Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Optisk detektering av 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

En etikett-fri optisk biosensor för snabb bakteriedetektering införs. Biosensorn är baserad på en nanostrukturerad porösa Si, som är utformad för att direkt fånga målbakterien cellerna på dess yta. Vi använder monoklonala antikroppar, immobiliserade på det porösa transduktor, såsom infångningsproberna. Våra studier visar att tillämpningen av dessa biosensorer för detektion av låga bakteriehalter inom några minuter utan tidigare prov behandling (t.ex. cell-lys).

Abstract

En etikett-fri optisk biosensor baserad på en nanostrukturerade porösa Si är utformad för snabb uppsamling och detektion av Escherichia coli K12-bakterier, som en modell mikroorganism. Biosensorn förlitar sig på direkt bindning av målbakterien celler på sin yta, medan ingen förbehandling (t.ex. genom cellys) av den studerade provet krävs. En mesoporöst Si tunn film används som det optiska omvandlingselementet hos biosensorn. Under vitt ljus belysning, visar det porösa lagret väl löst Fabry-Perot fransmönster i sin reflektionsspektrum. Tillämpa en snabb Fouriertransform (FFT) till reflexionsuppgifter ger en enkel topp. Förändringar i intensiteten för den FFT peak övervakas. Således målbakterien fånga på biosensorytan, genom antikropp-antigen interaktioner, inducerar mätbara förändringar i intensiteten i FFT toppar, vilket möjliggör en "realtid" observation av bakterier fastsättning.

nt "> Den mesoporösa Si-film, tillverkad genom en elektrokemisk anodisering process, konjugeras med monoklonala antikroppar, specifika för målbakterierna. Immobiliseringen, immunoactivity och specificitet antikropparna bekräftas av fluorescerande märkningsexperiment. När Biosensor är utsatt för målbakterier cellerna direkt fångas upp på antikroppsmodifierade porösa Si-yta. Dessa specifika fångar händelser resulterar i intensitetsförändringar i tunnfilms optisk interferens spektrumet av biosensorn. Vi visar att dessa biosensorer kan detektera relativt låga bakteriehalter (detektions gräns på 10 4 celler / ml) i mindre än en timme.

Introduction

Tidig och korrekt identifiering av patogena bakterier är oerhört viktigt för livsmedels-och vattensäkerhet, miljöövervakning, och point-of-care diagnostik 1. Som traditionell mikrobiologi tekniker är tidskrävande, mödosam, och saknar förmågan att detektera mikroorganismer i "realtid" eller utanför laboratoriemiljö, är biosensorer utvecklas för att möta dessa utmaningar 2-5.

Under de senaste åren har porös Si (PSI) vuxit fram som en lovande plattform för konstruktion av sensorer och biosensorer 6-20. Under det senaste årtiondet många studier kring PSI-baserade optiska sensorer och biosensorer publicerades 21,22. Den nanostrukturerade PSi Skiktet är normalt tillverkas genom elektrokemisk anodisk etsning från en enda kristall Si wafer. De resulte PSI nanomaterial uppvisar många fördelaktiga egenskaper, såsom stor yta och fri volym, por storlekar som kan styras och avstämbara optiniska egenskaper 10,16. De optiska egenskaperna av PSI skiktet, såsom fotoluminescens 8,11 och vitt ljusreflektion baserad interferometri 7,19, påverkas starkt av miljöförhållanden. Avskiljning av gästmolekyler / målanalyter inom det porösa skiktet resulterar i en förändring i den genomsnittliga brytningsindexet hos filmen, observeras som en modulering i fotoluminiscensspektrum eller som en våglängdsförskjutning i reflektiviteten spektrum 10.

Trots den stora innovationen i psi optisk biosensorteknologi, det finns bara några få rapporter om PSI-baserade plattformar för bakterier upptäckt 6,8,20,23-29. Dessutom har de flesta av dessa proof-of-concept studier har visat "indirekt" bakterier upptäckt. Sålunda är i allmänhet före lys av cellerna som krävs för att extrahera de riktade protein / DNA-fragment, karakteristiska för de studerade bakterier 29. Vår inställning är att direkt fånga målbakterienceller på Psi biosensor. Därför är monoklonala antikroppar, som är specifika för målbakteriema, immobiliserad på den porösa ytan. Bindning av bakterieceller, via antikropp-antigen-interaktioner på ytan av biosensorn inducera förändringar i amplituden (intensitet) av reflektiviteten spektrum 24-26.

