Name: Optische detectie van E. coli Bacteriën door Mesoporous Silicon biosensoren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-11-20T17:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 22 s
Description: Ontdek een labelvrije optische biosensor voor snelle detectie van E. coli-bacteriën met nanogestructureerd poreus silicium. Deze methode maakt directe bacteriële detectie mogelijk zonder voorafgaande bewerking.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door de Israel Science Foundation (subsidie ​​nr. 1118-1108 en subsidie ​​nr. 1146/12) en de Minna Kroll Fonds Memorial Research. ES zeer erkentelijk voor de financiële steun van de Russell Berrie Nanotechnologie Instituut.

1. Bereiding van geoxideerde poreuze SiO2 <ol><li> Etch Si wafers (een zijde gepolijst op de &lt;100&gt; gezicht en zwaar gedoteerde, p-type, 0.0008 Ω · cm) in een 3:1 (v / v) waterige HF en absolute ethanol gedurende 30 seconden bij een constante stroom dichtheid van 385 mA / cm 2. Let op HF is een zeer bijtende vloeistof, en het moet met uiterste zorg worden behandeld. </li><li> Spoel het oppervlak van de resulterende poreuze Si (PSI) film met absolute ethanol meerdere malen, drogen de film onder een droge stikstofgas. </li><li> Oxideren de vers-geëtst pSi monsters in een buis oven bij 800 ° C gedurende 1 uur in de lucht (plaats het monster in de oven op kamertemperatuur, verwarm de oven tot 800 ° C, laat in de oven gedurende 1 uur, schakel de oven en verwijder de monsters uit de oven Pas bij kamertemperatuur). </li></ol> 2. Biofunctionalization van PSiO 2 Stellingen <ol><li> Incubeer een geoxideerde PSi (PSIO 2) monster gedurende 1 uur in mercaptopropyl (trimethoxysilane-3) 95% (MPTS) oplossing (108 mM in tolueen). </li><li> Spoel de silaan behandelde PSiO 2 monster met tolueen, methanol en aceton droog onder een droge stikstofgas. </li><li> Incubeer de silaan-gemodificeerde PSiO 2 monster gedurende 30 min in 1 ml 100 mM PEO-joodacetyl biotine oplossing. </li><li> Spoel de biotine behandelde PSiO 2 monster met 0,1 M fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) oplossing meerdere keren. </li><li> Incubeer de biotine gemodificeerde PSiO 2 monster gedurende 30 min in 1 ml van 100 ug / ml streptavidine (SA) oplossing. </li><li> Spoel de SA-behandelde PSiO 2 monster met 0,1 M PBS-oplossing meerdere malen. </li><li> Incubeer de verkregen SA-gemodificeerde PSiO 2 monster gedurende 30 min in 1 ml van 100 ug / ml gebiotinyleerd E. coli monoklonaal antilichaam (Immunoglobuline G, IgG) oplossing of 100 ug / ml gebiotinyleerd konijnen-IgG (als model voor een monoklonaal antilichaam). </li></ol> 3. Fluorescentielabelling en fluorescentiemicroscopie <ol><li> Incubeer de IgG-gemodificeerde oppervlakken met 15 ug / ml fluoresceïne (FITC) gelabeld anti-konijn-IgG gedurende 40 min met 15 ug / ml fluoresceïne (FITC) gelabeld anti-muis IgG als controle. </li><li> Spoel de gemodificeerde monsters met 0,1 M PBS oplossing meerdere malen. </li><li> Onderzoek de monsters onder een fluorescentiemicroscoop. </li></ol> 4. Bacteriën Cultuur <ol><li> Cultiveren E. coli K12 bacteriën in een 10 ml buis met 5 ml Luria Bertani (LB) medium (gemiddeld samenstelling in 1 L gedeïoniseerd water: 5 g NaCl, 5 g gistextract en 10 g trypton). Incubeer de bacteriën overnacht schudden bij 37 ° C. </li><li> Controleer de bacterie concentratie door het lezen van de optische dichtheid (OD) bij een golflengte van 600 nm. Na een nacht groei in LB-medium, lees de OD 600 met behulp van een spectrofotometer om de bacteriële concentratie te bepalen. Het aantal cellen is directly evenredig met de OD600 metingen (1 OD 600 = 10 8 cellen / ml). </li></ol> 5. Bacteriën Sensing <ol><li> Plaats de IgG-gemodificeerde PSiO 2 en netjes PSiO 2 (als controle) monsters in een op maat gemaakte plexiglas stroom cel. Bevestig de doorstroomcel zodat het monster reflectiviteit gemeten op dezelfde plaats tijdens alle metingen. </li><li> Incubeer de monsters met E. coli K12 suspensie (10 4 cellen / ml) gedurende 30 min bij kamertemperatuur geroerd. Verwijder de bacterie suspensie door spoelen van de cellen met 0,85% w / v zoutoplossing gedurende 30 minuten. </li><li> Controleer de veranderingen in de reflectie data gedurende het experiment. Alle optische metingen moeten plaatsvinden in een waterige omgeving te worden uitgevoerd. Spectra moet met een CCD spectrometer verzameld en door het toepassen snelle Fourier transformatie (FFT), zoals eerder beschreven 25,26 geanalyseerd. </li><li> Bevestigen de aanwezigheid van de bacteriën op debiosensor oppervlak, door waarneming van de monsters onder een rechtopstaande lichtmicroscoop onmiddellijk na de biosensoren experiment. </li></ol>

