Rapid and sensitive detection of Staphylococcus aureus using a THz metamaterial biosensor based on aptamer-functionalized Fe3O4@Au nanocomposites

化学 生物传感器 适体 金黄色葡萄球菌 检出限 纳米复合材料 超材料 太赫兹辐射 纳米技术 消散波 色谱法 光电子学 细菌 分子生物学 生物化学 生物 遗传学 材料科学
作者
Wenjing Yu,Jining Li,Guorong Huang,Zhe He,Huiyan Tian,Fengxin Xie,Weidong Jin,Qing Huang,Weiling Fu,Yang Xiang
出处
期刊:Talanta [Elsevier BV]
卷期号:272: 125760-125760 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.talanta.2024.125760
摘要

Staphylococcus aureus (S. aureus) poses a serious threat to global public health, necessitating the establishment of rapid and simple tools for its accurate identification. Herein, we developed a terahertz (THz) metamaterial biosensor based on aptamer-functionalized Fe3O4@Au nanocomposites for quantitative S. aureus assays in different clinical samples. Fe3O4@Au@Cys@Apt has the dual advantages of magnetism and a high refractive index in the THz range and was used to rapidly separate and enrich target bacteria in a complex environmental solution. Furthermore, conjugation to the nanocomposites significantly increased the resonance frequency shift of the THz metamaterial after target loading. Our results showed that the shifts in the metamaterial resonance frequency were linearly related to S. aureus concentrations ranging from 1.0 × 103 to 1.0 × 107 CFU/mL, with a detection limit of 4.78 × 102 CFU/mL. The biosensor was further applied to S. aureus detection in spiked human urine and blood with satisfactory recoveries (82.4–109.6%). Our approach also demonstrated strong concordance with traditional plate counting (R2 = 0.99306) while significantly lowering the analysis time from 24 h to <1 h. In conclusion, the proposed biosensor can not only perform culture-free and extraction-free detection of target bacteria but can also be easily extended to the determination of other pathogenic bacteria, rendering it suitable for various bacteria-related disease diagnoses.
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