حسگر پلاسمونیکی برای شناسایی و تعیین غلظت باکتری بیماری‌زای اشریشیا کلی

مقدمه: روش طیف‌سنجی رامان بهبود یافته سطحی (sers)، یکی از روش‌های کارآمد برای شناسایی مقادیر اندک و حتی شناسایی تک مولکول است. با قرار‌گرفتن گونه‌های مختلف در نزدیکی سطح فلز و یا جذب فیزیکی گونه‌ها بر روی نانوساختارهای فلزی، به علت برهم‌کنش گونه‌ها و پلاسمون‌های سطحی نقره، شدت سیگنال رامان افزایش می‌یابد. باکتری اشریشیا کلی، در بسیاری از مواد غذایی یافت می‌شود و به راحتی می‌تواند رشد کند. بنابراین، کنترل باکتری اشریشیا کلی در صنایع غذایی و کشاورزی مورد توجه است که برای شناسایی این باکتری می‌توان استفاده از تکنیک sers را که نسبت‌به سایر تکنیک‌هایی به‌کار گرفته می‌شوند؛ ساده و ارزان است؛ پیشنهاد کرد. از‌آن‌جایی‌که نانوساختارهای نقره به‌دلیل تشدید پلاسمون‌های سطحی و پراکندگی نور، سیگنال رامان حاصل از مولکول‌های مختلف را بهبود می‌دهد؛ در این تحقیق، بستر‌های نقره‌اندود به هدف ساخت حسگر پلاسمونیکی برای آشکارسازی غلظت‌های مختلف باکتری اشریشیا کلی ساخته و مطالعه شده است. روش بررسی: در این مطالعه تجربی، به هدف ساخت حسگر پلاسمونیکی، بستر‌های نقره‌اندود به روش ساده شیمیایی ساخته شدند و با استفاده از بسترهای نقره‌اندود و طیف‌سنجی رامان که تکنیکی غیرمخرب است، آشکارسازی باکتری اشریشیا کلی انجام شد.یافته‌ها: قله پلاسمونی حدود410 نانومتر تشکیل نانوذرات نقره را تایید کرد. بر‌اساس تصویر میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (fesem)، تعداد زیادی از ذرات بسترهای نقره‌اندود، اندازه بین 1400 تا 1500 نانومتر دارند. هر‌چند ذرات کوچکتر تا اندازه حدود 100 نانومتر و ذرات بزرگتر تا اندازه حدود 1700 نیز در تصویر fesem مشاهده می‌شود. زبری بسترهای نقره‌اندود که حاصل از یکنواخت‌نبودن پوشش نقره است منجر‌به پراکندگی نور از بستر نقره‌اندود می‌شود. تشدید پلاسمون‌های سطحی نانوذرات نقره و پراکندگی نور از ذرات نقره کلوخه‌‌شده بزرگتر، ارتعاش‌های مولکولی باکتری اشریشیا کلی را تقویت می‌کنند. با کالیبراسیون شدت ارتعاش‌های مولکولی بر‌حسب غلظت باکتری، رابطه خطی به دست آمد که از روی آن می‌توان با اندازه‌گیری طیف sers باکتری به غلظت آن پی برد. نتیجه‌گیری: در طیف‌سنجی رامان به دلیل تشدید پلاسمون‌های سطحی نانوذرات نقره و پراکندگی نور از ذرات نقره بزرگتر سیگنال رامان حاصل از باکتری اشریشیا کلی ‌بهبود می‌یابد. با کاهش غلظت‌ باکتری، به‌دلیل کاهش تعداد ارتعاش‌های مولکولی سیگنال‌های sers نیز تضعیف می‌شود که با استفاده از این بسترهای نقره‌اندود، شناسایی، آشکارسازی سریع و راحت باکتری اشریشیا کلی تا غلظت cfuml-1‌ 102 قابل انجام است.در‌ضمن، با کالیبراسیون، استفاده از بسترهای نقره‌اندود و طیف سنجی رامان، می‌ توان غلظت باکتری اشریشیا کلی را به‌دست آورد. 

plasmonic sensors for identification and determination of escherichia coli pathogenic bacterial concentration

background: surface-enhanced raman spectroscopy (sers) is one of the most efficient methods for small-scale detection and even single-molecule detection. when different species are close to the metal surface or are physically absorbed on the nanostructures, the raman signal intensities increase due to the interaction of the silver surface species and plasmons. escherichia coli is found in many foods and could easily grow so it is important to identify it in the food and agriculture industries. escherichia coli is found in many foods and can easily grow. therefore, the control of escherichia coli in the food and agricultural industries is of particular interest, so that the identification of this bacterium can be suggested using the sers technique that is relatively simple and inexpensive compared to other techniques. since silver nanostructures improves the raman signal from different molecules due to surface plasmon resonance and light scattering, in this study, silvery substrates have been fabricated and obtained as plasmonic sensors to detect different concentrations of escherichia coli.materials and methods: in this experimental study, for the purpose of fabricating a plasmonic sensor, silvery substrates were synthesized by a simple chemical method; and detection of escherichia coli was performed using silvery substrates and non-destructive raman spectroscopy.results: plasmon peak at around 410 confirmed the formation of silver nanoparticles. the field emission electron microscopy (fesem) image shows more silver nanoparticles on the silvery substrate have sizes between 1400 and 1500 nm. the roughness of the silvery substrates causes the light to be scattered. when gelatin was put on the plasmonic substrates, the vibrations of gelatin molecules are amplified due to the surface plasmon resonance of the smaller nanoparticles as well as the light scattering of the larger silver and gold particles. the sers spectrum intensities of these two substrates increase with respect to their raman spectra. surface plasmon resonance of silver nanoparticles as well as light scattering from larger agglomerated silver particles enhance the molecular vibrations of escherichia coli. by calibrating the intensity of molecular vibrations in terms of bacterial concentration, a linear relationship was obtained from which the concentration of the bacterial could be determined by measuring sers spectra. conclusion: raman spectroscopy improves the raman signals of escherichia coli due to the resonance of surface plasmons of silver nanoparticles and the light scattering from larger silver particles. as the bacterial concentration decreases, the sers signals are attenuated by the decrease in the number of molecular vibrations in which rapid and convenient detection of escherichia coli could be performed up to a concentration of 102 cfuml-1 using the silvery substrates. in addition, by calibration, the concentration of escherichia coli could be determined using silvery substrates and raman spectroscopy.