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 deteksjon 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-free optisk biosensor for raske bakterier deteksjon er innført. Biosensoren er basert på en nanostrukturerte porøst Si, som er utformet til å fange opp direkte mål-bakterieceller på sin overflate. Vi benytter monoklonale antistoffer immobilisert på den porøse transduser, som fangst sonder. Våre studier demonstrerer anvendeligheten av slike biosensorer for påvisning av lave konsentrasjoner av bakterielle løpet av få minutter uten noen forutgående prøvebehandling (slik som cellelyse).

Abstract

En etikett-fri optisk biosensor basert på et nanostrukturerte porøst Si er utformet for rask lagring og påvisning av Escherichia coli K12 bakterie, som en modell mikroorganisme. Biosensoren er avhengig av direkte binding av mål-bakterieceller på sin overflate, mens ingen forbehandling (eksempel ved cellelyse) av den undersøkte prøven er nødvendig. En mesoporøst Si tynn film benyttes som den optiske transducer-element av biosensor. Under hvitt lys belysning, viser porøse laget godt løst Fabry-Perot linjemønstre i sin refleksjon spektrum. Bruk av en hurtig Fourier-transform (FFT) til refleksjon data resulterer i en enkelt topp. Endringer i intensiteten av FFT peak overvåkes. Således target bakterier fange inn på biosensor overflate, gjennom antistoff-antigen-vekselvirkninger, induserer målbare endringer i intensiteten av FFT toppene, slik at for en "sanntids" observasjon av bakterier feste.

nt "> Den mesoporøst Si film, fremstilt av en elektrokjemisk prosess anodisering, er konjugert med monoklonale antistoffer, spesifikke for mål-bakterier. Immobiliseringen, immunoactivity og spesifisitet av antistoffene blir bekreftet av fluorescerende merkingseksperimenter. Når biosensor er utsatt for mål-bakterier, blir cellene direkte tatt ut på antistoff-modifiserte, porøst Si overflate. disse spesifikke fange arrangement resultere i intensitetsendringer i den tynne filmen optisk interferens-spektrum for biosensor. Vi demonstrerer at slike biosensorer kan detektere relativt lave bakteriekonsentrasjoner (deteksjon grense på 10 4 celler / ml) på mindre enn en time.

Introduction

Tidlig og nøyaktig identifisering av sykdomsfremkallende bakterier er ekstremt viktig for mat og vann sikkerhet, miljøovervåkning, og point-of-care diagnostikk en. Som tradisjonelle mikrobiologi teknikker er tidkrevende, arbeidskrevende, og mangler evnen til å oppdage mikroorganismer i "real-time" eller utenfor laboratoriemiljø, er biosensorer utvikling for å møte disse utfordringene 2-5.

I de senere årene har porøse Si (PSI) dukket opp som en lovende plattform for design av sensorer og biosensorer 6-20. I løpet av det siste tiåret en rekke studier om PSI-baserte optiske sensorer og biosensorer ble publisert 21,22. Den nanostrukturerte psi laget er typisk fremstilt ved elektrokjemisk anodisk etsing av en enkelt-krystall Si wafer. De resulterende PSI nanomaterialer utviser mange fordelaktige egenskaper, for eksempel stor overflate og gratis volum, pore størrelser som kan kontrolleres og tunbare optical egenskaper 10,16. De optiske egenskapene av PSI-lag, for eksempel photoluminescence 8,11 og hvitt lysrefleksjon basert interferometri 7,19, er sterkt påvirket av miljøforhold. Fangst av gjestemolekyler / target analytter innenfor de porøse lag resulterer i en forandring i den gjennomsnittlige brytningsindeksen for filmen, observert som en modulasjon i photoluminescence spektrum eller som et bølgelengdeskifte i reflektivitet spektrum 10..

Selv om de aller innovasjon i PSI optisk biosensor teknologi, det er bare få rapporter om PSI-baserte plattformer for bakterier deteksjon 6,8,20,23-29. I tillegg har de fleste av disse proof-of-concept studier viste "indirekte" bakterier deteksjon. Således er generelt før lysis av cellene som kreves for å trekke ut de målrettede protein / DNA-fragmenter, karakteristiske for de studerte bakterie 29. Vår tilnærming er å direkte fange målet bakterierceller bort på Psi biosensor. Derfor er monoklonale antistoffer som er spesifikke for målet bakterier, immobilisert på den porøse overflate. Binding av bakterieceller, via antistoff-antigen-vekselvirkninger, på overflaten av en biosensor indusere endringer i amplitude (intensiteten) av reflektivitet spektrum 24-26.