I detta arbete, vi rapportera om att bygga en optisk PSi baserad biosensor och visa sin ansökan som en etikett-fri biosensing plattform för upptäckt av Escherichia coli (E. coli) K12 bakterier (som används som modell mikroorganism). Den övervakade optisk signal är det ljus som reflekteras från PSi nanostruktur på grund av Fabry-Perot tunn film interferens (Figur 1A). Förändringar i ljus amplitud / intensitet korreleras till specifik immobilisering av målbakterien celler på biosensorytan, vilket möjliggör snabb detektion och kvantifiering av bakterierna.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Beredning av oxiderade porösa SiO 2

  1. Etch Si wafers (enkelsidigt polerade på <100> ytan och kraftigt dopad, p-typ, 0,0008 Ω · cm) i en 3:01 (v / v) lösning av vattenhaltig HF och absolut etanol under 30 sek vid en konstant ström täthet av 385 mA / cm 2. Observera att HF är en starkt frätande vätska, och det bör hanteras med stor försiktighet.
  2. Skölj ytan av den resulterande porösa Si (PSI) film med absolut etanol flera gånger, torka filmerna under torr kvävgas.
  3. Oxidera färska etsade PSI prover i ett rör ugn vid 800 ° C under 1 timme i luften (placera provet i ugnen vid rumstemperatur, värm ugnen till 800 ° C, lämna i ugnen i 1 timme, stäng av ugnen och avlägsnande av proverna från ugnen endast vid rumstemperatur).

2. Biofunctionalization av PSiO 2 Ställningar

  1. Inkubera en oxiderad PSi (PSIO 2) provet under 1 h, merkaptopropyl (trimetoxisilan-3) 95% (MPTS)-lösning (108 mM i toluen).
  2. Skölj silanbehandlad PSiO två prov med toluen, metanol och aceton; torr under torr kvävgas.
  3. Inkubera silanmodifierad PSiO två prov under 30 min i 1 ml av 100 mM PEO-jodacetyl biotin-lösning.
  4. Skölj biotin-behandlade PSiO två prov med 0,1 M fosfatbuffrad saltlösning (PBS)-lösning ett flertal gånger.
  5. Inkubera biotin-modifierade PSiO två prov under 30 min i 1 ml av 100 | ig / ml streptavidin (SA)-lösning.
  6. Skölj SA-behandlade PSiO 2 prov med 0,1 M PBS-lösning flera gånger.
  7. Inkubera resulte SA-modifierad PSiO 2 prov i 30 minuter i 1 ml 100 mikrogram / ​​ml biotinylerad E. coli-monoklonal antikropp (immunoglobulin G, IgG)-lösning eller med 100 ug / ml biotinylerat-kanin-IgG (som en modell för en monoklonal antikropp).

3. Fluorescerande märkning och fluorescensmikroskopi

  1. Inkubera IgG-modifierade ytor med 15 | ig / ml fluorescein (FITC) märkt anti-kanin-IgG under 40 min och med 15 ^ g / ml fluorescein (FITC) märkt anti-mus-IgG som kontroll.
  2. Skölj de modifierade prover med 0,1 M PBS-lösning flera gånger.
  3. Undersök proverna enligt ett fluorescensmikroskop.

4. Bakteriekultur

  1. Odla E. coli K12-bakterier i ett 10 ml rör med 5 ml Luria-Bertani (LB)-medium (medium kompositionen i en liter avjoniserat vatten: 5 g NaCl, 5 g jästextrakt och 10 g trypton). Inkubera bakterierna över natten under skakning vid 37 ° C.
  2. Övervaka bakterier koncentrationen genom att läsa den optiska densiteten (OD) vid en våglängd av 600 nm. Efter odling över natten i LB-medium, läsa OD 600 med hjälp av en spektrofotometer för att bestämma bakteriekoncentrationen. Antalet celler är ödesdigractly proportionell mot OD 600 mätningar (en OD 600 = 10 8 celler / ml).

