Novel 3S-shaped biophotonic sensor utilizing MoS2–NSs/ZnO–NWs/AuCu–NCs for rapid detection of Shigella flexneri bacteria

福氏志贺氏菌 志贺氏菌 细菌 材料科学 纳米技术 微生物学 化学 生物 大肠杆菌 生物化学 遗传学 沙门氏菌 基因
作者
Lucan Xiao,Ragini Singh,Jan Nedoma,Qinglin Wang,Fengzhen Liu,Daniele Tosi,Carlos Marques,Bingyuan Zhang,Santosh Kumar
出处
期刊:APL photonics [AIP Publishing]
卷期号:9 (10)
标识
DOI:10.1063/5.0223660
摘要

This paper describes a unique, extremely sensitive biophotonic sensor with a three-tier S-tapered (3S) structure. It is designed for the real-time detection of Shigella flexneri (S. flexneri), a common foodborne pathogen that causes severe gastrointestinal diseases. The sensor development includes three distinct diameters of S-tapered structures. The performance of tapered sections was improved by using molybdenum disulfide nanosheets (MoS2-NSs), zinc oxide nanowires (ZnO-NWs), and photoluminescent bimetallic gold–copper nanoclusters (AuCu–NCs). These nanoparticles greatly improve the sensor’s performance. The sensor is further functionalized using anti-S. flexneri antibodies, allowing for the precise detection and capture of the target bacterium. The results show that the sensor can detect S. flexneri rapidly and accurately, with a linear detection range of 1–108 colony-forming units per milliliter (CFU/ml) and a low detection limit of 4.412 CFU/ml. In addition, the sensor’s ability to identify S. flexneri biofilms is demonstrated. Biofilm detection allows us to better understand and control biofilm concerns in the environment, equipment, and biomedical devices. Aptamer examines confirm the sensor’s ability to detect S. flexneri from the lateral direction. This study makes a significant contribution to the field of biosensing because no biophotonic sensor has previously been developed specifically for the detection of S. flexneri, fulfilling a critical gap in the arena of food safety and pathogen detection. The 3S sensor’s performance, robustness, and potential for practical applications make it an important addition to the field of photonics.

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