E. 콜라이 O157:H7의 Foodborne 병원 체 검사를 사용 하 여 자기 형광 Nanosensor: 신속한 감지
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
Representative Results
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 ?…
Divulgations
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 |
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