Abstract

In this letter, we present experimental results of antibody detection using a biosensor based on photonic bandgap structures, which are interrogated using a power-based readout technique. This interrogation method allows a real-time monitoring of the association process between the antigen probes and the target antibodies, allowing the instantaneous observation of any interaction event between molecules. because etunable lasers and optical spectrum analyzers are avoided for the readout, a drastic reduction of the final cost of the platform is obtained. Furthermore, the performance of the biosensing system is significantly enhanced due to the large number of data values obtained per second.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. S. Luchansky and R. C. Bailey, Anal. Chem. 84, 793 (2012).
    [CrossRef]
  2. A. J. Qavi and R. C. Bailey, Ang. Chem.-Int. Ed. 49, 4608 (2010).
    [CrossRef]
  3. J. García-Rupérez, V. Toccafondo, M. J. Bañuls, J. G. Castelló, A. Griol, S. Peransi-Llopis, and Á. Maquieira, Opt. Express 18, 24276 (2010).
    [CrossRef]
  4. V. Toccafondo, J. García-Rupérez, M. J. Bañuls, A. Griol, J. G. Castelló, S. Peransi-Llopis, and A. Maquieira, Opt. Lett. 35, 3673 (2010).
    [CrossRef]
  5. T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
    [CrossRef]
  6. M. G. Scullion, A. Di Falco, and T. F. Krauss, Biosens. Bioelectron. 27, 101 (2011).
    [CrossRef]
  7. S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
    [CrossRef]
  8. B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
    [CrossRef]
  9. T. Claes, W. Bogaerts, and P. Bienstman, Opt. Lett. 36, 3320 (2011).
    [CrossRef]
  10. K. E. Zinoviev, A. B. González-Guerrero, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Lightwave Technol. 29, 1926 (2011).
    [CrossRef]
  11. A. Densmore, M. Vachon, D.-X. Xu, S. Janz, R. Ma, Y.-H. Li, G. Lopinski, A. Delâge, J. Lapointe, C. C. Luebbert, Q. Y. Liu, P. Cheben, and J. H. Schmid, Opt. Lett. 34, 3598 (2009).
    [CrossRef]
  12. J. G. Castelló, V. Toccafondo, P. Pérez-Millán, N. S. Losilla, J. L. Cruz, M. V. Andrés, and J. García-Rupérez, Opt. Lett. 36, 2707 (2011).
    [CrossRef]
  13. G. Krishnamoorthy, J. B. Beusink, and R. B. M. Schasfoort, Anal. Methods 2, 1020 (2010).
    [CrossRef]

2012 (1)

M. S. Luchansky and R. C. Bailey, Anal. Chem. 84, 793 (2012).
[CrossRef]

2011 (4)

2010 (4)

2009 (3)

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

A. Densmore, M. Vachon, D.-X. Xu, S. Janz, R. Ma, Y.-H. Li, G. Lopinski, A. Delâge, J. Lapointe, C. C. Luebbert, Q. Y. Liu, P. Cheben, and J. H. Schmid, Opt. Lett. 34, 3598 (2009).
[CrossRef]

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

2006 (1)

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Andrés, M. V.

Baets, R.

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

Bailey, R. C.

M. S. Luchansky and R. C. Bailey, Anal. Chem. 84, 793 (2012).
[CrossRef]

A. J. Qavi and R. C. Bailey, Ang. Chem.-Int. Ed. 49, 4608 (2010).
[CrossRef]

Bañuls, M. J.

Beusink, J. B.

G. Krishnamoorthy, J. B. Beusink, and R. B. M. Schasfoort, Anal. Methods 2, 1020 (2010).
[CrossRef]

Bienstman, P.

T. Claes, W. Bogaerts, and P. Bienstman, Opt. Lett. 36, 3320 (2011).
[CrossRef]

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

Blanco, F. J.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Bogaerts, W.

Burr, G. W.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Bynum, M. A.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Castelló, J. G.

Cheben, P.

Chow, E.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Claes, T.

T. Claes, W. Bogaerts, and P. Bienstman, Opt. Lett. 36, 3320 (2011).
[CrossRef]

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

Cruz, J. L.

De Vos, K.

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

Delâge, A.

Densmore, A.

Di Falco, A.

M. G. Scullion, A. Di Falco, and T. F. Krauss, Biosens. Bioelectron. 27, 101 (2011).
[CrossRef]

Domínguez, C.

