Development of an advanced LSPR-based biosensor chip for rapid detection of border disease virus

Abstract

The Border Disease Virus (BDV) is responsible for causing fetal deathly infection, leading to annual occurrences of affected farms. BDV, along with other pestiviruses such as classical swine fever virus (CSFV) and bovine viral diarrhea virus (BVDV), are known to cause major losses in stock farming. These losses can result in reproductive failure, expensive inspections, and other impacts on livestock health. The current detection methods of BDV include various techniques such as RT-PCR, ELISA, VNT, and immunofluorescence assays. These methods, although reliable, may require specialized equipment, time-consuming procedures, and laboratory facilities, making them less suitable for rapid on-site detection. Hence, it is imperative to employ diverse methodologies for detection of BDV. LSPR-based biosensors are a subset of plasmonic biosensors that exhibit numerous advantages for diverse applications. LSPR-based biosensors are particularly well-suited for the production of compact, practical devices for rapid, on-site detection of analytes. The aim of this study is to design and fabricate a biosensor chip utilizing LSPR technology for potential BDV detection. For this aim, glass surfaces were functionalized with gold nanorods modified with a BDV-specific primer sequence, complementary single-strand DNA sequence of 19 bases, and fabricated with PMMA microchannels. Different concentrations of target BDV-DNAsequence ranging from 0.01 pM to 100 nM were exposed to the channels, and the LSPR response was quantified using a Vis-NIR spectrometer. The limit of quantification of the biosensor chips was determined to be 10 pM, while the limit of detection was found to be less than or equal to 1 pM. The sensitivity of the biosensor chips was calculated to be 0.0567 nm/RIU. The dynamic range of the biochips lies between 10 pM to 100 pM.

Sınır Hastalığı Virüsü (BDV), ölümcül fetüs enfeksiyonuna neden olan bir hastalıktır. BDV, klasik domuz veba virüsü (CSFV) ve bovine viral ishal virüsü (BVDV) gibi diğer pestivirüslerle birlikte, hayvancılık sektöründe büyük kayıplara yol açmaktadır. Mevcut BDV tespit yöntemleri arasında RT-PCR, ELISA, VNT ve immünofloresan analiz gibi çeşitli teknikler bulunmaktadır. Bu yöntemler güvenilir olmalarına rağmen, özel ekipman gerektirebilir, zaman alıcı prosedürler içerebilir ve laboratuvar olanaklarına ihtiyaç duyabilir, bu da bu yöntemleri hızlı saha tespiti için daha az uygun hale getirebilir. Bu nedenle, BDV tespiti için çeşitli yöntemlerin kullanılması zorunludur. LSPR tabanlı biyosensörler, çeşitli uygulamalar için birçok avantaj sunan plazmonik biyosensörlerin bir alt kümesidir. Bu çalışmanın amacı, potansiyel BDV tespiti için LSPR teknolojisini kullanarak bir biyosensör çipi tasarlamak ve üretmektir. Bu amaçla, cam yüzeyler BDV' e özgül 19 baz uzunluğundaki bir primer dizisi ile modifiye edilmiş altın nanorodlarla fonksiyonelleştirildi. 0.01 pM ile 100 nM arasında değişen farklı konsantrasyonlardaki hedef BDV-DNA dizileri kanallara uygulandı ve LSPR cevabı, bir Vis-NIR spektrometresi kullanılarak ölçüldü. Biyosensör çiplerinin tespit sınırı 10 pM olarak belirlendi, tespit limiti ise 1 pM veya daha düşük olarak bulundu. Biyosensör çiplerinin duyarlılığı 0.0567 nm/RIU olarak hesaplandı. Biyochiplerin dinamik aralığı 10 pM ile 100 pM arasında yer almaktadır. Bu biyosensör çipi, farklı BDV-DNA konsantrasyonlarını hızlı bir şekilde tespit edebilme yeteneğine sahiptir. Sonuçlar, bu biyosensörün BDV tespiti için etkili bir araç olabileceğini göstermektedir.