Abstract

This Letter describes an interferometric technique based on the principle of coherence multiplexing for multichannel, label-free biosensing applications. Multiple biosensors can be interrogated simultaneously with a single spectral-domain, phase-sensitive interferometer by coding the individual sensograms in coherence-multiplexed channels. The experimental results demonstrate the multiplexed quantitative biomolecular interaction of antibodies binding to antigen-coated functionalized biosensor chip surfaces. The described technique also applies to a variety of other distributed and multiplexed sensing applications besides biosensing.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. Homola, Anal. Bioanal. Chem. 377, 528 (2003).
    [CrossRef]
  2. A. Szabo, L. Stolz, and R. Granzow, Curr. Opin. Struct. Biol. 5, 699 (1995).
    [CrossRef]
  3. O. Birkert, R. Tünnemann, G. Jung, and G. Gauglitz, Anal. Chem. 74, 834 (2002).
    [CrossRef]
  4. J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
    [CrossRef]
  5. Y. Fang, A. M. Ferrie, and E. Tran, Methods Mol. Biol. 552, 239 (2009).
    [CrossRef]
  6. B. T. Cunningham and L. Laing, Expert Rev. Proteomics 3, 271 (2006).
    [CrossRef]
  7. C. Joo, E. E. Ozkumur, M. Unlu, and J. Boer, Biosens. Bioelectron. 25, 275 (2009).
    [CrossRef]
  8. C. Joo and J. F. de Boer, Opt. Lett. 32, 2426 (2007).
    [CrossRef]
  9. D. P. Davé, Methods Mol. Biol. 503, 179 (2009).
    [CrossRef]

2009

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Y. Fang, A. M. Ferrie, and E. Tran, Methods Mol. Biol. 552, 239 (2009).
[CrossRef]

C. Joo, E. E. Ozkumur, M. Unlu, and J. Boer, Biosens. Bioelectron. 25, 275 (2009).
[CrossRef]

D. P. Davé, Methods Mol. Biol. 503, 179 (2009).
[CrossRef]

2007

2006

B. T. Cunningham and L. Laing, Expert Rev. Proteomics 3, 271 (2006).
[CrossRef]

2003

J. Homola, Anal. Bioanal. Chem. 377, 528 (2003).
[CrossRef]

2002

O. Birkert, R. Tünnemann, G. Jung, and G. Gauglitz, Anal. Chem. 74, 834 (2002).
[CrossRef]

1995

A. Szabo, L. Stolz, and R. Granzow, Curr. Opin. Struct. Biol. 5, 699 (1995).
[CrossRef]

Birkert, O.

O. Birkert, R. Tünnemann, G. Jung, and G. Gauglitz, Anal. Chem. 74, 834 (2002).
[CrossRef]

Boer, J.

C. Joo, E. E. Ozkumur, M. Unlu, and J. Boer, Biosens. Bioelectron. 25, 275 (2009).
[CrossRef]

Carricato, G.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Choo, S.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Concepcion, J.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Cunningham, B. T.

B. T. Cunningham and L. Laing, Expert Rev. Proteomics 3, 271 (2006).
[CrossRef]

Davé, D. P.

D. P. Davé, Methods Mol. Biol. 503, 179 (2009).
[CrossRef]

de Boer, J. F.

Du, K.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Ellis, T.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Fang, Y.

Y. Fang, A. M. Ferrie, and E. Tran, Methods Mol. Biol. 552, 239 (2009).
[CrossRef]

Ferrie, A. M.

Y. Fang, A. M. Ferrie, and E. Tran, Methods Mol. Biol. 552, 239 (2009).
[CrossRef]

Gamez, J.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Gauglitz, G.

O. Birkert, R. Tünnemann, G. Jung, and G. Gauglitz, Anal. Chem. 74, 834 (2002).
[CrossRef]

Granzow, R.

A. Szabo, L. Stolz, and R. Granzow, Curr. Opin. Struct. Biol. 5, 699 (1995).
[CrossRef]

Heidecker, B.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Henrik, W.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Ho, H.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Homola, J.

J. Homola, Anal. Bioanal. Chem. 377, 528 (2003).
[CrossRef]

Howes, M.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Jing, L.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Joo, C.

C. Joo, E. E. Ozkumur, M. Unlu, and J. Boer, Biosens. Bioelectron. 25, 275 (2009).
[CrossRef]

C. Joo and J. F. de Boer, Opt. Lett. 32, 2426 (2007).
[CrossRef]

Jung, G.

