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用一次性电极的WSSV电化学检测

Kenshin Takemura.,Ph.D. 君萨摩,博士。 Jirayu Boonyakida。,Ph.D. Sungjo公园。,Ph.D. ankan dutta chowdhury,博士。 Enoch Y. Par.k,Ph.D.

首先成功证明一种识别重要虾病原体,白斑综合征病毒的新方法

一次性电极
这是白斑综合征病毒的第一个成功的电化学检测,是栽培虾最重要的病原体之一,具有数十亿美元的全球影响,使用新的一次性电极。照片由Fernando Huerta。

白斑综合征病毒(WSSV)感染虾并导致白斑(WSD),被认为是世界上栽培的虾业中最致命和昂贵的病原病毒之一。疫苗接种始终是解决任何病毒感染的最有用的方法,并且已经报道了一些尝试诱导免疫应答并保护虾免受WSSV感染,但这些疫苗接种尝试的结果仍然很差,考虑到他们的实际使用仍然很差为了避免WSD培养虾的风险,重要的是让手段快速识别任何受感染的虾。

用于检测WSSV的目前的方法是基于聚合酶链反应技术(PCR,广泛用于通过使用特异性抗体的蛋白质的病毒DNA技术或试验来快速制作数百万种特异性DNA样品副本的方法,具有检测极限,LOD(可在不存在于没有置信度的物质的情况下区分的物质的最低量通常为99%)在4至12小时内每mL拷贝数百份DNA。用于水产养殖的PCR诊断测定受其成本的限制,需要高度培训的运营商。其他WSSV检测方法包括其他复杂的技术,例如点污点,侧面流动试验和酶联免疫吸附测定(ELISA)。

纳米材料[具有单个尺寸单元的材料 - 在至少一个尺寸 - 1到100纳米(度量系统中的长度单位等于一个米的Milmilleth部分,或0.000000万米)],具有物理性质,光学和独特电化学已成功用于检测几种病毒的高灵敏度。电化学阻抗光谱(EIS)是用于分析性质的敏感技术和各种分子反应的识别,并且可以直接检测不同的分子事件。例如,我们已经证明了通过基于工程设计的阻碍过程的特定和纳米材料构成的制造生物传感器电极检测乙型肝炎病毒。

本文,适应和总结了 原来的 [Takemura,K.等。 2020.具有由石墨烯量子点和金纳米粒子嵌入式聚苯胺纳米线组成的硅橡胶装置电极的白色综合征病毒的电化学检测。 J Nanobiotechnol。 18,152(2020)]报告可准确检测WSSV的一次性电极,并且可能在水产养殖业中具有重要应用。

学习设置

出于有关高技术过程的详细信息,用于制造测试电极的设备和材料,包括传感器电极中的纳米复合材料的沉积,以及使用可一次性电极的WSSV的收集和预处理,以及使用一次性电极的检测WSSV,请参阅原文。

结果和讨论

我们开发的一次性电极在其测试期间证明了在宽线性范围内检测WSSV的能力,具有高特异性和灵敏度。还测试了传感器稳定性超过一个月,以确认其对原位病毒检测的适用性。

电阻图(当施加电压时,在施加不同浓度的病毒的病毒孵育之后,在施加电压时施加电流的电流的电流的测量)2 a 109 每mL拷贝如图1a所示。由于在装载病毒的电极中的高强度的积累,传感器电极的响应随着WSSV的浓度而增加。当WSSV加入传感器电极时,大量的非导电病毒颗粒覆盖导电表面,增加电阻。

校准图显示了WSSV的电阻和浓度之间的优异线性关系(图1B)。确定检测极限,LOD每ML的48.4拷贝,具有极低且敏感的值,实际使用。在检测到WSSV之后,病毒负载电极的表面显示出显着更高的粗糙度,这表明在电极上存在WSSV。

一次性电极
图。图1:使用一次性电极检测WSSV。 (a)不同浓度WSSV的电阻图形。欧姆的轴值,用于测量电阻的单位。 (b)相应阻抗的校准曲线。负载电阻值(RCT)是腐蚀电化学和电化学反应的相关测量。每次检测三次进行三次,并且数据比(n = 3)等于平均±。

我们将我们的检测性能与其他几种WSSV检测方法进行比较。许多研究已经检测到DNA成功,但由于需要从WSSV提取DNA,因此不容易实现快速和原位检测。我们的检测系统是实用的,因为它显示出在网站上的高灵敏度,简单性和适应性。

关于一次性电极的选择性和稳定性,还测试了在我们与传感器电极的研究期间对WSSV的特异性,几种其他病毒和一些材料进行了测试。传感器的响应(除了WSSV,图2A)类似于裸电极的响应,其表示目标​​病毒的传感器的特异性。通过具有各种材料的特殊涂层实现传感器的高选择性及其有效清洁。当存在许多异物并且在传感器表面产生未特异性的吸附时,用高效率洗涤溶液除去除物镜WSSV之外的物质,导致我们的检测方法的选择性高。

测试一次性电极的稳定性八周,以观察其适用于长期使用。如图1所示。如图2B所示,负载10的信号强度4 每毫升病毒的拷贝仍然存在86%,直到35天持续了86%。然而,由于使用的抗体的降解,在储存56天后,它跌至73.4%。

一次性电极
图2:(a)与非靶病毒和各种离子和其他物质相比,用于检测WSSV的电极涂层选择性试验。 (b)试验可一次性电极的稳定性。将电极储存在冰箱中56天,每周从第二周测试检测性能。改编自原始。

在缓冲培养基中成功检测WSSV后,收集并分析了用WSSV感染的10个虾病毒样品。将其DNA复制数与通过这种电化学检测技术获得的结果进行比较。用于样品的PCR结果的一般趋势与电化学传感器的结果的趋势表现出突出的相似性,这证实了传感器结果的再现性。通常,我们的数据显示,我们的检测系统具有更高的灵敏度,六到七个级别订单,目前用于WSSV的其他测试技术,如Western Blot,并且可以在更少的20分钟内检测受感染动物的WSSV。

透视

我们在20分钟内开发和验证一次性电极,以便在20分钟内快速敏感地检测白斑综合征病毒(WSSV)。在测试期间,我们的传感器在宽的线性范围内检测到病毒102 a 109 DNA每毫升拷贝,检测限为48.4拷贝每mL。并且成功地证明了一次性电极的功能具有高度和长期稳定性约5周。

检测能力也成功地测试了其他病毒,表明其对未来使用的多功能适用性。施用传感器以检测培养的虾病毒感染的WSSV,并发现目前使用的PCR分析可与实时用于病毒检测的优异监测系统的适用性。

这是通过高灵敏度,选择性和稳定性的纳米制造传感器电极进行WSSV检测的第一次演示,表明其作为监测水产养殖业中WSSV的诊断工具的潜力。该检测系统可以在控制虾生产设施中的现场检测系统的WSSV传播方面发挥重要作用。


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