeripareja ja niiden affiniteetteja on kirjallisuudessa vähän, luultavasti koska kahden aptameerin sensoreita ei ole vielä tutkittu paljoa. Löytyneistä aptameeripareista vain harvoille ilmoitettiin epitoopit, mikä vaikeuttaa eri tutkimusten vertailua. Työssä löydettiin 21 aptameeriparia, joilla kaikilla oli hyvät affiniteetit. Pareista kuitenkin ainoastaan kahdelle oli ilmoitettu epitooppi. Työn tuloksena voidaan todeta, että useampia aptameeripareja pitäisi tutkia, jotta sandwich-tyypin sensoreita voisi paremmin kehittää. Lisäksi jo löydettyjen aptameeriparien epitooppeja olisi hyödyllistä tutkia esimerkiksi kemiallisella analyysillä.Description
Supervisor
Turunen, MarkusThesis advisor
Lindfors, AnniKeywords
aptamers, aptamer pair, DNA-origami, sandwich-type biosensor, chiral plasmonic sensor
