Diese Arbeit wurde von der Israel Science Foundation (Grant No 1118-1108 und Zuschuss Nr. 1146/12) und der Minna Kroll Memorial Research Fund unterstützt. ES dankt der finanziellen Unterstützung des Russell Berrie Nanotechnology Institute.

1. Herstellung von oxidierten porösen SiO 2 <ol><li> Si-Wafer Etch (einseitig auf der &lt;100&gt;-Gesicht poliert und stark dotierten p-Typ, 0,0008 Ω · cm) in einem 3:1 (v / v) Lösung von wässrigen HF und absolutem Ethanol für 30 Sekunden bei einer konstanten Strom Dichte von 385 mA / cm 2. Bitte beachten Sie, dass HF ist eine stark ätzende Flüssigkeit, und es sollte mit äußerster Vorsicht behandelt werden. </li><li> Spülen der Oberfläche des resultierenden porösen Si (PSI)-Films mit absolutem Ethanol mehrere Male, trocknen die Filme unter einer trockenen Stickstoffgas. </li><li> Oxidieren die frisch geätzten PSi Proben in einem Rohrofen bei 800 ° C für 1 Stunde in der Luft (legen Sie die Probe in den Ofen bei Raumtemperatur zu erwärmen den Ofen auf 800 ° C, lassen im Ofen 1 Stunde, schalten Sie die Ofen und Entfernen der Proben aus dem Ofen nur bei Raumtemperatur). </li></ol> 2. Biofunktionalisierung von PSIO 2 Gerüste <ol><li> Inkubation eine oxidierte PSi (PSiO 2) Probe für 1 Stunde in mercaptopropyl (Trimethoxysilans-3) 95% (MPTS)-Lösung (108 mM in Toluol). </li><li> Mit Toluol, Methanol und Aceton gründlich Silan behandelten PSIO 2 Probe; trocken unter einer trockenen Stickstoffgas. </li><li> Inkubieren des silanmodifizierten PSIO Probe 2 für 30 min in 1 ml 100 mM PEO-Iodacetyl Biotin-Lösung. </li><li> Mit 0,1 M phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) mehrfach ausspülen Biotin behandelten PSIO 2 Probe. </li><li> Inkubieren der Biotin-modifizierte PSIO 2 Probe für 30 min in 1 ml von 100 ug / ml Streptavidin (SA)-Lösung. </li><li> Mit 0,1 M PBS-Lösung mehrmals Spülen Sie die SA-2 behandelt PSIO Probe. </li><li> Inkubieren der resultierenden SA-modifizierten PSIO 2 Probe für 30 min in 1 ml von 100 ug / ml biotinyliertem E. coli-Antikörper (Immunglobulin G, IgG)-Lösung oder mit 100 &amp;mgr; g / ml biotinyliertem Kaninchen-IgG (als ein Modell für einen monoklonalen Antikörper). </li></ol> 3. Fluoreszenzmarkierung und Fluoreszenzmikroskopie <ol><li> Inkubieren der IgG-modifizierten Oberflächen mit 15 ug / ml Fluorescein (FITC)-markierten anti-Kaninchen-IgG für 40 min und mit 15 ug / ml Fluorescein (FITC) markierten anti-Maus-IgG als Kontrolle. </li><li> Spülen Sie die modifizierten Proben mit 0,1 M PBS-Lösung mehrmals. </li><li> Untersuchen Sie die Proben unter dem Fluoreszenzmikroskop. </li></ol> 4. Bakterien Kultur <ol><li> Kultivieren Sie E. coli K12-Bakterien in einer 10-ml-Röhrchen mit 5 ml Luria-Bertani (LB)-Medium (Zusammensetzung des Mediums in 1 l deionisiertem Wasser: 5 g NaCl, 5 g Hefeextrakt und 10 g Trypton). Inkubation die Bakterien Schütteln über Nacht bei 37 ° C </li><li> Überwachung der Bakterienkonzentration durch Lesen der optischen Dichte (OD) bei einer Wellenlänge von 600 nm aufweist. Nach Wachstum über Nacht in LB-Medium, lesen Sie die OD 600 mit einem Spektralphotometer, um die Bakterienkonzentration zu bestimmen. Die Anzahl der Zellen ist schrecklichctly proportional zu der OD 600-Messungen (1 OD 600 = 10 8 Zellen / ml). </li></ol> 5. Bakterien Sensing <ol><li> Legen Sie die IgG-modifizierten PSIO 2 und ordentlich PSIO 2 (als Kontrolle) Proben in einem maßgeschneiderten Plexiglas Durchflusszelle. Die Durchflusszelle zu befestigen, um sicherzustellen, daß die Probe das Reflexionsvermögen an der gleichen Stelle während aller Messungen gemessen. </li><li> Die Proben mit E. inkubieren coli K12-Suspension (10 4 Zellen / ml) für 30 min bei Raumtemperatur. Entfernen Sie dann die Bakteriensuspension durch Spülen der Zelle mit 0,85% w / v Kochsalzlösung für 30 min. </li><li> Überwachung der Änderungen der Reflexionsgraddaten während des Experiments. Alle optischen Messungen müssen in einer wässrigen Umgebung durchgeführt werden. Spektren sollten mit einer CCD-Spektrometer gesammelt und durch Anlegen schnelle Fourier-Transformation (FFT), wie zuvor beschrieben 25,26 analysieren. </li><li> Bestätigen die Anwesenheit der Bakterien auf dieBiosensor-Oberfläche, durch Beobachtung der Proben unter einem Lichtmikroskop aufrecht unmittelbar nach der Biosensor-Experiments. </li></ol>

