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 påvisning af 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 etiket-fri optisk biosensor for hurtige bakterier detektion introduceres. Biosensoren er baseret på en nanostruktureret porøs Si, som er designet til direkte at fange målet bakterieceller på dens overflade. Vi anvender monoklonale antistoffer immobiliseret på den porøse transducer, som bindingsprober. Vore undersøgelser viser anvendeligheden af ​​disse biosensorer til påvisning af lave bakterielle koncentrationer inden for få minutter uden forudgående forarbejdning prøve (såsom cellelysis).

Abstract

En etiket-fri optisk biosensor baseret på en nanostruktureret porøs Si er designet til hurtig opsamling og påvisning af Escherichia coli K12 bakterier, som en model mikroorganisme. Biosensoren afhængig direkte binding af target bakteriecellerne på dens overflade, mens ingen forbehandling (f.eks cellelysis), i den undersøgte prøve er påkrævet. Et mesoporøst Si tynd film anvendes som optiske transducer element i biosensoren. Under hvidt lys belysning, viser det porøse lag vel løst Fabry-Perot fringe mønstre i sin refleksionsevne spektrum. Anvendelse af en hurtig Fourier transformation (FFT) til reflektivitet data resulterer i en enkelt top. Ændringer i intensiteten af ​​FFT peak overvåges. Således målbakterier fange på biosensoroverfladen gennem antistof-antigen interaktioner inducerer målbare ændringer i intensiteten af ​​FFT toppe, giver mulighed for en "real time" observation af bakterier vedhæftet fil.

nt "> mesoporøse Si film, fremstillet ved en elektrokemisk anodiseringsproces, konjugeres med monoklonale antistoffer, der er specifikke for den pågældende bakterie. immobilisering, immunaktivitet og specificitet af antistofferne bekræftes ved fluorescerende mærkning eksperimenter. Når biosensoren er udsat for målbakterier cellerne direkte fanget på antistof-modificerede porøs Si overflade. Disse specifikke opfange begivenheder medfører intensitet ændringer i optisk interferens spektret er tynd film af biosensoren. Vi viser, at disse biosensorer kan påvise relativt lave bakteriekoncentrationer (afsløring grænse på 10 4 celler / ml) i mindre end en time.

Introduction

Tidlig og præcis identifikation af sygdomsfremkaldende bakterier er yderst vigtig for fødevare-og vandsikkerhed, miljøovervågning, og point-of-care diagnostik 1. Som traditionel mikrobiologi teknikker er tidskrævende, besværligt, og mangler evnen til at detektere mikroorganismer i "real-time" eller uden for laboratoriet miljø, er biosensorer udvikler sig til at imødekomme disse udfordringer 2-5.

I de senere år har porøs Si (PSI) dukket op som et lovende platform for udformningen af sensorer og biosensorer 6-20. Gennem det seneste årti talrige undersøgelser vedrørende PSI-baserede optiske sensorer og biosensorer blev offentliggjort 21,22. Den nanostrukturerede PSi lag fremstilles typisk ved elektrokemisk anodisk ætsning fra en enkelt krystal Si wafer. De resulterende Psi nanomaterialer udviser mange fordelagtige egenskaber, såsom stor overflade og fri volumen, pore størrelser, der kan kontrolleres og tunable optical egenskaber 10,16. De optiske egenskaber af Psi lag, såsom fotoluminescens 8,11 og hvidt lys reflektans-baserede interferometry 7,19, er stærkt påvirket af miljømæssige forhold. Opsamling af gæstemolekyler / målanalytter i de porøse lag resulterer i en ændring i det gennemsnitlige brydningsindeks af filmen, observeres som en graduering i fotoluminescens spektrum eller som en bølgelængdeforskydning i reflektionsniveauet spektrum 10.

Selv om langt innovation i PSi optisk biosensor teknologi, der er kun få rapporter om PSI-baserede platforme for bakterier afsløring 6,8,20,23-29. Desuden har de fleste af disse proof-of-concept studier har vist "indirekte" bakterier afsløring. Således er normalt, før lysis af celler kræves for at udtrække de målrettede protein / DNA-fragmenter, som er karakteristiske for de undersøgte bakterier 29. Vores tilgang er at direkte fange målbakterierneceller på PSI biosensor. Derfor er monoklonale antistoffer, som er specifikke til at målrette bakterier, immobiliseres på den porøse overflade. Binding af bakterieceller, via antistof-antigen-interaktioner på overfladen af biosensoren inducere ændringer i amplituden (intensiteten) af refleksionsevne spektrum 24-26.

