के ऑप्टिकल पहचान<em> ई. कोली</emMesoporous सिलिकन biosensors के द्वारा> जीवाणु
Summary
तेजी से बैक्टीरिया का पता लगाने के लिए एक लेबल से मुक्त ऑप्टिकल biosensor शुरू की है. biosensor सीधे उसकी सतह पर लक्ष्य बैक्टीरिया की कोशिकाओं पर कब्जा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो एक nanostructured झरझरा सी, पर आधारित है. हम पर कब्जा जांच के रूप में, झरझरा ट्रांसड्यूसर पर immobilized मोनोक्लोनल एंटीबॉडी, का उपयोग करें. हमारे अध्ययन (जैसे सेल के रूप में) कोई पूर्व नमूना प्रसंस्करण के साथ मिनट के भीतर कम बैक्टीरियल सांद्रता का पता लगाने के लिए इन biosensors की प्रयोज्यता प्रदर्शित करता है.
Abstract
एक nanostructured झरझरा सी के आधार पर एक लेबल से मुक्त ऑप्टिकल biosensor एक मॉडल सूक्ष्मजीव के रूप में, Escherichia कोलाई K12 बैक्टीरिया के तेजी पकड़ने और पता लगाने के लिए बनाया गया है. अध्ययन नमूना के (सेल द्वारा जैसे) कोई pretreatment की आवश्यकता है, जबकि biosensor, इसकी सतह पर लक्ष्य बैक्टीरिया कोशिकाओं के प्रत्यक्ष बंधन पर निर्भर करता है. एक mesoporous पतली सी फिल्म biosensor का ऑप्टिकल ट्रांसड्यूसर तत्व के रूप में प्रयोग किया जाता है. सफेद रोशनी रोशनी के तहत, झरझरा परत अपनी परावर्तन स्पेक्ट्रम में अच्छी तरह से हल फेब्री Perot फ्रिंज पैटर्न प्रदर्शित करता है. एक तेजी से फूरियर एक भी शिखर में परावर्तन डेटा परिणाम के लिए (FFT) को बदलने लागू. FFT शिखर की तीव्रता में परिवर्तन निगरानी कर रहे हैं. इस प्रकार, लक्ष्य बैक्टीरिया, एंटीबॉडी प्रतिजन बातचीत के माध्यम से, biosensor सतह पर कब्जा बैक्टीरिया लगाव की एक 'वास्तविक समय' अवलोकन के लिए अनुमति FFT चोटियों की तीव्रता में औसत दर्जे का परिवर्तन, लाती है.
NT "> एक विद्युत anodization प्रक्रिया द्वारा गढ़े mesoporous सी फिल्म, लक्ष्य बैक्टीरिया को विशिष्ट मोनोक्लोनल एंटीबॉडी, साथ संयुग्मित है. स्थिरीकरण, immunoactivity और एंटीबॉडी की विशिष्टता फ्लोरोसेंट लेबलिंग प्रयोगों द्वारा पुष्टि कर रहे हैं. biosensor के संपर्क में है एक बार लक्ष्य बैक्टीरिया, कोशिकाओं सीधे एंटीबॉडी संशोधित झरझरा सी सतह पर कब्जा कर रहे हैं. इन विशिष्ट कैप्चरिंग की घटनाओं biosensor की पतली फिल्म ऑप्टिकल हस्तक्षेप स्पेक्ट्रम में तीव्रता परिवर्तन में परिणाम. हम इन biosensors (पता लगाने अपेक्षाकृत कम बैक्टीरिया सांद्रता का पता लगा सकता प्रदर्शित एक घंटे से भी कम समय में 10 4 कोशिकाओं / एमएल) की सीमा.Introduction
रोगजनक बैक्टीरिया की प्रारंभिक और सटीक पहचान भोजन और पानी की सुरक्षा, पर्यावरण निगरानी, और बिंदु का ध्यान निदान 1 के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है. पारंपरिक सूक्ष्म जीव विज्ञान तकनीक समय श्रमसाध्य, उपभोग कर रहे हैं, और "वास्तविक समय" में या प्रयोगशाला वातावरण के बाहर सूक्ष्मजीवों का पता लगाने की क्षमता की कमी के रूप में, biosensors इन चुनौतियों 2-5 से मिलने के लिए विकसित हो रहे हैं.
