Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.90.1-90.1
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2013
Nature utilizes various of the colorization process. Some species of birds can express their mood of tempers by changing their collagen structures on skin. For example, turkey can change their skin color by expansion of the collagen structures, which are associated with the distinct color changes. Here, we developed bioinspired virus-based colorimetric sensors which can be genetically tuned for target molecule. Using M 13 bacteriophage, we fabricated responsive self-assembled color matrices composed of quasi-ordered fiber bundle structures. These virus matrices can exhibit color change by stimuli through fiber bundle structure modulation. Upon exposure of volatile organic compounds, the resulting multi-colored matrices exhibited distinct color changes with different ratios that can be recognized by the naked eyes. Using the directed evolutionary approaches, we genetically engineered the virus matrix to incorporate binding motif for explosive detection (i.e., trinitrotoluene (TNT)). Through utilizing a common handheld device (i.e., iPhone), we could distinguish TNT molecules down to 20 ppb in a selective manner. Our novel biomimetic virus colorimetric sensor can overcome current limitation for low response selectivity.
The manuscript reports synthesis of exceptionally stable gold nanoparticles (GNPs) using Momordica charantia fruit extract. The synthesis approach was optimized by refining three experimental variables including source of the fruit extract (peel, seed, and seed coat), pH of the solution, and temperature of the reaction medium. As synthesized GNPs showed excellent stability against various thiolated compounds (e.g., thioglycolic acid, thiourea, ${\text\tiny{L}}-cystine$, 1-dodecanethiol, and cysteamine hydrochloride). Moreover, these nanoparticles showed distinctive colorimetric responses against $Cd^{2+}$ and thiophenol (TP) from their potential interferences. The limit of detection (LOD) values for $Cd^{2+}$ and TP were determined as 0.186 and $0.154{\mu}M$, respectively.
Rapid industrialization with growing population leads to environmental water pollution. Demand in generation of clean water from waste water is ever increasing by scarcity of rain water due to change in weather pattern. Colorimetric detection of heavy metal present in clean water is very simple and effective technique. In this review membrane based colorimetric detection of mercury (II) ions are discussed in details. Membrane such as cellulose, polycaprolactone, chitosan, polysulfone etc., are used as support for metal ion detection. Nanofiber based materials have wide range of applications in energy, environment and biomedical research. Membranes made up of nanofiber consist up plenty of functional groups available in the polymer along with large surface area and high porosity. As a result, it is easy for surface modification and grafting of ligand on the fiber surface enhanced nanoparticles attachment.
A new direct colorimetric assay of microcystin in water and algal samples is proposed consisting of two procedures as follows: 1) the elimination of phosphorus in the sample and concentration of microcystin using a C(sub)18 cartridge, 2) the detection of the released phosphorus by the ascorbic acid method and determination of protein phosphatase (PP) inhibition by microcystin. The optimum amounts of phosphorylase ${\alpha}$ and PP-1 in 50 ${\mu}$L concentrated sample were 50$\mu\textrm{g}$/50${\mu}$L buffer and 1.0unit/50${\mu}$L buffer, respectively, for the best assay. The pH for the maximum activity of PP-1 was 8. The minimum detectable concentration for this method was about 0.02$\mu\textrm{g}$/L, which is sufficient to meet the proposed guideline level of 1$\mu\textrm{g}$ microcystin/L in drinking water. Consequently, it would seem that the proposed direct colorimetric assay using PP is a rapid, easy, and convenient method for the detection of microcystin in water and algal samples.
