Login processing...

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

Bioengineering

Оптический Обнаружение doi: 10.3791/50805 Published: November 20, 2013
* These authors contributed equally

Summary

Метка без оптического биосенсора для выявления быстрые бактерий вводится. Биосенсор на основе наноструктурированного пористого Si, которая предназначена для захвата непосредственно в клетки-мишени бактерий на его поверхности. Мы используем моноклональных антител, иммобилизованных на пористую преобразователя, как захвата зондов. Наши исследования показывают, применимость этих биосенсоров для обнаружения низких бактериальных концентрации в течение нескольких минут без предыдущего обработки образцов (например, лизиса клеток).

Abstract

Метка без оптического биосенсора на основе наноструктурированного пористого кремния предназначен для быстрого захвата и обнаружения кишечной палочки K12 бактерий, как модель микроорганизма. Биосенсор основан на прямое связывание клеток бактерий-мишеней на ее поверхности, в то время как не предварительной обработки (например, путем лизиса клеток) из исследуемого образца не требуется. Мезопористого Si тонкая пленка используется в качестве оптического элемента датчика биосенсора. Под освещении белым светом, пористый слой отображает хорошо решены Фабри-Перо картины полос в ее отражения спектра. Применение быстрого преобразования Фурье (FFT) с результатами данных об отражательной способности в одном пике. Изменения в интенсивности пика FFT контролируются. Таким образом, целевые бактерии захватить на поверхность биосенсора, через антиген-антитело взаимодействия, вызывает измеримые изменения в интенсивности БПФ пиков, что позволяет для «реального времени» наблюдения привязанности бактерий.

нт "> мезопористый фильм Si, сфабрикованы электрохимического процесса анодирования, сопряжена с моноклональных антител, специфичных для бактерий-мишеней. обездвиживание, immunoactivity и специфичность антител подтверждены люминесцентных экспериментов маркировки. После того, как биосенсор подвергается целевые бактерии, клетки непосредственно захвачен на антитела с модифицированной поверхностью пористого Si. Эти конкретные записи событий привести к изменениям интенсивности в интерференционной оптической тонкопленочной спектра биосенсора. Показано, что эти биосенсоры могут обнаружить концентрацию относительно низкие бактерий (обнаружение предел 10 4 клеток / мл) в менее чем за час.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Ранний и точная идентификация патогенных бактерий является чрезвычайно важным для безопасности пищевых продуктов и воды, экологический мониторинг, и точка-в-санитарной диагностики 1. Как традиционные методы микробиологии занимают много времени, трудоемкий, и не имеют способность обнаруживать микроорганизмы в "реальном времени" или вне лабораторных условиях, биосенсоры развиваются для решения этих задач 2-5.

В последние годы, пористый Si (PSI) возник как перспективной площадки для разработки датчиков и биосенсоров 6-20. За последние десять лет многочисленные исследования, касающиеся PSI на основе оптических датчиков и биосенсоров были опубликованы 21,22. Наноструктурированных PSi слой обычно изготавливают путем электрохимического анодного травления от монокристаллического пластины кремния. Полученные PSi наноматериалы проявляют многие выгодные характеристики, такие как большой поверхности и свободного объема, размеры пор, которыми можно управлять и перестраиваемый Optiческих свойств 10,16. Оптические свойства пси слоя, например, ФЛ 8,11 и белый свет отражения на основе интерферометрии 7,19, находятся под сильным влиянием условий окружающей среды. Захват гостевых молекул / целевых аналитов в пористом слоя приводит к изменению среднего показателя преломления пленки, наблюдаемого в качестве модуляции в спектре фотолюминесценции или в виде сдвига длины волны в спектре отражения 10.

Хотя подавляющее инновации в PSi технологии оптического биосенсора, есть только несколько сообщений о пси-платформ для обнаружения бактерий 6,8,20,23-29. Кроме того, большинство из этих доказательств правильности концепции исследований продемонстрировали "косвенное" обнаружение бактерий. Таким образом, как правило, до лизиса клеток требуется для извлечения целевых фрагментов белка / ДНК, характерные для исследованных бактерий 29. Наш подход заключается в непосредственно захватить целевые бактерииклетки на PSi биосенсора. Таким образом, моноклональные антитела, которые являются специфическими для целевой бактерии, обездвижены на пористой поверхности. Связывание бактериальных клеток, с помощью антиген-антитело взаимодействий, на поверхность биосенсора вызывать изменения амплитуды (интенсивность) отражательной спектра 24-26.