<ol>
	<li>Velusamy, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+overview+of+foodborne+pathogen+detection:+In+the+perspective+of+biosensors.">An overview of foodborne pathogen detection: In the perspective of biosensors.</a> Biotechnol. Adv. 28 (2), 232-23 (2010).</li><li>Doyle, M. P., Beuchat, L. R., Montville, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Food Microbiol.: Fundamentals and Front. 2, (2001).</li><li>Radke, S. M., Alocilja, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfabricated+biosensor+for+detecting+foodborne+bioterrorism+agents.">A microfabricated biosensor for detecting foodborne bioterrorism agents.</a> IEEE Sens. J. 5 (4), 744 (2005).</li><li>Glynn, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+and+emerging+molecular+diagnostic+technologies+applicable+to+bacterial+food+safety.">Current and emerging molecular diagnostic technologies applicable to bacterial food safety.</a> Int. J. of Dairy Technol. 59 (2), 126 (2006).</li><li>Leonard, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+biosensors+for+detection+of+pathogens+in+food+and+water.">Advances in biosensors for detection of pathogens in food and water.</a> Enzyme Microb. Technol. 32 (1), 3 (2003).</li><li>Alvarez, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+a+porous+silicon+photonic+crystal+for+bacterial+cell-based+biosensing.">Using a porous silicon photonic crystal for bacterial cell-based biosensing.</a> Physica Status Solidi a-Applications and Materials Science. 204 (5), 1439 (2007).</li><li>Archer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+porous+silicon+microarray+for+DNA+hybridization+detection.">Electrical porous silicon microarray for DNA hybridization detection.</a> Micro- and Nanosystems. 782, 385 (2004).</li><li>Chan, S., Horner, S. R., Fauchet, P. M., Miller, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+Gram+Negative+Bacteria+Using+Nanoscale+Silicon+Microcavities.">Identification of Gram Negative Bacteria Using Nanoscale Silicon Microcavities.</a> J. Am. Chem. Soc. 123, 11797 (2001).</li><li>Dancil, K. -. P. S., Greiner, D. P., Sailor, M. J., Canham, L. T., Sailor, M. J., Tanaka, K., Tsai, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development of a Porous Silicon Based Biosensor. 536, 557-562 (1999).</li><li>D'Auria, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+silicon-based+biosensors+for+the+selective+identification+of+analytes+of+social+interest.">Nanostructured silicon-based biosensors for the selective identification of analytes of social interest.</a> J Phys - Condens Matter. 18 (33), S2019 (2006).</li><li>de Leon, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurons+culturing+and+biophotonic+sensing+using+porous+silicon.">Neurons culturing and biophotonic sensing using porous silicon.</a> Appl Phys Lett. 84 (22), 4361 (2004).</li><li>Janshoff, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macroporous+p-type+silicon+Fabry-Perot+layers.+Fabrication,+characterization,+and+applications+in+biosensing.">Macroporous p-type silicon Fabry-Perot layers. Fabrication, characterization, and applications in biosensing.</a> J. Am. Chem. Soc. 120 (46), 12108 (1998).</li><li>Orosco, M. M., Pacholski, C., Miskelly, G. M., Sailor, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein-coated+porous+silicon+photonic+crystals+for+amplified+optical+detection+of+protease+activity.">Protein-coated porous silicon photonic crystals for amplified optical detection of protease activity.</a> Adv. Mater. 18, 1393 (2006).</li><li>Pacholski, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensing+using+porous+silicon+double-layer+interferometers:+reflective+interferometric+Fourier+transform+spectroscopy.">Biosensing using porous silicon double-layer interferometers: reflective interferometric Fourier transform spectroscopy.</a> J. Am. Chem. Soc. 127 (33), 11636 (2005).</li><li>Pacholski, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reflective+Interferometric+Fourier+Transform+Spectroscopy:+A+Self-Compensating+Label-Free+Immunosensor+Using+Double-layers+of+Porous+SiO2.">Reflective Interferometric Fourier Transform Spectroscopy: A Self-Compensating Label-Free Immunosensor Using Double-layers of Porous SiO2.</a> J. Am. Chem. Soc. 128, 4250 (2006).</li><li>Sailor, M. J., Link, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart+Dust:+nanostructured+devices+in+a+grain+of+sand.">Smart Dust: nanostructured devices in a grain of sand.</a> Chem. Comm. , 1375 (2005).</li><li>Schwartz, M. P., Alvarez, S. D., Sailor, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+SiO2+interferometric+biosensor+for+quantitative+determination+of+protein+interactions:+Binding+of+protein+a+to+immunoglobulins+derived+from+different+species.">Porous SiO2 interferometric biosensor for quantitative determination of protein interactions: Binding of protein a to immunoglobulins derived from different species.</a> Anal. Chem. 79 (1), 327 (2007).</li><li>Schwartz, M. i. c. h. a. e. l. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+smart+petri+dish:+A+nanostructured+photonic+crystal+for+real-time+monitoring+of+living+cells.">The smart petri dish: A nanostructured photonic crystal for real-time monitoring of living cells.</a> Langmuir. 22, 7084 (2006).</li><li>Stewart, M. P., Buriak, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+and+biological+applications+of+porous+silicon+technology.">Chemical and biological applications of porous silicon technology.</a> Adv. Mater. 12 (12), 859 (2000).