Обнаружение каскадов ионов, вызванных фагами ( SEPTIC ) [1] [2] — это метод быстрой идентификации бактерий, основанный на флуктуационно-усиленном обнаружении в жидкой среде. Преимуществами SEPTIC являются специфичность и скорость (требуется всего несколько минут), обеспечиваемые характеристиками фаговой инфекции, чувствительность, обусловленная флуктуационно-усиленным обнаружением , и долговечность, обусловленная надежностью фагов. Идеальное устройство SEPTIC может быть размером с ручку и, возможно, способно идентифицировать библиотеку различных бактерий в течение нескольких минут окна измерения.
SEPTIC использует бактериофаги в качестве индикаторов для запуска ионной реакции бактерий во время фаговой инфекции. [3] [4] [5] Микроскопические металлические электроды обнаруживают случайные колебания электрохимического потенциала из-за стохастических колебаний градиента ионной концентрации, вызванных фаговой инфекцией бактерий. Пара электродов в электролите с различными локальными концентрациями ионов вблизи электродов образует электрохимическую ячейку , которая вырабатывает напряжение в зависимости от мгновенного соотношения локальных концентраций. [6] Пока концентрации колеблются, между электродами будет появляться переменная случайная разность напряжений. Согласно экспериментальным исследованиям, всякий раз, когда происходит текущая фаговая инфекция, спектр плотности мощности измеренного электронного шума будет иметь шумовой спектр 1/ f 2 , тогда как без фаговой инфекции это шумовой спектр 1/ f . Для обеспечения высокой чувствительности электрическое поле постоянного тока притягивает инфицированные бактерии (которые заряжены из-за ионного дисбаланса) к электроду с соответствующей поляризацией. [5]
Преимущества SEPTIC — это специфичность и скорость (требуется всего несколько минут), предлагаемые характеристиками фаговой инфекции, чувствительность, обусловленная флуктуационно-усиленным зондированием , и долговечность, происходящая от надежности фагов. Идеальное устройство SEPTIC может быть размером с ручку и, возможно, способно идентифицировать библиотеку различных бактерий в течение нескольких минут окна измерения.
Концепция SEPTIC была впервые задумана Ласло Б. Кишем и Марией Добози-Кинг [2] в 2004 году и разработана и продемонстрирована на кафедре электротехники и вычислительной техники Техасского университета A&M в сотрудничестве с Мосонгом Ченгом, Рай Янгом, Сергеем М. Безруковым (NIH) и Бобом Биардом. [7] Новая, связанная схема, BIPIF [6] , которая недавно была задумана и проанализирована Ласло Б. Кишем и Габором Шмерой (SPAWAR, ВМС США ), использует колебания импеданса переменного тока в связанных расположениях и обещает более высокую чувствительность и меньшую зависимость от электродов.