В этой работе мы сообщаем о строительстве оптического PSi основе биосенсора и продемонстрировать свое применение в качестве метки без биодатчиков платформы для обнаружения кишечной палочки (E.coli) K12 бактерии (используемые в качестве модельного микроорганизма). Мониторинг оптический сигнал свет, отраженный от пси наноструктуры из-за Фабри-Перо тонкопленочного помех (рис. 1А). Изменения в светло-амплитудной / интенсивности коррелируют с определенной иммобилизации клеток бактерий-мишеней на поверхность биосенсора, что позволяет для быстрого обнаружения и определения количества бактерий.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Подготовка окисленного пористого SiO 2

  1. Травления Si пластин (одной боковой отполирован с <100> поверхности и сильно легированного, р-типа, 0,0008 Ω · см) в 3:1 (объем / объем) раствор водного HF и абсолютного этанола в течение 30 сек при постоянном токе плотность 385 мА / см 2. Пожалуйста, обратите внимание, что ВЧ является весьма агрессивная жидкость, и это должны быть обработаны с особой осторожностью.
  2. Промыть поверхность полученного пористого Si (PSI) пленки с абсолютным этанолом несколько раз; сухой пленки под сухим азотом.
  3. Окисления свежих выгравированные образцы PSI в трубчатой ​​печи при 800 ° С в течение 1 часа в атмосферном воздухе (поместите образец в печи при комнатной температуре, разжечь печь до 800 ° С, оставить в печи в течение 1 часа, выключите печи и удалить образцы из печи только при комнатной температуре).

2. Biofunctionalization из PSIO 2 Строительные леса

  1. Выдержите окисленного PSi (PSIO 2) образец в течение 1 часа в меркаптопропил триметоксисилан (С-3) 95% (MPTS) раствора (108 мМ в толуоле).
  2. Промыть силана обработанных PSIO 2 образца с толуолом, метанола и ацетона; сушили под сухим азотом.
  3. Инкубируйте модифицированного силаном PSIO 2 образец в течение 30 мин в 1 мл 100 мМ ПЭО-иодоацетил раствора биотина.
  4. Промыть биотин-обработанных PSIO 2 образца с 0,1 М фосфатным буферным физиологическим раствором (PBS) в несколько раз.
  5. Инкубируйте биотин-модифицированный PSIO 2 образец в течение 30 мин в 1 мл 100 мкг / мл стрептавидин раствора (SA).
  6. Промойте SA-обработанную PSIO 2 образца с 0,1 М PBS решения в несколько раз.
  7. Инкубировать в результате SA-модифицированный PSIO 2 образец в течение 30 мин в 1 мл 100 мкг / мл биотинилированного Е. Раствор палочка моноклональное антитело (иммуноглобулин G, IgG) или с 100 мкг / мл биотинилированного IgG кролика (в качестве модели для моноклонального антитела).

3. Флуоресцентная маркировка и флуоресцентной микроскопии

  1. Инкубируйте IgG-модифицированных поверхностей с 15 мкг / мл флуоресцеин (FITC) меченый анти IgG кролика в течение 40 мин и с 15 мкг / мл флуоресцеин (FITC) меченый анти IgG мыши в качестве контроля.
  2. Промыть измененные образцы с 0,1 М PBS решения в несколько раз.
  3. Изучите образцы под флуоресцентным микроскопом.

4. Бактерии Культура

  1. Развивайте E. E.coli К12 бактерии в 10 мл пробирку с 5 мл Луриа Бертани (LB) среды (состав среды в 1 л деионизированной воды: 5 г NaCl, 5 г дрожжевого экстракта и 10 г триптона). Выдержите бактерии ночь встряхивании при 37 ° C.
  2. Контролируйте концентрацию бактерий, читая оптическую плотность (OD) при длине волны 600 нм. После ночного роста в LB среде, читать OD 600 с использованием спектрофотометра для определения концентрации бактерий. Число клеток является очень тяжелымctly пропорциональны OD 600 измерений (1 OD 600 = 10 8 клеток / мл).