I dette arbeidet, kan vi rapportere om bygging av en optisk PSI-baserte biosensor og demonstrere sin søknad som en etikett fritt biosensing plattform for påvisning av Escherichia coli (E. coli) K12 bakterier (som brukes som modell mikroorganisme). Den overvåkes optiske signalet er lyset som reflekteres fra psi nanostrukturen på grunn av Fabry-Perot-tynnfilminterferens (figur 1A). Endringer i lys amplitude / intensitet er korrelert til spesifikk immobilisering av mål-bakterieceller på biosensor overflate, noe som muliggjør hurtig påvisning og kvantifisering av bakterier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

En. Utarbeidelse av Oksidert Porøse SiO 2

  1. Etch Si wafere (enkeltside polert på <100> ansikt og sterkt dopet, p-type, 0,0008 Ω · cm) i et 03:01 (v / v) løsning av vandig HF og absolutt etanol i 30 sekunder ved en konstant strøm tetthet av 385 mA / cm 2. Vær oppmerksom på at HF ​​er en sterkt etsende væske, og det bør behandles med ekstrem forsiktighet.
  2. Skyll overflaten av det resulterende porøse Si (PSI) film med absolutt etanol flere ganger; tørke filmer under en tørr nitrogengass.
  3. Oksidere de nylig etset psi prøver i en rørovn ved 800 ° C i 1 time i luft (plasserer prøven i en ovn ved romtemperatur, oppvarme ovnen til 800 ° C, la i ovnen i 1 time, slår ovn og fjerne prøver fra ovnen bare ved værelsetemperatur).

2. Biofunctionalization av PSiO 2 Stillaser

  1. Inkuber en oksidert PSI (PSIO 2) prøve i 1 time i merkaptopropyl (trimetoksysilan-3) 95% (Mpts)-oppløsning (108 mM i toluen).
  2. Skyll silanbehandlet PSiO to sample med toluen, metanol og aceton, tørket under en tørr nitrogengass.
  3. Inkuber ved at silan-modifiserte PSiO to sample i 30 min i 1 ml 100 mM PEO-jodacetyl biotin-løsning.
  4. Skyll biotin-behandlede PSiO 2 prøve med 0,1 M fosfatbufret saltvann (PBS) oppløsning flere ganger.
  5. Inkuber biotin-modifiserte PSiO to prøven i 30 min i 1 ml 100 ug / ml streptavidin (SA)-løsning.
  6. Skyll SA-behandlede PSiO 2 prøve med 0,1 M PBS-løsning flere ganger.
  7. Inkuber resulterende SA-modifisert PSiO to sample i 30 min i 1 ml 100 ug / ml biotinylert E. coli monoklonalt antistoff (Immunoglobulin G, IgG)-løsning, eller med 100 ug / ml biotinylert kanin-IgG (som en modell for et monoklonalt antistoff).

Tre. Fluorescent Merking og fluorescens mikroskopi

  1. Inkuber IgG-modifiserte overflater med 15 ug / ml fluorescein (FITC) merket anti kanin IgG i 40 min, og med 15 ug / ml fluorescein (FITC) merket anti mus IgG som kontroll.
  2. Skyll de modifiserte prøver med 0,1 M PBS-løsning flere ganger.
  3. Undersøke prøvene under en fluorescens mikroskop.

4. Bakterier Kultur

  1. Dyrke E. coli K12 bakterier i et 10 ml rør med 5 ml Luria Bertani (LB) medium (medium komposisjon i 1 L deionisert vann: 5 g NaCl, 5 g gjærekstrakt, og 10 g trypton). Inkuber over natten bakterier risting ved 37 ° C.
  2. Overvåk bakteriekonsentrasjonen ved å avlese optisk tetthet (OD) ved en bølgelengde på 600 nm. Etter over natten veksten i LB-medium, lese OD 600 ved hjelp av et spektrofotometer for å bestemme bakteriekonsentrasjon. Antallet celler er directly proporsjonal med OD 600 målinger (1 OD 600 = 10 8 celler / ml).

