Summary

E. 콜라이 O157:H7의 Foodborne 병원 체 검사를 사용 하 여 자기 형광 Nanosensor: 신속한 감지

Published: September 17, 2017
doi:

Summary

이 프로토콜의 전반적인 목표는 비용 효율적인, 노트북에 대 한 기능 nanosensors을 합성 하 고의 급속 한 탐지는 자석 및 형광 방출 modalities의 결합을 통해 병원 성 박테리아에 특히 표적으로.

Abstract

둘 다 waterborne Enterohemorrhagic 대장균 O157:H7 연결 되었습니다 foodborne 병, 및 음식 및 물 심사 방법에도 불구 하 고 위협 사용 현재 남아 있다. 일반 세균 검출 방법, 동안과 같은 연쇄 반응 (PCR) 및 효소 연결 된 immunosorbent 분석 실험 (ELISA) 특히 병원 성 오염 물질을 감지할 수 있습니다 그들은 필요 광범위 한 샘플 준비 및 긴 대기 기간. 또한, 이러한 관행 정교한 실험실 계기 및 설정, 요구 하 고 훈련 된 전문가 의해 실행 되어야 합니다. 여기에, 프로토콜은 나노 기반 플랫폼에 자석 및 형광 매개 변수의 독특한 조합을 제공 하는 간단 하 게 진단 기술에 대 한 제안. 제안 된 multiparametric 마그네틱 형광 nanosensors (MFnS) 대장균 O157:H7 오염 조금 1 식민지 형성 장치 솔루션 미만 1 시간 내에 검색할 수 있습니다. 또한, MFnS의 능력을 유지와 같은 매우 복잡 한 미디어 기능을 우유와 호수 물 확인 되었습니다. 또한 추가 특이성 분석만 특정 대상 박테리아도 비슷한 세균성 종의 존재를 감지 하는 MFnS의 능력을 보여 주기 위해 사용 되었다. 자석 및 형광 modalities의 페어링 검색 및 병원 체 오염 농도, 모두와 늦은-초기 오염 탐지에 그것의 고성능 전시의 넓은 범위에서의 정량화에 대 한 수 있습니다. 효율성, 경제성, 그리고는 MFnS의 이동성 있도록 세균성 오염 물질에 대 한 포인트의 케어 심사를 위한 이상적인 후보자 설정의 넓은 범위에서 상업적으로 포장된 식품을 수생 저수지에서.

Introduction

세균성 오염 둘 다의 지속적인 발생 상업적 식품 생산과 물 소스 점점 더 신속 하 고 구체적인 진단 플랫폼에 대 한 필요를 창조 했다. 1 , 2 일반적인 세균성 오염 물질 음식 및 물 오염에 대 한 책임의 일부는 살 모 넬 라, 황색, Listeria, 비 브리 오, 이질균, 균, 그리고 대장균 속에서 있습니다. 3 , 4 세균성 오염이 균에 의해 종종 열, 콜레라, 위장염, 설사 등 증상이 발생합니다. 4 오염 물 소스의 자주 충분히 필터링 된 물에 접근 없이 지역 사회에 크게 불리 한 효과 있으며 식품 오염 많은 질병 및 제품 회수 노력을 주도하 고 있다. 5 , 6

세균 오염으로 인 한 질병의 발생을 줄이기 위해 수는 물과 음식을 검색 될 수 있으며 효율적으로 이전 판매 또는 소비 하는 방법을 개발 하는 노력 되었습니다. 3 1,7,8,,910 ELISA,11,12 루프 중재 등온 증폭 (PCR 등 기법 램프),13,14 ,15,,1617,18,19,20,21, 22,,2324 최근 다양 한 병원 균의 검출에 대 한 사용 되었습니다. 전통적인 세균 배양 방법에 비해, 이러한 기술은 특이성 및 시간에 관하여 훨씬 더 효율적입니다. 그러나, 이러한 기술은 여전히 투쟁 가양성 및 원판, 복잡 한 절차 및 비용. 1 , 3 , 25 그것 세균 검출에 대 한 대체 방법으로 제안 하는 multiparametric 마그네틱 형광 nanosensors (MFnS)이 바로 그 이유입니다.

이러한 nanosensors 고유 쌍을 함께 자석 및 형광 modalities, 신속 하 고 정확한 이중 탐지 플랫폼에 대 한 허용. 샘플 오염으로 대장균 O157:H7를 사용 하 여, 분 이내 작은 1 CFU를 검색 하는 MFnS의 기능 설명 했다. 병원 체 특정 항 체 특이성, 증가 하는 데 사용 되 고 자석 및 형광 modalities의 조합 탐지 및 정량화 모두 낮은 높은 오염 범위에서 세균 오염 물질의 허용 합니다. 16 세균 오염에의 경우는 nanosensors 박테리아 병원 체 특정 항 체의 대상 능력 때문에 주위 메뚜기 것 이다. 마그네틱 nanosensors 및 박테리아 사이의 바인딩 자석 철 코어와 주변의 물 양성자 간의 상호 작용을 제한합니다. 그러면 증가 T2 이완 시간에 자석 relaxometer를 기준으로 기록 됩니다. 솔루션에는 박테리아의 농도 상승으로 nanosensors 박테리아, t 2 값의 결과로의 증가 수와 분산. 반대로, 형광 방출 박테리아, 병원 체에 직접 바인딩된 nanosensors의 증가 수의 농도와 비례하여에서 증가 합니다. 샘플, 원심 분리 및 절연 세균 펠 릿의 나노 박테리아, 어떤 부동성 nanosensors를 제거 하 고 직접 상호 연결의 수와 형광 방출에 직접 연결을 절약만 것입니다. 솔루션에 있는 박테리아. 이 메커니즘의 도식 대표는 그림 1에 표시 됩니다.

