インピーダンスバイオセンサーと免疫磁気分離を組み合わせることで、家禽サプライチェーンにおけるサルモネラ菌の迅速なスクリーニングが可能となる

Combining impedance biosensor with immunomagnetic separation for rapid screening of Salmonella in poultry supply chains.

• Lei Wang
• Li Xue
• Ruya Guo
• Lingyan Zheng
• Siyuan Wang
• Lan Yao
• Xiaoting Huo
• Ning Liu
• Ming Liao
• Yanbin Li
• Jianhan Lin

抄録

サルモネラ菌のスクリーニングは、家禽のサプライチェーンにおける食品の安全性を確保するための鍵となる。培養法，ポリメラーゼ連鎖反応法，酵素結合免疫吸着法などの現在利用可能なサルモネラ菌検出法では，迅速，高感度，かつ現場での検出ができなかった．本研究では、これまでに行ってきた免疫磁気分離法やインピーダンスバイオセンサーの研究に基づいて、サルモネラ菌の分離・検出法を提案し、比較・改良した。まず、標的菌の免疫磁気分離のための同軸キャピラリーを汚染の少ない状態で改良し、改良されたキャピラリーと免疫磁気ナノ粒子に基づく3つの戦略を比較して、標的菌を試料から分離して磁性菌を形成させた。実験の結果、チューブ内での捕捉とキャピラリー内での分離の戦略が最も適しており、分離効率は約88％であった。次に、ウレアーゼをコーティングした免疫金ナノ粒子を用いて磁性細菌を標識し、その結果、酵素細菌が形成され、これをキャピラリー内に注入した。毛細管内の酵素細菌に尿素が触媒された後、触媒のインピーダンスを測定するために異なる電極を比較したところ、より高感度で安定性に優れたスクリーン印刷電極が最も適していた。このインピーダンスバイオセンサーを用いた細菌検出戦略は、複雑な操作を行うことなく、2時間で10 CFU/mLという低濃度のサルモネラ菌を検出することができた。家禽サプライチェーンにおけるサルモネラ菌の実用的なスクリーニングのためのゴールドスタンダード培養法と比較して、本提案の方法は、実際の家禽75検体に対して約90％の精度を有していた。

Salmonella screening is a key to ensure food safety in poultry supply chains. Currently available Salmonella detection methods including culture, polymerase chain reaction and enzyme-linked immuno-sorbent assay could not achieve rapid, sensitive, and in-field detection. In this study, different strategies for separation and detection of Salmonella were proposed, compared, and improved based on our previous studies on immunomagnetic separation and impedance biosensor. First, the coaxial capillary for immunomagnetic separation of target bacteria was improved with less contamination, and 3 strategies based on the improved capillary and immunomagnetic nanoparticles were compared to separate the target bacteria from sample and form the magnetic bacteria. The experimental results showed that the strategy of capture in tube and separation in capillary was the most suitable with separation efficiency of approximately 88%. Then, the immune gold nanoparticles coated with urease were used to label the magnetic bacteria, resulting in the formation of enzymatic bacteria, which were injected into the capillary. After the urea was catalyzed by the urease on the enzymatic bacteria in the capillary, different electrodes were compared to measure the impedance of the catalysate and the screen-printed electrode with higher sensitivity and better stability was the most suitable. This impedance biosensor-based bacterial detection strategy was able to detect Salmonella as low as 10 CFU/mL in 2 h without complex operations. Compared to the gold standard culture method for practical screening of Salmonella in poultry supply chains, this proposed strategy had an accuracy of approximately 90% for 75 real poultry samples.

Copyright © 2020 The Authors. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.