</li><li>Zhang, D., Alocilja, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+nanoporous+silicon-based+DNA+biosensor+for+the+detection+of+Salmonella+enteritidis.">Characterization of nanoporous silicon-based DNA biosensor for the detection of Salmonella enteritidis.</a> IEEE Sens J. 8 (5-6), 775 (2008).</li><li>Bonanno, L. M., Segal, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+porous+silicon-polymer-based+hybrids:+from+biosensing+to+drug+delivery.">Nanostructured porous silicon-polymer-based hybrids: from biosensing to drug delivery.</a> Nanomedicine. 6 (10), 1755 (2011).</li><li>Jane, A., Dronov, R., Hodges, A., Voelcker, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+silicon+biosensors+on+the+advance.">Porous silicon biosensors on the advance.</a> Trends Biotechnol. 27 (4), 230 (2009).</li><li>Li, S., Huang, J., Cai, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+porous+silicon+optical+microcavity+for+sensitive+bacteria+detection.">A porous silicon optical microcavity for sensitive bacteria detection.</a> Nanotechnology. 22 (42), 425502 (2011).</li><li>Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Segal, E., Zahavy, E., Ordentlich, A., Yitzhaki, S., Shafferman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nano Bio-Technology for Biomedical and Diagnostics Research. 733, (2012).</li><li>Massad-Ivanir, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+Nanostructured+Porous+SiO2+Surfaces+for+Bacteria+Detection+via+"Direct+Cell+Capture".">Engineering Nanostructured Porous SiO2 Surfaces for Bacteria Detection via "Direct Cell Capture".</a> Anal. Chem. 83 (9), 3282-32 (2011).</li><li>Massad-Ivanir, N., Shtenberg, G., Zeidman, T., Segal, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+and+characterization+of+porous+SiO2/hydrogel+hybrids+as+optical+biosensors+for+rapid+detection+of+bacteria.">Construction and characterization of porous SiO2/hydrogel hybrids as optical biosensors for rapid detection of bacteria.</a> Adv Funct Mater. 20 (14), 2269-22 (2010).</li><li>Mathew, F. P., Alocilja, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+silicon-based+biosensor+for+pathogen+detection.">Porous silicon-based biosensor for pathogen detection.</a> Biosens. Bioelectron. 20 (8), 1656 (2005).</li><li>Ouyang, H., Archer, M., Fauchet, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Frontiers in Surface Nanophotonics. 133, 49 (2007).</li><li>Ouyang, H., DeLouise, L. A., Miller, B. L., Fauchet, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+quantitative+detection+of+protein+using+macroporous+silicon+photonic+bandgap+biosensors.">Label-free quantitative detection of protein using macroporous silicon photonic bandgap biosensors.</a> Anal. Chem. 79 (4), 1502-15 (2007).</li><li>Hermanson, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bioconjugate Techniques. , (1996).</li><li>Piervincenzi, R. T., Reichert, W. M., Hellinga, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+engineering+of+a+single-chain+antibody+fragment+for+surface+immobilization+in+an+optical+biosensor.">Genetic engineering of a single-chain antibody fragment for surface immobilization in an optical biosensor.</a> Biosensors and Bioelectronics. 13 (3-4), 305 (1998).</li><li>Saerens, D., Huang, L., Bonroy, K., Muyldermans, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antibody+Fragments+as+Probe+in+Biosensor+Development.">Antibody Fragments as Probe in Biosensor Development.</a> Sensors. 8 (8), 4669 (2008).</li><li>Shtenberg, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Picking+up+the+Pieces:+A+Generic+Porous+Si+Biosensor+for+Probing+the+Proteolytic+Products+of+Enzymes.">Picking up the Pieces: A Generic Porous Si Biosensor for Probing the Proteolytic Products of Enzymes.</a> Anal. Chem. 85 (3), 1951 (2013).</li><li>Bonanno, L. M., DeLouise, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steric+Crowding+Effects+on+Target+Detection+in+an+Affinity+Biosensor.">Steric Crowding Effects on Target Detection in an Affinity Biosensor.</a> Langmuir. 23 (10), 5817 (2007).</li><li>Banada, P. P., Bhunia, A. K., Mohammed, E., Zourob, S., Turner, A. P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Bacterial Detection: Biosensors, Recognition Receptors and Microsystems. , 567 (2008).</li><li>Poma, A., Whitcombe, M., Piletsky, S., Whitcombe, M. J., Piletsky, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Designing receptores for the next generation of biosensors. , 105 (2013).</li><li>Dudak, F. C., Boyaci, I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+an+immunosensor+based+on+surface+plasmon+resonance+for+enumeration+of+Escherichia+coli+in+water+samples.">Development of an immunosensor based on surface plasmon resonance for enumeration of Escherichia coli in water samples.</a> Food Res. Int. 40 (7), 803 (2007).</li><li>Dudak, F. C., Boyaci, I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+and+label-free+bacteria+detection+by+surface+plasmon+resonance+(SPR)+biosensors.">Rapid and label-free bacteria detection by surface plasmon resonance (SPR) biosensors.</a> Biotechn J. 4 (7), 1003 (2009).</li><li>Skottrup, P. D., Nicolaisen, M., Justesen, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+on-site+pathogen+detection+using+antibody-based+sensors.">Towards on-site pathogen detection using antibody-based sensors.</a> Biosens. Bioelectron. 24 (3), 339 (2008).</li><li>Taylor, A. D., Ladd, J., Homola, J., Jiang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Bacterial Detection: Biosensors, Recognition Receptors and Microsystems. , 83 (2008).</li></ol>

