Adsorption of Proteins onto Nitrocellulose Membranes from a Flowing Solution – Theory and Experiment

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Some analytical laboratory procedures involve passing the sample through a porous polymer membrane. In this process, the analyte binds to the surface of the membrane modified with a specific receptor layer and is then detected using optical or electrochemical signals. This paper presents an experimental and theoretical analysis of the binding patterns of the analyte to nitrocellulose membranes. Two cases are considered: specific binding of the analyte to antibodies immobilized on the membrane and non-specific adsorption of the analyte. It is shown that increasing the volume of the sample passed through the membrane leads to an increase in the amount of adsorbed analyte, and this can generally be used to improve the sensitivity of biosensors.

About the authors

K. A Prusakov

Yu.M. Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine, Federal Medical Biological Agency of the Russian Federation

Moscow, 119435 Russia

S. V Zamalutdinova

M.V. Lomonosov Moscow State University

Moscow, 119991 Russia

A. E Sidorova

M.V. Lomonosov Moscow State University

Moscow, 119991 Russia

D. V Bagrov

M.V. Lomonosov Moscow State University

Email: bagrov@mail.bio.msu.ru
Moscow, 119991 Russia

References

  1. Sule R., Rivera G., and Gomes A. V. Western blotting (immunoblotting): history, theory, uses, protocol and problems. BioTechniques, 75 (3), 99–114 (2023). doi: 10.2144/btn-2022-0034
  2. Chen X. and Shen J. Review of membranes in microfluidics. J. Chem. Technol. Biotechnol., 92 (2), 271–282 (2017). doi: 10.1002/jctb.5105
  3. Ishikawa E. Factors limiting the sensitivity of noncompetitive heterogeneous solid phase enzyme immunoassays. In Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology. Ed. by P. C. van der Vliet and S. Pillai (Elsevier, 1999), V. 27, pp. 7–16. doi: 10.1016/S0075-7535(08)70563-1
  4. Mansfield M. A. Nitrocellulose membranes for lateral flow immunoassays: a technical treatise. In Lateral Flow Immunoassay. Ed. by R. Wong and H. Tse (Humana Press, 2009), pp. 1–19. doi: 10.1007/978-1-59745-240-3_6
  5. Pavlova E., Maslakova A., Prusakov K., and Bagrov D. Optical sensors based on electrospun membranes – principles, applications, and prospects for chemistry and biology. New J. Chem., 46 (18), 8356–8380 (2022). doi: 10.1039/D2NJ01821G
  6. Maslakova A., Prusakov K., Sidorova A., Pavlova E., Ramonova A., and Bagrov D. Pressure-driven sample flow through an electrospun membrane increases the analyte adsorption. Micro, 3 (2), 566–577 (2023). doi: 10.3390/micro3020038
  7. Hosseini S., Azari P., Aeinehvand M. M., Rothan H. A., Djordjevic I., Martinez-Chapa S. O., and Madou M. J. Intrant ELISA: A novel approach to fabrication of electrospun fiber mat-assisted biosensor platforms and their integration within standard analytical well plates. Appl. Sci., 6 (11), 336 (2016). doi: 10.3390/app6110336
  8. Prusakov K. A. and Bagrov D. V. Convection-diffusion-adsorption model for the description of the analyte-binding reactions on a membrane. Anal. Lett., 1– 17 (2024). doi: 10.1080/00032719.2023.2301503
  9. Frutiger A., Tanno A., Hwu S., Tiefenauer R. F., Vörös J., and Nakatsuka N. Nonspecific binding fundamental concepts and consequences for biosensing applications. Chem. Rev., 121 (13), 8095–8160 (2021). doi: 10.1021/acs.chemrev.1c00044
  10. Squires T. M., Messinger R. J., and Manalis S. R. Making it stick: convection, reaction and diffusion in surface-based biosensors. Nature Biotechnol., 26 (4), 417– 426 (2008). doi: 10.1038/nbt1388
  11. Stenberg M. and Nygren H. Kinetics of antigen-antibody reactions at solid-liquid interfaces. J. Immunol. Methods, 113 (1), 3–15 (1988). doi: 10.1016/0022-1759(88)90376-6
  12. Yamamoto S. and Sano Y. Short-cut method for predicting the productivity of affinity chromatography. J. Chromatography A, 597 (1–2), 173–179 (1992). doi: 10.1016/0021-9673(92)80107-6
  13. Patel B. C. and Luo R. G. Protein adsorption dissociation constants in various types of biochromatography. Studies in Surface Science and Catalysis, 120 A, 829– 845 (1999). doi: 10.1016/s0167-2991(99)80573-4
  14. Landry J. P. P., Ke Y., Yu G.-L. L., and Zhu X. D. D. Measuring affinity constants of 1450 monoclonal antibodies to peptide targets with a microarray-based labelfree assay platform. J. Immunol. Methods, 417, 86–96 (2015). doi: 10.1016/j.jim.2014.12.011
  15. Pellequer J. L. L. and Van Regenmortel M. H. V. H. V. Measurement of kinetic binding constants of viral antibodies using a new biosensor technology. J. Immunol. Methods, 166 (1), 133–143 (1993). doi: 10.1016/0022-1759(93)90337-7
  16. Cho H. K., Seo S. M., Cho I. H., Paek S. H., Kim D. H., and Paek S. H. Minimum-step immuno-analysis based on continuous recycling of the capture antibody. Analyst, 136 (7), 1374–1379 (2011). doi: 10.1039/c0an00811g

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».