I dette arbejde, rapporterer vi om opførelsen af en optisk PSi-baserede biosensor og demonstrere dens anvendelse som en etiket-fri biosensorer platform til påvisning af Escherichia coli (E. coli) K12 bakterier (bruges som model mikroorganisme). Den overvågede optiske signal er reflekteret fra PSi nanostruktur grund Fabry-Perot tynd film interferens (figur 1A) lys. Ændringer i lyset amplitude / intensitet korreleret til specifik immobilisering af target bakteriecellerne på biosensoroverfladen, giver mulighed for hurtig påvisning og kvantificering af bakterierne.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1.. Fremstilling af oxideret porøs SiO2

  1. Etch Si wafers (single side poleret på <100> ansigt og stærkt doteret P type, 0,0008 Ω · cm) i et 3:1 (v / v) opløsning af vandig HF og absolut ethanol i 30 sekunder ved en konstant strøm densitet på 385 mA / cm2. Bemærk venligst, at HF ​​er en stærkt ætsende væske, og det bør håndteres med største omhu.
  2. Skyl overfladen af ​​den resulterende porøse Si (PSI) film med absolut ethanol adskillige gange, og tør film under en tør nitrogengas.
  3. Oxidere frisk ætset PSI prøver i et rør ovn ved 800 ° C i 1 time i luften (placere prøven i ovnen ved stuetemperatur, opvarmes ovnen til 800 ° C, orlov i ovnen i 1 time, skal du slukke ovn og fjerne prøverne fra ovnen kun ved stuetemperatur).

2. Biofunctionalization af PSiO 2 Stilladser

  1. Inkubér en oxideret PSi (PSIO 2) prøve i 1 time i mercaptopropyl (trimethoxysilan-3) 95% (MPTS)-opløsning (108 mM i toluen).
  2. Skyl silan-behandlede PSiO 2 prøven med toluen, methanol og acetone; tørre under en tør nitrogengas.
  3. Inkubér silanmodificeret PSiO 2 prøven i 30 minutter i 1 ml 100 mM PEO-iodacetyl biotin løsning.
  4. Skyl biotin-behandlede PSiO 2 prøve med 0,1 M phosphatbufret saltvand (PBS) flere gange.
  5. Inkubér biotin-modificerede PSiO 2 prøven i 30 minutter i 1 ml 100 ug / ml streptavidin (SA) opløsning.
  6. Skyl SA-behandlede PSiO 2 prøve med 0,1 M PBS-opløsning adskillige gange.
  7. Inkubér resulterende SA-modificerede PSiO 2 prøven i 30 minutter i 1 ml 100 ug / ml biotinyleret E. coli monoklonalt antistof (immunoglobulin G, IgG) opløsning eller med 100 ug / ml biotinyleret kanin-IgG (som en model for et monoklonalt antistof).

3. Fluorescensmærkning og fluorescensmikroskopi

  1. Inkubér IgG modificerede overflader med 15 ug / ml fluorescein (FITC) mærket anti kanin-IgG i 40 minutter og 15 ug / ml fluorescein (FITC) mærket anti-muse-IgG som en kontrol.
  2. Skyl de ændrede prøver med 0,1 M PBS løsning flere gange.
  3. Undersøg prøverne under et fluorescens mikroskop.

4.. Bakteriekultur

  1. Dyrk E. coli K12 bakterier i et 10 ml glas med 5 ml Luria Bertani (LB) medium (medium præparat i 1 l deioniseret vand: 5 g NaCl, 5 g gærekstrakt og 10 g trypton). Inkuber bakterierne natten over under omrystning ved 37 ° C.
  2. Overvåg koncentrationen bakterier ved at læse den optiske densitet (OD) ved en bølgelængde på 600 nm. Efter vækst natten over i LB-medium, læse OD600 anvendelse af et spektrofotometer til at bestemme den bakterielle koncentration. Antallet af celler er dystrectly proportional OD 600 målinger (1 OD600 = 10 8 celler / ml).

