Name: optical detection of e. coli bacteria by mesoporous silicon biosensors
Uploaded: 2013-11-20T17:00:00
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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.

1. 산화 된 다공성 SiO2로 제조 <ol><li> 일정한 전류에서 30 초 동안 수성 HF과 무수 에탄올의 3:1 (V / V) 용액에 에칭 실리콘 웨이퍼 (단 하나 측이 &lt;100&gt;의 얼굴에 광택과 도핑 된 p 형, 0.0008 Ω · cm) 385mA / cm 2의 밀도. HF는 부식성 액체이며, 그것은 극단적 인주의하여 취급해야한다는 것을주의하시기 바랍니다. </li><li> 절대 에탄올을 생성 된 다공성 실리콘 (PSI) 필름의 표면을 여러 번...

<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. 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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. 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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. 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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. 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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. 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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 ?...

병원성 세균의 초기 정확한 식별은 음식과 물 안전, 환경 모니터링, 점의 배려 진단 1를 위해 매우 중요하다. 전통적인 미생물학 기술은 시간이 힘들고, 소모적이며, &quot;실시간&quot;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 &quot;간접&quot;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.

<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> 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 &#39;실시간&#39;관측을 허용 FFT 피크의 강도에 측정 가능한 변화를 유발한다. NT &quot;&gt; 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.

프로토콜 문자 섹션에서 설명한 산화 PSI (PSiO 2) 필름을 제조한다.도 1b는 열 산화 처리 후의 결과 PSI 필름의 고해상도 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다. PSiO 2 층은 30 ~ 80 ㎚의 범위의 직경을 갖는 잘 정의 된 원통형 세공에 의해 특징된다. 단일 클론 항체 (IgG의) 분자는 비오틴-SA 시스템과 함께 잘 설립 실란 화 기술을 사용하여 PSiO 2 표면...

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Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

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.

의 광학 검출<em&gt; E. 대장균</em메조 포러스 실리콘 바이오 센서에 의해&gt; 박테리아

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 ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

Fabrication of Electrochemical-DNA Biosensors for the Reagentless Detection of Nucleic Acids, Proteins and Small Molecules

핵산, 단백질과 작은 분자의 Reagentless 감지를위한 전기 -의 DNA Biosensors의 제작

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. ...

연구

생체공학

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

세포 융합의 탐지를위한 Cre - 훈제 연어 P 재조합 접근법 VIVO에서</em

The ability of two or more cells of the same type to fuse has been utilized in metazoans throughout evolution to form many complex organs, including ...

Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents

실란 커플링 에이전트를 사용하여 실리카 광 Biosensors에 생물 학적 프로브를 부착

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) ...

Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry

멀티 스펙트럼 이미징 유동세포계측법 의해 Nanoparticles과 박테리아의 세포 내면화 분석

Nanoparticulate  systems have emerged as valuable tools in vaccine delivery through their  ability to efficiently deliver cargo, including proteins, to ...

Biosensor for Detection of Antibiotic Resistant Staphylococcus Bacteria

항생제 내성 황색 포도상 구균 박테리아의 검출을위한 바이오 센서

A structurally transformed lytic bacteriophage having a broad host range of Staphylococcus aureus strains and a penicillin-binding protein (PBP 2a) ...

Use of Label-free Optical Biosensors to Detect Modulation of Potassium Channels by G-protein Coupled Receptors

G-단백질 결합 수용체에 의해 칼륨 채널의 변조를 감지하기 위해 라벨이없는 광 바이오 센서의 사용

Ion channels control the electrical properties of neurons and other excitable cell types by selectively allowing ions to flow through the plasma ...

Nanomanipulation of Single RNA Molecules by Optical Tweezers

광 핀셋으로 단일 RNA 분자의 Nanomanipulation

A large portion of the human genome is transcribed but not translated. In this post genomic era, regulatory functions of RNA have been shown to be ...

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

Microtoroid 광 공진기를 사용하여 라벨이없는 단일 분자 검출

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

물방울 미세 유체에 대한 여러 가지 빛깔의 형광 검출 광학 섬유를 사용하여

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...