Nanoparticle-Based Biobarcoded DNA Sensor for the Rapid Detection of pagA Gene of Bacillus Anthracis

生物传感器 炭疽杆菌 检出限 化学 纳米颗粒 DNA 核化学 色谱法 纳米技术 材料科学 生物化学 生物 细菌 遗传学
作者
Zongquan Deng,Michael J. Anderson,Michael C. Huarng,Evangelyn C. Alocilja
出处
期刊:IEEE Transactions on Nanotechnology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (6): 1433-1438 被引量:14
标识
DOI:10.1109/tnano.2011.2165965
摘要

Bacillus anthracis is a bioterrorism agent classified by the Centers for Disease Control and Prevention (CDC). A highly amplified, nanoparticle-based, biobarcoded electrochemical biosensor for the rapid detection of pagA gene (accession number = M22589) in Bacillus anthracis is reported in this paper. The biosensor system is mainly composed of two nanoparticles: gold nanoparticles (AuNPs) and magnetic microparticles (MMPs). The AuNPs are coated with the 1st target-specific DNA probe (pDNA), which can recognize the target DNA (tDNA), and nanoparticle tracer (NT)-labeled barcode DNA (bDNA) as a signal indicator in a 1:100 probe-to-barcode ratio. The MMPs are coated with the 2nd target-specific pDNA. After mixing the nanoparticles with the tDNA, the sandwich structure (MMPs-2nd pDNA/tDNA/1st pDNA-AuNPs-bDNA-NTs) is formed. A magnetic field is applied to separate the sandwiches from the unreacted materials. Because the AuNPs have a large number of NTs per pDNA binding event, there is substantial amplification. Then, the NTs are dissolved in 1-M nitric acid and the metal ions (Pb 2+ and Cd 2+ ) are detected by square-wave anodic stripping voltammetry on a screen-printed carbon electrode sensor. Using this technique, the detection limit of this biobarcoded DNA sensor is as low as 0.2 ng/mL using cadmium sulfide NTs, or 0.02 ng/mL using lead sulfide NTs. The nanoparticle-based biobarcoded DNA sensor has potential applications in multiplexed detection of bioterrorism threat agents.

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