Abstract
Current bacterial detection techniques are relatively slow, require bulky instrumentation, and usually require some form of specialized training. The gold standard for bacterial detection is culture testing, which can take several days to receive a viable result. Therefore, simpler detection techniques that are both fast and sensitive could greatly improve bacterial detection and identification. Here, we present a new method for the detection of the bacteria Helicobacter hepaticus using whispering-gallery mode (WGM) optical microcavity-based sensors. Due to minimal reflection losses and low material adsorption, WGM-based sensors have ultra-high quality factors, resulting in high-sensitivity sensor devices. In this study, we have shown that bacteria can be non-specifically detected using WGM optical microcavity-based sensors. The minimum detection for the device was 1 × 104 cells/mL, and the minimum time of detection was found to be 750 s. Given that a cell density as low as 1 × 103 cells/mL for Helicobacter hepaticus can cause infection, the limit of detection shown here would be useful for most levels where Helicobacter hepaticus is biologically relevant. This study suggests a new approach for H. hepaticus detection using label-free optical sensors that is faster than, and potentially as sensitive as, standard techniques
چکیده
روش های کنونی برای شناسایی باکتری نسبتاً روش های کندی بوده و نیازمند انبوهی از تجهیزات می باشند و معمولاً به یک سری آموزش های تخصصی نیاز دارند. استاندارد طلایی برای شناسایی باکتری ها در واقع تست کشت میکروبی است که می توان آن را طی چندین روز برای دریافت یک نتیجه معقول، انجام داد. بنابراین، روش های ساده تر شناسایی که هم از سرعت و هم حساسیت بالایی برخوردار هستند در حالت کلی قادرند پروسه شناسایی باکتری را بهبود بخشند. در این مقاله، ما یک روش جدید برای شناسایی باکتری هلیکوباکتر hepaticus با استفاده از سنسورهای نوری مبتنی بر میکرو کره مود ویسپرینگ گالری (WGN) ارائه می کنیم. به خاطر تلفات کم بازتابش و نیز قدرت جذب پایین مواد، سنسورهای مبتنی بر WGN دارای فاکتورهای کیفی فوق العاده بالایی بوده و در نتیجه تجهیزات سنسوری با حساسیت بالایی هستند. در این مطالعه، نشان داده ایم که باکتری را می توان به صورت غیرتخصصی با استفاده از سنسورهای نوری WGN ی مبتنی بر میکرو کره، شناسایی کرد. حداقل شناسایی برای این تجهیز برابر 1 × 104 cells/mL بوده و حداقل زمان برای شناسایی نیز در حدود 750 s است. با اشراف به این مسئله که، یک چگالی سلولی به مقدار 1 × 103 cells/mL برای هلیکوباکتر hepaticus می تواند باعث عفونت شود، محدوده شناسایی این باکتری در این مقاله بیان شده که می توان از نظر بیولوژیکی برای خیلی از سطوح هلیکوباکتر hepaticus مفید و قابل استفاده باشد. این مطالعه روشی جدید برای شناسایی هلیکوباکتر hepaticus با استفاده از سنسورهای نوری بدون لیبل پیشنهاد می کند که سریع تر از روش های استاندارد بوده و از نظر بالقوه نیز به حساسیت روش های قبلی می باشند.
1-مقدمه
هلیکوباکتر hepaticus (H. hepaticus) در واقع یک باکتری است که باعث هپاتیت مزمن و نیز سرطان کبد در موش ها می شود. این باکتری در واقع یک باکتری گرم-منفی، با شکل مارپیچ است که دارای طول تقریبی 2-4 μm بود و حاوی یک تاژک پوشش‌دار می باشد. نظیر سایر هلیکوباکترها، H. hepaticus نیز یک ارگانیزم میکرو سفال است که می تواند در محیط های اسیدی، زنده بماند نظیر معده پستانداران و از این رو اغلب در لایه های مخاطی کبد و یا در محدوده معده یافت می شود. از نظر پزشکی نکته مهم این است که H. hepaticus به شدت به باکتری هلیکوباکتر pylori (H. pylori) وابسته است. از نظر شباهت ژنتیکی، از بین تمامی فریم های خواندی ژن در H. hepaticus، 938 زن (50.2%) در ژنوم دارای ساختاری شبیه H. pylori می باشند. H. pylori به شدت باعث پیشرفت زخم های گوارشی شده و می توان آن را در دهانه بالای معده در بیش از نیمی از مردم جهان، شناسایی کرد...