K. E. Zinoviev, A. B. González-Guerrero, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Lightwave Technol. 29, 1926 (2011).
[CrossRef]

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Esener, S.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

García-Rupérez, J.

González-Guerrero, A. B.

Griol, A.

Grot, A.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Janz, S.

Krauss, T. F.

M. G. Scullion, A. Di Falco, and T. F. Krauss, Biosens. Bioelectron. 27, 101 (2011).
[CrossRef]

Krishnamoorthy, G.

G. Krishnamoorthy, J. B. Beusink, and R. B. M. Schasfoort, Anal. Methods 2, 1020 (2010).
[CrossRef]

Lapointe, J.

Lechuga, L. M.

K. E. Zinoviev, A. B. González-Guerrero, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Lightwave Technol. 29, 1926 (2011).
[CrossRef]

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Li, Y.-H.

Liu, Q. Y.

Lopinski, G.

Losilla, N. S.

Luchansky, M. S.

M. S. Luchansky and R. C. Bailey, Anal. Chem. 84, 793 (2012).
[CrossRef]

Luebbert, C. C.

Ma, R.

Maquieira, A.

Maquieira, Á.

Mayora, K.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Mirkarimi, L. W.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Molera, J. G.

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

Moreno, M.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Peransi-Llopis, S.

Pérez-Millán, P.

Qavi, A. J.

A. J. Qavi and R. C. Bailey, Ang. Chem.-Int. Ed. 49, 4608 (2010).
[CrossRef]

Río, J. S.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Robotti, K. M.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Schacht, E.

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

Schasfoort, R. B. M.

G. Krishnamoorthy, J. B. Beusink, and R. B. M. Schasfoort, Anal. Methods 2, 1020 (2010).
[CrossRef]

Schmid, J. H.

Scullion, M. G.

M. G. Scullion, A. Di Falco, and T. F. Krauss, Biosens. Bioelectron. 27, 101 (2011).
[CrossRef]

Sepúlveda, B.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Sigalas, M. M.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Toccafondo, V.

Vachon, M.

Xu, D.-X.

Zinoviev, K. E.

Zlatanovic, S.

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

Anal. Chem. (1)

M. S. Luchansky and R. C. Bailey, Anal. Chem. 84, 793 (2012).
[CrossRef]

Anal. Methods (1)

G. Krishnamoorthy, J. B. Beusink, and R. B. M. Schasfoort, Anal. Methods 2, 1020 (2010).
[CrossRef]

Ang. Chem.-Int. Ed. (1)

A. J. Qavi and R. C. Bailey, Ang. Chem.-Int. Ed. 49, 4608 (2010).
[CrossRef]

Biosens. Bioelectron. (1)

M. G. Scullion, A. Di Falco, and T. F. Krauss, Biosens. Bioelectron. 27, 101 (2011).
[CrossRef]

IEEE Photon. J. (1)

T. Claes, J. G. Molera, K. De Vos, E. Schacht, R. Baets, and P. Bienstman, IEEE Photon. J. 1, 197 (2009).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

J. Opt. A (1)

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (4)

Sens. Actuators B (1)

S. Zlatanovic, L. W. Mirkarimi, M. M. Sigalas, M. A. Bynum, E. Chow, K. M. Robotti, G. W. Burr, S. Esener, and A. Grot, Sens. Actuators B 141, 13 (2009).
[CrossRef]

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 illustration of the working principle of the power-based biosensing technique where a filtered broadband source (solid curve) is aligned with the edge of the PBG (dashed curve). (a) Initial state, where only the bioreceptors are attached to the sensor’s surface. (b) Induced shift of the PBG when the target analyte binds to the receptor. The shaded area represents the output power at each state given by the overlap between the source and the sensor’s response.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Scanning electron microscope image of the 1D SOI periodic structure used as biosensor. Its dimensions are depicted. (b) Measured spectrum of the 1D SOI periodic structure (solid blue) and the filtered source (dashed green).

Fig. 3.
Fig. 3.

Schematic illustration of the sensing device with the top SU8 microfluidic channel closed using a PDMS lid. Grating couplers are used to couple the light to the photonic sensor. A picture of the chip used in the experiments is also shown.

Fig. 4.
Fig. 4.

Time evolution of the PBG biosensor response using (a) direct spectral-based readout and (b) indirect power-based readout. For both readout methods, red and blue points depict the output signal for 10μg/ml and 100μg/ml of antiBSA, respectively. Arrows indicate the instant of each injection.

Metrics