Die Autoren erklären, keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Ein Label-freien optischen Immun, basierend auf einem PSIO 2 Nanostruktur (ein Fabry-Perot-Dünnfilm) hergestellt wird, und seine potentielle Anwendbarkeit als Biosensor für Nachweis von Bakterien wird bestätigt. Änderungen und Fehlersuche Eines der Hauptprobleme bei der Entwicklung eines Immun ist die Anfälligkeit von Antikörpern gegen unerwünschte Konformationsänderungen während der Abscheidung und Musterbildung auf dem festen Substrat, das zu e...

Frühe und genaue Identifizierung von pathogenen Bakterien ist für Lebensmittel-und Wassersicherheit, Umweltüberwachung und Point-of-Care-Diagnostik ein extrem wichtig. Da die traditionellen Mikrobiologie Techniken sind zeitaufwendig, mühsam und nicht die Fähigkeit, Mikroorganismen in &quot;Echtzeit&quot; oder außerhalb der Laborumgebung zu erfassen, werden Biosensoren entwickelt, um diese Herausforderungen 5.2 erfüllen. In den letzten Jahren hat porösen Si (PSi) als vielversprechende Plattform für die Gestaltung von Sensoren und Biosensoren 6-20 entstanden. Im vergangenen Jahrzehnt zahlreiche Studien über PSi-basierte optische Sensoren und Biosensoren veröffentlicht wurden 21,22. Die nanostrukturierte Schicht PSi wird typischerweise durch elektrochemische anodische Ätzen aus einem einkristallinen Si-Wafer hergestellt. Die daraus resultierenden PSi Nanomaterialien weisen viele vorteilhafte Eigenschaften, wie große Oberfläche und Freivolumen, Porengrößen, die gesteuert werden kann und abstimmbaren optischaften 10,16. Die optischen Eigenschaften der Schicht PSi wie Photolumineszenz 8,11 und Weißlicht-Interferometrie Reflexionsbasis 7,19, werden stark durch Umweltbedingungen beeinflusst. Erfassung von Gastmolekülen / Zielanalyten in der porösen Schicht zu einer Änderung des mittleren Brechungsindex des Films, als eine Modulation in der Photolumineszenz oder eine Wellenlängenverschiebung des Reflexionsspektrum 10 beobachtet. Obwohl die überwiegende Innovation in PSi optischen Biosensor-Technologie, gibt es nur wenige Berichte über PSi-basierte Plattformen für Bakterien Erkennung 6,8,20,23-29. Zudem sind die meisten dieser Proof-of-Concept-Studien &quot;indirekte&quot; Nachweis von Bakterien nachgewiesen. Somit wird im allgemeinen vor der Lyse der Zellen erforderlich ist, um die angestrebten Protein / DNA-Fragmente, die charakteristisch für die untersuchten Bakterien 29 zu extrahieren. Unser Ansatz ist, um direkt erfassen die ZielbakterienZellen auf der PSi Biosensor. Daher werden monoklonale Antikörper, die spezifisch für Zielbakterien sind, auf die poröse Oberfläche immobilisiert ist. Bindung der Bakterienzellen durch Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen, auf die Oberfläche des Biosensors induzieren Änderungen in der Amplitude (Intensität) des Reflexionsspektrums 24-26. In dieser Arbeit berichten wir über die Konstruktion eines optischen PSi-basierten Biosensor und zeigen ihre Anwendung als markierungsfreien Biosensoren Plattform für den Nachweis von Escherichia coli (E. coli) K12 Bakterien (als Modell verwendeten Mikroorganismus). Die überwachte optische Signal ist das Licht von der PSi Nanostruktur durch Fabry-Perot-Dünnschicht-Interferenz (Abbildung 1A) wider. Änderungen in der Lichtamplitude / Intensität auf spezifische Immobilisierung der Zielbakterienzellen korreliert auf die Biosensor-Oberfläche, was eine schnelle Detektion und Quantifizierung der Bakterien.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si wafer</td>
			<td>Siltronix Corp.</td>
			<td></td>
			<td>Highly-B-doped, p-type, 0.0008 &#937;-cm resistivity, &#60;100&#62; oriented</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aqueous HF (48%)</td>
			<td>Merck</td>
			<td>101513</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol absolute</td>
			<td>Merck</td>
			<td>818760</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS buffer solution (pH 7.4)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>prepared by dissolving 50 mM Na2HPO4, 17 mM NaH2PO4, and 68 mM NaCl in Milli-Q water (18.2 M&#937;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline 0.85% w/v</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>prepared by dissolving 0.85 g NaCl in 100 ml Milli-Q water (18.2 M&#937;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>95% (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTS)</td>
			<td>Sigma Aldrich Chemicals</td>
			<td>175617</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEO-iodoacetyl biotin</td>
			<td>Sigma Aldrich Chemicals</td>
			<td>B2059</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidin (SA)</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td>
			<td>016-000-114</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein (DTAF)-streptavidin</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td>
			<td>016-010-084</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotinylated-rabbit IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td>
			<td>011-060-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescently tagged anti-rabbit IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td>
			<td>111-095-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescently tagged anti-mouse IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td>
			<td>115-095-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotinylated E. coli antibody</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch Labs Inc.</td>
			<td>1007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E. coli (K-12)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>was generously supplied by Prof. Sima Yaron, Technion</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optical detection of e. coli bacteria by mesoporous silicon biosensors