<ol><li>Velusamy, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+overview+of+foodborne+pathogen+detection%3A+In+the+perspective+of+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Adv%22%5BJournal%5D)">An overview of foodborne pathogen detection: In the perspective of biosensors.</a> Biotechnol. Adv. 28 (2), 232-23 (2010).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Food+Microbiol.%3A+Fundamentals+and+Front%22">Food Microbiol.: Fundamentals and Front</a>. Doyle, M. P., Beuchat, L. R., Montville, T. J. 2, ASM Press. Washington. (2001).</li>
<li>Radke, S. M., Alocilja, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microfabricated+biosensor+for+detecting+foodborne+bioterrorism+agents%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sens.+J%22%5BJournal%5D)">A microfabricated biosensor for detecting foodborne bioterrorism agents.</a> IEEE Sens. J. 5 (4), 744(2005).</li>
<li>Glynn, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+and+emerging+molecular+diagnostic+technologies+applicable+to+bacterial+food+safety%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+of+Dairy+Technol%22%5BJournal%5D)">Current and emerging molecular diagnostic technologies applicable to bacterial food safety.</a> Int. J. of Dairy Technol. 59 (2), 126(2006).</li>
<li>Leonard, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+biosensors+for+detection+of+pathogens+in+food+and+water%5BTitle%5D)+AND+%22Enzyme+Microb.+Technol%22%5BJournal%5D)">Advances in biosensors for detection of pathogens in food and water.</a> Enzyme Microb. Technol. 32 (1), 3(2003).</li>
<li>Alvarez, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+a+porous+silicon+photonic+crystal+for+bacterial+cell-based+biosensing%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi+a-Applications+and+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Using a porous silicon photonic crystal for bacterial cell-based biosensing.</a> Physica Status Solidi a-Applications and Materials Science. 204 (5), 1439(2007).</li>
<li>Archer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+porous+silicon+microarray+for+DNA+hybridization+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Micro-+and+Nanosystems%22%5BJournal%5D)">Electrical porous silicon microarray for DNA hybridization detection.</a> Micro- and Nanosystems. 782, 385(2004).</li>
<li>Chan, S., Horner, S. R., Fauchet, P. M., Miller, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+Gram+Negative+Bacteria+Using+Nanoscale+Silicon+Microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Identification of Gram Negative Bacteria Using Nanoscale Silicon Microcavities.</a> J. Am. Chem. Soc. 123, 11797(2001).</li>
<li>Dancil, K. -P. S., Greiner, D. P., Sailor, M. J. Development of a Porous Silicon Based Biosensor. Canham, L. T., Sailor, M. J., Tanaka, K., Tsai, C. C. Proceedings of the Mat. Res. Soc. Symp, Boston, MA, 536, 557-562 (1999).</li>
<li>D'Auria, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+silicon-based+biosensors+for+the+selective+identification+of+analytes+of+social+interest%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+-+Condens+Matter%22%5BJournal%5D)">Nanostructured silicon-based biosensors for the selective identification of analytes of social interest.</a> J Phys - Condens Matter. 18 (33), S2019(2006).</li>
<li>de Leon, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurons+culturing+and+biophotonic+sensing+using+porous+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Neurons culturing and biophotonic sensing using porous silicon.</a> Appl Phys Lett. 84 (22), 4361(2004).</li>
<li>Janshoff, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macroporous+p-type+silicon+Fabry-Perot+layers.+Fabrication%2C+characterization%2C+and+applications+in+biosensing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Macroporous p-type silicon Fabry-Perot layers. Fabrication, characterization, and applications in biosensing.</a> J. Am. Chem. Soc. 120 (46), 12108(1998).</li>
<li>Orosco, M. M., Pacholski, C., Miskelly, G. M., Sailor, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein-coated+porous+silicon+photonic+crystals+for+amplified+optical+detection+of+protease+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Protein-coated porous silicon photonic crystals for amplified optical detection of protease activity.</a> Adv. Mater. 18, 1393(2006).</li>
