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Scientific reports2020Feb11Vol.10issue(1)

走査電子顕微鏡検査とエネルギー分散X線分析の迅速な微生物検出と単一の細胞レベルでの識別におけるX線分析

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文献タイプ:
  • Journal Article
  • Research Support, Non-U.S. Gov't
概要
Abstract

臨床診断、製薬産業、環境科学、食品検査など、さまざまな分野で病原体を検出および特定するための迅速で一貫した使いやすい技術の需要は非常に重要です。この研究では、6つの食物媒介性病原体の参照株、すなわち大腸菌0157:H7 ATCC 43890、Cronobacter Sakazakii ATCC 29004、Salmonella Typhimurium ATCC 43971、Staphylococcus aureus kccccus kcccccccccccccccccccccckccccccccccccccccccckm、走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散X線(EDX)分析のために選択されました。私たちの研究では、SEM下での微生物分析のための時間のかかるサンプル調製ステップは回避され、この検出プロセスは顕著に迅速になります。充電効果を回避するために、サンプルを0.01 µm厚の銀(AG)箔表面に積み込みました。元素情報を決定するために、10 kVと5 kVの2つの異なる励起電圧を使用しました。SEM-EDXから取得した情報は、個々の単一細胞を区別し、実行可能で生存不可能な微生物を検出できます。この研究は、主成分分析(PCA)の助けを借りてSEM-EDX分析から得られた形態学的情報と元素情報の組み合わせにより、時間のかかる微生物学的栽培方法に従うことなく、単一微生物細胞の迅速な識別を可能にすることを示しています。

臨床診断、製薬産業、環境科学、食品検査など、さまざまな分野で病原体を検出および特定するための迅速で一貫した使いやすい技術の需要は非常に重要です。この研究では、6つの食物媒介性病原体の参照株、すなわち大腸菌0157:H7 ATCC 43890、Cronobacter Sakazakii ATCC 29004、Salmonella Typhimurium ATCC 43971、Staphylococcus aureus kccccus kcccccccccccccccccccccckccccccccccccccccccckm、走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散X線(EDX)分析のために選択されました。私たちの研究では、SEM下での微生物分析のための時間のかかるサンプル調製ステップは回避され、この検出プロセスは顕著に迅速になります。充電効果を回避するために、サンプルを0.01 µm厚の銀(AG)箔表面に積み込みました。元素情報を決定するために、10 kVと5 kVの2つの異なる励起電圧を使用しました。SEM-EDXから取得した情報は、個々の単一細胞を区別し、実行可能で生存不可能な微生物を検出できます。この研究は、主成分分析(PCA)の助けを借りてSEM-EDX分析から得られた形態学的情報と元素情報の組み合わせにより、時間のかかる微生物学的栽培方法に従うことなく、単一微生物細胞の迅速な識別を可能にすることを示しています。

The demand for rapid, consistent and easy-to-use techniques for detecting and identifying pathogens in various areas, such as clinical diagnosis, the pharmaceutical industry, environmental science and food inspection, is very important. In this study, the reference strains of six food-borne pathogens, namely, Escherichia coli 0157: H7 ATCC 43890, Cronobacter sakazakii ATCC 29004, Salmonella Typhimurium ATCC 43971, Staphylococcus aureus KCCM 40050, Bacillus subtilis ATCC 14579, and Listeria monocytogenes ATCC 19115, were chosen for scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis. In our study, the time-consuming sample preparation step for the microbial analysis under SEM was avoided, which makes this detection process notably rapid. Samples were loaded onto a 0.01-µm-thick silver (Ag) foil surface to avoid any charging effect. Two different excitation voltages, 10 kV and 5 kV, were used to determine the elemental information. Information obtained from SEM-EDX can distinguish individual single cells and detect viable and nonviable microorganisms. This work demonstrates that the combination of morphological and elemental information obtained from SEM-EDX analysis with the help of principal component analysis (PCA) enables the rapid identification of single microbial cells without following time-consuming microbiological cultivation methods.

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