<html> Ein Label-freien optischen Biosensor auf der Basis eines nanostrukturierten porösen Si ist für die schnelle Erfassung und Erkennung von Escherichia coli K12 Bakterien als Modell Mikroorganismus entwickelt. Biosensor beruht auf direkten Bindung der Zielbakterienzellen auf ihrer Oberfläche, während keine Vorbehandlung (z. B. durch Lyse der Zellen) der untersuchten Probe ist erforderlich. Mesoporöse Si-Dünnfilm als die optische Wandlerelement des Biosensors verwendet wird. Unter Beleuchtung mit weißem Licht, zeigt die poröse Schicht gut aufgelöste Fabry-Perot-Streifenmuster in seiner Reflexionsspektrum. Anwenden einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), um die Reflexionsdaten ergibt einen einzigen Peak. Änderungen in der Intensität der Peak FFT überwacht. Somit Zielbakterien zu erfassen auf die Biosensor-Oberfläche, durch Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen, induziert messbare Veränderungen in der Intensität der FFT-Spitzen, so dass für eine &quot;Echtzeit&quot; Beobachtung von Bakterien Befestigung. nt &quot;&gt; Die mesoporösen Si-Film, durch einen elektrochemischen Anodisierung hergestellt wird, wird mit monoklonalen Antikörpern, die spezifisch für die Zielbakterien konjugiert. Die Immobilisierung Immunaktivität und Spezifität der Antikörper durch Fluoreszenz-Markierungsexperimente bestätigt. Sobald der Biosensor wird den exponierten Zielbakterien, werden die Zellen direkt auf die Antikörper-modifizierten porösen Si-Oberfläche eingefangen. Diese spezifischen Einfangen Ereignisse führen Intensitätsänderungen in der optischen Dünnfilm-Interferenzspektrum des Biosensors. Wir zeigen, dass diese Biosensoren können relativ niedrige Bakterienkonzentrationen zu erkennen (Erkennungs Grenze von 10 4 Zellen / ml) in weniger als einer Stunde.