<li>Pacholski, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biosensing+using+porous+silicon+double-layer+interferometers%3A+reflective+interferometric+Fourier+transform+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Biosensing using porous silicon double-layer interferometers: reflective interferometric Fourier transform spectroscopy.</a> J. Am. Chem. Soc. 127 (33), 11636(2005).</li>
<li>Pacholski, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflective+Interferometric+Fourier+Transform+Spectroscopy%3A+A+Self-Compensating+Label-Free+Immunosensor+Using+Double-layers+of+Porous+SiO2%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Reflective Interferometric Fourier Transform Spectroscopy: A Self-Compensating Label-Free Immunosensor Using Double-layers of Porous SiO2.</a> J. Am. Chem. Soc. 128, 4250(2006).</li>
<li>Sailor, M. J., Link, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smart+Dust%3A+nanostructured+devices+in+a+grain+of+sand%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Comm%22%5BJournal%5D)">Smart Dust: nanostructured devices in a grain of sand.</a> Chem. Comm. , 1375(2005).</li>
<li>Schwartz, M. P., Alvarez, S. D., Sailor, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+SiO2+interferometric+biosensor+for+quantitative+determination+of+protein+interactions%3A+Binding+of+protein+a+to+immunoglobulins+derived+from+different+species%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Porous SiO2 interferometric biosensor for quantitative determination of protein interactions: Binding of protein a to immunoglobulins derived from different species.</a> Anal. Chem. 79 (1), 327(2007).</li>
<li>Schwartz, M. ichaelP., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+smart+petri+dish%3A+A+nanostructured+photonic+crystal+for+real-time+monitoring+of+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">The smart petri dish: A nanostructured photonic crystal for real-time monitoring of living cells.</a> Langmuir. 22, 7084(2006).</li>
<li>Stewart, M. P., Buriak, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+and+biological+applications+of+porous+silicon+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Chemical and biological applications of porous silicon technology.</a> Adv. Mater. 12 (12), 859(2000).</li>
<li>Zhang, D., Alocilja, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+nanoporous+silicon-based+DNA+biosensor+for+the+detection+of+Salmonella+enteritidis%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sens+J%22%5BJournal%5D)">Characterization of nanoporous silicon-based DNA biosensor for the detection of Salmonella enteritidis.</a> IEEE Sens J. 8 (5-6), 775(2008).</li>
<li>Bonanno, L. M., Segal, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+porous+silicon-polymer-based+hybrids%3A+from+biosensing+to+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Nanostructured porous silicon-polymer-based hybrids: from biosensing to drug delivery.</a> Nanomedicine. 6 (10), 1755(2011).</li>
<li>Jane, A., Dronov, R., Hodges, A., Voelcker, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+silicon+biosensors+on+the+advance%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Porous silicon biosensors on the advance.</a> Trends Biotechnol. 27 (4), 230(2009).</li>
<li>Li, S., Huang, J., Cai, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+porous+silicon+optical+microcavity+for+sensitive+bacteria+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">A porous silicon optical microcavity for sensitive bacteria detection.</a> Nanotechnology. 22 (42), 425502(2011).</li>
<li>Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Segal, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMassad-Ivanir%2C+N+%22Nano+Bio-Technology+for+Biomedical+and+Diagnostics+Research%22">Nano Bio-Technology for Biomedical and Diagnostics Research</a>. Zahavy, E., Ordentlich, A., Yitzhaki, S., Shafferman, A. 733, Springer. Netherlands. (2012).</li>
<li>Massad-Ivanir, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+Nanostructured+Porous+SiO2+Surfaces+for+Bacteria+Detection+via+%22Direct+Cell+Capture%22%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Engineering Nanostructured Porous SiO2 Surfaces for Bacteria Detection via "Direct Cell Capture".</a> Anal. Chem. 83 (9), 3282-32 (2011).</li>
<li>Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Zeidman, T., Segal, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+and+characterization+of+porous+SiO2%2Fhydrogel+hybrids+as+optical+biosensors+for+rapid+detection+of+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Construction and characterization of porous SiO2/hydrogel hybrids as optical biosensors for rapid detection of bacteria.</a> Adv Funct Mater. 20 (14), 2269-22 (2010).</li>