O. Birkert, R. Tünnemann, G. Jung, and G. Gauglitz, Anal. Chem. 74, 834 (2002).
[CrossRef]

Laing, L.

B. T. Cunningham and L. Laing, Expert Rev. Proteomics 3, 271 (2006).
[CrossRef]

Li, P.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Lockard, S.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Ma, W.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Ozkumur, E. E.

C. Joo, E. E. Ozkumur, M. Unlu, and J. Boer, Biosens. Bioelectron. 25, 275 (2009).
[CrossRef]

Perillat, D.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Persson, H.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Phi-Wilson, J.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Recknor, M.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Stolz, L.

A. Szabo, L. Stolz, and R. Granzow, Curr. Opin. Struct. Biol. 5, 699 (1995).
[CrossRef]

Szabo, A.

A. Szabo, L. Stolz, and R. Granzow, Curr. Opin. Struct. Biol. 5, 699 (1995).
[CrossRef]

Tan, H.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Tran, E.

Y. Fang, A. M. Ferrie, and E. Tran, Methods Mol. Biol. 552, 239 (2009).
[CrossRef]

Tünnemann, R.

O. Birkert, R. Tünnemann, G. Jung, and G. Gauglitz, Anal. Chem. 74, 834 (2002).
[CrossRef]

Unlu, M.

C. Joo, E. E. Ozkumur, M. Unlu, and J. Boer, Biosens. Bioelectron. 25, 275 (2009).
[CrossRef]

Varma, R.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Wartchow, C.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Witte, K.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Yao, D.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Zhao, L.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Zuk, R.

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Anal. Bioanal. Chem.

J. Homola, Anal. Bioanal. Chem. 377, 528 (2003).
[CrossRef]

Anal. Chem.

O. Birkert, R. Tünnemann, G. Jung, and G. Gauglitz, Anal. Chem. 74, 834 (2002).
[CrossRef]

Biosens. Bioelectron.

C. Joo, E. E. Ozkumur, M. Unlu, and J. Boer, Biosens. Bioelectron. 25, 275 (2009).
[CrossRef]

Comb. Chem. HTS

J. Concepcion, K. Witte, C. Wartchow, S. Choo, D. Yao, H. Persson, W. Henrik, L. Jing, P. Li, B. Heidecker, W. Ma, R. Varma, L. Zhao, D. Perillat, G. Carricato, M. Recknor, K. Du, H. Ho, T. Ellis, J. Gamez, M. Howes, J. Phi-Wilson, S. Lockard, R. Zuk, and H. Tan, Comb. Chem. HTS 12, 791 (2009).
[CrossRef]

Curr. Opin. Struct. Biol.

A. Szabo, L. Stolz, and R. Granzow, Curr. Opin. Struct. Biol. 5, 699 (1995).
[CrossRef]

Expert Rev. Proteomics

B. T. Cunningham and L. Laing, Expert Rev. Proteomics 3, 271 (2006).
[CrossRef]

Methods Mol. Biol.

D. P. Davé, Methods Mol. Biol. 503, 179 (2009).
[CrossRef]

Y. Fang, A. M. Ferrie, and E. Tran, Methods Mol. Biol. 552, 239 (2009).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic diagram showing the implementation of N channel coherence-multiplexed biosensing setup with a multichannel spectral domain interferometer. Each biosensor chip is attached to a separate output port of the interferometer. Fourier transform of the multiplexed spectral interference signal (middle panel) separates the signal in different channels (right panel).

Fig. 2.
Fig. 2.

Microfluidic flow cell used to perform the multichannel BIA experiments.

Fig. 3.
Fig. 3.

Sensogram plots of four-channel coherence-multiplexed BIA of anti-IgG and BSA binding to functionalized biosensors chips.

Fig. 4.
Fig. 4.

BIA of same concentration of anti-IgG binding to IgG functionalized in three different biosensing channels showing channel-to-channel reproducibility.

Equations (3)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

S(k)=αS0(k){Rr+Rs+RrRs|μ(k)|m=1Ncos(4πΔpmk)},
Nmax=Δλ2δλ=(OPL)maxlc,
φm(t)=tan1{Im[S(k)]Re[S(k)]}|z=Δpm=4πΔpmλc.

Metrics