Se introduce un biosensor óptico libre de marca para la detección de bacterias rápidos. El biosensor se basa en una Si poroso nanoestructurado, que está diseñado para capturar directamente las células de las bacterias diana sobre su superficie. Utilizamos anticuerpos monoclonales, inmovilizados sobre el transductor porosa, como las sondas de captura. Nuestros estudios demuestran la aplicabilidad de estos biosensores para la detección de concentraciones bacterianas bajas dentro de minutos sin procesamiento de la muestra antes (tales como la lisis celular).
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Artículo de método
Detección óptica de E. coli Bacterias por mesoporosos Silicon Biosensores
* These authors contributed equally
En este artículo
Resumen
Resumen
Un biosensor óptico libre de etiquetas basado en un nanoestructurado Si poroso está diseñado para la captura rápida y la detección de bacterias de Escherichia coli K12, como un modelo de microorganismo. El biosensor se basa en la unión directa de las células de las bacterias diana sobre su superficie, mientras que no se requiere ningún tratamiento previo (por ejemplo, mediante la lisis celular) de la muestra estudiada. Una película delgada de Si mesoporoso se utiliza como el elemento transductor óptico del biosensor. Bajo iluminación de luz blanca, la capa porosa muestra patrones de franjas de Fabry-Perot bien resueltas en su espectro de reflectividad. La aplicación de una transformada rápida de Fourier (FFT) a los resultados de datos de reflectividad en un solo pico. Los cambios en la intensidad del pico de FFT son monitoreados. Por lo tanto, bacterias diana capturan sobre la superficie del biosensor, a través de interacciones anticuerpo-antígeno, induce cambios mensurables en la intensidad de los picos de FFT, lo que permite una observación "tiempo real" de unión bacterias. NT "> La película mesoporosa de Si, fabricado por un proceso de anodización electroquímica, se conjuga con anticuerpos monoclonales, específicos para las bacterias diana. La inmovilización, actividad inmunológica y especificidad de los anticuerpos son confirmados por experimentos de marcaje fluorescente. Una vez que el biosensor está expuesto a la bacterias diana, las células son capturados directamente sobre la superficie porosa de Si-anticuerpo modificado. Estos eventos de captura específicas resultan en cambios de intensidad en el espectro de interferencia óptica de película delgada del biosensor. Se demuestra que estos biosensores pueden detectar concentraciones de bacterias relativamente bajas (detección límite de 10 4 células / ml) en menos de una hora.
Introducción
Temprana y precisa identificación de bacterias patógenas es extremadamente importante para la alimentación y la seguridad del agua, monitoreo ambiental, y el punto de atención de diagnóstico 1. Como las técnicas tradicionales de microbiología son lentos, laboriosos, y carecen de la capacidad para detectar microorganismos en "tiempo real" o fuera del entorno de laboratorio, los biosensores están evolucionando para responder a estos desafíos 2-5.
En los últimos años, Si poroso (PSI) se ha convertido en una plataforma prometedora para el diseño de sensores y biosensores 6-20. Durante la última década numeroso....
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Protocolo
1. Preparación de oxidado poroso de SiO 2
- Obleas de Si Etch (de un solo lado pulido en el <100> cara y fuertemente dopado, de tipo p, 0,0008 Ω · cm) en una solución de HF acuoso y etanol absoluto durante 30 seg 03:01 (v / v) a una corriente constante densidad de 385 mA / cm 2. Tenga en cuenta que la IC es un líquido altamente corrosivo y debe manejarse con sumo cuidado.
- Enjuague la superficie del Si (psi) película porosa resultante con etanol absoluto varias veces; secar las películas bajo un gas nitrógeno seco.
- Oxidar las muestras PSi recién grabados-en un horno tubular a 800 º C durante 1 hora en el aire ambiente....
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Resultados
PSi oxidado (PSIO 2) las películas se prepararon como se describe en la sección de texto del protocolo. Figura 1B muestra una alta resolución de micrografía electrónica de barrido de la película PSi resultante después de la oxidación térmica. La capa PSIO 2 se caracteriza por poros cilíndricos bien definidas con un diámetro en el intervalo de 30-80 nm.
El anticuerpo monoclonal (IgG) se injertan moléculas sobre las superficies PSIO 2 mediante .......
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Discusión
Un inmunosensor óptica-etiqueta libre, basado en un PSIO 2 nanoestructura (una película delgada de Fabry-Perot) se fabrica, y su aplicabilidad potencial como un biosensor para la detección de bacterias se confirma.
Modificaciones y solución de problemas
Una de las principales preocupaciones cuando se diseña un inmunosensor es la susceptibilidad de los anticuerpos a someterse a cambios de conformación no deseados durante la deposición y el patrón sobre el .......
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Divulgaciones
Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias de Israel (subvención N º 1118/08 y la concesión N º 1146/12) y el Fondo de Investigación Conmemorativo Kroll Minna. ES agradece el apoyo financiero del Instituto de Nanotecnología Russell Berrie.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Oblea Si | Siltronix Corp. | Altamente dopado B, tipo p, 0,0008 Ω-cm resistividad, < Solución | |
| etanol | Merck | 818760 | |
| PBS (pH 7,4) | preparada disolviendo 50 mM de Na2HPO<>4, 17 mM de NaH2PO4 y 68 mM de NaCl en agua Milli-Q (18,2 MΩ) | ||
| Solución salina al 0,85% p/v | preparada disolviendo 0,85 g de NaCl en 100 ml de agua Milli-Q (18,2 MΩ) | ||
| 95% (3-Mercaptopropyl)trimetoxisilano (MPTS) | Sigma Aldrich Chemicals | 175617 | |
| PEO-yodoacetil biotina | Sigma Aldrich Chemicals | B2059 | |
| Estreptavidina (SA) | Jackson ImmunoResearch Labs Inc. | 016-000-114 | |
| Fluoresceína (DTAF)-estreptavidina, | Jackson ImmunoResearch Labs, Inc. | 016-010-084 | |
| IgG de conejo biotinilado, | Jackson ImmunoResearch Labs, Inc. | 011-060-003 | |
| IgG anti-conejo marcada con fluorescencia | Jackson ImmunoResearch Labs Inc. | 111-095-003 | |
| IgG anti-ratón marcada con fluorescencia | Jackson ImmunoResearch Labs Inc. | 115-095-003 | |
| Anticuerpo biotinilado E. coli | Jackson ImmunoResearch Labs Inc. | 1007 | |
| E. coli (K-12) | fue generosamente suministrado por el Prof. Sima Yaron, Technion |
Referencias
- Velusamy, V., et al. An overview of foodborne pathogen detection: In the perspective of biosensors. Biotechnol. Adv. 28 (2), 232-23 (2010).
- Food Microbiol.: Fundamentals and Front. Doyle, M. P., Beuchat, L. R., Montville, T. J. 2, ASM Press. Washington. (2001).
- Radke, S. M., Aloc....
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Reimpresiones y permisos
