小説、低

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12084 (2023) この記事を引用

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食品、健康、医薬品、環境用途において、迅速かつ正確なバイオバーデン検出の必要性がますます高まっています。 バイオバーデンを正確かつ高感度で検出するために、我々は細胞を捕捉する統合フィルターを備えた新しいマイクロ流体デバイスを製造しました。 バイオバーデンは、蛍光標識レゾルフィンの酸化還元反応を使用してその場で濾紙上で検出され、ポータブルマルチチャンネル蛍光光度計が蛍光測定に使用されます。 マイクロ流体デバイスは、マイクロ波による熱支援接合を利用して、簡単、低コスト、迅速な方法で製造されました。 マイクロ流体カセットの結合品質を特徴付けるために、さまざまなテストが実行され、濾紙の材質とサイズが最適化されました。 初代枯草菌培養細菌サンプルをデバイスでろ過し、性能パラメーターを検証および調査しました。 我々の結果は、このマイクロ流体デバイスによって0.037 CFU/mLの検出限界（LOD）が達成できるのに対し、蛍光光度計および黄金標準分光光度計の通常のマイクロ流体カセットのLODはそれぞれ0.378および0.128 CFU/mLであることを示しています。 結果は、このマイクロ流体カセットにより 3 ～ 10 倍の LOD 改善が可能であり、迅速な 3 分以内に濾過される量に応じてより高感度な検出が可能であることを示しています。 この新しいマイクロ流体デバイスと蛍光光度計は、さまざまな用途で高感度、正確、高スループットの細菌検出を行うための迅速なポータブル ツールとして使用できます。

毎年、何百万人もの人々が食品、水、医薬品の汚染によって病気になったり死亡したりしています1。 世界保健機関によると、世界の疾病負担の 45% はバイオバーデンによるものと考えられています2。 バイオ医薬品の製造においては、バイオバーデンに関連する汚染も大きな懸念事項です3。 その結果、細菌とその抗生物質感受性を特定するための診断装置の重要性がますます高まっています4,5。 バイオバーデンの検出には、アデノシン三リン酸生物発光 6、フローサイトメトリー 7、核酸増幅 8、呼吸 7、インピーダンス法 8、抗体検出 7 など、多くの分析方法が利用できます。 ほとんどの検出技術は、検出に比較的長い時間を必要とします (3 時間から 7 日)9。 さらに、検出速度が十分に速い場合、コストと感度が制限になります10、11、12。 現在、細胞生存率アッセイは、生細胞や細菌を迅速に検出できる成長因子、サイトカイン、細胞傷害性薬剤を研究する医薬品開発でよく使用されています。 近年、レサズリンは、特定のサンプルの酸化還元を測定する細胞生存率の測定に使用されています。 バイオバーデンを迅速かつ高感度に検出するために、我々の以前の研究 13 では、レザズリンからの高量子収率レゾルフィンの検出に基づいて、特定のサンプル内の生細胞を検出するための USB 電源のポータブル蛍光光度計の使用を実証しました。 この低コストのシステムでは、蛍光強度の傾きがバイオバーデンを検出するための基準として機能しました。 生存細胞は、酸化還元指示薬レザズリンを使用して監視されました。 調査対象のサンプルにレサズリンをスパイクし、特別設計のマイクロ流体カセットにロードし、レサズリンからレゾルフィンへの変化速度を蛍光光度計で観察しました。 より高い感度でバイオバーデンを検出するために、自動ろ過と検出のための統合フィルターを備えた新しいマイクロ流体デバイスが、報告されている蛍光光度計とアッセイとともにこの研究に導入されています。

マイクロ流体工学はここ数十年で強力な技術となり、分析化学 14、製薬 15、化学合成 16、臨床応用 17、18 など、いくつかの最先端の研究分野で応用が見出されています。 マイクロ流体技術は、最近微生物の研究にも応用されています。 マイクロサイズのスケールと大規模な統合を備えたマイクロ流体デバイスは、微生物分析 19,20,21,22,23 や抗生物質の持続性 24 における低コスト、高スループット、高効率など、多くの特別な利点を提供します。 マイクロ流体工学の最近の開発では、細菌を捕捉および検出する手段として濾紙も利用されており、低コスト、アクセス、加工、変更および廃棄の容易さにより普及しつつあります 25,26。 しかし、報告されている紙ベースのマイクロ流体デバイスは、57 ～ 500 CFU/mL の範囲の検出限界 (LOD) が非常に高く、精度も低い 27、28、29、30。 デバイスは、多くの場合、複雑な修飾、つまり抗体の機能化、ナノ粒子の固定化、検出用濾紙上のパターンの UV 硬化を必要とします 27、28、29、30。 さらに、デバイスは、特定の抗体機能化により、特定の菌種の細菌検出に特異的であることがよくあります 27、28、29、30。 これらの欠点は、細菌検出、特に現場用途で広く使用される、迅速、容易、低コストの濾紙ベースのマイクロ流体デバイスの妨げとなっている。