5. Bakterier Sensing

  1. Plasser IgG-modifisert PSiO 2 og ryddig PSiO 2 (som kontroll) prøver i et skreddersydd Pleksiglass flyt celle. Fiks strømningscellen for å sikre at prøven reflektivitet blir målt på samme sted i alle målingene.
  2. Inkuber prøvene med E. coli K12 suspensjon (10 4 celler / ml) i 30 min ved romtemperatur. Deretter fjernes bakteriesuspensjon ved å spyle cellen med 0,85% vekt / volum saltløsning i 30 min.
  3. Overvåke endringer i refleksjon av data i hele eksperimentet. Alle optiske målinger må utføres i et vandig rundt. Spectra bør samles ved hjelp av et CCD-spektrometer og analysert ved å anvende hurtig Fourier transform (FFT), som beskrevet tidligere 25,26.
  4. Bekrefte tilstedeværelse av bakterier ibiosensor overflate, ved observasjon av prøvene i henhold til en oppreist lysmikroskop umiddelbart etter at biosensing eksperimentet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Oksidert psi (PSiO 2) filmer fremstilles som beskrevet i protokollen tekst-delen. Figur 1B viser en høy oppløsning scanning elektronmikrofotografi av det resulterende psi filmen etter termisk oksidasjon. Den PSiO to lag er preget av veldefinerte sylindriske porer med en diameter i området fra 30 til 80 nm.

Det monoklonale antistoff (IgG) molekyler er podet på de PSiO to overflater ved hjelp av en veletablert silanization teknologi kombinert med et biotin-SA-system. Den detaljerte synteseskjema er skissert i figur 2.. For det første blir den termisk oksydert overflate silanbehandlet av Mpts, noe som resulterer i en tiol-silanbehandlet overflate (figur 2c). I det følgende trinn, blir den aktiverte overflate inkubert med en SH-reaktive biotin linkermolekyler (figur 2d), etterfulgt av feste av de proteinene SA til biotin-modifiserte overflaten via biotin-SA broer (fig. 2e). Det siste trinnet i den funksjonalisering av biosensor overflate innebærer bioconjugation av biotinylerte monoklonale antistoffer til SA (figur 2f).

Festingen av antistoffer mot PSiO 2 overflate er bekreftet av fluorescerende merking etterfulgt av observasjon av overflaten under et fluorescens-mikroskop. I tillegg fluorescens studier tillate oss å karakterisere antigene aktivitet og spesifisitet av de overflate immobiliserte antistoffer (kanin IgG) ved binding av fluorescensmerket anti-kanin-IgG og anti-mus IgG som kontroll. Figur 3 oppsummerer resultatene av disse forsøk .

For å demonstrere bakterier biosensing har vi brukt en bestemt E. coli IgG i stedet for den modell IgG (kanin-IgG). Igjen er tilnærmingen til å overvåke endringer i amplitude (intensiteten) av lys som reflekteres fra PSiO 2 nanostructure. Under føle eksperimenter, er biosensorer løst i en strømningscelle, for å sikre at prøven reflektivitet blir målt på samme sted i alle målingene. Hele forsøket utføres i våte omgivelser, og prøven reflektivitet spektrum blir kontinuerlig overvåket. De biosensorer er utsatt for E. coli K12 suspensjon (10 4 celler / ml) i 30 min, hvoretter en bufferoppløsning anvendes for vasking av biosensor overflate (for fjerning av unattached bakterier). En FFT spekteret av biosensor før og etter innføringen av E. coli-bakterier (10 4 celler / ml) er vist i figur 4a (øverst). Dermed etter eksponering til E. coli-bakterier (og etterfølgende rensing trinn) en intensitet reduksjon på 7 ± 1% er registrert, mens ubetydelige forandringer (mindre enn 0,5% reduksjon i FFT intensitet) observeres for den umodifiserte overflate PSiO 2 (Figur 4b, øverst). Videre, i order for å bekrefte tilstedeværelse av celler som er tatt ut på PSiO 2-flaten, er biosensorer observert under et lysmikroskop umiddelbart etter fullførelse av biosensing eksperimentet. Figur 4a (bunn) viser immobilisert bakterieceller på biosensor overflate, mens det ikke-celler observeres på umodifiserte overflater (kontroll), se figur 4b (nederst).

Figur 1
Figur 1. (A) Typisk reflektivitet spektrum for en typisk Fabry-Perot PSiO 2 nanostrukturen (venstre) og det tilsvarende spektrum etter en rask Fourier-transformasjon (høyre). Stillingen og størrelsen av de resulterende enkelt topp, overvåkes. (B) En tverrsnitts høy oppløsning scanning elektronmikroskop (sekgående elektroner) på en PSiO to lag (etset i 30 sekunder ved 385 mA / cm 2).

