Phát hiện tế bào đơn lẻ bằng bộ dao động vi cơ học

Khả năng phát hiện một lượng nhỏ các chất liệu, đặc biệt là vi khuẩn gây bệnh, rất quan trọng trong chẩn đoán y tế và theo dõi an toàn thực phẩm. Các hệ thống cơ học vi và nano được thiết kế có thể đóng vai trò như những máy phát hiện sinh học đa chức năng, nhạy cảm cao và đặc hiệu miễn dịch. Chúng tôi trình bày một cảm biến khối lượng dựa trên tần số cộng hưởng, được cấu thành từ các thanh cantilever silicon nitride chịu ứng suất thấp để phát hiện các sự kiện liên kết giữa tế bào Escherichia coli (E. coli) và kháng thể với độ nhạy phát hiện đạt đến mức một tế bào đơn lẻ. Các sự kiện liên kết liên quan đến tương tác giữa các kháng thể chống E. coli O157:H7 đã được cố định trên một thanh cantilever và kháng nguyên O157 có mặt trên bề mặt của E. coli O157:H7 gây bệnh. Sự tải trọng khối lượng bổ sung từ việc liên kết cụ thể của các tế bào E. coli đã được phát hiện bằng cách đo sự dịch chuyển tần số cộng hưởng của bộ dao động vi cơ học. Trong không khí, nơi xảy ra sự giảm chấn đáng kể, độ nhạy khối lượng của thiết bị cho thanh dài 15 μm và 25 μm lần lượt là 1.1 Hz/fg và 7.1 Hz/fg. Trong cả hai trường hợp, sử dụng nhiễu nhiệt và môi trường xung quanh như một cơ chế điều khiển, cảm biến rất hiệu quả trong việc phát hiện các cấu trúc đơn lớp kháng thể chống E. coli đã được cố định, cũng như các tế bào E. coli đơn lẻ. Kết quả của chúng tôi gợi ý rằng việc điều chỉnh kích thước của bộ dao động là một phương pháp khả thi để tăng cường độ nhạy của các cảm biến khối lượng cộng hưởng.