5. Бактерии зондирования

  1. Поместите IgG-модифицированный PSIO 2 и аккуратный PSIO 2 (в качестве контроля) образцов в заказ проточную ячейку оргстекла. Закрепить проточную кювету для того, чтобы образец отражательная способность измеряют в том же месте во время всех измерений.
  2. Инкубируйте образцы с E. палочки K12 подвеска (10 4 клеток / мл) в течение 30 мин при комнатной температуре. Затем удалить суспензию бактерий путем промывки клетки с 0,85% вес / объем физиологического раствора в течение 30 мин.
  3. Монитор изменения в данных отражательной в течение всего эксперимента. Все оптические измерения должны быть проведены в водном окружении. Спектры должны быть собраны с использованием CCD-спектрометра и анализировали с применением быстрого преобразования Фурье (FFT), как описано ранее 25,26.
  4. Подтвердите наличие бактерий набиосенсора поверхность, при наблюдении образцов вертикальном под световым микроскопом сразу после эксперимента биодатчиков.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Окисленный дюйм (PSIO 2) пленки получают, как описано в разделе Текст протокола. Фиг.1В показана с высоким разрешением сканирующего электронного микроскопа в результате PSi пленки после термического окисления. Слой PSIO 2 характеризуется четко определенных цилиндрических пор с диаметром в диапазоне 30-80 нм.

Моноклональное антитело (IgG) молекулы привитых на PSIO 2 поверхностей с использованием хорошо установленных силанизация технологии в сочетании с системой биотин-SA. Подробная схема синтеза описана на рисунке 2. Во-первых, термически окисленного поверхность силанизированный по MPTS, в результате чего тиол-силанизированный поверхности (рис. 2в). На следующем этапе, активированной поверхности инкубируют с SH-реактивного молекул биотина линкера (рис. 2d), а затем присоединение белков к SA биотин-модифицированной поверхностью через биотин-SA мостов (рис. 2е). Последним шагом в функционализации поверхности биосенсора включает биоконъюгации биотинилированных моноклональных антител к С. А. (рис. 2f).

Прикрепление антител к поверхности PSIO 2 подтверждается флуоресцентного мечения с последующим наблюдением поверхности под флуоресцентным микроскопом. Кроме того, флуоресцентные исследования позволяют охарактеризовать активность и антигенную специфичность поверхностно-иммобилизованные антитела (IgG кролика) путем связывания флуоресцентно меченый анти-кроличьего IgG и анти-IgG мыши в качестве контроля. Рисунок 3 приведены результаты этих экспериментов .

Для того чтобы продемонстрировать бактерий биодатчиков мы использовали специфический E. палочка IgG вместо модель IgG (IgG кролика). Опять же, этот подход является для мониторинга изменения амплитуды (интенсивности) свет, отраженный от PSIO 2 nanostructure. В ходе экспериментов зондирования, биосенсоры фиксируются в проточную ячейку для того, чтобы гарантировать, что образец отражения измеряется на том же месте в течение всех измерений. Весь эксперимент проводится во влажной среде и отражательная спектр образец непрерывно контролируется. Биосенсоры подвергаются Е. палочки K12 подвеска (10 4 клеток / мл) в течение 30 мин, после чего буферный раствор, используемый для промыва поверхность биосенсора (для удаления неприкрепленных бактерий). FFT спектр биосенсора до и после введения E. бактерии кишечной палочки (10 4 клеток / мл) показан на рисунке 4а (вверху). Таким образом, после воздействия Е. бактерии кишечной палочки (и последующий этап промывки) снижение интенсивности 7 ± 1% записывается, а незначительные изменения (менее 0,5% уменьшение интенсивности БПФ) наблюдаются для неизмененном PSIO 2 поверхности (рис. 4б, вверху). Кроме того, в оRDER, чтобы подтвердить наличие захваченных клеток на поверхность PSIO 2, биосенсоры наблюдали под световым микроскопом сразу после завершения эксперимента биодатчиков. фиг.4А (внизу) отображает иммобилизованные клетки бактерий на поверхности биосенсора, в то время как клетки не наблюдаются на немодифицированных поверхностей (контроля); см. рисунок 4б (внизу).