<li>Mathew, F. P., Alocilja, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+silicon-based+biosensor+for+pathogen+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Porous silicon-based biosensor for pathogen detection.</a> Biosens. Bioelectron. 20 (8), 1656(2005).</li>
<li>Ouyang, H., Archer, M., Fauchet, P. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOuyang%2C+H+%22Frontiers+in+Surface+Nanophotonics%22">Frontiers in Surface Nanophotonics</a>. 133, 49(2007).</li>
<li>Ouyang, H., DeLouise, L. A., Miller, B. L., Fauchet, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+quantitative+detection+of+protein+using+macroporous+silicon+photonic+bandgap+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Label-free quantitative detection of protein using macroporous silicon photonic bandgap biosensors.</a> Anal. Chem. 79 (4), 1502-15 (2007).</li>
<li>Hermanson, G. T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHermanson%2C+GT+%22Bioconjugate+Techniques%22">Bioconjugate Techniques</a>. , 1st, Academic Press. (1996).</li>
<li>Piervincenzi, R. T., Reichert, W. M., Hellinga, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+engineering+of+a+single-chain+antibody+fragment+for+surface+immobilization+in+an+optical+biosensor%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Genetic engineering of a single-chain antibody fragment for surface immobilization in an optical biosensor.</a> Biosensors and Bioelectronics. 13 (3-4), 305(1998).</li>
<li>Saerens, D., Huang, L., Bonroy, K., Muyldermans, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antibody+Fragments+as+Probe+in+Biosensor+Development%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Antibody Fragments as Probe in Biosensor Development.</a> Sensors. 8 (8), 4669(2008).</li>
<li>Shtenberg, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Picking+up+the+Pieces%3A+A+Generic+Porous+Si+Biosensor+for+Probing+the+Proteolytic+Products+of+Enzymes%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Picking up the Pieces: A Generic Porous Si Biosensor for Probing the Proteolytic Products of Enzymes.</a> Anal. Chem. 85 (3), 1951(2013).</li>
<li>Bonanno, L. M., DeLouise, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Steric+Crowding+Effects+on+Target+Detection+in+an+Affinity+Biosensor%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Steric Crowding Effects on Target Detection in an Affinity Biosensor.</a> Langmuir. 23 (10), 5817(2007).</li>
<li>Banada, P. P., Bhunia, A. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBanada%2C+PP+%22Principles+of+Bacterial+Detection%3A+Biosensors%2C+Recognition+Receptors+and+Microsystems%22">Principles of Bacterial Detection: Biosensors, Recognition Receptors and Microsystems</a>. Mohammed, E., Zourob, S., Turner, A. P. F. , Springer. 567(2008).</li>
<li>Poma, A., Whitcombe, M., Piletsky, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPoma%2C+A+%22Designing+receptores+for+the+next+generation+of+biosensors%22">Designing receptores for the next generation of biosensors</a>. Whitcombe, M. J., Piletsky, S. A. , Springer. 105(2013).</li>
<li>Dudak, F. C., Boyaci, I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+an+immunosensor+based+on+surface+plasmon+resonance+for+enumeration+of+Escherichia+coli+in+water+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Food+Res.+Int%22%5BJournal%5D)">Development of an immunosensor based on surface plasmon resonance for enumeration of Escherichia coli in water samples.</a> Food Res. Int. 40 (7), 803(2007).</li>
<li>Dudak, F. C., Boyaci, I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+and+label-free+bacteria+detection+by+surface+plasmon+resonance+%28SPR%29+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechn+J%22%5BJournal%5D)">Rapid and label-free bacteria detection by surface plasmon resonance (SPR) biosensors.</a> Biotechn J. 4 (7), 1003(2009).</li>
<li>Skottrup, P. D., Nicolaisen, M., Justesen, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+on-site+pathogen+detection+using+antibody-based+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Towards on-site pathogen detection using antibody-based sensors.</a> Biosens. Bioelectron. 24 (3), 339(2008).</li>
<li>Taylor, A. D., Ladd, J., Homola, J., Jiang, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTaylor%2C+AD+%22Principles+of+Bacterial+Detection%3A+Biosensors%2C+Recognition+Receptors+and+Microsystems%22">Principles of Bacterial Detection: Biosensors, Recognition Receptors and Microsystems</a>. , Springer. 83(2008).</li>
</ol>

