Nanoscale-sirujärjestelmä mittaa valoa yhdestä bakteerisolusta, jotta kannettava kemiallinen havaitseminen olisi mahdollista

Anonim

Jerusalemissa sijaitsevan heprealaisen yliopiston tutkijat ovat luoneet nanophotonisen sirujärjestelmän, joka käyttää lasereita ja bakteereita yhden bakteerisolun tuottaman fluoresenssin tarkkailemiseksi. Bakteerien paikoilleen asettamiseksi ja valon suuntaamiseksi kohti yksittäisiä bakteerisoluja käytettiin V-ura-muotoisia plasmoni-aaltoputkia, pienet alumiinipäällysteiset sauvat, joiden halkaisija oli vain kymmeniä nanometrejä. Nano Letters -lehdessä kuvattu uusi järjestelmä luo tietä tehokkaalle ja kannettavalle sirujärjestelmälle erilaisiin soluihin perustuviin tunnistussovelluksiin, kuten kemikaalien havaitsemiseen reaaliaikaisesti.

Biologisten ja kemiallisten havaintosovellusten sirunvalmisteisten laitteiden alalla on monia tehokkaita vaihtoehtoja perinteisille analyyttistekniikoille sovelluksiin, jotka vaihtelevat "laboratorioista siruista" ympäristövalvontaan. Nämä tunnistusjärjestelmät kuitenkin kuitenkin perustuvat pääasiassa off-chipin havaitsemiseen ja vaativat hankalaa laitetta jopa mittaamalla vain yksittäisiä soluja.

Heprealaisen yliopiston tiimi etsii keinoja integroida kaikki järjestelmän osat, mukaan lukien valonlähteet ja ilmaisimet, älykkäässä nanomittakaavassa. Tämä johtaisi lab-on-chip-järjestelmään, joka on pieni, kannettava ja pystyy tunnistamaan reaaliaikaisesti.

Tämän saavuttamiseksi ne molekyylisesti muokkivat eläviä bakteereja, jotka loivat fluoresoivaa signaalia kohdeyhdisteiden läsnä ollessa. Ne parikytkivät näihin siruihin nanokokoisen aaltoputken, joka ei pelkästään auttanut ohjaamaan valoa, vaan myös sallinut yksittäisten bakteerien mekaanisen kiinnittymisen V-uraan.

Kolmessa erilaisessa valaistusolosuhteissa he kokeellisesti osoittivat yksittäisen Escherichia coli -bakteerisolun haastattelun käyttäen nanomittakaavan plasmoni-V-ura-aaltoputkia. Ensiksikin ne mitattivat nanokytkimen päälle virtaavasta bakteerista tulevan valon nestemäisessä ympäristössä sallimalla bakteerin fluoresenssin kytkemisen suoraan aaltojohtoon nanokytkimen läpi. Seuraavaksi bakteeri leikattiin mekaanisesti V-ura-aaltoputkessa ja innostettiin laserilla suoraan joko ylhäältä tai nanokytkimen kautta. Kaikissa tapauksissa detektoidusta aineesta kerättiin merkittävää fluoresenssia lähtöantennosta.

Järjestelmä toimi hyvin sekä märissä olosuhteissa, joissa bakteerit virtaavat aaltoputken yläpuolelle ja kuivissa olosuhteissa, joissa bakteerit ovat loukussa aaltoputkessa.

Tutkimusta johti prof. Uriel Levy, Harvey M. Kruegerin Nanotieteiden ja nanoteknologian perhekeskuksen johtaja heprealaisessa yliopistossa yhteistyössä professori Shimshon Belkinin kanssa hepreaksiyliopiston Alexander Silberman Institute of Life Sciencesin kanssa, joka genetiikan bakteerien anturit ja prof. Anders Kristensen Tanskan teknisestä yliopistosta, joka vastasi V-ura-aaltoputkien valmistamisesta. Prof. Levy on Applied Science and Technologyin Eric Samsonin puheenjohtaja ja professori Belkin on teollisuushygienian työ- ja sosiaalineuvoston puheenjohtaja heprealaisessa yliopistossa.

Toisin kuin perinteisemmät plasmonaaliset aaltoputket, jotka koostuivat joko hopeasta tai kultauksesta, alumiinin valinta oli instrumentaalinen voidakseen ohjata bakteereista lähtevää fluoresoivaa valoa aina ulos tuotettuun nanokytkimeen. Lisäksi aaltojohdon mittojen ansiosta bakteerien tehokas mekaaninen kiinnitys ja multimodaominaisuudet voivat olla instrumentaalisia kerätä enemmän tietoa esimerkiksi bakteerien spesifisestä sijainnista ja orientaatiosta.

Tulokset antavat selkeän osoitteen hybridibioplasmonisen järjestelmän rakentamisen toteutettavuudesta elävillä soluilla. Tulevaisuuteen kuuluu aaltojohtoverkon rakentaminen, monipuolistamalla järjestelmä erilaisten bakteerien antureiden sisällyttämiseksi erilaisten biologisten tai kemiallisten analyyttien havaitsemiseen.

menu
menu