Рисунок 1
Рисунок 1. (A) Типичный спектр отражения типичной Фабри-Перо PSIO 2 наноструктуры (слева) и соответствующего спектра следующем быстрого преобразования Фурье (справа). Положение и величина результирующего единственного пика контролируются. (B) поперечное сечение с высоким разрешением сканирующего электронного микроскопа (секвторичные электроны) из PSIO 2 слоя (травления в течение 30 сек при 385 мА / см 2).

Рисунок 2
Рисунок 2. Схематическое изображение стадий синтеза следовать, чтобы biofunctionalize поверхность PSIO 2 с антителами. (А) анодного электрохимического травления используется для подготовки пси слой из монокристаллического пластины кремния. (Б) недавно травлению Затем образец термически окисленного при 800 ° С. (В) Поверхность PSIO 2 изначально взаимодействию с MPTS создать бесплатный тиоловую группу поверхность (активированный PSIO 2 фильма). (Г) Инкубация активированного пленки с ПЭО-иодоацетил биотина, чтобы генерировать биотинилированного поверхность. (Е) Инкубация биотинилированных сПоверхность с SA. (Е) Инкубация модифицированной поверхности с биотинилированными антителами. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 3
Рисунок 3. Результаты экспериментов флуоресценции маркировки для подтверждения активности и антигенную специфичность иммобилизованным IgG. Образцы наблюдали под флуоресцентным микроскопом при постоянной времени экспозиции. (A) Вся биоконъюгации, PSIO 2 + MPTS + биотин + SA + биотинилировали-кролик-IgG и FITC-анти кролика IgG; (B) контрольный эксперимент с FITC-анти IgG мыши; (С) контрольный эксперимент, нет IgG, PSIO 2 + MPTS + биотин + SA и FITC-анти кролика IgG.

Примечание: Эти схемы являются для иллюстраторовионные цели только как сопряжения IgG также происходит внутри пор.

Рисунок 4
Рисунок 4. Е. палочки биодатчиков эксперименты и соответствующие оптическим микроскопом образы биосенсоров сразу после экспериментов. Эти биосенсоры инкубируют с 10 4 клеток / мл Е. палочки суспензий. Ключ: (а) изменение IgG-PSIO 2, (б) в чистом виде (немодифицированного) PSIO 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Метка свободного оптического иммуносенсор, на основе PSIO 2 наноструктуры (тонкая пленка Фабри-Перо) изготовлен, и его потенциал применимость в качестве биосенсора для обнаружения бактерий подтверждается.

Изменения и устранение неисправностей

Одна из основных проблем при разработке иммуносенсора восприимчивость антител к претерпевать нежелательные изменения конформации при осаждении и паттерна на твердом субстрате, что может привести к снижению чувствительности биосенсора 31,32. Чтобы минимизировать эту проблему, сопряжения антител к поверхности PSIO 2 осуществляется через биотин-SA мостов. SA и биотин широко используются во многих биотехнологических приложений из-за их высокой сродством (KD ~ 10 -13 М). Ссылка биотин-SA является одним из наиболее распространенных химических для иммобилизации рецептора практикуется в развитии биосенсора 10,32,33,34. Доступность иммобилизованными антителами может регулироваться реакции биотин-SA, которая обеспечивает гибкую связь между твердой поверхностью и IgGs 31,35. Таким образом, PSIO 2 сначала biofunctionalized с биотин / SA, чтобы сопряжение биотинилированными антителами на наноструктуры.

Ограничения технике

Основные ограничения этой схемы биодатчиков относятся к использованию антител в качестве элемента захвата бактерий. Как с другими иммуносенсоров, мы ограничены обнаружения целей, которые имеются в наличии номера антитела, специфичность используемых антител и их устойчивость 36. Тип антител, которые будут использоваться, зависит от конкретного применения и когда предпочтительны моноклональные антитела возможных. Тем не менее, несмотря на высокую степень специфичности, что моноклональные антитела обеспечения, обнаружение целых бактериальных клеток ниже 1000 клеток / мл по-прежнему актуальна35. Кроме того, высокая стоимость, участвующих в производстве этих антител должны быть приняты во внимание.

