This study aims to detect pathogenic Escherichia coli (E. coli) bacteria using non-destructive fluorescence microscopy and micro-Raman spectroscopy. Raman vibrational spectroscopy provides additional information regarding biochemical changes at the cellular level. We have used two nanomaterials zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) and gold nanoparticles (Au-NPs) to detect pathogenic E. coli. The scanning electron microscope (SEM) with energy dispersive X-ray (EDAX) spectroscopy exhibit surface morphology and the elemental composition of the synthesized NPs. The metal NPs are useful contrast agents due to the surface plasmon resonance (SPR) to detect the signal intensity and hence the bacterial cells. The changes due to the interaction between cells and NPs are further correlated to the change in the surface charge and stiffness of the cell surface with the help of the fluorescence microscopic assay. We conclude that when two E. coli strains (MTCC723 and MTCC443) and NPs are respectively mixed and kept overnight, the growth of bacteria are inhibited by ZnO-NPs due to changes in cell membrane permeability and intracellular metabolic system under fluorescence microscopy. However, SPR possessed Au-NPs result in enhanced fluorescence of both pathogens. In addition, with the help of Raman microscopy and element analysis, significant changes are observed when Au-NPs are added with the two strains as compared to ZnO-NPs due to protein, lipid and DNA/RNA induced conformational changes.

中文翻译：

---

通过调谐纳米颗粒增强研究检测致病性大肠杆菌（E.coli）

本研究旨在使用非破坏性荧光显微镜和显微拉曼光谱检测致病性大肠杆菌（E.coli）细菌。拉曼振动光谱提供了有关细胞水平生化变化的额外信息。我们使用了两种纳米材料氧化锌纳米颗粒 (ZnO-NPs) 和金纳米颗粒 (Au-NPs) 来检测致病性大肠杆菌。具有能量色散 X 射线 (EDAX) 光谱的扫描电子显微镜 (SEM) 展示了合成纳米颗粒的表面形貌和元素组成。由于表面等离子体共振 (SPR)，金属 NP 是有用的造影剂，可检测信号强度，从而检测细菌细胞。在荧光显微分析的帮助下，由于细胞和 NPs 之间的相互作用引起的变化进一步与细胞表面的表面电荷和刚度的变化相关。我们得出结论，当两种大肠杆菌菌株（MTCC723 和 MTCC443）和 NPs 分别混合并保持过夜时，由于在荧光显微镜下细胞膜通透性和细胞内代谢系统的变化，ZnO-NPs 抑制了细菌的生长。然而，SPR 拥有 Au-NPs 导致两种病原体的荧光增强。此外，在拉曼显微镜和元素分析的帮助下，由于蛋白质、脂质和 DNA/RNA 诱导的构象变化，与 ZnO-NPs 相比，当添加 Au-NPs 与两种菌株时观察到显着变化。我们得出结论，当两种大肠杆菌菌株（MTCC723 和 MTCC443）和 NPs 分别混合并保持过夜时，由于在荧光显微镜下细胞膜通透性和细胞内代谢系统的变化，ZnO-NPs 抑制了细菌的生长。然而，SPR 拥有 Au-NPs 导致两种病原体的荧光增强。此外，在拉曼显微镜和元素分析的帮助下，由于蛋白质、脂质和 DNA/RNA 诱导的构象变化，与 ZnO-NPs 相比，当添加 Au-NPs 与两种菌株时观察到显着变化。我们得出结论，当两种大肠杆菌菌株（MTCC723 和 MTCC443）和 NPs 分别混合并保持过夜时，由于在荧光显微镜下细胞膜通透性和细胞内代谢系统的变化，ZnO-NPs 抑制了细菌的生长。然而，SPR 拥有 Au-NPs 导致两种病原体的荧光增强。此外，在拉曼显微镜和元素分析的帮助下，由于蛋白质、脂质和 DNA/RNA 诱导的构象变化，与 ZnO-NPs 相比，当添加 Au-NPs 与两种菌株时观察到显着变化。SPR 拥有的 Au-NPs 导致两种病原体的荧光增强。此外，在拉曼显微镜和元素分析的帮助下，由于蛋白质、脂质和 DNA/RNA 诱导的构象变化，与 ZnO-NPs 相比，当添加 Au-NPs 与两种菌株时观察到显着变化。SPR 拥有的 Au-NPs 导致两种病原体的荧光增强。此外，在拉曼显微镜和元素分析的帮助下，由于蛋白质、脂质和 DNA/RNA 诱导的构象变化，与 ZnO-NPs 相比，当添加 Au-NPs 与两种菌株时观察到显着变化。