Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Optische detectie van Published: November 20, 2013 doi: 10.3791/50805
Automatic Translation
*1, *2, 1,3
1Department of Biotechnology and Food Engineering, Technion - Israel Institute of Technology, 2The Inter-Departmental Program of Biotechnology, Technion - Israel Institute of Technology, 3The Russell Berrie Nanotechnology Institute, Technion - Israel Institute of Technology
* These authors contributed equally

Summary

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).

Abstract

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 'real time' observatie bacteriën bevestiging.

nt '> 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.

Introduction

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 "real-time" 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 "indirecte" 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Bereiding van geoxideerde poreuze SiO2

  1. Etch Si wafers (een zijde gepolijst op de <100> 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.
  2. Spoel het oppervlak van de resulterende poreuze Si (PSI) film met absolute ethanol meerdere malen, drogen de film onder een droge stikstofgas.
  3. 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).

2. Biofunctionalization van PSiO 2 Stellingen

  1. Incubeer een geoxideerde PSi (PSIO 2) monster gedurende 1 uur in mercaptopropyl (trimethoxysilane-3) 95% (MPTS) oplossing (108 mM in tolueen).
  2. Spoel de silaan behandelde PSiO 2 monster met tolueen, methanol en aceton droog onder een droge stikstofgas.
  3. Incubeer de silaan-gemodificeerde PSiO 2 monster gedurende 30 min in 1 ml 100 mM PEO-joodacetyl biotine oplossing.
  4. Spoel de biotine behandelde PSiO 2 monster met 0,1 M fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) oplossing meerdere keren.
  5. Incubeer de biotine gemodificeerde PSiO 2 monster gedurende 30 min in 1 ml van 100 ug / ml streptavidine (SA) oplossing.
  6. Spoel de SA-behandelde PSiO 2 monster met 0,1 M PBS-oplossing meerdere malen.
  7. 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).

3. Fluorescentielabelling en fluorescentiemicroscopie

  1. 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.
  2. Spoel de gemodificeerde monsters met 0,1 M PBS oplossing meerdere malen.
  3. Onderzoek de monsters onder een fluorescentiemicroscoop.

4. Bacteriën Cultuur

  1. 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.
  2. 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).

5. Bacteriën Sensing

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Bevestigen de aanwezigheid van de bacteriën op debiosensor oppervlak, door waarneming van de monsters onder een rechtopstaande lichtmicroscoop onmiddellijk na de biosensoren experiment.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 in combinatie met biotine-SA systeem. De gedetailleerde syntheseschema is geschetst in fig. 2. Eerst wordt het oppervlak thermisch geoxydeerd gesilaniseerde door MPTS, waardoor een thiol gesilaniseerde oppervlak (figuur 2c). In de volgende stap wordt de geactiveerde oppervlak geïncubeerd met een SH-reactief biotine linkermoleculen (figuur 2d), gevolgd door verbinding van de CTF eiwitten aan de biotine-gemodificeerde oppervlak via biotine-SA bruggen (figuur 2e). De laatste stap in de functionalisering van de biosensor oppervlak omvat de bioconjugation van gebiotinyleerde monoklonale antilichamen tegen de SA (figuur 2f).

De bevestiging van de antilichamen aan de PSiO 2 oppervlak wordt bevestigd door fluorescentie labeling gevolgd door waarneming van het oppervlak onder een fluorescentiemicroscoop. Bovendien fluorescentie studies kunnen we de activiteit en antigene specificiteit van het oppervlak geïmmobiliseerde antilichamen (konijn IgG) te karakteriseren door binding van fluorescent gelabeld anti-konijn IgG en anti-muis IgG als controle. Figuur 3 vat de resultaten van deze experimenten .

