多功能SiO2@PS聚苯乙烯核/硅壳微球珠基复合材料

微球分析通常建立在聚苯乙烯颗粒上。该聚合物载体可用有机染料编码，具有理想的低密度、高折射率等材料特性，可用于细胞检测。然而，官能团通常在聚合过程中集成，随后的修饰仅限于这些基团的反应性。此外，聚苯乙烯作为核心材料，即使在功能化后，珠子表面仍然存在许多疏水区域，使得粒子在使用过程中容易发生非特异性吸附。后者需要几个洗涤步骤，并在(生物)分析分析中使用添加剂。在这篇文章中，展示了如何通过使用单分散聚苯乙烯核/二氧化硅外壳粒子(SiO2@PS)来克服这些限制。将两种不同疏水的BODIPY(硼二吡咯亚甲基)染料以不同浓度包裹在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的聚苯乙烯核中，在流式细胞仪的两个独立的检测通道中形成5股阵列。随后用等摩尔APTES/PEG(氨基丙基三乙氧基硅烷/聚乙二醇硅烷)共混物对二氧化硅壳进行改性，只需一步就能为杂化核壳微球增加多功能特性。

检测原理

使用染料编码的微球和间接信号产生的CS颗粒分析的原理：(1)混合和孵育；(2)流式细胞术读取和解码微球。

APTES为咖啡因衍生物(作为半抗原)提供了附着的氨基，从而创建了抗原偶联微球；PEG部分有效地抑制了抗体的非特异性结合，使表面具有防污性能。这是一种简单的、免洗的、潜在的多重免疫化学检测方法。信号的产生依赖于携带CAFH的CS微珠和样本中的分析物之间的竞争反应，以获得各自的一次抗体(Pab)。因为采用了间接分析的形式，所以添加了染料标记的二抗(SAB)，它与珠子上的PAb结合。所有试剂混合在一个隔间中，不需要额外的洗涤步骤，并产生竞争性的分析反应。使用流式细胞术进行信号读出，可以从本质上区分珠相关荧光与背景信号，即从未结合的标记SAB中区分出来。以此方式，无需洗涤即可检测分析响应，因为有效地抑制了蛋白质(例如初级或检测抗体)与携带APTES/PEG的设计微珠表面的非特异性结合。

实验结果

图1  在相应的解码通道中用于功能化的绿色编码(a，b)和红色编码(c，d)CS珠的门控和彩色直方图和散点图

 

用二氧化硅包裹掺杂的PS核心粒子没有不良影响，绿色编码的5-plex CS粒子阵列可以用流式细胞仪检测到。在荧光直方图(FL1-H和FL4-H)以及FL1-H和FSC-H之间的相关图中，所有粒子群都可以很好地分辨出来。

图2  G2/R2核(包覆前)和G2/R2-CS(包覆后)粒子的荧光光谱。

 

总的光谱特征，如带宽和主要谱带形状没有改变，表明染料在高度碱性条件下的二氧化硅包覆过程中保持完好。

图3  粒子活化(1)在甲醇/盐酸中的示意图，仅用一元APTES的官能化(2a)，以及二元APTES/PEG共混物(2b)和CAFH的偶联(3)。

 

将APTES(一元表面作为对照，CS1)或等摩尔APTES/PEGS共混物(二元表面，CS2)简单地添加到不同溶剂中的预活化CS小球中进行功能化，而不需要任何额外的催化剂。在随后的步骤中，对粒子CS1和CS2执行类似的CAFH耦合，产生CS1-CAFH和CS2-CAFH。

图4 （A）四种不同免疫化学反应的颜色代码。(B)不同反应条件下CS0、CS1和CS2功能化后的细胞计数测定结果。

 

在SC1中，存在明显的非特异性吸附，SC2是在乙醇体系中制备的，在乙醇反应体系中无非特性吸附，而在水中存在非特异吸附，可能是由于在水溶液中，对于CS1/CS2-水，由于质子化的氨基和带负电的硅醇表面之间的静电相互作用，APTES往往形成单分子层。66因此，表面的屏蔽可能会防止活性较低的第二硅烷(如氨基直接附近的PEG)的缩合。此外，水中氨基的部分质子化会抑制其对相邻硅烷缩合反应的催化作用。相反，PEG可能优先凝聚在额外的多层位点或岛屿上，从而使氨基的总数基本保持不变。因此，PEG链可能不均匀分布，从而不能在表面均匀展开其防污性能。另一方面，对于在乙醇中官能化的CS2粒子，结果表明非特异性结合被抑制。

实际应用

以咖啡因为模型分析物测试分析性能。先，将CAFH共轭的CS2粒子(G3，R3)与其他四个非共轭的CS粒子混合，从丛集合中生成校准曲线。作为免洗涤检测实际样品中小分子的概念证明，在三种不同的饮料(样品1，Maya Mate；样品2，Club Mate；和样品3；Club Mate IceTea)中测量了CAF的含量。在将饮料在mILI-Q水中稀释1：20000后，无需洗涤步骤即可进行分析，结果如下图所示。表S5提供的数据表明，可以测定CaF的含量，平均回收率为98±31%，范围为68−146%，这对于一种简单、免洗的分析方法是很好的。

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氨基聚苯乙烯荧光微球 红色 橙色 绿色    

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