A rapid-response ultrasensitive biosensor for influenza virus detection using antibody modified boron-doped diamond
Abstrakt
According to the World Health Organization (WHO), almost 2 billion people each year are infected worldwide with flu-like pathogens including influenza. This is a contagious disease caused by viruses belonging to the family Orthomyxoviridae. Employee absenteeism caused by flu infection costs hundreds of millions of dollars every year. To successfully treat influenza virus infections, detection of the virus during the initial development phase of the infection is critical, when tens to hundreds of virus-associated molecules are present in the patient’s pharynx. In this study, we describe a novel universal diamond biosensor, which enables the specific detection of the virus at ultralow concentrations, even before any clinical symptoms arise. A diamond electrode is surface-functionalized with polyclonal anti-M1 antibodies, which then serve to identify the universal biomarker for the influenza virus, M1 protein. The absorption of the M1 protein onto anti-M1 sites of the electrode change its electrochemical impedance spectra. We achieved a limit of detection of 1 fg/ml in saliva buffer for the M1 biomarker, which corresponds to 5–10 viruses per sample in 5 minutes. Furthermore, the universality of the assay was confirmed by analyzing different strains of influenza A virus.
Cytowania
-
1 0 6
CrossRef
-
0
Web of Science
-
1 0 4
Scopus
Autorzy (12)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
- Opublikowano w:
-
Scientific Reports
nr 7,
strony 1 - 10,
ISSN: 2045-2322 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2017
- Opis bibliograficzny:
- Nidzworski D., Katarzyna S., Niedziałkowski P., Bogdanowicz R., Sobaszek M., Ryl J., Weiher P., Sawczak M., Wnuk E., Goddard Iii W. A., Jaramillo-Botero A., Ossowski T.: A rapid-response ultrasensitive biosensor for influenza virus detection using antibody modified boron-doped diamond// Scientific Reports. -Vol. 7, iss. 1 (2017), s.1-10
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1038/s41598-017-15806-7
- Bibliografia: test
-
- Peduru Hewa, T. M., Tannock, G. A., Mainwaring, D. E., Harrison, S. & Fecondo, J. V. The detection of influenza A and B viruses in clinical specimens using a quartz crystal microbalance. J. Virol. Methods 162, 14-21 (2009). otwiera się w nowej karcie
- Su, L.-C. et al. Rapid and Highly Sensitive Method for Influenza A (H1N1) Virus Detection. Anal. Chem. 84, 3914-3920 (2012). otwiera się w nowej karcie
- Lee, D., Chander, Y., Goyal, S. M. & Cui, T. Carbon nanotube electric immunoassay for the detection of swine influenza virus H1N1. Biosens. Bioelectron. 26, 3482-3487 (2011). otwiera się w nowej karcie
- Qi, C. et al. Detection of avian influenza virus subtype H5 using a biosensor based on imaging ellipsometry. Biosens. Bioelectron. 25, 1530-1534 (2010). otwiera się w nowej karcie
- Farris, L. R. et al. Immuno-interferometric sensor for the detection of influenza A nucleoprotein. Anal. Bioanal. Chem. 396, 667-674 (2009). otwiera się w nowej karcie
- Singh, R., Hong, S. & Jang, J. Label-free Detection of Influenza Viruses using a Reduced Graphene Oxide-based Electrochemical Immunosensor Integrated with a Microfluidic Platform. Sci. Rep. 7, srep42771 (2017). otwiera się w nowej karcie
- Matsubara, T. et al. Highly sensitive detection of influenza virus by boron-doped diamond electrode terminated with sialic acid- mimic peptide. Proc. Natl. Acad. Sci. 113, 8981-8984 (2016). otwiera się w nowej karcie
- Matrosovich, M. & Klenk, H.-D. Natural and synthetic sialic acid-containing inhibitors of influenza virus receptor binding. Rev. Med. Virol. 13, 85-97 (2003). otwiera się w nowej karcie
- Hatano, K., Matsuoka, K. & Terunuma, D. Carbosilane glycodendrimers. Chem. Soc. Rev. 42, 4574-4598 (2013). otwiera się w nowej karcie
- Chrouda, A. et al. Electrically addressable deposition of diazonium-functionalized antibodies on boron-doped diamond microcells for the detection of ochratoxin A. Anal. Methods 7, 2444-2451 (2015). otwiera się w nowej karcie
- Nebel, C. E. et al. Diamond nano-wires, a new approach towards next generation electrochemical gene sensor platforms. Diam. Relat. Mater. 18, 910-917 (2009). otwiera się w nowej karcie
- Qureshi, A., Kang, W. P., Davidson, J. L. & Gurbuz, Y. Review on carbon-derived, solid-state, micro and nano sensors for electrochemical sensing applications. Diam. Relat. Mater. 18, 1401-1420 (2009). otwiera się w nowej karcie
- Enache, T. A. & Oliveira-Brett, A. M. Boron doped diamond and glassy carbon electrodes comparative study of the oxidation behaviour of cysteine and methionine. Bioelectrochemistry 81, 46-52 (2011). otwiera się w nowej karcie