Fig. 2
Figur 2. Skjematisk fremstilling av syntesefremgangsmåten følges for å biofunctionalize den PSiO 2 overflate med antistoffer. (A) En anodisk elektrokjemisk etsing blir brukt til å tilberede et psi sjikt fra en enkelt-krystall Si wafer. (B) Den fersk-etset prøven blir deretter termisk oksydert ved 800 ° C. (C) Den PSiO 2 overflate blir først omsatt med Mpts for å skape fri overflate tiolgruppe (aktivert PSiO 2-film). (D) inkubering av det aktiverte film med PEO-jodacetyl biotin å generere biotinylert overflate. (E) Inkubering av de biotinylerte surface med SA. (F) Inkubasjon av den modifiserte overflaten med biotinylerte antistoffer. Klikk her for å se større figur .

Figur 3
Figur 3. Resultater av fluorescens merkingseksperimenter for å bekrefte aktiviteten og antigene spesifisiteten av det immobiliserte IgG. Prøvene blir observert under et fluorescerende mikroskop ved en konstant eksponeringstid. (A) Fullstendig bioconjugation, PSiO 2 + Mpts + biotin + SA + biotinylert-kanin-IgG-og FITC-anti kanin IgG, (B) kontrolleksperiment med FITC-anti mus IgG, (C) kontrolleksperiment, ingen IgG, PSiO 2 + Mpts + biotin + SA og FITC-anti kanin IgG.

Merk: Disse skjemaer er for illustrertion formål som konjugering av IgG skjer også inne i porene.

Figur 4
Figur 4. E. coli biosensing eksperimenter og de ​​tilsvarende optiske mikroskopbilder av biosensorer umiddelbart etter forsøkene. biosensorer De blir inkubert med 10 4 celler / ml E. coli suspensjoner. Key: (a) IgG-modifisert PSiO 2, (b) ryddig (uendret) PSiO to.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En etikett-fri optisk immunosensor, basert på et PSiO 2 nanostrukturen (et Fabry-Perot tynn film) blir fremstilt, og dets potensielle anvendbarhet som en biosensor for deteksjon bakterier er bekreftet.

Modifikasjoner og feilsøking

Et av de store problemer ved utforming av en immunosensor er mottakelighet av antistoffer til å gjennomgå uønskede endringer i konformasjon under avsetning og mønstring på det faste substrat, noe som kan føre til en reduksjon i følsomheten biosensor 31,32. For å minimere dette problemet, er konjugering av antistoffer mot PSiO to overflaten oppnås gjennom biotin-SA broer. SA og biotin blir ofte brukt i mange bioteknologiske anvendelser på grunn av deres høye bindingsaffinitet (K d ~ 10 -13 M). Det biotin-SA kobling er en av de mest vanlige kjemi for reseptor immobilisering praktiseres i biosensor utvikling 10,32,33,34. Tilgjengeligheten av de immobiliserte antistoffene kan bli regulert av biotin-SA reaksjon som gir en fleksibel forbindelse mellom den faste overflate og IgGs 31,35. Således er PSiO to første biofunctionalized med biotin / SA for å tillate bøying av biotinylerte antistoffer mot nanostrukturen.

Begrensninger av teknikken

De viktigste begrensningene i denne biosensing ordningen tilskrives bruk antistoffer som bakterier fangst element. Som med andre immunosensors, vi er begrenset til deteksjon av mål som har tilgjengelige antistoffer, spesifisiteten av de brukte antistoffer og deres stabilitet 36.. Den type av antistoffer som skal brukes avhenger av den spesifikke anvendelse, og når det er mulig monoklonale antistoffer er foretrukket. Men til tross for den høye grad av spesifisitet som monoklonale antistoffer gir, er deteksjon av hele bakterieceller under 1000 celler / ml fremdeles en utfordring35. I tillegg bør de høye kostnadene involvert i produksjonen av disse antistoffene tas i betraktning.

En annen begrensning er forbundet med kjemisk stabilitet av den oksiderte psi transduseren i korrosive / vandige miljøer. Selv om PSiO to stabilitet er overlegen i forhold til PSI tynne filmer, fortsatt når gjennomføre lang (flere timer) flømmingseksperimenter baseline fonner kan observeres 14,15,21,24. Videre er det foretrukket å arbeide rundt nøytral pH-verdi (i størrelsesorden 6-8) for å hindre mekanisk ustabilitet av nanostrukturen.

