Rapid detection of pathogen by magnetic nanoparticles in microfluidic device

Abstract

Microfluidic devices have been used for bacterial detection. These devices are inexpensive and improve detection sensitivity because they are fabricated and operated in micron scales. Their advantages of microfluidic devices can be utilized to develop pre-concentration methods for rapid detection and lowering detection limit of pathogens which present in low abundance in foods. In chapter I, I reviewed the state-of-the-art microfluidic devices which are integrated with detection technologies and separation. For example, these devices use immunoassay and microfluidic separation for detection and separation. In chapter II, I described a microfluidic device which is intended to rapidly pre-concentrates and also detect bacterial pathogens in the presence of food matrices, which are known to inhibit certain types of detection methods such as PCR and immunoassays. It consists of three components: an array of pillars with different spacing between pillars (150 µm to 750 µm) for filtering out food particles, a trapezoidal chamber for pre-concentrating bacterial pathogens from food samples using MNPs and a microchannel (W: 1000 μm, H: 200 µm) for discharging collected MNPs (MNPs, 50 nm in diameter) from the device. MNPs were conjugated with antibody which specifically binds bacterial strains or serotype for the detection of Gram-negative pathogens. Using the device, I successfully isolated up to 96.5% of Escherichia coli O157:H7 in 1% ground beef within 20 min. When this device is combined with other detection systems such as PCR and electrophoresis, the detection limit can be enhanced with diminished food matrix effect.;미세 유체 디바이스는 세균검출을 위해 이용 되고 있다. 이러한 디바이스는 비싸지 않고 마이크로 단위에서 제작과 작동시킬 수 있으므로 검출의 민감도를 향상시킬 수 있다. 미세 유체 디바이스의 이러한 장점들을 활용하여 신속한 검출과 음식물 중 소량으로 존재하는 세균검출의 한계를 낮추는 농축방법을 발전시켰다. 제 1장에서는 나는 검출과 분리기술을 통합시킨 최신의 미세 유체 디바이스를 보고하였다. 예를 들면 면역학적 검출을 이용한 미세 유체 디바이스와 검출과 분리를 위한 미세 유체 분리를 이용한 미세 유체 디바이스를 보여주었다. 제 2장에서는 나는 음식물 중에 중합효소연쇄반응과 면역학적 검출을 방해하는 재료가 존재하는 전재 하에서 세균성 병원균에 대한 신속한 검출 및 농축기술을 통합하여 제작된 미세 유체 디바이스를 묘사하였다. 묘사한 미세 유체 디바이스는 세 개 부분: 음식물 입자를 여과할 수 있는 필라와 필라 사이의 간격 (150 μm ~ 750 μm)이 서로 다른 마이크로 필라, 음식물 샘플 중의 세균성 병원균을 포획한 나노입자를 농축할 수 있는 제형의 체임버와 농축한 나노입자를 디바이스 외로 배출 할 수 있는 마이크로 채널 ( W : 1000 μm, H : 200 µm) 로 구성되었다. 나노입자 표면에는 그람 음성 균을 검출 할 수 있는 항체를 결합하였다. 위의 디바이스를 용하여 20분 동안에 나는 96.5%의 1% 간은 쇠고기 용액 중의 대장균 O157: H7를 성공적으로 분리할 수 있었다. 나아가 이 미세 유체 디바이스를 중합효소연쇄반응, 전기영동과 합체하여 사용시 검출한계를 더 한층 높일 수 있을 것 같다.