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Nat Commun:首次开发出用于研究细菌生物被膜的集成电路技术

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来源:生物谷 2014-02-13 23:55

一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究论文中,来自哥伦比亚大学的研究者描述了一种新型的集成电路技术,该技术基于电脑和通信设备,其可以用于研究细菌间的信号通路网络;而且研究者开发了一种基于互补金氧半导体(CMOS)的芯片,其可以对细菌间的信号分子进行空间实时的电化学成像。

2014年2月14日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际杂志Nature  Communications上的研究论文中,来自哥伦比亚大学的研究者描述了一种新型的集成电路技术,该技术基于电脑和通信设备,其可以用于研究细菌间的信号通路网络;而且研究者开发了一种基于互补金氧半导体(CMOS)的芯片,其可以对细菌间的信号分子进行空间实时的电化学成像。

研究者Shepard表示,这项技术将为他们研究细菌生物被膜的形成机理提供一定的帮助,而生物被膜对于致病菌感染人类机体非常关键,这项研究是首次利用集成电路来对小分子结构进行成像。

这种芯片类似于小型的活性载玻片,其不仅可以支持细菌菌落的形成,而且也可以实时监测细菌以及其生物被膜的形成;细菌的细胞可以利用分泌的小型化学分子来介导细菌的生理活动,比如其分泌的吩嗪类物质等,这项研究发现细菌可以产生不同梯度的吩嗪类物质,这对于细菌的生理活动以及细菌形态的形成至关重要。

下一步研究者希望开发出更大型的芯片,在空间和时间上更大范围地研究细菌以及其生理活动,研究者最后表示,这项研究也是利用固态电子学技术来用于研究细菌的生理活性的一次尝试,相关研究由美国国立卫生研究院等提供资助。(生物谷Bioon.com)

Integrated circuit-based electrochemical sensor for spatially resolved detection of redox-active metabolites in biofilms

Daniel L. Bellin, Hassan Sakhtah, Jacob K. Rosenstein, Peter M. Levine, Jordan Thimot, Kevin Emmett, Lars E. P. Dietrich & Kenneth L. Shepard

Despite advances in monitoring spatiotemporal expression patterns of genes and proteins with fluorescent probes, direct detection of metabolites and small molecules remains challenging. A technique for spatially resolved detection of small molecules would benefit the study of redox-active metabolites that are produced by microbial biofilms and can affect their development. Here we present an integrated circuit-based electrochemical sensing platform featuring an array of working electrodes and parallel potentiostat channels. ‘Images’ over a 3.25 × 0.9 mm2 area can be captured with a diffusion-limited spatial resolution of 750 μm. We demonstrate that square wave voltammetry can be used to detect, identify and quantify (for concentrations as low as 2.6 μM) four distinct redox-active metabolites called phenazines. We characterize phenazine production in both wild-type and mutant Pseudomonas aeruginosa PA14 colony biofilms, and find correlations with fluorescent reporter imaging of phenazine biosynthetic gene expression.

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