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.

Een label-vrije optische immunosensor, gebaseerd op een PSiO 2 nanostructuur (a Fabry-Perot dunne film) wordt vervaardigd, en de mogelijke toepasbaarheid als biosensor bacteriën detectie bevestigd. Wijzigingen en probleemoplossing Een van de grootste problemen bij het ​​ontwerpen van een immunosensor is de gevoeligheid van antilichamen tegen ongewenste conformatie veranderingen ondergaan tijdens de depositie en patroonvorming op het vaste substraat, wat k...

Vroege en nauwkeurige identificatie van pathogene bacteriën is van groot belang voor de veiligheid van voedsel en water, milieu-monitoring, en point-of-care diagnostiek 1. Als traditionele microbiologie technieken zijn tijdrovend, arbeidsintensief, en niet de mogelijkheid om micro-organismen te detecteren in &quot;real-time&quot; of buiten het laboratorium omgeving worden biosensoren evolueren om deze uitdagingen 2-5 te voldoen. In de afgelopen jaren, poreus Si (PSI) is ontstaan ​​als een veelbelovend platform voor het ontwerpen van sensoren en biosensoren 6-20. De afgelopen tien jaar tal van studies met betrekking tot overheidsinformatie gebaseerde optische sensoren en biosensoren werden gepubliceerd 21,22. De nanogestructureerde pSi laag wordt meestal vervaardigd door elektrochemische anodische ets van een monokristallijn Si wafer. De resulterende PSI nanomaterialen vertonen vele voordelige kenmerken, zoals grote oppervlak en vrij volume, poriegrootten die worden gecontroleerd en afstembare optimaalcal eigenschappen 10,16. De optische eigenschappen van de PSI-laag, zoals fotoluminescentie 8,11 en wit licht-reflectie gebaseerde interferometrie 7,19, worden sterk beïnvloed door omgevingsfactoren. Vangst van gasmoleculen / doelanalyten binnen de poreuze laag resulteert in een verandering van de gemiddelde brekingsindex van de film, waargenomen als een modulatie in het fotoluminescentiespectrum of golflengteverschuiving in de reflectie spectrum 10. Hoewel de overgrote innovatie in pSi optische biosensor technologie, zijn er slechts enkele meldingen op overheidsinformatie gebaseerde platforms voor bacteriën detectie 6,8,20,23-29. Bovendien zijn de meeste van deze proof-of-concept studies hebben &quot;indirecte&quot; bacteriën die aangetoond. Aldus wordt meestal vooraf lysis van de cellen nodig is om de beoogde eiwit / DNA-fragmenten, kenmerkend voor de bestudeerde bacteriën 29 extraheren. Onze aanpak is om de doelbacteriën direct vast te leggencellen op de PSI-biosensor. Daarom zijn monoklonale antilichamen die specifiek voor bacteriën richten zijn geïmmobiliseerd op het poreuze oppervlak. Binding van bacteriecellen via antilichaam-antigen interacties op het oppervlak van de biosensor veranderingen in de amplitude (intensiteit) van de reflectiviteit spectrum 24-26 induceren. In dit werk, doen we verslag van de bouw van een optische overheidsinformatie gebaseerde biosensor en demonstreren de toepassing ervan als een label-vrije biosensoren platform voor de detectie van Escherichia coli (E. coli) K12 bacteriën (als model micro-organisme). De bewaakte optisch signaal is het licht dat weerkaatst wordt door de PSI-nanostructuur gevolg van Fabry-Perot dunne film interferentie (Figuur 1A). Veranderingen in het licht amplitude / intensiteit gecorreleerd aan specifieke immobilisatie van het doel bacteriecellen op de biosensor oppervlak, waardoor een snelle detectie en kwantificering van de bacteriën.

<table><tbody><tr><td>Si wafer</td><td>Siltronix Corp.</td><td></td><td>Highly-B-doped, p-type, 0.0008 &Omega;-cm weerstand, &lt;100> georiënteerd</td></tr><tr><td>Aqueous HF (48%)</td><td>Merck</td><td>101513</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol absoluut</td><td>Merck</td><td>818760</td><td></td></tr><tr><td>PBS bufferoplossing (pH 7,4)</td><td></td><td></td><td>bereid door 50 mM Na2HPO4, 17 mM NaH2PO4 en 68 mM NaCl op te lossen in Milli-Q water (18,2 M&Omega;)</td></tr><tr><td>Zoutoplossing 0,85% w/v</td><td></td><td></td><td>bereid door 0,85 g NaCl op te lossen in 100 ml Milli-Q water (18,2 M&Omega;)</td></tr><tr><td>95% (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilaan (MPTS)</td><td>Sigma Aldrich Chemicals</td><td>175617</td><td></td></tr><tr><td>PEO-iodoacetyl biotin</td><td>Sigma Aldrich Chemicals</td><td>B2059</td><td></td></tr><tr><td>Streptavidine (SA)</td><td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td><td>016-000-114</td><td></td></tr><tr><td>Fluoresceïne (DTAF)-streptavidine</td><td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td><td>016-010-084</td><td></td></tr><tr><td>Biotinyleerde-konijn IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td><td>011-060-003</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescent gelabelde anti-konijn IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td><td>111-095-003</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescent gelabelde anti-muis IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td><td>115-095-003</td><td></td></tr><tr><td>Biotinyleerde E. coli antilichaam</td><td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td><td>1007</td><td></td></tr><tr><td>E. coli (K-12)</td><td></td><td></td><td>werd vrijgevig geleverd door Prof. Sima Yaron, Technion</td></tr></tbody></table>

