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Toward the Detection and Identification of Single Bacteria by Electrochemical Collision Technique

超微电极 化学 细菌 氧化还原 大肠杆菌 电化学 生物物理学 纳米技术 循环伏安法 生物化学 无机化学 电极 材料科学 物理化学 基因 生物 遗传学
作者
Guanyue Gao,Dengchao Wang,Ricardo F. Brocenschi,Jinfang Zhi,Michael V. Mirkin
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:90 (20): 12123-12130 被引量:62
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.8b03043
摘要

Fast and cost-efficient detection and identification of bacteria in food and water samples and biological fluids is an important challenge in bioanalytical chemistry. It was shown recently that bacteria can be detected by measuring the decrease in the diffusion current to the ultramicroelectrode caused by cell collisions with its surface. To add selectivity to the bacteria detection, herein we show the possibility of collision experiments with the signal produced by electrochemical activity of bacterial cells reducing (or oxidizing) redox species. The mediator oxidation/reduction rate can be used to identify different types of bacteria based on their specific redox activities. Here we report the analysis of electrochemical collision transients produced by two kinds of bacteria, Escherichia coli and Stenotrophomonas maltophilia. The effects of the charge and redox activity of bacterial cells on collision events are discussed. The current transients due to live cell collisions were compared to those produced by bacteria killed either by heavy metal ions (cobalt) or by an antibiotic (colistin). This approach is potentially useful for evaluating the effectiveness of antimicrobial agents. Finite-element simulations were carried out to model collision transients.
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