Другое ограничение связано с химической стабильности окисленного PSi датчика в агрессивных водных средах /. Хотя, стабильность PSIO 2 превосходит по сравнению с PSi тонких пленок, по-прежнему при проведении долго (несколько часов) эксперименты потока базовые сугробы могут наблюдаться 14,15,21,24. Кроме того, он выступает, чтобы обойти нейтральном рН (в диапазоне 6-8), чтобы предотвратить механической нестабильности наноструктуры.

Конечно, что при работе с реальными пищевых проб воды, или, которые, загрязненных бактериями, соответствующий процесс предварительной обработки должен быть рассмотрен до стадии зондирования. Предварительная обработка должна быть разработана в соответствии с конкретными характеристиками исследуемого образца. Например, процедуры подготовки, такие как дисперсии, фильтрации, рН бакопье и т. д., могут быть рассмотрены. Однако эти предварительной обработки методы выходит за рамки данной работы.

Значение по отношению к существующим методам

На сегодняшний день обнаружения и идентификации бактериальных загрязнений в основном полагаться на классических методов микробиологии культивирования или на быстрых методов в микробиологии, например, биохимических наборов, ELISA (твердофазного иммуноферментного анализа) и ПЦР (полимеразная цепная реакция) анализах 2,3. Эти методы являются трудоемкими, отнимает много времени и требует несколько дней для получения результатов, что'' в режиме реального времени'' оценку воды и безопасности пищевых продуктов остаются неосуществимой 2,4,5. В настоящей работе мы демонстрируем возможность пси-основе биосенсоров для преодоления недостатков этих методов. В настоящем биосенсор позволяет простым и относительно чувствительного обнаружения бактерий через'' прямой'' захвата клеток подхода, путем мониторинга изменений в его опческой помехи спектр. Наши предварительные результаты отображения низкий предел обнаружения 10 4 клеток / мл Е. палочка и быстрое время отклика в несколько минут. Для сравнения, предел обнаружения текущего государством в самых современных поверхностного плазмонного резонанса (SPR) биосенсоров находится в диапазоне от 10 2 -10 6 клеток / мл 37-40. С точки зрения времени отклика, наша биосенсоры ответ на воздействие бактерий сравнима с SPR методов. Таким образом, основные преимущества этой схемы биодатчиков являются простота анализа и быстрого обнаружения, позволяющей "в режиме реального времени" идентификации бактерий-мишеней.

Будущие приложения

Несколько подходов в настоящее время исследуются улучшить предел обнаружения и чувствительность биосенсора, в том числе оптимизации концентрации антител и ориентации, использовать фрагменты антител вместо целых антител. Кроме того, мы изучаем потенциал склонныамеры как альтернативных датчиков захвата. В заключение работы представлены здесь предоставляет общий биодатчиков платформу, которая может быть переведена на многие биодатчиков приложений различных микроорганизмов.

Критические шаги в протоколе

Для достижения оптимальной производительности биосенсора, очень важно, чтобы подтвердить biofunctionalization из PSIO 2 лесов (см. раздел 3 в тексте протокола, флуоресцентных меток и флуоресцентной микроскопии). Исследования флуоресценции позволяют подтвердить прикрепление антител к преобразователю (2) PSIO поверхности и характеризовать активность и антигенную специфичность прилагаемые антител, путем связывания флуоресцентно помеченных анти-кроличьего IgG и анти-IgG мыши в качестве контроля .

Более того, с тем чтобы устранить ложные результаты в оптическом считывании, очень важно, чтобы должным образом промыть поверхность биосенсора следующей exposuповторно для целевых бактерий (для удаления клеток бактерий, которые неспецифически связанных или находящихся на поверхности) и по проведению контрольных экспериментов с аккуратным PSIO 2. Важность контрольного эксперимента для ликвидации неспецифической бактериальной адсорбции на поверхности биосенсора (см. раздел 5 в тексте протокола, бактерии Почувствовав).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют каких конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана Израильской научного фонда (грант № 1118/08 и грант № 1146/12) и Kroll исследовательского фонда Минна Мемориал. ES выражает благодарность за финансовую поддержку Рассела Berrie нанотехнологий института.

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).
Оптический Обнаружение<em&gt; Е. палочка</em&gt; Бактерии по Мезопористые Silicon биосенсоров
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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