이 MFnS 플랫폼은 마음, 낮은-비용 및 휴대용 특성에 따른 포인트의 케어 상영과 함께 설계 되었습니다. MFnS, 실내 온도에 안정 하 고 세균 오염 물질의 정확한 탐지에 대 한 매우 낮은 농도에서 필요만. 또한, 합성, 후는 MFnS의 사용은 간단 하 고 분야에서 훈련 된 전문가의 사용을 필요로 하지 않습니다. 마지막으로,이 진단 플랫폼 고도로 사용자 정의 대상으로,이 의해 하나의 플랫폼 사용할 수 있습니다 많은 다른 설정에서 모든 종류의 병원 체를 검출 하는 수단을 제공 가능 합니다.

Protocol

1. 합성 및 다중 파라미터 자기 형광 Nanosensors (MFnS)의 기능화. 합성 superparamagnetic 산화 철 나노 입자 (IONPs) IONP 합성에 대 한 준비가 준비 다음 3 솔루션: 솔루션 1: FeCl 3 (0.70 g) FeCl 2에서 H 2 O (2 mL), 솔루션 2: NH 4 오 (2.0 mL, 13.4 M) H 2 O (15 mL), 및 솔루션 3: polyacrylic 산 (0.855 g) H 2 O (5 mL). 는 솔루션 1 2 M 염 산 (HCl)의 90 µ L을 추가 하 고 …

Representative Results

MFnS 행동의 메커니즘은 그림 1에 표시 됩니다. 세균 오염 물질의 표면 주위 MFnS의 클러스터링 방해는 MFnS의 magnetic cores와 주변 수소 핵 사이 상호 작용. 이 클러스터링, 자기 휴식의 결과로 값이 증가합니다. 세균 오염 물질의 농도 증가, 클러스터링, 줄이고 T2 값에 변화를 감소. 따라서, 형광 적임의 결정적 이다. 세균성 농도 증가, MFnS에 의해 생산 하는 형광 신호 증가, 모두 ?…

Discussion

이 프로토콜 단순히 완전 한 기능 MFnS을 생산 하도록 설계 되었습니다 가능한. 그러나, 많은 핵심 포인트를 변경 하는 프로토콜의 사용자의 최종 목표에 따라 유용할 수 있습니다 있다. 예를 들어 다른 항 체를 사용 하 여 다른 많은 병원 체의 허용 것 이다. 또한,이 프로토콜 분자를 대상으로 항 체의 사용에 국한 되지 않습니다. 호스트 세포 수용 체, 등 대상 병원 체에 대 ?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품은 K-INBRE P20GM103418, 캔자스 콩 위원회 (KSC/PSU 1663), ACS PRF 56629-UNI7와 PSU 폴리머 화학 시작 기금, SS에 모두에 의해 지원 됩니다. 우리는 비디오와 그의 뛰어난 작품에 대 한 대학 동영상을, 씨 야 곱 Anselmi, 감사합니다. 우리는 또한 감사 로저 주었는지 씨와 부인 Katha 주었는지 연구에 대 한 그들의 관대 한 지원에 대 한.

Materials

Ferrous Chloride Tetrahydrate Fisher Scientific I90-500
Ferric Chloride Hexahydrate Fisher Scientific I88-500
Ammonium Hydroxide Fisher Scientific A669S-500
Hydrochloric Acid Fisher Scientific A144S-500
Polyacryllic Acid Sigma-Aldrich 323667-100G
EDC Thermofisher Scientific 22980
NHS Fisher Scientific AC157270250
Anti-E. coli O111 antibody  sera care 5310-0352
Anti-E. coli O157:H7 antibody [P3C6]  Abcam ab75244
DiI Stain Fisher Scientific D282
Nutrient Broth Difco 233000
Freeze-dried E. coli O157:H7 pellet ATCC 700728
Magnetic Relaxomteter  Bruker mq20
Zetasizer Malvern NANO-ZS90
Plate Reader  Tecan Infinite M200 PRO
Magnetic Column  QuadroMACS 130-090-976
Centrifuge Eppendorf 5804 Series
Centrifuge (accuSpin Micro 17) Fisher Scientific 13-100-676
Floor Model Shaking Incubator SHEL LAB SSI5
Analytical Balance Metler Toledo ME104E
Digital Vortex Mixer Fisher Scientific 02-215-370
Open-Air Rocking Shaker Fisher Scientific 02-217-765

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Shelby, T., Sulthana, S., McAfee, J., Banerjee, T., Santra, S. Foodborne Pathogen Screening Using Magneto-fluorescent Nanosensor: Rapid Detection of E. Coli O157:H7. J. Vis. Exp. (127), e55821, doi:10.3791/55821 (2017).

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