Om bacteriën biosensoren demonstreren hebben we een specifiek E. gebruikt coli IgG in plaats van het model IgG (konijn IgG). Ook de aanpak is om veranderingen in de amplitude (intensiteit) van het gereflecteerde licht de PSiO 2 nanostr bewakenuctuur. Tijdens de detectie experimenten worden de biosensoren bevestigd in een doorstroomcel om ervoor te zorgen dat het monster reflectiviteit gemeten op dezelfde plaats tijdens alle metingen. Het hele experiment wordt uitgevoerd in natte omgeving uitgevoerd en het monster reflectiviteit spectrum wordt continu bewaakt. De biosensoren worden blootgesteld aan E. coli K12 suspensie (10 4 cellen / ml) gedurende 30 minuten, waarna een bufferoplossing gebruikt voor het wassen van de biosensor oppervlak (voor het verwijderen van ongebonden bacteriën). Een FFT spectrum van de biosensor voor en na de introductie van de E. coli (10 4 cellen / ml) wordt getoond in figuur 4a (boven). Zo is na blootstelling aan E. coli (en naspoelen stap) een intensiteit afname van 7 ± 1% opgenomen, terwijl onbelangrijke veranderingen (minder dan 0,5% afname van de intensiteit FFT) worden waargenomen voor de ongemodificeerde PSiO 2 oppervlak (figuur 4b, geplaatst). Bovendien, in oestellen de aanwezigheid van gevangen cellen op het oppervlak 2 PSiO bevestigen worden de biosensoren waargenomen onder een lichtmicroscoop onmiddellijk na de voltooiing van het experiment biosensoren. Figuur 4a (onder) toont geïmmobiliseerde bacteriecellen op de biosensor oppervlak, maar geen cellen waargenomen de gemodificeerde oppervlakken (controle), zie figuur 4b (onder).

Figuur 1
Figuur 1. (A) Typische reflectie spectrum van een typisch Fabry-Perot PSiO 2 nanostructuur (links) en de overeenkomstige spectrum na een snelle Fourier transformatie (rechts). De positie en grootte van de resulterende enkele piek bewaakt. (B) een dwarsdoorsnede hoge resolutie scanning electronen microscoop (secsecundaire elektronen) van PSiO 2 laag (geëtst voor 30 seconden bij 385 mA / cm 2).

Figuur 2
Figuur 2. Schematische weergave van de synthesestappen gevolgd om de PSiO 2 oppervlak biofunctionalize met antilichamen. (A) een anode elektrochemisch etsen wordt gebruikt om een PSI laag van een monokristallijn Si wafer bereiden. (B) De vers-geëtste monster wordt vervolgens thermisch geoxideerd bij 800 ° C. (C) De PSiO 2 oppervlak is in eerste instantie gereageerd met MPTS aan vrije thiolgroep oppervlak (geactiveerd PSiO 2 film) te creëren. (D) Incubatie van de geactiveerde film met PEO-joodacetyl biotine gebiotinyleerd oppervlak genereren. (E) Incubatie van het gebiotinyleerde sUrface met SA. (F) Incubatie van het gemodificeerde oppervlak met gebiotinyleerde antilichamen. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

Figuur 3
Figuur 3. Resultaten van fluorescentie labeling experimenten om de activiteit en antigene specificiteit van het geïmmobiliseerde IgG bevestigen. De monsters worden bekeken onder een fluorescentiemicroscoop met een constante belichtingstijd. (A) Compleet bioconjugation, PSiO 2 + MPTS + biotine + SA + gebiotinyleerd-konijn-IgG en FITC-anti-konijn IgG; (B) controle-experiment met FITC-anti-muis IgG, (C) controle-experiment, geen IgG, PSiO 2 + MPTS + biotine + SA en FITC-anti-konijn IgG.

Opmerking: Deze schema's zijn voor illustration doeleinden conjugatie van IgG komt voor in de poriën.

