의 광학 검출<em> E. 대장균</em메조 포러스 실리콘 바이오 센서에 의해> 박테리아
Summary
급속한 균 검출 용 라벨없는 광 바이오 센서가 도입된다. 바이오 센서의 표면에 직접 표적 균 세포를 포착하기 위해 디자인 된 나노 다공성 실리콘에 기반하고있다. 우리는 포획 프로브로서, 다공질 변환기에 고정화 된 모노클로 날 항체를 사용한다. 우리의 연구는 (같은 세포 용해와 같은) 더 이전의 샘플 처리와 분 이내에 낮은 세균 농도의 검출에 대해 이러한 바이오 센서의 적용 가능성을 보여줍니다.
Abstract
나노 다공성 실리콘을 기반으로하는 레이블의 광학 바이오 센서 모델 미생물로, 대장균 K12 박테리아의 빠른 캡처 및 탐지를 위해 설계되었습니다. 연구 시료 (세포 용해에 의해 예)에는 전처리가 필요하지 않습니다 동안 바이오 센서는 표면에 대상 박테리아 세포의 직접 결합에 의존하고있다. 포러스 Si 박막은 바이오 센서의 광 변환 소자로서 사용된다. 백색광 조명 아래에서, 다공성 층은 반사율 스펙트럼에서 잘 해결 페 브리 – 페로 프린지 패턴을 표시합니다. 고속 푸리에 단일 피크의 반사율 데이터 결과로 변환 (FFT)을 적용. FFT 피크의 강도의 변화는 모니터링됩니다. 따라서, 목표 세균은 항체 – 항원 상호 작용을 통해, 바이오 센서의 표면에 포착 박테리아 부속의 '실시간'관측을 허용 FFT 피크의 강도에 측정 가능한 변화를 유발한다.
NT "> 전기 화학적 양극 산화 공정에 의해 제조 된 메조 포러스 Si 막는, 목표 세균 특정 단일 클론 항체와 접합된다. 고정화 immunoactivity 및 항체의 특이성은 형광 라벨링 실험에 의해 확인된다. 바이오 센서에 노출되면 타겟 박테리아, 세포를 직접 항체 개질 다공질 실리콘 표면에 포착된다. 이들 특정 캡쳐 이벤트가 바이오 센서의 박막 광학 간섭 스펙트럼의 강도 변화의 원인. 우리는 이러한 바이오 센서 (검출 비교적 낮은 균 농도를 검출 할 수 있음을 입증 시간 미만 10 4 세포 / ml)의 제한입니다.Introduction
병원성 세균의 초기 정확한 식별은 음식과 물 안전, 환경 모니터링, 점의 배려 진단 1를 위해 매우 중요하다. 전통적인 미생물학 기술은 시간이 힘들고, 소모적이며, "실시간"또는 실험실 환경 외부 미생물을 감지하는 능력을 결여 같이, 바이오 센서는 이러한 과제 2-5을 충족하도록 진화하고있다.
최근 몇 년 동안, 다공성 실리콘 (PSI)은 센서와 바이오 센서 6-20의 디자인을위한 유망한 플랫폼으로 떠오르고있다. 지난 십 년간 PSI 기반의 광 센서 및 바이오 센서에 관한 많은 연구가 (21, 22)를 발표했다. 나노 PSI 층은 전형적으로, 단결정 실리콘 웨이퍼로부터 전기 화학적 양극 에칭에 의해 제조된다. 그 결과 PSI의 나노는 큰 표면 및 무료 볼륨으로 많은 유리한 특징을 전시, 제어 할 수있는 크기와 조정 가능한 OPTI 기공칼 속성 10,16. 이러한 광 발광 8,11과 흰색 빛의 반사율 기반의 간섭 7,19로 PSI 층의 광학적 특성은, 강력하게 환경 조건에 의해 영향을 받는다. 광 발광 스펙트럼 변조 또는 반사율 스펙트럼 (10)의 파장 변화로 관찰 필름의 평균 굴절률 변화에 다공질 층 결과 사이 숙박객 분자 / 분석 대상 물질의 캡처.
PSI 광 바이오 센서 기술의 광대 한 혁신 있지만, 박테리아 검출 6,8,20,23-29에 대한 PSI 기반 플랫폼에서만 몇 가지보고가있다. 또, 이러한 개념 증명 연구의 대부분은 "간접"균 검출을 증명하고있다. 따라서, 세포의 용해는 일반적으로 선행 연구 균 29 특성상 표적 단백질 / DNA 단편을 추출하는 것이 요구된다. 우리의 접근 방법은 직접적으로 표적 균을 포착하는 것이다PSI 바이오 센서 상에 세포. 따라서 박테리아를 대상으로 특정 단일 클론 항체는, 다공성 표면에 고정되어있다. 항체 – 항원 상호 작용을 통해, 박테리아 세포의 결합은, 바이오 센서의 표면에 반사율 스펙트럼 24-26의 진폭 (강도)의 변화를 유도한다.
이 작품에서 우리는 광학 PSI 기반의 바이오 센서의 구조에보고하고 대장균의 검출 (대장균) (모델 미생물로 사용) K12 박테리아. 모니터의 레이블이없는 바이오 센서 플랫폼으로의 응용을 보여 광 신호로 인해 페 브리 – 페로 박막 간섭 (그림 1A)에 PSI 나노 구조에서 반사 된 빛이다. 빛의 진폭 / 강도의 변화는 빠른 탐지 및 박테리아의 정량화를 허용, 바이오 센서 표면에 대상 박테리아 세포의 특정 고정 상관 관계가있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
PSiO 2 나노 구조체 (페롯 박막)에 근거 라벨없는 광 immunosensor가 제작되고, 균 검출을위한 바이오 센서로서의 적용 가능성이 확인된다.
수정 및 문제 해결
immunosensor을 설계의 주요 관심사 중 하나는 바이오 센서 감도 31,32의 감소로 이어질 수 고체 기판 상에 증착 및 패터닝 중에 바람직하지 않은 형태의 변화를 겪는 항체의 감수성이다. 이 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 이스라엘 과학 재단 (부여 번호 1118년에서 1108년까지 및 승인 번호 12분의 1,146)와 미나 크롤 기념 연구 기금에 의해 지원되었다. ES는 기꺼이 러셀 Berrie 나노 기술 연구소의 재정 지원을 인정합니다.
Materials
| Name of Reagent/Material | 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 |
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