Comparison of protein spot patterns as a function of patterning technique and substrate chemistry

Protein microarrays are a tool to study different cellular processes, the concentration of an analyte within a sample, and to analyze protein-analyte interactions. The reliability and reproducibility of measurements obtained are currently a limitation of protein microarrays. One factor increasing these limitations is the non-uniformity of the primary protein pattern. This thesis investigates these specific problems by quantifying how spot uniformity is affected by protein deposition method and substrate surface. Printing of fluorescently tagged proteins onto silane-functionalized glass surfaces by inkjet, pin, and microcontact printing enabled adequate comparison across spot parameters. The absence of a standard measurement to quantify uniformity led to the proposal of a metric to automatically quantify uniformity based on simple geometric parameters, termed coffee-ring ratio (CRR). Quantification of the fluorescence intensity, size regularity, morphology, and distribution of proteins within spots were used to assess the compatibility of each method with a specific surface. The use of CRR proved insightful to distinguish between uniform and non-uniform distribution patterns, allowing objective measurement to quantitatively compare uniformity following different methods. We find that optimal protein deposition and spot uniformity, depends on matching the substrate surface with the protein deposition method used. Additionally, the data shows that the surface distribution of protein also depends on the protein itself. Droplet-based methods printed best onto a 3-(Aminopropyl)-triethoxy silane (APTES) modified glass slide, whereas microcontact printing gave the most promising results on a plasma-cleaned surface.Les « microarray » de protéines permettent l'étude de différents procédés cellulaire à travers l'analyse de la concentration d'analyte ainsi que de leur interaction avec une protéine d'intérêt. La fiabilité et reproductibilité des mesures obtenues sont un aspect critique de la méthode et couramment reconnu comme un facteur limitative dans ce type d'analyse. Un facteur en particulier est la non uniformité de la protéine primaire transmise sur la surface d'analyse. Ces travaux tentent d'apporter une lumière sur ces problèmes en quantifiant la relation entre l'uniformité de la couche de protéine, la technique de déposition et la surface utilisée. L'impression de protéine fluorescente sur du verre fonctionnalisée par des groupes silane avec différente méthode d'impression (jet d'encre, « pinprinting » et « microcontact printing ») permet une comparaison robuste entre les différents paramètres affectant l'uniformité des impressions individuelles. L'absence de mesure standardisée afin de quantifier l'uniformité de l'impression nous pousse a proposer une nouvelle métrique a base de simple notion géométrique, ici nommée Coffee-Ring Ratio (CRR), comme mesure additionnelle de morphologie. L'intensité, régularité de la taille, morphologie et distribution au sein d'une impression individuelle permette d'évaluer la compatibilité de chaque méthode de déposition avec l'hydrophobicité d'une surface sur plusieurs facettes (l'utilisation du CRR ajoutant une information complémentaire). Nos résultats suggèrent qu'une impression optimale dépend du pairage adéquat entre la surface et la technique de déposition utilisée. De plus, le motif d'impression résultant est étroitement lié a la nature de la protéine elle même. Les méthodes « droplet » offrent une meilleur impression sur du verre traité avec 3-(Aminopropyl)-triethoxy silane (APTES), alors que l'impression par « microcontact » est davantage prometteuse sur une surface traitée au plasma