Konstrukce a testování specifického bionanosenzoru pro detekci bakterie Staphylococcus aureus

Abstract

Detekce bakterií se v dnešní době provádí především pomocí metabolických testů, PCR a ELISA. Tyto metody jsou však časově náročné, a tak se hledají nové způsoby tzv. online detekce. Biosenzory jsou velice rychlé, citlivé a přesné přístroje, které zmíněnou online detekci umožňují. Cílem této práce bylo navrhnout a vytvořit prototyp biosenzoru, který by sloužil k detekci zlatého stafylokoka ze vzduchu. Tento senzor byl vytvořen z PAN nanovláken (polyakrylonitril) a protilátky, jakožto nosiče a biosenzitivní vrstvy. Dále byla vytvořena soustava pro filtraci vzduchu, pomocí které proběhla detekce. Vytvořená soustava byla otestována pomocí PVA nanovláken o 1 g/m2 a fluorescenční spektroskopie. Následná detekce bakterie proběhla za použití již zmíněných imobilizovaných PAN nanovláken a jako kontrola byla použita čistá PAN vlákna. Z kolonií vzniklých na těchto vláknech byly vytvořeny bakteriální suspenze, u kterých byla měřena optická hustota (OD). Z výsledků tohoto měření vychází, že funkcionalizovaná PAN nanovlákna jsou schopna zachytit až 3,3x více bakterií než čistá nanovlákna. Na závěr bylo také popsáno měření elektrických vlastností (odpor, kapacita) modelového případu. K tomuto měření byla využita nemodifikovaná PAN nanovlákna a částice cigaretového kouře, které simulovaly detekovanou bakterii.

Today, the detection of bacteria is mainly performed using metabolic tests, PCR and ELISA. However, these methods are time consuming, so new methods of so-called online detection are being sought. Biosensors are very fast, sensitive, and accurate devices that enable the mentioned online detection. The aim of this work was to design and create a prototype of the biosensor that would be used to detect Staphylococcus aureus from the air. This sensor was made of PAN nanofibers (polyacrylonitrile) as a carrier and an antibody as a biosensitive layer. Furthermore, a system for an air filtration was created, by means of which detection was realized. The formed system was tested using PVA nanofibers (polyvinyl alcohol) of 1 g/m2 and fluorescence spectroscopy. Subsequent detection of the bacteria was performed using the already mentioned immobilized PAN nanofibers and pure PAN nanofibers as a control. Bacterial suspensions were formed from the colonies formed on these fibres and the optical density (OD) was measured. The results of this measurement show that the functionalized PAN nanofibers can capture up to 3.3 times more bacteria than pure nanofibers. Finally, the measurement of electrical properties (resistance, capacity) of the model case (PAN nanofibers and cigarette smoke particles) was also described.