Электрофизический метод ускоренного обнаружения и дифференциации микроорганизмов на основе пленочных биоструктур и планарно-емкостных чип-форматов

Abstract

На основе пленочных биоструктур и планарно-емкостных чип-форматов разработан электрофизический метод обнаружения и дифференциации микроорганизмов S. аureus, E. coli, P. aeruginosa и C. albicans в течение 40 мин. Использованы планарно-емкостные чип-форматы сенсоров нефарадеевского типа с алюминиевыми микро электродами, изолированными плотной композитной пленкой, состоящей из Al2O3 (200 нм) + SiO2 (100 нм). Формирование и измерение зарядовых характеристик пленочных биоструктур проводили в воздушной среде при температуре 37 С и относительной влажности воздуха 5 %. Величину заряда пленочных биоструктур определяли по площади под кривой зависимости тока от времени после ее полиномной аппроксимации для количества измерений n = 2000 и надежности a = 99,9 %. Статистическую обработку выборочной совокупности однотипных измерений выполняли с использованием Excel 2007 для n = 3 и a = 90 % в предположении, что случайная величина распределена по нормальному закону. Показано, что выборочные совокупности (n = 3, a = 90 %, t = 2,4) являются репрезентативными для обнаружения и дифференциации микроорганизмов по информативным показателям заряда их пленочных биоструктур с доверительной вероятностью Р ≤ 0,1. = Based on the film biostructures and planar-capacitive chip-formats, an electrophysical method for the detection and differentiation of S. aureus, E. coli, P. aeruginosa and C. albicans microorganisms within 40 minutes was developed. The planar-capacitive chip-formats of the non-Faradey type sensors, with aluminum microelectrodes isolated by a dense composite film consisting of Al2O3 (200 nm) + SiO2 (100 nm), were used. The formation and measurements of the charge characteristics of film biostructures were carried out in the air at 37 C and 5 % relative humidity. A charge of the film biostructures was determined from the area under the current-time curve after its polynomial approximation for n = 2000 and a = 99.9 %. A sample set of similar measurements was processed statistically using Excel 2007 for the number of measurements n = 3 and reliability a = 90 % on the assumption that a random variable was distributed according to the normal law. It was shown that selective populations (n = 3, a = 90 %, t = 2.4) were representative enough to detect and differentiate microorganisms, according to the informative indices of the charge of their film biostructures, with the confidence coefficient Р ≤ 0.1.