हाल के वर्षों में, झरझरा सी (साई) और सेंसरों biosensors 6-20 के डिजाइन के लिए एक आशाजनक मंच के रूप में उभरा है. पिछले दशक के दौरान साई आधारित ऑप्टिकल सेंसर और biosensors के संबंध में कई अध्ययनों 21,22 प्रकाशित किए गए थे. nanostructured साई परत आम तौर पर एक एकल क्रिस्टल सी वफ़र से विद्युत anodic नक़्क़ाशी द्वारा निर्मित है. परिणामस्वरूप साई nanomaterials के ऐसे बड़े सतह और फ्री मात्रा के रूप में कई लाभप्रद विशेषताओं, प्रदर्शन, नियंत्रित किया जा सकता है कि आकार और tunable OPTI ताकनासीएएल गुण 10,16. ऐसे photoluminescence 8,11 और सफेद प्रकाश reflectance आधारित इंटरफेरोमेट्री 7,19 के रूप में साई परत, ऑप्टिकल संपत्तियों, दृढ़ता से पर्यावरण की स्थिति से प्रभावित हैं. Photoluminescence स्पेक्ट्रम में एक मॉडुलन के रूप में या परावर्तन स्पेक्ट्रम 10 में एक तरंग दैर्ध्य बदलाव के रूप में मनाया फिल्म के औसत अपवर्तनांक में एक परिवर्तन में झरझरा परत परिणामों के भीतर अणुओं अतिथि / लक्ष्य analytes की कैद.
साई ऑप्टिकल biosensor प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में विशाल नवाचार हालांकि, बैक्टीरिया का पता लगाने 6,8,20,23-29 के लिए साई आधारित प्लेटफॉर्म पर ही कुछ खबरें हैं. इसके अलावा, इन सबूत की अवधारणा अध्ययन के सबसे "अप्रत्यक्ष" बैक्टीरिया का पता लगाने का प्रदर्शन किया है. इस प्रकार, कोशिकाओं की आम तौर पर पूर्व सेल अध्ययन बैक्टीरिया 29 के लिए विशिष्ट लक्षित प्रोटीन / डीएनए टुकड़े, निकालने के लिए आवश्यक है. हमारा दृष्टिकोण सीधे लक्ष्य बैक्टीरिया पर कब्जा करने के लिए हैसाई biosensor पर कोशिकाओं. इसलिए, बैक्टीरिया लक्ष्य के लिए विशिष्ट हैं जो मोनोक्लोनल एंटीबॉडी, झरझरा सतह पर स्थिर रहे हैं. एंटीबॉडी प्रतिजन बातचीत के माध्यम से, बैक्टीरिया की कोशिकाओं की बाइंडिंग, biosensor की सतह पर परावर्तन स्पेक्ट्रम 24-26 के आयाम (तीव्रता) में परिवर्तन प्रेरित.
इस काम में, हम एक ऑप्टिकल साई आधारित biosensor के निर्माण पर रिपोर्ट और Escherichia कोलाई का पता लगाने (ई. कोलाई) (एक मॉडल सूक्ष्मजीव के रूप में इस्तेमाल) K12 बैक्टीरिया. नजर रखी के लिए एक लेबल से मुक्त biosensing मंच के रूप में अपने आवेदन प्रदर्शन ऑप्टिकल संकेत के कारण फेब्री Perot पतली फिल्म हस्तक्षेप (चित्रा 1 ए) के लिए साई nanostructure से परिलक्षित प्रकाश है. प्रकाश आयाम / तीव्रता में परिवर्तन तेजी से पता लगाने और बैक्टीरिया की मात्रा का ठहराव के लिए अनुमति देता है, biosensor सतह पर लक्ष्य बैक्टीरिया की कोशिकाओं के विशिष्ट स्थिरीकरण के लिए सहसंबद्ध होते हैं.
Protocol
Representative Results
Discussion
एक PSiO 2 nanostructure (एक फेब्री Perot पतली फिल्म) पर आधारित एक लेबल से मुक्त ऑप्टिकल immunosensor, गढ़े है, और बैक्टीरिया का पता लगाने के लिए एक biosensor के रूप में अपनी क्षमता प्रयोज्यता की पुष्टि की है.
संशोधन और निव…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम इसराइल विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान सं 1118-1108 और अनुदान सं 1146-1112) और मिन्ना Kroll मेमोरियल रिसर्च फंड ने सहारा दिया. ते कृतज्ञता रसेल Berrie नैनो संस्थान की वित्तीय सहायता मानता है.
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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