Kim, Hyo-In;Lee, Jeong-Eun;Kim, Sol-A;Moon, Hyo-Yeong;Cho, Sung-Rae;Shim, Won-Bo
Journal of Food Hygiene and Safety
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v.34
no.3
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pp.269-276
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2019
A colorimetric rapid detection method based on acetylcholinesterase (AChE) was developed for the analysis of organophosphorus (OP) and carbamate (CB) pesticides. The AChE catalyzes acetylthiocholine into thiocholine having (-) and (+) charges, and the (+) charge results in gold nanoparticle (GNP) aggregation. The in-activation of AChE by OP and CB has been well known. In order to optimize the colorimetric method, optimal dilution times of commercial serum containing AChE, diameter of GNP, and concentration of acetylthiocholine were tested as a key parameter. The colorimetric detection limits of the method were 7.5 ng/mL for both dimethyl amine and carbofuran pesticides in 60% ethanol. No cross-reaction to other chemicals, such as aflatoxin B1 and ochratoxin A, which can be contaminated with pesticides in agricultural products, was observed. Recoveries from lettuce, sesame leaf, and cabbage lettuce spiked with known concentrations of dimethyl amine and carbofuran were found to be ranged from 83.85 to 133.16%. These results indicated that the colorimetric rapid method based on AChE can be a useful tool for the sensitive, specific, rapid, and accurate detection of OP and CB pesticides in fresh vegetables.
DNA-functionalized silver and silver/gold bimetallic nanoparticle superstructure probes with controllable sizes and optical properties are synthesized using monothiol DNA and dithiothreitol. The superstructures exhibit a very narrow size distribution, which can be easily controlled by balancing the ratio of dithiothreitol and DNA. These superstructures assemble reversibly in a highly cooperative manner, and are SERS active. Multiplexed colorimetric detection of DNA targets using these superstructure probes has been demonstrated to identify three different DNA target sequences that are associated with three lethal diseases, respectively.
Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) are approved by the Food and Drug Administration (FDA) in the United States. SPIONs are used in magnetic resonance imaging (MRI) as contrast agents and targeted delivery in nanomedicine using external magnet sources. SPIONs act as an artificial peroxidase (i.e., nanozyme), and these reactions were highly stable in various pH conditions and temperatures. In this study, we report a nanozyme ability of the clustered SPIONs (CSPIONs) synthesized by the oil-in-water (O/W) method and coated with biocompatible poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA). We hypothesize that the CSPIONs can have high sensitivity toward H2O2 derived from the reaction between a fixed amount of glucose and glucose oxidase (GOX). As a result, CSPIONs oxidized a 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS) commonly used as a substrate for hydrogen peroxidase in the presence of H2O2, leading to a change in the color of the substrate. We also utilized a colorimetric assay at 417 nm using various glucose concentrations from 5 mM to 1.25 μM to validate β-D-glucose detection. This study demonstrated that the absorbance value increases along with increasing the glucose level. The results were highly repeated at concentrations below 5 mM (all standard deviations < 0.03). Moreover, the sensitivity and limit of detection were 1.50 and 5.44 μM, respectively, in which CSPIONs are more responsive to glucose than SPIONs. In conclusion, this study suggests that CSPIONs have the potential to be used for glucose detection in diabetic patients using a physiological fluid such as ocular, saliva, and urine.
Noh, Jin Young;Hwang, In Hong;Kim, Hyun;Song, Eun Joo;Kim, Kyung Beom;Kim, Cheal
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.7
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pp.1985-1989
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2013
A simple colorimetric and fluorescent anion sensor 1 based on salicylimine showed a high selectivity and sensitivity for detection of cyanide in aqueous solution. The receptor 1 showed high selectivity toward $CN^-$ ions in a 1:1 stoichiometric manner, which induces a fast color change from colorless to orange and a dramatic enhancement in fluorescence intensity selectively for cyanide anions over other anions. Such selectivity resulted from the nucleophilic addition of $CN^-$ to the carbon atom of an electron-deficient imine group. The sensitivity of the fluorescence-based assay (0.06 ${\mu}M$) is below the 1.9 ${\mu}M$ suggested by the World Health Organization (WHO) as the maximum allowable cyanide concentration in drinking water, capable of being a practical system for the monitoring of $CN^-$ concentrations in aqueous samples.
