Engineered Artificial Nanochannels with Cell Membrane Nanointerface for Ultrasensitive Detection and Discrimination of Multiple Bacterial Infections

化学 纳米技术 细菌细胞结构 细菌 生物化学 材料科学 生物 遗传学
作者
Jin Wang,Chengcheng Zhu,Jing Tan,Jing‐Juan Xu,Chen Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c01542
摘要

Bacterial infection is a major threat to global public health, which urgently require rapid and reliable analytical techniques for complex biological samples but remains a challenge. Herein, we developed an artificial affinity nanochannel with a cell membrane nanointerface, which enables broad-spectrum capture and specifically discriminates multiple pathogens. The macrophage membrane is pre-engineered with azide groups by a biometabolic process and then modified on a porous anodized aluminum oxide substrate via click reactions, preserving dynamic lateral fluidity and broad-spectrum recognition capacity. The macrophage membrane/anodized aluminum oxide membrane is evaluated with remarkable ion current rectification performance with a distinct current response upon bacterial binding, which realizes ultrasensitive detection of bacteria. Moreover, discrimination of bacterial species is achieved by further introducing specific antibodies. The nanochannel-based biosensor allows accurately capturing and quantifying multiple bacteria over a broad linear range, with a detection limit as low as 2.7 CFU/mL. Finally, this nanoplatform is successfully applied for broad-spectrum capture of bacterial species in several practical application scenarios including water, serum, and blood samples, achieving ultrasensitive detection and identification of bacteria below 10 CFU/mL. Overall, the proposed nanochannel with cell membrane nanointerface shows broad applicability in bacterial analysis, highlighting its potential in diagnosing infectious diseases.
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