optische detectie van e. coli bacteriën door mesoporous silicon biosensoren

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

<html> A-label-free optische biosensor gebaseerd op een nanogestructureerde poreuze Si is ontworpen voor een snelle capture en detectie van Escherichia coli K12 bacteriën, als model micro-organisme. De biosensor gebaseerd op directe binding van de doelbacteriën cellen op het oppervlak, terwijl er geen voorbehandeling (bijvoorbeeld door cellysis) van de onderzochte steekproef is vereist. Een mesoporeuze Si dunne film wordt gebruikt als de optische omzetter onderdeel van de biosensor. Onder wit licht verlichting, de poreuze laag geeft goed opgelost Fabry-Perot franje patronen in de reflectiviteit spectrum. Toepassing van een snelle Fourier transformatie (FFT) om reflectievermogengegevens resulteert in een enkele piek. Veranderingen in de intensiteit van de FFT piek bewaakt. Aldus doelbacteriën vangen op de biosensor oppervlak, door middel van antilichaam-antigen interacties induceert meetbare veranderingen in de intensiteit van de FFT pieken, waardoor een &#39;real time&#39; observatie bacteriën bevestiging. nt &#39;&gt; De mesoporeuze Si film, vervaardigd door een elektrochemische anodisatie proces wordt geconjugeerd met monoklonale antilichamen specifiek voor de doelbacteriën. de immobilisatie, immunoactiviteit en specificiteit van de antilichamen worden bevestigd door fluorescentie labeling experimenten. Nadat de biosensor is blootgesteld aan de doelbacteriën, worden de cellen direct gevangen op het antilichaam gemodificeerde poreuze Si oppervlak. Deze specifieke vastleggen van gebeurtenissen resulteren in intensiteit veranderingen in de dunne-film optische interferentie spectrum van de biosensor. We tonen aan dat deze biosensoren relatief lage concentraties kan detecteren bacteriën (detectie maximaal aantal 10 4 cellen / ml) in minder dan een uur.

Geoxideerd psi (PSiO 2) films worden bereid zoals beschreven in de sectie protocol tekst. Figuur 1B toont een hoge-resolutie scanning electron micrograaf van het resulterende PSi film na thermische oxidatie. De PSiO 2 laag wordt gekenmerkt door goed gedefinieerde cilindrische poriën met een diameter in het bereik van 30-80 nm. Het monoklonale antilichaam (IgG) moleculen geënt op de PSiO 2 oppervlakken met een gevestigde silaneren technologie ...

A-label-free optische biosensor voor de snelle detectie van bacteriën wordt geïntroduceerd. De biosensor is gebaseerd op een nanogestructureerde poreuze Si, die is ontworpen om direct vastleggen van de doelbacteriën cellen op het oppervlak. Wij gebruiken monoklonale antilichamen geïmmobiliseerd op de poreuze transducer als capture probes. Onze studies tonen de toepasselijkheid van deze biosensoren voor de detectie van lage bacteriële concentraties binnen enkele minuten zonder voorafgaande monster verwerking (zoals mobiele lysis).