5. Bakterier Sensing

  1. Placera IgG-modifierade PSiO 2 och snyggt PSiO 2 (som kontroll) prover i en skräddarsydd plexiglas flödescell. Fäst flödescellen för att säkerställa att provet reflektivitet mäts på samma ställe under alla mätningar.
  2. Inkubera proverna med E. coli K12-suspension (10 4 celler / ml) under 30 min vid rumstemperatur. Avlägsna därefter bakteriesuspensionen genom att spola cellen med 0,85% vikt / vol saltlösning under 30 min.
  3. Övervaka förändringar i reflektivitetsnivån uppgifter under hela experimentet. Alla optiska mätningar behöver utföras i en vattenbaserad miljö. Spectra bör insamlas med användning av en CCD-spektrometer och analyserades genom att tillämpa snabb Fouriertransform (FFT), såsom tidigare beskrivits 25,26.
  4. Bekräfta närvaron av bakterierna påbiosensorytan, genom observation av proverna under en upprätt ljusmikroskop omedelbart efter biosensing experimentet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Oxiderat psi (PSiO 2) filmer framställes såsom beskrivits i texten avsnitt protokoll. Figur 1B visar en högupplösande svepelektronmikroskopbild av det resulterande PSi filmen efter termisk oxidation. Den PSiO två skikt kännetecknas av väl definierade cylindriska porer med en diameter i intervallet från 30 till 80 nm.

Den monoklonala antikroppen (IgG)-molekyler är ympade på de PSiO två ytor genom användning av en väletablerad silanisering teknik i kombination med en biotin-SA-systemet. Den detaljerade syntesschema skisseras i figur 2. För det första är den termiskt oxiderade ytan silaniserad av MPTS, vilket resulterar i en tiol-silaniserad yta (figur 2c). I nästa steg bringas den aktiverade ytan inkuberas med en SH-reaktiv biotin länkmolekyler (figur 2D), följt av fastsättning av de SA-proteiner till det biotin-modifierade ytan via biotin-SA broar (figur 2e). Det sista steget i den funktionalisering av biosensorytan innefattar biokonjugering av biotinylerade monoklonala antikroppar till SA (figur 2f).

Fastsättningen av de antikroppar mot PSiO 2 yta bekräftas av fluorescensmärkning, följt av observation av ytan under ett fluorescensmikroskop. Dessutom fluorescens studier tillåter oss att karakterisera aktiviteten och antigena specificiteten hos de yt-immobiliserade antikroppar (kanin IgG), genom bindning av fluorescensmärkta anti-kanin IgG och anti-mus-IgG som kontroll. Figur 3 sammanfattar resultaten av dessa experiment .

För att påvisa bakterier biosensing har vi använt en specifik E. coli IgG istället för modell IgG (kanin IgG). Återigen, är strategin att följa förändringar i amplitud (intensitet) av ljuset reflekteras från PSiO 2 nanostructure. Under sensor experimenten, är biosensorer fast i en flödescell för att säkerställa att provet reflektivitet mäts på samma ställe under alla mätningar. Hela experimentet utföres i våt miljö och provet reflexionsspektrum övervakas kontinuerligt. De biosensorer är utsatta för E. coli K12-suspension (10 4 celler / ml) under 30 minuter, varefter en buffertlösning används för att tvätta biosensorytan (för avlägsnande av obundna bakterier). En FFT-spektrum hos biosensor före och efter införandet av den E. coli-bakterier (10 4 celler / ml) visas i fig 4a (överst). Sålunda efter exponering för E. coli-bakterier (och efterföljande sköljsteg) en intensitet minskning med 7 ± 1% registreras, medan obetydliga förändringar (mindre än 0,5% minskning i FFT intensitet) observeras för den omodifierade PSiO 2 yta (figur 4b, överst). Dessutom i order för att bekräfta förekomsten av infångade celler på PSiO 2 yta, är biosensorer observeras under ett ljusmikroskop direkt efter slutförandet av biosensing experimentet. Figur 4a (nederst) visar immobiliserade bakterieceller på biosensorytan, medan inga celler observeras på de omodifierade ytor (kontroll), se Figur 4b (botten).

Figur 1
Figur 1. (A) Typiskt reflexionsspektrum för ett typiskt Fabry-Perot PSiO 2 nanostruktur (till vänster) och motsvarande spektrum efter en snabb Fourier-transform (till höger). Positionen och storleken på den resulterande enda topp övervakas. (B) En tvärsnitts högupplösande svepelektronmikroskopbild (sekhands elektroner) av en PSiO två skikt (etsades i 30 sekunder vid 385 mA / cm 2).

