И.А. Бородина - к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник, лаборатория физической акустики, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. E-mail: borodinaia@yandex.ru Б.Д. Зайцев - д.ф.-м.н., профессор, зав. лабораторией физической акустики, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. E-mail: zai-boris@yandex.ru А.А. Теплых - к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник, лаборатория физической акустики, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. E-mail: teplykhaa@mail.ru О.И. Гулий - д.б.н., доцент, вед. науч. сотрудник, Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН (Саратов). E-mail: guliy_olga@mail.ru А.М. Шихабудинов - к.ф.-м.н., науч. сотрудник, лаборатория физической акустики, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. E-mail: alex-sheih@yandex.ru И.Е. Кузнецова - д.ф.-м.н., доцент, вед. науч. сотрудник, лаборатория электронных процессов в полупроводниковых приборах, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Москва). E-mail: kuziren@yandex.ru

Разработан акустический датчик для исследования биологических объектов непосредственно в жидкой фазе, представляющий собой двухканальную линию задержки на основе пластины Y-X ниобата лития толщиной 200 мкм, на поверхность которой нанесены две пары встречно-штыревых преобразователей для возбуждения и приема акустической волны с поперечно-горизонтальной поляризацией в каждом канале. Один из каналов линии задержки электрически закорочен, второй канал электрически свободен. Жидкостной контейнер закреплен на поверхности пластины между преобразователями. При помощи разработанного акустического жидкостного датчика экспериментально исследованы специфические взаимодействия «бактериальные клетки - бактериофаги», «бактериальные клетки - антитела» и «бактериальные клетки - мини-антитела» в проводящих суспензиях. Получены зависимости изменения фазы и полных потерь выходного сигнала от концентрации бактериофагов, антител и мини-антител для электрически свободного и электрически закороченного каналов линии задержки. Обнаружено, что вышеупомянутые изменения имеют наибольшее значение для электрического открытого канала и что специфические взаимодействия исследуемых бактериальных клеток с бактериофагами, антителами и мини-антителами приводят к увеличению электропроводности суспензии клеток. Приведено физическое объяснение этих процессов.

 

1. Andle J., Vetelino J. Acoustic wave biosensors // Sensors and actuators A. 1994. V. 44. P. 167−176.
2. Ballantine B.S., White R.M., Martine S.J., Ricco A.J., Zellers E.T., Frye G.C., Wohltjen H. Acoustic wave sensors - theory, designe,and physico-chemical applications. Academic Press. San Diego. 1997.
3. Anisimkin V.I., Kuznetsova I.E., Kolesov V.V., Pyataikin I.I., Sorokin V.V., Skladnev V.V. Plate acoustic wave sensor for detection of small amounts of bacterial cells in micro-litre liquid samples // Ultrasonics. 2015. V. 62. P. 156−159.
4. Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Shikhabudinov A.M., Ignatov O.V., Guliy O.I. Biologocal sensor based on a lateral electric field-excited resonator // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2012. V. 59. № 5. P. 963−969.
5. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Shikhabudinov A.M., Karavaeva O.A., Dykman L.A., Staroverov S.A., Ignatov O.V Obtaining phage mini-antibodies and microbial cells with an electroacoustic sensor // 2012. Biophysics. V. 57. № 3. P. 336−342.
6. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Shikhabudinov A.M., Matora L.Yu., Makarikhina S.S., Ignatov O.V. Investigation of Specific interactions between microbial cells and polyclonal antibodies using a resonator with lateral electric field // Microbiology. 2013. V. 82. № 2. P. 215−223.
7. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Joshi S.G., Borodina I.A. Investigation of acoustic waves in thin plates of lithium niobate and lithium tantalite // IEEE Trans. on UFFC. 2001. V. 48. № 1. P. 322−328.
8. Joshi S.G., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Kuznetsova A.S. Gravimetric sensitivity of acoustic waves in piezoelectric plates // Journ. of Communicat. Technology and Electronics. 2005. V. 50. № 6. P. 647−651.
9. Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Joshi S.G., Borodina I.A. Acoustic waves in piezoelectric plates bordered with viscous and conductive liquids // Ultrasonics. 2001. V. 39. № 1. P. 45−50.
10. Marvin D.A., Hale R.D., Nave C., Helmer-Citterich M. Molecular models and structural comparisons of native and mutant class I filamentous bacteriophages Ff (fd, f1, M13), If1 and Ike // Journal of Molecular Biology. 1994. V. 235. P. 260−286.
11. Overman S.A., Tsuboi M., Thomas G.J. Subunit orientation in the filamentous virus Ff (fd, f1, M13) // Journal of Molecular Biology. 1996. V. 259. P. 331−336.
12. Click E.M., Webster R.E. Filamentous phage infection: required interactions with the TolA protein // J. Bacteriol. 1997. V. 179. № 20. P. 6464−6471.
13. Deng L.W., Malik P. Interaction of the globular domains of pIII protein of filamentous bacteriophage Fd with the F-pilus of Escherichia coli // Virology. 1999. V. 253. P. 271.
14. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular cloning: a laborotory manual. Second ed. N.Y.: Cold Spring. Mavbov Lab. Press. 1989.
15. Hoogenboom H.R., Griffits A.D., Johnson K.S., Chiswell D.J., Hundson P., Winter G. Multi-subunit proteins on the surface of filamentous phage: methodologies for displaying antibody (FAB) heavy and light chains // Nucleic Acids Research. 1991. V. 19. № 15. P. 4133−4137.
16. Endemann H, Model P. Location of filamentous phage minor coat proteins in phage and in infected cells // J. Mol Biol. 1995. V. 250. № 4. P. 496−506.
17. McCafferty J., Griffiths A.D., Winter G., Chiswell D.J. Phage antibodies: Filamentous phage displaying antibody variable domains // Nature. 1990. V. 348. P. 552−554.
18. Paoli G., Brewster J.D. Identification of the surface antigen recognized by a Listeria monocytogenes-specific phage-displayed antibody fragment and its presence in different physiological conditions // J. Rapid Meth. Automat. Microbiol. 2007. V. 4. P. 74−83.
19. Williams D.D., Benedek O., Turnbough C.L. Jr. Species-specific peptide ligands for the detection of Bacillus anthracis spores // Appl. Environ. Microbiol. 2003. V. 69. P. 6288−6293.
20. Nanduri V., Sorokulova I.B., Samoylov A., Simonian A., Petrenko V., Vodyanoy V. Phage as a molecular recognition element in biosensors immobilized by physical adsorption // Biosens. Bioelectron. 2007. V. 22. P. 986−992.
21. Charlton K.A., Moyle S., Porter A.J.R., Harris W.J. Analysis of the diversity of a sheep antibody repertoire as revealed from a bacteriophage display library // J. Immunol. 2000. V. 164. P. 6221−6229.