Bakterijski biosenzor

Patogene bakterije, prisotne v živilih in pitni vodi, po podatkih Svetovne zdravstvene organizacije letno povzročajo približno šeststo milijonov primerov zastrupitve s hrano. Da omejimo tovrstne okužbe, potrebujemo hitre in občutljive metode zaznavanja bakterij, ki so prisotne v živilih. Toda trenutno dostopne metode so pogosto zamudne ali zapletene. Japonska znanstvena skupina je v članku, objavljenem v reviji Analytical Chemistry, predstavila biosenzor, ki za zaznavo bakterijskih vrst uporablja organsko-kovinske nanohibride – kovinske nanodelce, obdane s prevodnim matriksom iz organskih polimerov. Poleg tega, da je hitra in enostavna, ta metoda ob uporabi različnih nanohibridov omogoča sočasno zaznavo več bakterijskih vrst.

Raziskovalna skupina se je osredotočila na zaznavanje dveh bakterijskih vrst – Escherichia coli in Staphylococcus aureus  – ki sta pogosti povzročiteljici zastrupitve s hrano. Pri tem so poskušali bakterije zaznavati na osnovi značilnega električnega toka, ki steče ob oksidaciji, ki jo omogoči stik merilne elektrode z nanohibridom, ki je vezan na bakterijo v vzorcu. Za vezavo nanohibridov na bakterije so uporabili protitelesa – proteine, ki lahko bakterije specifično prepoznajo in se nanje vežejo. Protitelesa so imobilizirali na organsko-kovinske nanohibride in jih uporabili kot vmesni člen med njimi in bakterijami v vzorcu. Za zaznavo bakterije Escherichia coli so uporabljali nanohibride iz zlata, za zaznavo bakterij vrste Staphylococcus aureus pa nanohibride iz bakra. 

Za analizo elektrokemijskih značilnosti organsko-kovinskih nanohibridov, ki so ju uporabili, so raziskovalke in raziskovalci uporabili ciklično in diferencialno pulzno voltametrijo – metodi, ki temeljita na meritvah toka ob spreminjanju napetosti. Značilen tok, povezan z oksidacijo, so pri zlatih in bakrovih nanohibridih zaznali ob različnih napetostih, kar omogoča hkratno opravljanje obeh meritev. 

Jakost toka, ki steče pri oksidaciji, je pri napetosti, specifični za posamezen nanohibrid, naraščala z večanjem koncentracije bakterij, ki so jih z njim označili. Povečan elektrokemijski signal, značilen za nanohibride z zlatimi nanodelci, so torej zaznali pri povečani koncentraciji bakterij Escherichia coli, signal, povezan z nanohibridi iz bakra, pa pri bakteriji Staphylococcus aureus. V obeh primerih je bila meja zaznave pet milijonov bakterij na mililiter vzorca. Metoda se je za občutljivo izkazala tudi pri hkratnih meritvah koncentracije več bakterijskih vrst z isto elektrodo. Meritve so bile nekoliko manj natančne pri višjih koncentracijah bakterij, kar je verjetno posledica združevanja bakterij v skupke. Ti so namreč manj mobilni od posameznih bakterij, poleg tega pa predstavljajo prostorsko oviro, ki posamičnim bakterijskim celicam preprečuje približevanje merilni elektrodi. 

Bakterije je elektrokemijsko zaznavala Gaja.

 

Naslovna fotografija: kolaž izdelan na osnovi fotografije dostopne na https://www.cleanpng.com/png-metal-detectors-sensor-electronics-steel-96...