Figuur 4
Figuur 4. E. coli biosensing experimenten en bijbehorende optische microscoop beelden van de biosensoren direct na de experimenten. worden de biosensoren geïncubeerd met 10 4 cellen / ml E. coli schorsingen. Legende: (a) IgG-gemodificeerde PSiO 2, (b) nette (ongewijzigde) PSiO 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 kan leiden tot een afname van de gevoeligheid biosensor 31,32. Om dit probleem te minimaliseren, wordt vervoeging van de antilichamen tegen de PSiO 2 oppervlak bereikt door biotine-SA bruggen. SA en biotine worden algemeen in vele biotechnologische toepassingen vanwege hun hoge bindingsaffiniteit (Kd ~ 10 -13 M). De biotine-SA verbinding is een van de meest voorkomende chemische receptor voor immobilisatie toegepast in biosensoren 10,32,33,34. De toegankelijkheid van de geïmmobiliseerde antilichamen kan worden geregeld door de biotine-SA reactie die een flexibele koppeling tussen het vaste oppervlak en IgGs 31,35 bepaalt. Aldus wordt de PSiO 2 eerste biofunctionalized met biotine / SA om de vervoeging van gebiotinyleerde antilichamen toestaan ​​op de nanostructuur.

Beperkingen van de techniek

De belangrijkste beperkingen van deze biosensoren regeling worden toegeschreven aan het gebruik van antilichamen als de bacteriën capture element. Zoals met andere immunosensoren, zijn we beperkt tot de opsporing van doelen die beschikbaar antilichamen, de specificiteit van de gebruikte antilichamen en hun stabiliteit 36 hebben. Het type antilichamen te gebruiken afhankelijk van de specifieke toepassing en waar mogelijk monoklonale antilichamen de voorkeur. Ondanks de hoge mate van specificiteit die monoklonale antilichamen, de detectie van hele bacteriecellen onder 1000 cellen / ml blijft een uitdaging35. Bovendien moet de hoge kosten bij de productie van deze antilichamen in aanmerking worden genomen.

Een andere beperking is geassocieerd met chemische stabiliteit van de geoxideerde PSi omzetter corrosieve / waterige milieus. Hoewel, de PSiO 2 stabiliteit is superieur in vergelijking met pSi dunne films, nog steeds toen lang uitvoeren (enkele uren) stroom experimenten basislijn afwijkingen worden waargenomen 14,15,21,24. Bovendien is het voorkeur om rond neutrale pH (in het bereik van 6-8) om mechanische instabiliteit van de nanostructuur voorkomen.

Natuurlijk dat bij die echte voedsel of watermonsters die zijn verontreinigd met bacteriën, een geschikte voorbehandeling proces voor de detectie stap worden beschouwd. De voorbehandeling moet worden ontworpen in overeenstemming met de specifieke kenmerken van de onderzochte steekproef. Bijvoorbeeld, voorbereidende procedures zoals dispersie, filtratie, pH balans, enz., kan worden overwogen. Echter, deze voorbehandeling technieken vallen buiten het bestek van dit werk.

Belang met betrekking tot de bestaande methoden

Tot op heden, detectie en identificatie van bacteriële verontreinigingen name gebaseerd op klassieke microbiologische kweektechnieken of van snelle technieken microbiologie, zoals biochemische kits, ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay), en PCR (polymerasekettingreactie) assays 2,3. Deze methoden zijn omslachtig, tijdrovend en vereisen meerdere dagen resultaten te verkrijgen, waardoor'' real time'' evaluatie water en voedselveiligheid blijven onhaalbaar 2,4,5. In het onderhavige werk, demonstreren we het vermogen van PSI-biosensoren gebaseerd op de nadelen van deze technieken te overwinnen. De onderhavige biosensor maakt een eenvoudige en relatief gevoelige detectie van bacteriën via een directe cel'''' capture benadering door het volgen veranderingen in de optische interferentie spectrum. Onze voorlopige resultaten geven een lage detectielimiet van 10 4 cellen / ml E. coli en een snelle reactietijd van enkele minuten. Ter vergelijking, de detectiegrens van de huidige state-of-the-art oppervlakte plasmon resonantie (SPR) biosensoren in het traject van 10 2 -10 6 cellen / ml 37-40. In termen van responsietijd, onze biosensoren reactie op bacteriën blootstelling vergelijkbaar met die van SPR technieken. Aldus grote sterkte van deze biosensoren regeling zijn de eenvoud van de test en snelle detectie waardoor "real-time" identificatie van de doelbacteriën.