Figur 2
Figur 2. Schematisk representation av syntesstegen följdes för att biofunctionalize den PSiO 2 yta med antikroppar. (A) En anodisk elektrokemisk etsning används för att bereda en PSi skiktet från en enda kristall Si wafer. (B) Den nyss-etsade provet därefter termiskt oxideras vid 800 ° C. (C) PSiO 2 yta initialt reagera med MPTS att skapa fri tiolgrupp yta (aktiverat PSiO 2 film). (D) Inkubation av den aktiverade filmen med PEO-jodoacetyl biotin att generera biotinylerad yta. (E) Inkubering av de biotinylerade surface med SA. (F) Inkubation av den modifierade ytan med biotinylerade antikroppar. Klicka här för att visa en större bild .

Figur 3
Figur 3. Resultat av fluorescensmärkningsexperiment för att bekräfta aktiviteten och antigena specificiteten hos den immobiliserade IgG. Proven observerades under ett fluorescensmikroskop vid en konstant exponeringstid. (A) komplett bioconjugation, PSiO 2 + MPTS + biotin + SA + biotinylerad-kanin-IgG och FITC-anti-kanin-IgG, (B) kontrollexperiment med FITC-anti-mus-IgG, (C) kontrollexperiment, inget IgG, PSiO 2 + MPTS + biotin + SA och FITC-anti-kanin-IgG.

Anmärkning: Dessa scheman är för illustratjon syfte som konjugering av IgG sker även inne i porerna.

Figur 4
Figur 4. E. coli biosensing experiment och motsvarande optiskt mikroskop bilder av biosensorer omedelbart efter experimenten. De biosensorer inkuberas med 10 4 celler / ml E. coli-suspensioner. Nyckel: (a) IgG-modifierad PSiO 2, (b) snyggt (omodifierade) PSiO 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En etikett-fri optisk immunosensor, baserad på en PSiO 2 nanostruktur (en Fabry-Perot-tunnfilm) är framställd, och dess potentiella användbarhet som en biosensor för bakteriedetektering bekräftas.

Ändringar och felsökning

En av de största problemen när man utformar en immunosensor är känsligheten hos antikroppar att genomgå oönskade konforma förändringar under deponering och mönstring på det fasta underlaget, vilket kan leda till en minskning av biosensorkänslighet 31,32. För att minimera detta problem, är konjugering av antikroppar mot PSiO 2 ytan sker genom biotin-SA broar. SA och biotin används vanligen i många biotekniska tillämpningar beroende på deras höga bindningsaffinitet (Kd ~ 10 -13 M). Biotin-SA länk är en av de vanligaste ämnena för receptor immobilisering praktiseras i biosensor utveckling 10,32,33,34. Tillgängligheten till de immobiliserade antikropparna kan regleras av biotin-SA reaktion som åstadkommer en flexibel koppling mellan den fasta ytan och den IgG 31,35. Sålunda PSiO två första biofunctionalized med biotin / SA för att tillåta konjugering av biotinylerade antikroppar mot nanostrukturen.

Begränsningar av tekniken

De viktigaste begränsningarna av denna biosensing system tillskrivs de använda antikropparna som bakterie fånga elementet. Som med andra immunosensorer är vi begränsade till detektion av mål som har tillgängliga antikroppar, specificiteten hos de använda antikroppar och deras stabilitet 36. Den typ av antikroppar som ska användas beror på den specifika tillämpningen och när eventuella monoklonala antikroppar är att föredra. Trots den höga graden av specificitet som monoklonala antikroppar tillhandahåller, är detekteringen av hela bakterieceller under 1000 celler / ml fortfarande en utmaning35. Dessutom bör den höga kostnaden involverad i produktionen av dessa antikroppar beaktas.

En annan begränsning är förknippad med kemisk stabilitet hos den oxiderade PSi transduktorn i korrosiva / vattenhaltiga miljöer. Även om PSiO 2 stabilitet är överlägsen i jämförelse med PSI tunna filmer, fortfarande vid genomförande lång (flera timmar) flöde experiment baslinjen drivor kan observeras 14,15,21,24. Dessutom är det gynnade att komma runt neutralt pH-värde (i intervallet 6-8) för att förhindra mekanisk instabilitet i nanostruktur.

