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Reusable and storable whole-cell microbial biosensors with a microchemostat platform for in situ on-demand heavy metal detection
저자
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학술지명
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발행연도
2018
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-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
372-381(10쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Target analyte detection using whole-cell microbial biosensors can benefit from a microchemostat platform owing to the reduced reagent consumption, a finely controllable environment, and multi-parallel processing. However, the use of the previous microchemostat still has limitations for practical applications, e.g., its single-use design, long time requirements for cell and device preparation, low portability, slow and weak response signals, and the lack of ready-to-use in situ devices. In the present study, we developed a novel microchemostat platform that resolves these issues and enhances the performance of microbial biosensors via its abilities to actively control the cell population and to form a uniform culture environment using a nanoscale hydrodynamic film (NHF). The combination of the microchemostat platform and the microbial biosensors yielded fast and strong signals on demand in response to heavy metal ions (e.g., Pb<SUP>2+</SUP>). In addition, the platform enables the long-term on-chip storage of microbial biosensors for over 1 month, without deterioration of growth and detection ability. Lastly, we demonstrated that microbial biosensors can consecutively measure multiple samples by a regeneration process in which the microchemostat platform continuously subcultures the microbial biosensors until the complete recovery of their sensing capabilities. Thus, the microchemostat offers whole-cell microbial biosensors that are fast, ready-to-use, reusable, and storable. It also shows good potential for user-friendly, portable on-site environmental monitoring, particularly where expensive analytical tools and/or instruments for heavy metal ion detection are unavailable.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Our microchemostat platform addresses most practical limitations of existing platforms for whole-cell microbial biosensors. </LI> <LI> Long-term on-chip storage of cells under refrigeration can relieve end-users from cumbersome off-chip cell preparation. </LI> <LI> The microchemostat can regenerate used biosensors for multiple analyses with only a single chip. </LI> <LI> The microchemostat platform shows remarkable potential for on-site, in situ, and on-demand heavy metal ions detection. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>The microchemostat platform can make the whole-cell microbial biosensors reusable, ready-to-use, and storable, showing a dramatic potential for portable, on-site, in situ, and on‐demand environmental monitoring of heavy metal ions.</P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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