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Advanced nanostructured biosensors enabled by rational surface engineering for bacterial detection

生物传感器 纳米技术 介电谱 纳米线 表面工程 硼酸 氧化铟锡 微流控 材料科学 化学 表面改性 纳米尺度 检出限 生物电子学 粘附 合理设计 蚀刻(微加工) 纳米颗粒 纳米传感器 氧化锡 纳米结构 硫化地杆菌 生物分子 胶体金 荧光
作者
Nitish Kumar,Lester U. Vinzons,Wei-Yau Shia,P. Chu,Yu‐Te Liao,Chia‐Wei Liu,Shu‐Ping Lin
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:292: 118112-118112 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.bios.2025.118112
摘要

Rapid, sensitive, and specific detection of bacterial pathogens is vital for ensuring public health and food safety. This study presents a rationally engineered nanostructured biosensor composed of boronic acid (BA)-functionalized indium tin oxide vertical nanowires (ITO-VNWs) for electrochemical impedance spectroscopy (EIS)-based bacterial detection. Optimizing nanowire geometry through controlled KOH etching and tailoring surface chemistry with BA modification enhanced bacterial adhesion and enabled electrical signal transduction through cis -diol–mediated boronate ester bond formation. Extended Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek (XDLVO) analysis confirmed improved surface–bacteria interactions, showing reduced energy barriers and stronger adhesion forces on BA-ITO-VNWs. The biosensors exhibited a broad dynamic detection range (10 1 –10 7 CFU mL -1 ), rapid response within 9 min, and high specificity for Escherichia coli over Staphylococcus aureus , attributed to the abundant cis -diols on Gram-negative bacterial surfaces. Detection in spiked milk and juice samples correlated closely with results from commercial viability assays, and integration with a portable EIS chip enabled miniaturized, field-deployable diagnostics. This work highlights how nanoscale surface engineering coupled with XDLVO-based interfacial interaction modeling guides biosensor optimization, offering a versatile strategy for real-time, label-free discrimination of Gram-negative bacteria.
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