Seamless Integration of Rapid Separation and Ultrasensitive Detection for Complex Biological Samples Using Multistage Annular Functionalized Carbon Nanotube Arrays

材料科学 碳纳米管 纳米技术 分离(统计) 碳纤维 复合材料 复合数 计算机科学 机器学习
作者
Lihuang Li,Jialing Zhang,Zhengqi Jiao,Xijie Zhou,Lei Ren,Miao Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (21): e2312518-e2312518 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adma.202312518
摘要

Abstract Efficient separation, enrichment, and detection of bacteria in diverse media are pivotal for identifying bacterial diseases and their transmission pathways. However, conventional bacterial detection methods that split the separation and detection steps are plagued by prolonged processing times. Herein, a multistage annular functionalized carbon nanotube array device designed for the seamless integration of complex biological sample separation and multimarker detection is introduced. This device resorts to the supersmooth fluidity of the liquid sample in the carbon nanotubes interstice through rotation assistance, achieving the ability to quickly separate impurities and capture biomarkers (1 mL sample cost time of 2.5 s). Fluid dynamics simulations show that the reduction of near‐surface hydrodynamic resistance drives the capture of bacteria and related biomarkers on the functionalized surface of carbon nanotube in sufficient time. When further assembled as an even detection device, it exhibited fast detection (<30 min), robust linear correlation (10 1 –10 7 colony‐forming units [CFU] mL −1 , R 2 = 0.997), ultrasensitivity (limit of detection = 1.7 CFU mL −1 ), and multitarget detection ( Staphylococcus aureus , extracellular vesicles, and enterotoxin proteins). Collectively, the material and system offer an expanded platform for real‐time diagnostics, enabling integrated rapid separation and detection of various disease biomarkers.
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