5.. Bakterier Sensing

  1. Placer IgG-modificerede PSiO 2 og pæn PSiO 2 (som kontrol) prøver i et skræddersyet plexiglas flow celle. Fastgør flowcellen at sikre, at stikprøven refleksionsevne måles på det samme sted i alle målingerne.
  2. Inkuber prøverne med E. coli K12 suspension (10 4 celler / ml) i 30 minutter ved stuetemperatur. Derefter fjerne bakteriesuspension ved skylning af cellen med 0,85% w / v saltopløsning i 30 minutter.
  3. Overvåg ændringer i reflektivitetsdataene hele eksperimentet. Alle optiske målinger skal udføres i en vandig omgivelser. Spectra bør indsamles bruge en CCD spektrometer og analyseres ved at anvende Fast Fourier-transformation (FFT), som tidligere beskrevet 25,26.
  4. Bekræfte tilstedeværelsen af ​​bakterier påbiosensoroverfladen, ved observation af prøverne under en opretstående lysmikroskop umiddelbart efter biosensorer eksperiment.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Oxideret psi (PSiO 2) film fremstilles som beskrevet i protokol tekst afsnittet. Figur 1B viser en høj opløsning scanningselektronmikrografi af den resulterende PSi filmen efter termisk oxidation. Den PSiO 2 lag er karakteriseret ved veldefinerede cylindriske porer med en diameter i området 30-80 nm.

Det monoklonale antistof (IgG)-molekyler podes på de PSiO 2 overflader ved anvendelse af en veletableret silanisering teknologi kombineret med en biotin-SA-system. Den detaljerede synteseskema er skitseret i figur 2. Først er det termisk oxideret overflade silaniseret af MPTS, hvilket resulterer i en thiol-silaniseret overflade (figur 2c). I det følgende trin er den aktiverede overflade inkuberet med en SH-reaktivt biotin linkermolekyler (figur 2d), efterfulgt af fastgørelse af SA proteiner biotin-modificerede overflade via biotin-SA broer (fig. 2e). Det sidste trin i funktionalisering af biosensoroverfladen involverer bioconjugation af biotinylerede monoklonale antistoffer til SA (fig. 2f).

Fastgørelsen af antistoffer mod PSiO 2 overflade bekræftes ved fluorescerende mærkning efterfulgt af observation af overfladen under et fluorescensmikroskop. Desuden fluorescens undersøgelser giver os mulighed for at karakterisere aktiviteten og antigenspecificitet af de overfladeaktive immobiliserede antistoffer (kanin IgG) ved binding af fluorescens-mærkede anti-kanin-IgG og anti-muse-IgG som en kontrol. Figur 3 opsummerer resultaterne af disse eksperimenter .

For at demonstrere bakterier biosensorer har vi brugt en bestemt E. coli-IgG i stedet for modellen IgG (kanin-IgG). Igen, den tilgang er at overvåge ændringer i amplituden (intensitet) af lyset reflekteres fra PSiO 2 nanostructure. Under sensing eksperimenter, er biosensorer fastgjort i en flow-celle med henblik på at sikre, at prøven reflektans måles på samme sted i alle målinger. Hele eksperiment udføres i vådt miljø og prøven reflektivitet spektrum løbende overvåges. Biosensorer er udsat for E. coli K12 suspension (10 4 celler / ml) i 30 minutter, hvorefter en pufferopløsning benyttes til skylning biosensoroverfladen (til fjernelse af ikke-bundne bakterier). Et FFT spektrum af biosensoren før og efter indførelsen af E. coli-bakterier (10 4 celler / ml) er vist i figur 4a (øverst). Således, efter eksponering til E. coli-bakterier (og efterfølgende skylning trin) en intensitet nedgang på 7 ± 1% optages, mens ubetydelige ændringer (mindre end 0,5% fald i FFT intensitet) er observeret for den umodificerede PSiO 2 overflade (figur 4b, øverst). Endvidere i order at bekræfte tilstedeværelsen af tilfangetagne celler på PSiO 2 overflade, er biosensorer observeres under et lysmikroskop umiddelbart efter afslutningen af biosensorer eksperiment. Figur 4a (nederst) viser immobiliserede bakterier celler på biosensoroverfladen, mens ingen celler observeres på de umodificerede overflader (kontrol), se figur 4b (nederst).

Figur 1
Fig. 1. (A) Typisk reflektivitet spektrum af en typisk Fabry-Perot PSiO 2 nanostruktur (venstre) og den tilsvarende spektrum efter en hurtig Fourier-transformation (højre). Position og størrelsen af den resulterende enkelt top, der overvåges. (B) Et tværsnit høj opløsning scanningselektronmikrografi (sekdomstrinet elektroner) i en PSiO 2 lag (ætset i 30 sekunder ved 385 mA / cm 2).

