インドールとE大腸菌の比色センシングのためのS-ニトロソチオール含浸シリコンカテーテル：尿路感染症の体内検出に向けて

病原性細菌を検出するための多くの手法がありますが、それらのほとんどはin vitro診断にのみ適しています。尿中カテーテルの使用に関連する尿路感染症における最も一般的な細菌種である大腸菌の潜在的な脳検出のために、尿中カテーテルベースの比色センサーを報告します。尿中、インドールは大腸菌によって分泌され、シリコンカテーテルに組み込まれた窒化剤と反応します。赤い二量体製品であるインドキシルレッドは、シリコンゴム内で生成され、高感度、直線性、特異性を備えた色ベースのインドールセンシングを可能にします。この反応は、好気性条件下での亜硝酸ナトリウムやS-ニトロソ-N-アセチル - ペニシラミンなどの試薬を介したC-3位置でのインドールの窒化反応によって開始されます。生成された3ニトロソインドールは、互変異性、二量体化、およびデオキシ化を受けて、537 nmで高い吸光度でインドキシル赤を形成します。他のインドールセンサーとは対照的に、提示された方法を実際のカテーテルに適用して、尿などのバイオ流体でインドールと大腸菌を検出できます。ISは、（1）窒素化剤である（1）s-ニトロソ-N-アセチル - ペニシラミンをシリコンエラストマーに含浸できるため、（2）尿からのインドールがその疎水性によりシリコンに抽出され、（3）高い酸性度とシリコンの酸素溶解度は、シリコンマトリックス内の感知反応を促進します。このシリコンベースの比色センサーは、細菌の閾値濃度である105 CFU/mLの下および105 CFU/mlを超える大腸菌を明確に区別します。肉眼を使用した尿路感染症の早期診断は、尿中カテーテルの露出セクションを提案された分子プローブと機能化することにより可能であると予想されます。

Although there are many techniques to detect pathogenic bacteria, most of them are only suited for in vitro diagnostics. We report a urinary catheter-based colorimetric sensor for potential on-body detection of E. coli, the most prevalent bacterial species in urinary tract infections associated with the use of urinary catheters. In urine, indole is secreted by E. coli and reacts with a nitrosating agent incorporated in a silicone catheter. A red dimeric product, indoxyl red, is generated within silicone rubber to allow for color-based indole sensing with high sensitivity, linearity, and specificity. This reaction is initiated by the nitrosation reaction of indole at its C-3 position via reagents like sodium nitrite or S-nitroso-N-acetyl-penicillamine under aerobic conditions. The generated 3-nitrosoindole undergoes tautomerization, dimerization, and deoximation to form indoxyl red with high absorbance at 537 nm. In contrast to other indole sensors, the presented method can be applied in real catheters to detect indole and E. coli in biofluids such as urine. The is because (1) S-nitroso-N-acetyl-penicillamine, the nitrosating agent, can be impregnated into silicone elastomers, (2) indole from urine is extracted into silicone due to its hydrophobicity, and (3) the high acidity and oxygen solubility of silicone facilitates the sensing reaction within the silicone matrix. This silicone-based colorimetric sensor clearly differentiates E. coli below and above 105 CFU/mL, which is the threshold concentration of bacteriuria. We expect that early diagnosis of urinary tract infections using the naked eye is possible by functionalizing an exposed section of urinary catheters with the proposed molecular probe.