Optische detectie van E. coli Bacteriën door Mesoporous Silicon biosensoren

A label-free optical biosensor based on a nanostructured porous Si is designed for rapid capture and detection of Escherichia coli K12 bacteria, as a ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om een label-vrije optische biosensor te ontwerpen voor snelle detectie van bacteriën op basis van een nanogestructureerd poreus silicium. Dit wordt bereikt door geoxideerd poreus silicium te construeren om te worden gebruikt als het optische transducerelement van de biosensor. Als tweede stap worden specifieke captuursondes, zoals antilichamen, geïmmobiliseerd op het poreuze oppervlak om het actieve component van de biosensor te vormen.Vervolgens wordt de biosensor blootgesteld aan de doelbacteriën om de bacteriecellen direct op het antilichaam te vangen. Er worden resultaten verkregen van een gemodificeerd geoxideerd poreus siliciumoppervlak die intensiteitsveranderingen in het optische interferentiespectrum van de dunne film van de biosensor laten zien. Om de aanwezigheid van de bacteriën op het oppervlak van de biosensor te bevestigen, wordt lichtmicroscopie gebruikt vanwege de bacteriecapturing.Het belangrijkste voordeel van onze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals conventionele kweek en technieken, is dat onze methode de aanwezigheid van bacteriën op een zeer snelle manier detecteert in minder dan een uur. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke uitdagingen in de milieubewaking van specifieke micro-organismen, evenals het waarborgen van water- en voedselveiligheid. Het maakt ook detectie van specifieke bacteriesoorten mogelijk in realtime en op plekken waar zorg wordt verleend. Om te beginnen worden siliciumwafers in een drie-op-een-oplossing van waterig waterstoffluoride en ethanol gedurende 30 seconden bij een constante stroomdichtheid van 385 milliampère per vierkante centimeter geëtst.Let op: waterstoffluoride is een zeer corrosief vloeibaar en moet met uiterste zorg worden behandeld. Spoel het oppervlak van de resulterende arme siliciumfilm meerdere keren met ethanol. Droog vervolgens de films onder een droge stikstofgas en oxideer vervolgens de vers geëtste poreuze siliciummonsters in een buisoven bij 800 graden Celsius gedurende een uur in omgevingslucht.Om het geoxideerde poreuze siliciummonster biofunctioneel te maken, incubeer de film eerst gedurende een uur en 95%MPTS-oplossing. Na het spoelen met tolueen, methanol en aceton, droogt u het sine-behandelde geoxideerde poreuze siliciummonster onder een droge stikstofgas. Incubeer vervolgens het sine-gemodificeerde monster in een milliliter 100 millimolair PEOI oto-acetyl biotin-oplossing gedurende 30 minuten.Spoel het resulterende biotine-behandelde monster meerdere keren met 0,1 molair fosfaatgebufferd zout of PBS-oplossing. Incubeer vervolgens het monster gedurende 30 minuten in een milliliter van 100 microgram per milliliter streptomycine-oplossing voordat het opnieuw wordt gespoeld met de PBS-oplossing meerdere keren. Incubeer vervolgens het streptavidine-gemodificeerde geoxideerde poreuze siliciummonster gedurende 30 minuten in een milliliter van 100 microgram per milliliter, biotinyleerd e coli, monoklonaal IgG-antilichaam of met 100 microgram per milliliter.Biotinyleerde konijn IgG om het scaffol fluorescent te labelen. Incubeer de IgG-gemodificeerde oppervlakken met 15 microgram per milliliter. Fluorescerende anti-konijn IgG gedurende 40 minuten.Incubeer met 15 microgram per milliliter. Fluorescerende anti-US IgG als controle. Onderzoek de monsters onder een fluorescentiemicroscoop na het spoelen van de gemodificeerde monsters met de PBS-oplossing meerdere keren.Kweek e coli K 12-bacteriën in een 10 milliliterbuis met vijf milliliters luria britani of LB-medium. Incubeer de bacteriën gedurende de nacht, schudden bij 37 graden Celsius na overnachtelijke groei. In LB-medium, lees de optische dichtheid bij een golflengte van 600 nanometer of OD 600 met behulp van een spectrofotometer om de bacterieconcentratie te bepalen.Het aantal cellen is direct evenredig met de OD 600-meting. Plaats. De IgG-gemodificeerde geoxideerde poreuze silicium scaffols en de controle. Zuivere geoxideerde poreuze siliciummonsters in een op maat gemaakte plexiglasflowcel.Fixeer de flowcel om ervoor te zorgen dat de reflectiviteit van het monster op dezelfde plek wordt gemeten tijdens alle metingen. Incubeer de monsters met de Coli K 12-suspensie gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur. Vervolgens verwijdert u de bacteriesuspensie door de cel gedurende 30 minuten met zoutoplossing te spoelen, 0,85%gewicht per volume.Bewaak de veranderingen in de reflectiviteitsgegevens gedurende het hele experiment op een CCD-spectrometer. Voer alle optische metingen uit in een waterige omgeving na het verzamelen van spectra op een CCD-spectrometer geanalyseerd door het toepassen van een snelle vierde transformatie. Bevestig tenslotte de aanwezigheid van de bacteriën op het oppervlak van de biosensor door observatie van de monsters onder een rechtopstaande lichtmicroscoop onmiddellijk na het biosensing-experiment.Hier is een hoog-resolutie scanning-elektronenmicrograaf van de poreuze siliciumfilms na thermische oxidatie. De geoxideerde poreuze siliciumlaag wordt gekenmerkt door goed gedefinieerde cilindrische poriën met een diameter in het bereik van 30 tot 80 nanometer. De aanhechting van de antilichamen aan het geoxideerde poreuze siliciumoppervlak wordt bevestigd door fluorescerende markering, gevolgd door observatie van het oppervlak onder een fluorescentiemicroscoop.Bovendien laten fluorescentiestudies karakterisering toe van de activiteit en antigene specificiteit van de op het oppervlak geïmmobiliseerde antilichamen door binding van fluorescerend gelabelde anti-konijn IgG en anti-muis IgG als controle. Ook getoond is het controle-experiment zonder IgG om bacterie-biosensing te demonstreren. Veranderingen in de amplitude of intensiteit van het licht dat wordt gereflecteerd vanuit de geoxideerde poreuze siliciumnanostructuur worden snel gemonitord voor uw transformatiespectrum van de biosensor voor en na de introductie van de e coli-bacteriën. Hierna wordt een intensiteitsdaling van zeven plus of min 1%opgenomen terwijl onbeduidende veranderingen worden waargenomen voor het ongemodificeerde geoxideerde poreuze siliciumoppervlak.Bovendien, om de aanwezigheid van gevangen cellen op het geoxideerde poreuze siliciumoppervlak te bevestigen,

optical-detection-of-e-coli-bacteria-by-mesoporous-silicon-biosensors

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Biosensoren-interface met complexe, biologische omgevingen en het uitvoeren van gerichte opsporing door het combineren van zeer gevoelige sensoren met zeer specifieke probes verbonden aan de sensor via oppervlakte modificatie. Hier tonen we het oppervlak functionalisering van silica optische sensoren met biotine met silaan koppelingsmiddelen aan de sensor en de biologische omgeving overbruggen.