Figur 2
Figur 2. Skematisk repræsentation af syntesetrin følges for at biofunctionalize den PSiO 2 overflade med antistoffer. (A) anodisk elektrokemisk ætsning anvendes til at fremstille en PSi lag fra en enkelt krystal Si wafer. (B) frisk ætset prøve derefter termisk oxideret ved 800 ° C. (C) PSiO 2 overflade indledningsvis omsættes med MPTS at skabe fri thiolgruppe overflade (aktiveret PSiO 2 film). (D) Inkubation af den aktiverede film med PEO-iodacetyl biotin at generere biotinylerede overflade. (E) Inkubation af de biotinylerede soverfladetransport med SA. (F) Inkubation af den modificerede overflade med biotinylerede antistoffer. Klik her for at se større figur .

Figur 3
Fig. 3. Resultater af fluorescensmærkning eksperimenter for at bekræfte aktivitet og antigene specificitet af det immobiliserede IgG. Prøverne observeres under et fluorescensmikroskop ved en konstant eksponeringstid. (A) Komplet bioconjugation, PSiO 2 + MPTS + biotin + SA + biotinyleret-kanin-IgG og FITC-anti kanin-IgG, (B) kontrol forsøg med FITC-anti-muse-IgG, (C) kontrolforsøg, ingen IgG, PSiO 2 + MPTS + biotin + SA og FITC-anti kanin IgG.

Bemærk: Disse skemaer er for illustration kun som konjugation af IgG forekommer også inde i porerne.

Figur 4
Figur 4.. E. coli biosensorer eksperimenter og tilsvarende optisk mikroskop billeder af biosensorer umiddelbart efter forsøgene. er biosensorer inkuberes med 10 4 celler / ml E. coli suspensioner. Nøgle: (a) IgG-modificeret PSiO 2, (b), pæn (umodificeret) PSiO 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En etiket-fri optisk immunosensor, baseret på en PSiO 2 nanostruktur (en Fabry-Perot tynd film) er fremstillet, og dets potentielle anvendelighed som en biosensor for bakterier detektion er bekræftet.

Ændringer og fejlfinding

Et af de største problemer, når designe en immunosensor er modtageligheden af antistoffer til at undergå uønskede kropsbygning ændringer under afsætning og mønster på det faste substrat, hvilket kan føre til et fald i biosensoren følsomhed 31,32. For at minimere dette problem, er konjugering af antistoffer mod PSiO 2 overflade opnås gennem biotin-SA broer. SA og biotin er almindeligt anvendt i mange bioteknologiske anvendelser på grund af deres høje bindingsaffinitet (Kd ~ 10 -13 M). Biotin-SA link er en af de mest almindelige kemier for receptor immobilisering praktiseres i biosensor udvikling 10,32,33,34. Tilgængeligheden af de immobiliserede antistoffer kan reguleres af biotin-SA reaktion, der giver en fleksibel kobling mellem den faste overflade og IgG'er 31,35. Således er PSiO 2 første biofunctionalized med biotin / SA for at tillade konjugation af biotinylerede antistoffer på nanostruktur.

Begrænsninger af teknikken

De væsentligste begrænsninger i denne biosensorer ordning er tilskrevet antistofferne bruge som bakterier capture element. Som det er med andre immunosensorer, er vi begrænset til påvisning af mål, der har tilgængelige antistoffer, specificiteten af de anvendte antistoffer og deres stabilitet 36.. Den type af antistoffer, der skal anvendes, afhænger af den specifikke anvendelse, og når eventuelle foretrækkes monoklonale antistoffer. Men på trods af den høje grad af specificitet, at monoklonale antistoffer tilvejebringer påvisningen af ​​hele bakterieceller under 1.000 celler / ml er stadig en udfordring35.. Derudover bør de høje omkostninger der er involveret i produktion af disse antistoffer tages i betragtning.

En anden begrænsning er forbundet med kemiske stabilitet af den oxiderede PSi transduceren i korrosive / vandige miljøer. Selv om PSiO 2 stabilitet er overlegen i forhold til Psi tynde film, der stadig når der udføres lang (flere timer) flow eksperimenter baseline vildfarelser kan observeres 14,15,21,24. Desuden er det foretrukket at arbejde omkring neutral pH-værdi (i intervallet 6-8) for at forhindre mekanisk ustabilitet nanostruktur.