The accurate and rapid detection of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) holds significant clinical importance. This work presents a new method for detecting methicillin-resistant Staphylococcus aureus (S. aureus) in clinical samples. The method uses an aptamer-based colorimetric assay that combines a recognizing probe to identify the target and split DNAzyme to amplify the signal, resulting in a highly sensitive and direct analysis of methicillin-resistance. The identification of the PBP2a protein on the membrane of S. aureus in clinical samples leads to the allosterism of the recognizing probe, and thus provides a template for the proximity ligation of split DNAzyme. The proximity ligation of split DNAzyme forms an intact DNAzyme to identify the loop section in the L probe and generates a nicking site to release the loop sequence ("3" and "4" fragments). The "3" and "4" fragments forms an intact sequence to induce the catalytic hairpin assembly, exposing the G-rich section. The released the G-rich sequence of LR probe induces the formation of G-quadruplex-hemin DNAzyme as a colorimetric signal readout. The absorption intensity demonstrated a strong linear association with the logarithm of the S. aureus concentration across a wide range of 5 orders of magnitude dynamic range under the optimized experimental parameters. The limit of detection was calculated to be 23 CFU/ml and the method showed high selectivity for MRSA.
Heo, Hyun Young;Kim, Yong Tae;Chen, Yuchao;Choi, Jong Young;Seo, Tae Seok
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.273-273
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2013
Recently, Point-of-care (POC) testing microdevices enable to do the patient monitoring, drug screening, pathogen detection in the outside of hospital. Immunochromatographic strip (ICS) is one of the diagnostic technologies which are widely applied to POC detection. Relatively low cost, simplicity to use, easy interpretations of the diagnostic results and high stability under any circumstances are representative advantages of POC diagnosis. It would provide colorimetric results more conveniently, if the genetic analysis microsystem incorporates the ICS as a detector part. In this work, we develop a reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) microfluidic device integrated with a ROSGENE strip for colorimetric influenza H1N1 virus detection. The integrated RT-PCR- ROSGENE device is consist of four functional units which are a pneumatic micropump for sample loading, 2 ${\mu}L$ volume RT-PCR chamber for target gene amplification, a resistance temperature detector (RTD) electrode for temperature control, and a ROSGENE strip for target gene detection. The device was fabricated by combining four layers: First wafer is for RTD microfabrication, the second wafer is for PCR chamber at the bottom and micropump channel on the top, the third is the monolithic PDMS, and the fourth is the manifold for micropump operation. The RT-PCR was performed with subtype specific forward and reverse primers which were labeled with Texas-red, serving as a fluorescent hapten. A biotin-dUTP was used to insert biotin moieties in the PCR amplicons, during the RT-PCR. The RT-PCR amplicons were loaded in the sample application area, and they were conjugated with Au NP-labeled hapten-antibody. The test band embedded with streptavidins captures the biotin labeled amplicons and we can see violet colorimetric signals if the target gene was amplified with the control line. The off-chip RT-PCR amplicons of the influenza H1N1 virus were analyzed with a ROSGENE strip in comparison with an agarose gel electrophoresis. The intensities of test line was proportional to the template quantity and the detection sensitivity of the strip was better than that of the agarose gel. The test band of the ROSGENE strip could be observed with only 10 copies of a RNA template by the naked eyes. For the on-chip RT-PCR-ROSGENE experiments, a RT-PCR cocktail was injected into the chamber from the inlet reservoir to the waste outlet by the micro-pump actuation. After filling without bubbles inside the chamber, a RT-PCR thermal cycling was executed for 2 hours with all the microvalves closed to isolate the PCR chamber. After thermal cycling, the RT-PCR product was delivered to the attached ROSGENE strip through the outlet reservoir. After dropping 40 ${\mu}L$ of an eluant buffer at the end of the strip, the violet test line was detected as a H1N1 virus indicator, while the negative experiment only revealed a control line and while the positive experiment a control and a test line was appeared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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