SCIE
Plasmonic bacteria on a nanoporous mirror via hydrodynamic trapping for rapid identification of waterborne pathogens
저자
Whang, Keumrai ; Lee, Jong-Hwan ; Shin, Yonghee ; Lee, Wooju ; Kim, Young Wan ; Kim, Dongchoul ; Lee, Luke P. ; Kang, Taewook
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학술지명
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발행연도
2018
작성언어
-등재정보
SCIE
자료형태
학술저널
수록면
68
제공처
<▼1><P>A rapid, precise method for identifying waterborne pathogens is critically needed for effective disinfection and better treatment. However, conventional methods, such as culture-based counting, generally suffer from slow detection times and low sensitivities. Here, we developed a rapid detection method for tracing waterborne pathogens by an innovative optofluidic platform, a plasmonic bacteria on a nanoporous mirror, that allows effective hydrodynamic cell trapping, enrichment of pathogens, and optical signal amplifications. We designed and simulated the integrated optofluidic platform to maximize the enrichment of the bacteria and to align bacteria on the nanopores and plasmonic mirror via hydrodynamic cell trapping. Gold nanoparticles are self-assembled to form antenna arrays on the surface of bacteria, such as <I>Escherichia coli</I> and <I>Pseudomonas aeruginosa</I>, by replacing citrate with hydroxylamine hydrochloride in order to amplify the signal of the plasmonic optical array. Owing to the synergistic contributions of focused light via the nanopore geometry, self-assembled nanoplasmonic optical antennas on the surface of bacteria, and plasmonic mirror, we obtain a sensitivity of detecting <I>E. coli</I> as low as 10<SUP>2</SUP> cells/ml via surface-enhanced Raman spectroscopy. We believe that our label-free strategy via an integrated optofluidic platform will pave the way for the rapid, precise identification of various pathogens.</P></▼1><▼2><P><B>Nanoparticles: making it easier to detect waterborne pathogens</B></P><P>A novel method using nanotechnology to rapidly identify bacteria in water samples has been developed by scientists in the Republic of Korea and the US. Waterborne pathogens kill millions of people each year, but detection methods can be time-consuming, lack sensitivity, and only work with small samples. Taewook Kang at Sogang University, Seoul, and co-workers fabricated a gold-coated mirror filled with nano-sized holes smaller than an individual bacterium, and added especially modified gold nanoparticles to their water samples. The nanoparticles stuck onto the surface of bacteria, such as <I>Escherichia coli</I>, which in turn made the bacteria likely to cluster around the mirror’s pores. These measures greatly enhanced the interactions between the bacteria and light, so that even very low cell concentrations could be detected using spectroscopy, and different species of bacteria could be distinguished.</P></▼2>
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