Selvfølgelig, at når der beskæftiger sig med virkelige fødevarer eller vandprøver, som er forurenet med bakterier, en passende forbehandling proces skal overvejes før måletrinnet. Forbehandlingen bør udformes i overensstemmelse med de særlige karakteristika studerede prøve. For eksempel, forberedelsesprocedurer såsom spredning, filtrering, pH balanse osv., kunne overvejes. Men disse forbehandlingsteknikker er uden for rammerne af dette arbejde.

Betydning i forhold til de eksisterende metoder

Til dato, detektion og identifikation af bakterielle forureninger hovedsagligt på klassiske mikrobiologi dyrkningsteknikker eller på hurtige teknikker i mikrobiologi, såsom biokemiske kits, ELISA (enzymmaerket assay), og PCR (polymerase chain reaction) assays 2,3. Disse metoder er besværlig, tidskrævende og kræver flere dage at opnå resultater, og dermed'' real-time'' vurdering af vand-og fødevaresikkerhed forbliver umulig 2,4,5. I det nuværende arbejde, vi demonstrere evne PSi-baserede biosensorer at overvinde ulemperne ved disse teknikker. Den nuværende biosensor giver mulighed for en enkel og relativt følsom påvisning af bakterier via en'' direkte celleindfangning'' tilgang, ved at overvåge ændringer i sin optisk spektrum forstyrrelser. Vores foreløbige resultater viser en lav detektionsgrænse på 10 4 celler / ml E. coli, og en hurtig responstid på adskillige minutter. Til sammenligning er den grænse på nuværende state-of-the-art overflade (SPR) biosensorer afsløring er i størrelsesordenen 10 2 -10 6 cell / ml 37-40. Med hensyn til responstid, vores biosensorer reaktion på bakterier eksponering er sammenlignelig med SPR teknikker. Således er de store styrker af denne biosensorer ordning, er enkelheden i analysen og hurtig afsløring giver mulighed for "real-time" identifikation af den pågældende bakterie.

Fremtidige anvendelser

Adskillige fremgangsmåder er i øjeblikket ved at blive undersøgt for at forbedre detektionsgrænsen og følsomheden af ​​biosensoren, herunder optimering af antistofkoncentrationen og orientering, anvende antistoffragmenter stedet for hele antistoffer. Derudover er vi studerer potentialet i aptAmers som alternative indfangningsprober. Konklusionen er, at arbejdet præsenteret her tilvejebringer en generisk biosensorer platform, der kan oversættes til mange biosensorer anvendelser af en række forskellige mikroorganismer.

Kritiske trin i protokollen

For at opnå optimal ydeevne af biosensorer, er det yderst vigtigt at bekræfte biofunctionalization af PSiO 2 stilladser (se afsnit 3 i protokollen tekst, fluorescerende mærkning og fluorescensmikroskopi). Fluorescens undersøgelser giver os mulighed for at bekræfte binding af antistofferne til transduceren (PSiO 2) overflade, og at karakterisere aktiviteten og antigenspecificitet af de vedlagte antistoffer ved binding af fluorescerende mærkede anti-kanin-IgG og anti-muse-IgG som en kontrol .

Desuden, med henblik på at eliminere falske resultater i den optiske udlæsning er det vigtigt at korrekt skylle overfladen af ​​biosensoren efter exposure til den pågældende bakterie (til fjernelse af bakterier celler, der er specifikt bundne eller opholder sig på overfladen), og til at gennemføre kontrol-eksperimenter med pæn PSiO 2. Betydningen af ​​kontrol eksperiment er for fjernelse af uspecifik bakterier adsorption på biosensoroverfladen (se afsnit 5 i protokollen tekst, Bakterier Sensing).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af Israel Science Foundation (tilskud nr. 1118-1108 og tilskud nr. 1146/12) og Minna Kroll Memorial Research Fund. ES taknemmelig økonomisk støtte fra Russell Berrie Nanoteknologi Institut.

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 silicium materialer mikrobiologi optiske materialer porøse Si optisk biosensor bakterier afsløring etiket-fri biosensor nanostruktur,
Optisk påvisning af<em&gt; E. coli</em&gt; bakterier ved Mesoporøse Silicon biosensorer
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