تشخیص باکتری لپتوسپیروز در ادرار جوندگان با حسگر تشدید پلاسمون سطحی با استفاده از ساختارهای جاذب فرامواد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

لپتوسپیروز بیماری مشترک بین انسان و دام است که می‌تواند در استخر، رودخانه، آب‌های سطحی، خاک‌های مرطوب لجن‌زارها و در هوای گرم زنده بماند. لپتوسپیروز می‌تواند مستقیماً توسط تماس با ادرار اغلب جوندگان (موش صحرایی، روباه، راکون و غیره) از طریق خراش یا آسیب‌های جزئی و یا غیر مستقیم توسط آب و خاک آلوده به انسان منتقل شود. با توجه به اینکه کشت و رشد این باکتری وقت‌گیر است استفاده از حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی با استفاده از ساختار فراماده روش مناسبی برای تشخیص سریع این بیماری است. از آنجا که باکتری لپتوسپیرا از طریق ادرار قابل شناسایی است، در این مطالعه از پنج نمونه ادرار حیوان جونده به‌عنوان ماده مورد حسگری در ساختار طراحی شده استفاده شده است. در ساختار پیشنهادی، فلز طلا به دلیل واکنش‌پذیری خیلی کم و عدم اکسید شدن به‌عنوان فلز پلاسمونی انتخاب شده است. منحنی‌های جذب برای بررسی حساسیت این افزاره به‌دست آمده و نتایج از نظر حساسیت، دقت تشخیص و ضریب کیفیت بررسی و تحلیل شده است. نتایج نشان می‌دهد این حسگر با حساسیت nm/RIU1315 و معیار شایستگی RIU-163 قابلیت تشخیص باکتری لپتوسپیرا را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Detection of Leptospirosis Bacteria in Rodent Urine Using Metamaterial Absorber Based Surface Plasmon Resonance (SPR) Sensor

نویسندگان [English]

  • Mahdi Rashki 1
  • Mohammad Reza Rakhshani 2
1 Assistant Professor, Department of Physics, Faculty of Science, University of Zabol, Zabol, Iran
2 Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, University of Zabol, Zabol, Iran
چکیده [English]

Leptospirosis is a common disease between humans and animals that can survive in swimming pools, rivers, surface waters, moist soils, swamps, and hot weather. Leptospirosis can be transmitted to humans directly through contact with the urine of most rodents (rats, foxes, raccoons, etc.) by scratches or minor injuries, or indirectly through contaminated water and soil. Considering that the cultivation and growth of this bacterium is time-consuming, the use of surface plasmon resonance sensors using metamaterial structure is a suitable method for rapid diagnosis of this disease. Ordinary, leptospirosis bacteria can be detected by urine. In this article, we apply five rodent urine samples as the sensing material in the designed biosensor. In the proposed structure, gold metal has been chosen as a plasmonic metal due to its resistant against air oxidation. To check the sensitivity of this device and the results, we find absorption curves and analyze them in terms of sensitivity, detection accuracy, and quality factor. The results show that this sensor can detect leptospirosis bacteria with a sensitivity of 1315nm/RIU and a figure of merit (FOM) of 63RIU-1.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Detection of Leptospirosis
  • Bacteria
  • Biosensors
  • Metamaterial
  • Biosensor Sensitivity
1- Izurieta R, Galwanker S, Clem A. Leptospirosis: themysterious mimic. J emerg trauma shock. 2008; 1(1): 21-33.
2- Ko AI, Goarant C, Picardeau M. Leptospira: the dawn of the molecular genetics era for an emerging zoonotic pathogen. Nat Rev Microbiol. 2009; 7: 736-47.
3- Levett PN. Leptospirosis. Clin Microbiol. 2001; 14: 296-326.
4- Plank R, Dean D. Overview of the epidemiology, microbiology, and pathogenesis of Leptospira spp. in humans. Microbes and infection. 2000; 2(10): 1265-76.
5- Terpstra, WJ. Human Leptospirosis: Guidance for Diagnosis, Surveillance & Control. WHO, International Leptospirosis Society. 2003.
6- Packchanian A. Susceptibility and resistance of certain species of American deer mice, genus Peromyscus, and other rodents to Leptospira Icterohaemorrhagiae. Public Health Reports (1896-1970). 1940: 1389-402.
7- Babamahmoodi F, Motamed N, Mahdavi M, Nikkhah F, Ghavi Bonye K. Epidemiology of leptospirosis in rural area of Ghaemshahr, Mazandaran, during September-October 2004. J Mazandaran Uni Med Sci. 2006; 16(53): 51-6. [In Persion]
8- Rafiei A, Hedayati Zadeh-Omran A, Babamahmoodi F, Alizadeh Navaei R, Valadan R. Review of Leptospirosis in Iran J Mazand Univ Med Sci. 2012; 22(94): 113-24. [In Persion]
9- Babamahmoodi F, Salmani Mojaveri M, Babamahmoodi A. Seroepidemiology of leptospirosis in workers of high risk occupation in Mazandaran province – Iran 2007-2008. J Mazand Univ Med Sci. 2009; 19(73): 11-5. [In Persion]
10- S. Faine, B. Adler, C. Bolin, and P. Perolat, Leptospira and leptospirosis. Melbourne, Australia: MediSci, 1999.
11- Longo D, Fauci A, Kasper D, Hauser S, Jameson J, Loscalzo J. Leptospirosis in: Harrison’s principles of internal medicine (18th edition). McGraw-Hill Medical Pub Division. 2011.
12- Victoriano AFB, Smythe LD, Gloriani- Barzaga N, Cavinta LL, Kasai T, Limpakarnjanarat K, et al. Leptospirosis in the Asia Pacific region. BMC Infect Dis. 2009; 9: 1-9.
13- Costa F, Hagan JE, Calcagno J, Kane M, Torgerson P, Martinez-Silveira MS, et al. Global morbidity and mortality of leptospirosis: a systematic review. PLoS neglected tropical diseases. 2015; 9(9): e0003898.
14- Ahmed SN, Shah S, Ahmad FMH. Laboratory diagnosis of leptospirosis. Journal of Postgraduate Medicine. 2005; 51(3): 195.
15- Rakhshani MR. Narrowband plasmonic absorber using gold nanoparticle arrays for refractive index sensing. IEEE Sensors Journal. 2022; 22(5): 4043-50. [In Persion]
16- Rakhshani MR, Rashki M. Metamaterial perfect absorber using elliptical nanoparticles in a multilayer metasurface structure with polarization independence. Optics Express. 2022; 30(7): 10387-99. [In Persion]
17- Maurya JB, Prajapati YK. A comparative study of different metal and prism in the surface plasmon resonance biosensor having MoS2-graphene. Optical and Quantum Electronics. 2016; 48(5): 1-12.
18- Kitagawa YF, Takahashi T, Hayashi H. Relationship between the refractive index and specific gravity of the rat urine. Experimental Animals. 1981; 30(3): 307-11.