- Bai, Y. et al. Surface Modification for Enhancing Antibody Binding on Polymer-Based Microfluidic Device for Enzyme-Linked Immunosorbent Assay. Langmuir 22, 9458-9467 (2006). otwiera się w nowej karcie
- Nidzworski, D., Pranszke, P., Grudniewska, M., Król, E. & Gromadzka, B. Universal biosensor for detection of influenza virus. Biosens. Bioelectron. 59, 239-242 (2014). otwiera się w nowej karcie
- Yang, L. & Bashir, R. Electrical/electrochemical impedance for rapid detection of foodborne pathogenic bacteria. Biotechnol. Adv. 26, 135-150 (2008). otwiera się w nowej karcie
- Yun, Y.-H., Bhattacharya, A., Watts, N. B. & Schulz, M. J. A Label-Free Electronic Biosensor for Detection of Bone Turnover Markers. Sensors 9, 7957-7969 (2009). otwiera się w nowej karcie
- Guo, X. et al. Carbohydrate-Based Label-Free Detection of Escherichia coli ORN 178 Using Electrochemical Impedance Spectroscopy. Anal. Chem. 84, 241-246 (2012). otwiera się w nowej karcie
- Huang, Y., Bell, M. C. & Suni, I. I. Impedance Biosensor for Peanut Protein Ara h 1. Anal. Chem. 80, 9157-9161 (2008). otwiera się w nowej karcie
- Spackman, E. & Suarez, D. L. Type A influenza virus detection and quantitation by real-time RT-PCR. Methods Mol. Biol. Clifton NJ 436, 19-26 (2008). otwiera się w nowej karcie
- Francis, T. & Magill, T. P. Direct Isolation of Human Influenza Virus in Tissue Culture Medium and on Egg Membrane. Exp. Biol. Med. 36, 134-135 (1937). otwiera się w nowej karcie
- Pachucki, C. T., Khurshid, M. A. & Nawrocki, J. Utility of Reverse Transcriptase PCR for Rapid Diagnosis of Influenza A Virus Infection and Detection of Amantadine-Resistant Influenza A Virus Isolates. J. Clin. Microbiol. 42, 2796-2798 (2004). otwiera się w nowej karcie
- Coonrod, J. D., Karathanasis, P., Betts, R. F. & Donofrio, J. C. Enzyme-linked immunosorbent assay of core antigens for clinical diagnosis of influenza. J. Med. Virol. 25, 399-409 (1988). otwiera się w nowej karcie
- Babin, S. M., Hsieh, Y.-H., Rothman, R. E. & Gaydos, C. A. A Meta-analysis of Point-of-care Laboratory Tests in the Diagnosis of Novel 2009 Swine-lineage Pandemic Influenza A(H1N1). Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 69, 410-418 (2011). otwiera się w nowej karcie
- Singh, R. & Suni, I. I. Minimizing Nonspecific Adsorption in Protein Biosensors that Utilize Electrochemical Impedance Spectroscopy. J. Electrochem. Soc. 157, J334-J337 (2010). otwiera się w nowej karcie
- Lee, J. A. et al. An electrochemical impedance biosensor with aptamer-modified pyrolyzed carbon electrode for label-free protein detection. Sens. Actuators B Chem. 129, 372-379 (2008). otwiera się w nowej karcie
- Li, C. M. et al. Impedance labelless detection-based polypyrrole protein biosensor. Front. Biosci. J. Virtual Libr. 10, 2518-2526 (2005). otwiera się w nowej karcie
- Shang, F. et al. Selective Nanomolar Detection of Dopamine Using a Boron-Doped Diamond Electrode Modified with an Electropolymerized Sulfobutylether-β-cyclodextrin-Doped Poly(N-acetyltyramine) and Polypyrrole Composite Film. Anal. Chem. 81, 4089-4098 (2009). otwiera się w nowej karcie
- Weng, J. et al. Label-Free DNA Sensor by Boron-Doped Diamond Electrode Using an ac Impedimetric Approach. Anal. Chem. 80, 7075-7083 (2008). otwiera się w nowej karcie
- Zhou, Y. L., Tian, R. H. & Zhi, J. F. Amperometric biosensor based on tyrosinase immobilized on a boron-doped diamond electrode. Biosens. Bioelectron. 22, 822-828 (2007). otwiera się w nowej karcie
- Ho, J. A. et al. Ultrasensitive electrochemical detection of biotin using electrically addressable site-oriented antibody immobilization approach via aminophenyl boronic acid. Biosens. Bioelectron. 26, 1021-1027 (2010). otwiera się w nowej karcie
- Polsky, R. et al. Electrically addressable diazonium-functionalized antibodies for multianalyte electrochemical sensor applications. Biosens. Bioelectron. 23, 757-764 (2008). otwiera się w nowej karcie
- Scientific RepoRts | 7: 15707 | DOI:10.1038/s41598-017-15806-7 otwiera się w nowej karcie
- Radhakrishnan, R., Suni, I. I., Bever, C. S. & Hammock, B. D. Impedance Biosensors: Applications to Sustainability and Remaining Technical Challenges. ACS Sustain. Chem. Eng. 2, 1649-1655 (2014). otwiera się w nowej karcie
- Ruigrok, R. W. H. et al. Membrane Interaction of Influenza Virus M1 Protein. Virology 267, 289-298 (2000). otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 245 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Biomolecular influenza virus detection based on the electrochemical impedance spectroscopy using the nanocrystalline boron-doped diamond electrodes with covalently bound antibodies
- K. Siuzdak,
- P. Niedziałkowski,
- M. Sobaszek
- + 7 autorów
Ligand-Modified Boron-Doped Diamond Surface: DFT Insights into the Electronic Properties of Biofunctionalization
- B. Dec,
- M. Sobaszek,
- A. Jaramillo-botero
- + 2 autorów