Naturligtvis att när det handlar om riktiga livsmedel eller vattenprover, som är förorenade med bakterier, har en lämplig förbehandling process som skall beaktas innan detekteringssteget. Förbehandlingen bör utformas i enlighet med de specifika egenskaper studerade provet. Till exempel, de förberedelser som t.ex. spridning, filtrering, pH-balans, etc., skulle kunna övervägas. Dessa förbehandlingsmetoder är dock utanför ramen för detta arbete.

Betydelse avseende befintliga metoder

Hittills, upptäckt och identifiering av bakteriella föroreningar i huvudsak beroende av klassiska mikrobiologi odlingstekniker eller på snabba metoder inom mikrobiologi, såsom biokemiska kit, ELISA (enzymkopplad immunabsorberande analys) och PCR (polymerase chain reaction)-analyser 2,3. Dessa metoder är mödosam, tidskrävande och kräver flera dagar för att få resultat, alltså'' realtid'' utvärdering av vatten-och livsmedelssäkerhet förblir ogenomförbara 2,4,5. I föreliggande arbete visar vi förmågan hos PSi-baserade biosensorer för att övervinna nackdelarna med dessa tekniker. Den nuvarande biosensor möjliggör en enkel och relativt känslig detektion av bakterier via ett'' direkt cell fånga'' strategi, genom att övervaka förändringar i sitt optiska störningar spektrum. Våra preliminära resultat visar en låg detektionsgräns på 10 4 celler / ml E. coli och en snabb svarstid på flera minuter. Som jämförelse ligger i intervallet 10 2 -10 6 celler / ml 37-40 detektionsgränsen för nuvarande state-of-the-art ytplasmonresonans (SPR) biosensorer. När det gäller svarstid är vår biosensorer svar på bakterier exponering jämförbar med SPR-teknik. Sålunda är de stora styrkor av detta biosensing system är enkelheten hos analysen och snabb detektering möjliggör "realtid" identifiering av målbakterien.

Framtida applikationer

Flera metoder finns för närvarande undersöks för att förbättra detektionsgränsen och känsligheten hos biosensorn, inklusive optimering av antikroppskoncentrationen och orientering, använda antikroppsfragment i stället för hela antikroppar. Dessutom studerar vi möjligheterna av aptAmers som alternativa infångningsprober. Sammanfattningsvis, det arbete som presenteras här erbjuder en generisk biosensing plattform som kan translateras till många biosensing tillämpningar av en mängd olika mikroorganismer.

Kritiska steg i protokollet

För att uppnå optimal prestanda hos biosensor, är det mycket viktigt att bekräfta biofunctionalization av PSiO 2 ställningar (se avsnitt 3 i protokollet text, Fluorescerande märkning och fluorescensmikroskopi). Fluorescensstudier tillåter oss att bekräfta fastsättningen av antikropparna till omvandlaren (PSiO 2) yta och för att karakterisera aktiviteten och antigenspecificitet för de bifogade antikroppar, genom bindning av fluorescensmärkta anti-kanin IgG och anti-mus-IgG som kontroll .

Dessutom, för att eliminera felaktiga resultat i den optiska utläsningen, är det viktigt att på rätt skölja ytan av biosensorn följande exposure till målbakterien (för avlägsnande av bakterieceller som ospecifikt bundna eller bor på ytan) och att genomföra kontrollexperiment med snyggt PSiO 2. Betydelsen av kontrollexperiment är för att eliminera ospecifik bakterie adsorption på biosensorytan (se avsnitt 5 i protokollet text, bakterier Sensing).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av Israel Science Foundation (bidrag nr 1118-1108 och bidrag nr 1146/12) och Minna Kroll Memorial Research Fund. ES är mycket nöjd med ekonomiskt stöd från Russell Berrie Nanotechnology Institute.

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

Bioteknik analytisk kemi silikonmaterial mikrobiologi optiska material porösa Si optisk biosensor bakterier upptäckt etikett-fri biosensor nanostruktur,
Optisk detektering av<em&gt; E. coli</em&gt; Bakterier av Mesoporous Silicon Biosensors
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