Toekomstige toepassingen

Verschillende benaderingen worden momenteel onderzocht om de grens en gevoeligheid detectie van de biosensor, inclusief optimalisering van de antilichaamconcentratie en oriëntatie te verbeteren, gebruik antilichaamfragmenten in plaats van gehele antilichamen. Daarnaast bestuderen we de mogelijkheden van aptAmers als alternatieve vangprobes. Concluderend, de hier gepresenteerde werk geeft algemene biosensoren platform dat kan worden vertaald naar biosensing vele toepassingen van verschillende micro-organismen.

Kritische stappen in het protocol

Om een optimale prestatie van de biosensor te bereiken, is het zeer belangrijk om de biofunctionalization van de PSiO 2 steigers (zie paragraaf 3 in het protocol tekst, Fluorescerende Labeling en fluorescentie microscopie) bevestigen. De fluorescentie studies toelaten de bevestiging van de antilichamen bevestigen de transducer (PSiO 2) oppervlak en de activiteit en antigene specificiteit van de bijgevoegde antilichamen te karakteriseren, door binding van fluorescent tagged anti-konijn IgG en anti-muis IgG als controle .

Bovendien, om onjuiste resultaten voorkomen in de optische uitlezing is het essentieel om goed spoelen oppervlak van de biosensor volgende exposuopnieuw de doelbacteriën (voor het verwijderen van bacteriecellen die niet-specifiek gebonden of verblijf op het oppervlak) en controle experimenten met nette PSiO 2. Het belang van de controle-experiment is voor de eliminatie van niet-specifieke bacteriën adsorptie aan de biosensor oppervlak (zie hoofdstuk 5 in het protocol tekst, bacteriën Sensing).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Si wafer Siltronix Corp. Highly-B-doped, p-type, 0.0008 Ω-cm resistivity, <100> oriented
Aqueous HF (48%) Merck 101513
Ethanol absolute Merck 818760
PBS buffer solution (pH 7.4) prepared by dissolving 50 mM Na2HPO4, 17 mM NaH2PO4, and 68 mM NaCl in Milli-Q water (18.2 MΩ)
Saline 0.85% w/v prepared by dissolving 0.85 g NaCl in 100 ml Milli-Q water (18.2 MΩ)
95% (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTS) Sigma Aldrich Chemicals 175617
PEO-iodoacetyl biotin Sigma Aldrich Chemicals B2059
Streptavidin (SA) Jackson ImmunoResearch Labs Inc. 016-000-114
Fluorescein (DTAF)-streptavidin Jackson ImmunoResearch Labs Inc. 016-010-084
Biotinylated-rabbit IgG Jackson ImmunoResearch Labs Inc. 011-060-003
Fluorescently tagged anti-rabbit IgG Jackson ImmunoResearch Labs Inc. 111-095-003
Fluorescently tagged anti-mouse IgG Jackson ImmunoResearch Labs Inc. 115-095-003
Biotinylated E. coli antibody Jackson ImmunoResearch Labs Inc. 1007
E. coli (K-12) was generously supplied by Prof. Sima Yaron, Technion

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Biotechniek analytische chemie silicium materialen microbiologie optische materialen poreuze Si optische biosensor bacteriën detectie label-free biosensor nanostructuur,
Optische detectie van<em&gt; E. coli</em&gt; Bacteriën door Mesoporous Silicon biosensoren
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G.,… More

Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Segal, E. Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors. J. Vis. Exp. (81), e50805, doi:10.3791/50805 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter