Электрофизический метод ускоренного обнаружения и дифференциации микроорганизмов на основе пленочных биоструктур и планарно-емкостных чип-форматов

  • Александр Иванович Драпеза Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Валерий Александрович Лобан Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Ильич Хмельницкий Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Геннадий Алексеевич Скороход Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Валерий Александрович Сысов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

На основе пленочных биоструктур и планарно-емкостных чип-форматов разработан электрофизический метод обнаружения и дифференциации микроорганизмов S. аureus, E. coli, P. aeruginosa и C. albicans в течение 40 мин. Использованы планарно-емкостные чип-форматы сенсоров нефарадеевского типа с алюминиевыми микро электродами, изолированными плотной композитной пленкой, состоящей из Al2O3 (200 нм) + SiO2 (100 нм). Формирование и измерение зарядовых характеристик пленочных биоструктур проводили в воздушной среде при температуре 37 °С и относительной влажности воздуха 5 %. Величину заряда пленочных биоструктур определяли по площади под кривой зависимости тока от времени после ее полиномной аппроксимации для количества измерений n = 2000 и надежности α = 99,9 %. Статистическую обработку выборочной совокупности однотипных измерений выполняли с использованием Excel 2007 для n = 3 и α = 90 % в предположении, что случайная величина распределена по нормальному закону. Показано, что выборочные совокупности (n = 3, α = 90 %, t = 2,4) являются репрезентативными для обнаружения и дифференциации микроорганизмов по информативным показателям заряда их пленочных биоструктур с доверительной вероятностью Р ≤ 0,1. 

Биографии авторов

Александр Иванович Драпеза, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; заведующий научно-исследовательской лабораторией биоаналитических систем физического факультета

Валерий Александрович Лобан, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории биоаналитических систем физического факультета

Александр Ильич Хмельницкий, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры биофизики физического факультета

Геннадий Алексеевич Скороход, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат медицинских наук, доцент; заведующий научно-исследовательской лабораторией внутрибольничных инфекций

Валерий Александрович Сысов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студент физического факультета. Научный руководитель – А. И. Драпеза

Литература

  1. Drapeza A. I., Loban V. A., Pleshko N. V., et al. Perspektivnye materialy i konstruktsii datchikov dlya realizatsii informatsionnykh tekhnologiy ekspressnoy otsenki zhiznesposobnosti mikrobnykh populyatsiy [Perspective materials and sensor designs for the implementation of information technologies for the rapid assessment of the viability of microbial populations]. Sovremennie metodi i tehnologii sozdaniya i obrabotki materialov : sb. naychn. tr. : in 3 vol. Vol. 1. Materialovedenie. Minsk, 2014. P. 185–195 (in Russ.).
  2. Drapeza A. I., Lazaryk S. K., Pleshko N. V., et al. Povysheniye informativnosti obnaruzheniya i differentsatsii mikroorganizmov pri ispolʼzovanii planarno-yemkostnykh chip-formatov faradeyevskogo i nefaradeyevskogo tipa [Increase of information content of detection and differentiation of microorganisms using planar-capacitive chip formats of Faraday and non-Faraday type]. Sovremennie metodi i tehnologii sozdaniya i obrabotki materialov : sb. naychn. tr. : in 3 vol. Vol. 1. Materialovedenie. Minsk, 2016. P. 226–232 (in Russ.).
  3. Kukhto A. V., Pleshko N. V., Loban V. A., et al. Proyavleniye predokvalifitsirovannykh svoystv modifitsirovannykh polimernykh nanokompozitnykh tonkoplenochnykh struktur na osnove grafena i nanochastits medi v usloviyakh vynuzhdennoy polyarizatsii [The manifestation of the pre-qualified properties of modified polymeric nanocomposite thin-film structures based on graphene and copper nanoparticles under stimulated polarization conditions]. Sovremennie metodi i tehnologii sozdaniya i obrabotki materialov : sb. naychn. tr. : in 3 vol. Vol. 1. Materialovedenie. Minsk, 2014. P. 282–291 (in Russ.).
  4. Deegan R. D., Bakajin O., Dupont T. F., et al. Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops. Nature. 1997. Vol. 389, No. 6653. P. 827–829. DOI: 10.1038/39827.
  5. Pethig R. Application of A. C. electrical fields to the manipulation and characterization of cells. Automation in Biotech. Amsterdam, 1991. P. 159–185.
  6. Petri A., Sebin K. Naglyadnaya meditsinskaya statistika [Visible medical statistics]. Moscow, 2009 (in Russ.).
  7. Polevaya U. V., Vakhitov T. Ya., Yakovleva Ye. P. Shtammospetsificheskiye osobennosti v sostave i dinamike karbonovykh kislot pri vyrashchivanii bakteriy ESHERICHIA COLI i SALMONELLA ENTERITIDIS [Strain Specific Features in the Composition and Dynamics of Carboxylic Acids in the Growth of ESHERICHIA COLI and SALMONELLA ENTERITIDIS Bacteria]. Nauchn. zh. KubGAU. 2012. No. 77 (03). P. 1–15 (in Russ.).
Опубликован
2017-09-29
Ключевые слова: электрофизический метод, планарно-емкостной чип-формат, пленочные биоструктуры, микро организмы S. аureus, E. coli, P. aeruginosa, C. albicans, обнаружение и дифференциация
Как цитировать
Драпеза, А. И., Лобан, В. А., Хмельницкий, А. И., Скороход, Г. А., & Сысов, В. А. (2017). Электрофизический метод ускоренного обнаружения и дифференциации микроорганизмов на основе пленочных биоструктур и планарно-емкостных чип-форматов. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 26-32. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/453
Выпуск
№ 3 (2017): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика биоструктур

Copyright (c) 2017 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).