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Chemiluminescence biosensor for the determination of cardiac troponin I (cTnI)

  • Cardiac troponin I (cTnI) is a crucial biomarker for diagnosing cardiac vascular diseases, including acute myocardial infarction (AMI). This study presents a proof-of-concept chemiluminescence-based immunosensor for rapid and accurate measurement of cTnI, with the potential for online monitoring. The immunosensor incorporates a flow cell design and a sensitive complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) camera for optical readout. A microfluidic setup was established to enable selective and quasi-online determination of cTnI within ten minutes. The sensor was tested with recombinant cTnI in phosphate buffer, demonstrating measurements in the concentration range of 2–25 µg/L, with a limit of detection (LoD) of 0.6 µg/L (23 pmol/L) achieved using the optimized system. The immunosensor exhibited high selectivity, as no cross-reactivity was observed with other recombinant proteins such as cTnT and cTnC at a concentration of 16 µg/L. Measurements with diluted blood plasma and serumCardiac troponin I (cTnI) is a crucial biomarker for diagnosing cardiac vascular diseases, including acute myocardial infarction (AMI). This study presents a proof-of-concept chemiluminescence-based immunosensor for rapid and accurate measurement of cTnI, with the potential for online monitoring. The immunosensor incorporates a flow cell design and a sensitive complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) camera for optical readout. A microfluidic setup was established to enable selective and quasi-online determination of cTnI within ten minutes. The sensor was tested with recombinant cTnI in phosphate buffer, demonstrating measurements in the concentration range of 2–25 µg/L, with a limit of detection (LoD) of 0.6 µg/L (23 pmol/L) achieved using the optimized system. The immunosensor exhibited high selectivity, as no cross-reactivity was observed with other recombinant proteins such as cTnT and cTnC at a concentration of 16 µg/L. Measurements with diluted blood plasma and serum yielded an LoD of 60 µg/L (2.4 nmol/L) and 70 µg/L (2.9 nmol/L), respectively. This biosensor offers a promising approach for the rapid and sensitive detection of cTnI, contributing to the diagnosis and management of acute myocardial infarction and other cardiac vascular diseases.zeige mehrzeige weniger
  • Das kardiale Troponin I (cTnI) ist ein wichtiger Biomarker für die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich des akuten Myokardinfarkts (AMI). In dieser Studie wird ein auf Chemilumineszenz basierender Immunsensor für die schnelle und genaue Messung von cTnI vorgestellt, der das Potenzial für eine Online-Überwachung hat. Der Immunsensor besteht aus einer Durchflusszelle und einer empfindlichen CMOS-Kamera (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) zur optischen Detektion. Es wurde ein mikrofluidischer Aufbau entwickelt, der eine selektive und quasi Online-Bestimmung von cTnI innerhalb von zehn Minuten ermöglicht. Der Sensor wurde mit rekombinantem cTnI in Phosphatpuffer getestet und zeigte einen Messbereich von 2-25 µg/L, wobei mit dem optimierten System eine Nachweisgrenze (LoD) von 0,6 µg/L (23 pmol/L) erreicht wurde. Der Immunsensor zeigte eine hohe Selektivität, da keine Kreuzreaktivität mit anderen rekombinanten Proteinen wie cTnT und cTnC bei einer Konzentration vonDas kardiale Troponin I (cTnI) ist ein wichtiger Biomarker für die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich des akuten Myokardinfarkts (AMI). In dieser Studie wird ein auf Chemilumineszenz basierender Immunsensor für die schnelle und genaue Messung von cTnI vorgestellt, der das Potenzial für eine Online-Überwachung hat. Der Immunsensor besteht aus einer Durchflusszelle und einer empfindlichen CMOS-Kamera (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) zur optischen Detektion. Es wurde ein mikrofluidischer Aufbau entwickelt, der eine selektive und quasi Online-Bestimmung von cTnI innerhalb von zehn Minuten ermöglicht. Der Sensor wurde mit rekombinantem cTnI in Phosphatpuffer getestet und zeigte einen Messbereich von 2-25 µg/L, wobei mit dem optimierten System eine Nachweisgrenze (LoD) von 0,6 µg/L (23 pmol/L) erreicht wurde. Der Immunsensor zeigte eine hohe Selektivität, da keine Kreuzreaktivität mit anderen rekombinanten Proteinen wie cTnT und cTnC bei einer Konzentration von 16 µg/L beobachtet wurde. Messungen mit verdünntem Blutplasma und Serum ergaben einen LoD von 60 µg/L (2,4 nmol/L) bzw. 70 µg/L (2,9 nmol/L). Dieser Biosensor bietet einen vielversprechenden Ansatz für den schnellen und empfindlichen Nachweis von cTnI, der zur Diagnose und Behandlung des akuten Myokardinfarkts und anderer kardialer Gefäßerkrankungen beitragen kann.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Robert Tannenberg, Martin Paul, Bettina RöderORCiD, S. L. Gande, S. Sreeramulu, K. Saxena, C. Richter, H. SchwalbeORCiD, C. Swart, Michael G. WellerORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Biosensors
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.5 Proteinanalytik
6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Verlagsort:Basel
Jahrgang/Band:13
Ausgabe/Heft:4
Aufsatznummer:455
Erste Seite:1
Letzte Seite:20
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Acute myocardial infarction; Biomarker; Biosensor; Cardiac troponin; Chemiluminescence; Diagnosis; Emergency; Flow injection immunoassay; Heart attack; Immunometric assay; Immunometric biosensor; Immunosensor; Luminol; Microfluidic system; Monoclonal antibodies; Monolithic column; Online biosensor; Peroxidase
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
DOI:10.3390/bios13040455
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-575471
ISSN:2079-6374
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:09.06.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:31.05.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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