Polyaniline nanobiodetector - detection and characterization of microorganisms

Abstract

Wydział ChemiiCelem niniejszej pracy była próba zastosowania nanomateriałów i nanotechnologii przy konstrukcji układów detekcyjnych do szybkiego wykrywania i identyfikacji żywych komórek, mikroorganizmów. W oparciu o skonstruowany przez autora niniejszej pracy nanobiodetektor, opracowano dwa systemy pomiarowe - stacjonarny system nanobiodetekcyjny, który umożliwiał monitoring zmian zachodzących w płynnej hodowli bakterii oraz układ przepływowy, który pozwalał na wielokrotne - następujące jeden po drugim - badania próbek bakteryjnych. W przypadku przepływowego układu nanobiodetekcyjnego, możliwe było wykrycie od kilkuset do kilku miliardów komórek bakterii w mililitrze badanej próbki. W trakcie badań ustalono, że różnice w uzyskanej odpowiedzi zmian elektrycznych polianilinowej nanosieci detektora zależną od ilości komórek, jak również od gatunku bakterii oraz typu komórki - formy przetrwalnikowej, wegetatywnej - i jej kształtu i wielkości (np. ziarniak, pałeczka, przecinkowiec) oraz możliwości ruchu (rzęski, wić). Nanobiodetekcyjny układ przepływowy pozwala określić przynależność badanych bakterii do grupy bakterii Gram ujemnych czy też Gram dodatnich, a rejestrowane zmiany odpowiedzi elektrycznej polianilinowej sieci są gatunkowo zależne. Polianilinowy nanobiodetektor może służyć do określania przybliżonej liczby badanych drobnoustrojów, jak również wstępnej identyfikacji rodzajowej i gatunkowej analizowanych próbek.The aim of this study was to use nanomaterials and nanotechnology in the construction of the sensing systems for the rapid detection and identification of microorganisms. Polyaniline-based nanobiodetector was applied in the construction of two basic sensing systems: stationary and continuous flow nanobiodetecting system (CFNBD), including a microfluidic version (microCFNBD). Stationary nanobiodetecting system was used to monitor changes in liquid bacterial culture. It enabled performing multiple bacteriological analyses - one after another. CFNBD allows to detect from few hundreds up to over a billion of cells per one millilitre of analysed colony. It was found, that the changes in electrical response of detecting element depend on the number of cells, including bacterial species, but also the type of cells - spores or vegetative cells, on their size, shape (e.g. coccus, bacilli) and motility (cilia, flagellum) and are species dependent. With the use of a continuous flow nanobiodetecting system (CFNBD) it was possible to determine if tested bacteria belongs to the group of Gramnegative or Gram positive bacteria. Thus, it has been proved that the polyaniline nanobiodetector can be used to determine the approximate number of microorganisms, as well as a method of preliminary identification of genus and species of bacteria in the analysed samples. The CFNBD system also enabled to determine the composition of the mixture of bacteria, which contain varying proportions of dead and living cells or spores and vegetative species of bacteria of the genus Bacillus