Oxidiert psi (PSIO 2) Filme werden hergestellt, wie in dem Protokoll Text beschrieben. 1B zeigt ein hochauflösendes Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des erhaltenen PSi Film nach der thermischen Oxidation. Die PSIO 2-Schicht wird durch gut definierte zylindrische Poren mit einem Durchmesser im Bereich von 30-80 nm aufweist. Der monoklonale Antikörper (IgG)-Moleküle werden auf die PSIO zwei Oberflächen mit Hilfe eines gut etablierten Sila...

Watch this Scientific Journal Video about Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors at JoVE.com

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

Ein Label-freien optischen Biosensor zur schnellen Nachweis von Bakterien wird eingeführt. Der Biosensor auf einem nanostrukturierten porösen Si, das dazu bestimmt ist, direkt zu erfassen, die Zielbakterien-Zellen auf ihrer Oberfläche basiert. Wir verwenden monoklonale Antikörper, auf die poröse Wandler immobilisiert, wie die Capture-Sonden. Unsere Studien zeigen die Anwendbarkeit dieser Biosensoren zum Nachweis von geringen Bakterienkonzentrationen innerhalb von Minuten, ohne vorherige Probenaufbereitung (beispielsweise Zell-Lyse).

Optische Detektion von<em&gt; E. coli</em&gt; Bakterien durch Mesoporous Silicon Biosensoren

A label-free optical biosensor based on a nanostructured porous Si is designed for rapid capture and detection of Escherichia coli K12 bacteria, as a ...

optical-detection-of-e-coli-bacteria-by-mesoporous-silicon-biosensors

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

16.8K Aufrufe.  Technion - Israel Institute of Technology.  Ein Label-freien optischen Biosensor zur schnellen Nachweis von Bakterien wird eingeführt. Der Biosensor auf einem nanostrukturierten porösen Si, das dazu bestimmt ist, direkt zu erfassen, die Zielbakterien-Zellen auf ihrer Oberfläche basiert. Wir verwenden monoklonale Antikörper, auf die poröse Wandler immobilisiert, wie die Capture-Sonden. Unsere Studien zeigen die Anwendbarkeit dieser Biosensoren zum Nachweis von geringen Bakterienkonzentrationen innerhalb von Mi...