IgG adhesion on hydrophobic surfaces: Theory, modelling, and application to ELISA
Adhésion des IgG sur une surface hydrophobe : Théorie, modélisations et application à l'ELISA
Résumé
ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) are widely used analytical technologies in research and biomedical fields. Their implementation require to build antibodies thin films onto predominantly composed polystyrene surfaces. The high hydrophobicity of polystyrene ensures spontaneous and strong antibodies adhesion allowing to easily build antibodies monolayers. ELISA improvements lie most probably throughout improvements and comprehension of physico-chemical mecanisms on which antibodies immobilization on polystyrene are relied. In this way, our work explains a therozation essay emphasized by numerical modelling and experimental estimations by atomic force microscopy (AFM) and ELISA. Keeping in mind the so-called hydrophobic effect, thermodynamics of irrversible processes allows in a first time explaining reasons of antibodies adhesion on polystyrene. In a second time, numerical modelling in the field of random sequential additions model (RSA) show a way of surfaces saturation involving a strong trend to favor some antibodies orientations expected for ELISA. Finally, a RSA improvement in a RSA+R model taking into account orientational changes by the way of relaxation shows a link between deposition conditions and obtained monolayer structure. Such results seem to be strongly correlated with experimental facts
Les ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) sont une des technologies analytiques les plus utilisées dans la recherche et les applications biomédicales. Leur production nécessite la construction de films d’anticorps sur des surfaces constituées le plus souvent de polystyrène. La haute hydrophobie du polystyrène assure une adhésion forte et spontanée des anticorps permettant ainsi d’y construire facilement une monocouche d’anticorps. L’amélioration des ELISA passe certainement par l’amélioration et la compréhension des mécanismes physico-chimiques à l’œuvre lors de l’immobilisation des anticorps sur le polystyrène. Dans ce but, ce travail présente un essai de théorisation appuyé par des simulations numériques et des estimations expérimentales par microscopie à force atomique (AFM) et ELISA. En faisant référence à l’effet hydrophobe, la thermodynamique des processus irréversibles permet premièrement d’expliciter les raisons de l’adhésion des anticorps sur le polystyrène. Deuxièmement, des simulations numériques dans le cadre du modèle des additions séquentielles aléatoires (RSA) montrent la façon dont peuvent se saturer les surfaces en favorisant certaines orientations d’anticorps recherchées dans le cadre de l’ELISA. Finalement, l’amélioration du modèle RSA en un modèle RSA+R tenant compte des changements d’orientations par relaxation des anticorps illustre le lien entre les conditions de dépôt et la structure de la monocouche obtenue. Ces éléments semblent corroborés par l’expérience