Entwicklung eines impedimetrischen Aptasensors zur Detektion von Staphylococcus aureus

Abstract

In dieser Arbeit wurde ein impedimetrischer Aptasensor zur Detektion von Staphylococcus aureus entwickelt. Dazu wurde ein Aptamer verwendet, das spezifisch an das auf der Oberfläche von Staphylococcus aureus vorkommen- de Protein A bindet. Das Aptamer wurde mit einem Alkanthiol modifiziert und mit Merkaptohexanol auf einer Goldelektrode ko-immobilisiert, wobei ei- ne Dichte von 2,41·10^12 Aptamere pro cm² erreicht werden konnte. Die Bin- dung von Protein A und vitalen Staphylococcus aureus an die immobilisierten Aptamere konnte mit der elektrochemischen Impedanzspektroskopie detektiert werden, wobei ein Anstieg der Impedanz gemessen wurde. Das Fitten der Spek- tren mit dem modifizierten Randles-Ersatzschaltbild ergab, dass sich allein der Ladungstransferwiderstand signifikant mit dem Anstieg der Analytkonzentra- tion ändert. Der impedimetrische Aptasensor zeigt ein Detektionslimit von 10 koloniebildenden Einheiten pro ml und eine scheinbare Dissoziationskon- stante von 111 ± 96 koloniebildenden Einheiten pro ml. Zudem weist der Sen- sor eine hohe Spezifität auf, da die Protein A-defizienten Bakterien Escherichia coli und Staphylococcus epidermidis nicht detektiert werden konnten. Es wurde ein Modell zur Bestimmung der Impedanz erstellt, basierend auf der Änderung der für den Ladungstransfer verfügbaren Fläche A(faraday). Die simulierten Kur- ven stimmen sehr gut mit den gemessenen Kurven überein, was beweist, dass die Behinderung des Ladungstransfers durch die Anbindung des Analyten die Ursache des Impedanzanstiegs ist. Trotz der Sättigung aller Bindungsstellen ist ein Ladungstransfer zu beobachten, was bedeutet, das durch die Anbin- dung des Analyten, der Ladungstransfer nicht komplett inhibiert wird. Die Diffusions- und Elektronentransferkonstanten für die Aptamer-modifizierten Elektroden sind niedriger als die für blanke Elektroden. Dass heißt, die Dif- fusion und der Ladungstransfer des Redoxmediators Kaliumhexacyanoferrat werden durch die immobilisierten Aptamere gehemmt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Aptamere Defekte in die selbstorganisierende Monoschicht induzieren, welche wie Mikroelektroden fungieren. Diese Erkenntnisse können zukünftig zur Verbesserung des Designs der Oberfläche von impedimetrischen Aptasensoren genutzt werden.