Bevestiging van biologische Probes aan Silica optische biosensoren gebruik van silaan agenten

We hebben onlangs melding gemaakt van een nieuwe benadering voor het genereren van fluorogene DNAzyme probes die kan worden toegepast op het opzetten van een eenvoudige, "mix-and-lezen" TL-test voor bacteriële detectie. Deze speciale DNA probes katalyseren de splitsing van een chromofoor gemodificeerde DNA-RNA chimère substraat in aanwezigheid van ruwe extracellulaire mengsel (CEM) door een bepaald bacterie, waardoor vertaling bacteriële detectie in fluorescentiesignaal generatie. In dit...

Detectie van bacteriën met behulp van fluorogene DNAzymes

We beschrijven een elektrochemische sensor bepalingsmethode voor snelle bacteriële detectie en identificatie. De bepaling omvat een sensor-array gefunctionaliseerd met DNA oligonucleotide capture probes voor ribosomaal RNA (rRNA) species-specifieke sequenties. Sandwich hybridisatie van doelwit rRNA met de invangingsprobe en een mierikswortel peroxidase-linked DNA-oligonucleotide probe detector produceert een meetbare amperometrisch stroom.

Bacteriële Detection &amp; Identification gebruiken elektrochemische sensoren

Source: Barber, A. E., et al. Preparation and Application of a New Bacterial Biosensor for the Presumptive Detection of Gunshot Residue. J. Vis. Exp. (2019).This video demonstrates the detection of specific analytes using a bacterial biosensor. A bacterial culture carrying a plasmid with a red fluorescent protein (RFP) gene under an analyte-sensitive promoter is taken. After thoroughly wiping the test surface, a small section of the wipe is immersed in the culture and incubated. The analyte...

Detection of a Target Analyte Using a Bacterial Biosensor

This video demonstrates a technique to detect bacterial contaminants in food and water samples using nanosensors. The target pathogenic bacteria are detected through a combination of magnetic relaxation and fluorescence emission modalities.

Detecting Bacterial Contamination Using Magneto-fluorescent Nanosensors

Lytische faag biosensoren en antilichaam kralen zijn in staat onderscheid te maken tussen methicilline resistente (MRSA) en gevoelige stafylokok bacteriën. De fagen werden geïmmobiliseerd door een Langmuir-Blodgett methode op een oppervlak van een kwartskristal microbalans sensor en werkte als breed staphylococcus probes. Antilichaam kralen herkennen MRSA.

Biosensor voor de detectie van antibiotica resistente Staphylococcus bacteriën

Dit werk beschrijft een nanoimprinting lithografie methode om kwalitatief hoogwaardige sensing matrices die op het principe van buitengewone optische transmissie werken. De biosensor is lage kosten, robuust, makkelijk te gebruiken, en kan detecteren cardiale troponine ik in serum op klinisch relevante concentraties (99th percentiel cutoff ∼10-400 pg/mL, afhankelijk van de test).

Met behulp van buitengewone optische transmissie te kwantificeren cardiale Biomarkers in menselijk Serum

Het algemene doel van dit protocol is voor het synthetiseren van functionele nanosensors voor de portable, kosteneffectief en snelle detectie van specifiek gericht pathogene bacteriën door een combinatie van magnetische ontspanning en fluorescentie emissie modaliteiten.

Foodborne Pathogen Screening met behulp van Magneto-belichting fluorescerende Nanosensor: Snelle detectie van E. Coli O157:H7

Hier presenteren we een protocol voor de detectie en kwantificering van lage overvloedige molecules in complexe oplossingen met behulp van moleculaire inprenting in combinatie met een capaciteit biosensor.

Ultrasensitive detectie van Biomarkers met behulp van een moleculaire Imprinting gebaseerd capacitieve Biosensor

Dit protocol beschrijft hoe je een continuous-flow-polymeraseketensysteem bouwt op basis van een microfluïdische chip en hoe je een capillair elektroforesesysteem bouwt in het lab. Het presenteert een eenvoudige methode voor de analyse van nucleïnezuren in het laboratorium.

Amplificatie van Escherichia coli in een Continuous-Flow-PCR microfluïdische chip en de detectie ervan met een capillair elektroforesesysteem

Ontdek een labelvrije optische biosensor voor snelle detectie van E. coli-bacteriën met nanogestructureerd poreus silicium. Deze methode maakt directe bacteriële detectie mogelijk zonder voorafgaande bewerking.

Optische detectie van E. coli Bacteriën door Mesoporous Silicon biosensoren

Meer video's verkennen