Selvfølgelig er det ved håndtering av virkelige næringsmiddel-eller vannprøver, som er forurenset med bakterier, og har en passende forbehandling prosess som skal behandles forut for avføling trinn. Forbehandlingen må være konstruert i henhold til de spesifikke karakteristika for studerte prøve. For eksempel fremstillings-prosedyrer slik som dispersjon, filtrering, pH balanse, etc., kunne bli vurdert. Men disse forbehandling teknikker er utenfor rammen av dette arbeidet.

Betydning med hensyn til eksisterende metoder

Til dags dato, deteksjon og identifisering av bakterielle forurensninger baserer seg hovedsakelig på klassiske mikrobiologiske dyrkningsteknikk eller på hurtige teknikker innen mikrobiologi, slik som biokjemiske kits, ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay), og PCR (polymerase chain reaction)-analysene 2,3. Disse metoder er arbeidskrevende, tidkrevende og krever flere dager for å oppnå resultater, således'' sanntid'' vurdering av vann og matsikkerhet forblir unfeasible 2,4,5. I det foreliggende arbeid, viser vi evnen til Psi-baserte biosensorer for å overvinne ulempene ved disse teknikkene. Foreliggende biosensor muliggjør en enkel og forholdsvis følsomme påvisning av bakterier gjennom en'' direkte celle-fangst'' tilnærming, ved å overvåke endringer i sin optiske forstyrrelser spektrum. Våre foreløpige resultater viser en lav deteksjonsgrensen på 10 4 celler / ml E. coli og en rask responstid på flere minutter. Til sammenligning er deteksjonsgrensen på dagens state-of-the-art overflaten Plasmon resonans (SPR) biosensorer i størrelsesorden 10 2 -10 6 cellers / ml 37-40. I form av responstid, er vår biosensorer respons på bakterier eksponering sammenlignbar med SPR teknikker. Dermed har de store styrkene til denne biosensing ordningen er enkelheten i analysen og rask påvisning åpner for "real-time" identifisering av målet bakterier.

Fremtidige søknader

Flere tilnærminger for tiden blir undersøkt for å forbedre påvisningsgrensen og sensitivitet av biosensor, herunder optimalisering av antistoffkonsentrasjonen, og orientering, bruke antistoff-fragmenter i stedet for hele antistoffer. I tillegg har vi studert mulighetene for aptAmers som alternative fangst sonder. I konklusjonen, arbeidet som presenteres her gir en generisk biosensing plattform som kan oversettes til mange biosensing anvendelser av en rekke mikroorganismer.

Kritiske trinnene i protokollen

For å oppnå optimal ytelse av biosensor, er det svært viktig å bekrefte biofunctionalization av PSiO to stillasene (se punkt 3 i protokollen tekst, Fluorescent Merking og fluorescens mikroskopi). Fluorescens-studier tillate oss å bekrefte binding av antistoffene til transduseren (PSiO 2) overflate, og til å karakterisere antigene aktivitet og spesifisitet av de vedlagte antistoffer, ved binding av fluorescensmerket anti-kanin-IgG og anti-mus IgG som kontroll .

Videre, for å eliminere feilaktige resultater i den optiske avlesning, er det viktig å riktig skylle overflaten av biosensor følgende eksponeringre til målet bakterier (for fjerning av bakteriecellene som blir ikke-spesifikt bundet, eller befinner seg på overflaten), og for å utføre kontroll-eksperimenter med pen PSiO 2. Betydningen av styre eksperimentet er for eliminering av uspesifikke bakterier adsorpsjon på biosensor overflate (se seksjon 5 i protokollen tekst, bakterier Sensing).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av Israel Science Foundation (stipend nr. 1118/08 og stipend nr. 1146/12) og Minna Kroll Memorial forskningsfond. ES erkjenner takknemlig økonomisk støtte fra Russell Berrie Nanoteknologi 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

Bioteknologi analytisk kjemi silisium mikrobiologi optiske materialer Porøse Si optisk biosensor bakterier deteksjon etikett-fri biosensor nanostrukturen,
Optisk deteksjon av<em&gt; E. coli</em&gt; bakterier ved Mesoporous 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