Automated Multistep Lateral Flow Immunoassay for the Quantification of Foodborne Bacteria Using a Smartphone Application

Abstract

Foodborne disease or foodborne illness is one of the major health problems in worldwide. Thus, a rapid detection method to prevent fresh produce contamination is important to require. One of the most popularly used methods is the lateral flow immunoassay (LFIA) because it is rapid, simple, cheap, and suitable for on-site detection but still has the main limitation is the limit of detection is poor. The LFIA method can be improved by adding horseradish peroxidase (HRP) labeled antibodies. Additionally, the performance of the multistep assay is another way to improve the limitation of detection in LFIA. So, we choose this method to study in this work. In this study, we have developed a smartphone-operated device and the smartphone application for controlling the designed rotary device that automatically performs the multistep lateral flow immunoassay. This device demonstrates simple colorimetric detection of foodborne pathogens from fresh lettuce. The smartphone application was developed to control the automatic rotary device via Bluetooth and the servo motor. Additionally, the capabilities of our smartphone application allow the users to quantify the detection of pathogens. Our device was designed in 2 parts; a disposable rotary device and the cover box. The bacteria Escherichia coli (E. coli) O157:H7 from contaminated lettuce was detected and quantified by the developed rotary device within 30 min. The quantified detection result from the contaminated lettuce is similar to that calculated by counting colonies from agar plates which indicated that automatic rotary device and smartphone application are highly accurate. The device is capable of detecting contamination in lettuces as low as 5 × 104 E. coli O157:H7 per 10 g. Additionally, the other bacteria were used to perform the detection of specificity that we confirm that our device can be performed with high specificity. This study introduces a device for automated, easy, low-cost, and rapid detection, which can help in facilitating Point-of-Care (POC) detection.|식중독은 세계에서 가장 자주 발생하는 감염성 질환 중 하나이다. 식중독 발병의 방지를 위한 방법들 중 하나로 신선한 식물의 오염을 방지하기 위한 신속한 검출 방법이 중요하다. 측방유동면역분석(LFIA)은 유해미생물 검출에 가장 사용되는 방법 중 하나로 빠르고 간단하며 저렴하고 현장 검출에 적합하지만 여전히 검출 한계가 좋지 않다는 주요 한계가 있다. 본 연구에서는 스마트폰으로 다중 스텝 측방유동면역분석 자동화로 수행하도록 설계된 회전 장치를 제어하기 위한 스마트폰 애플리케이션을 개발하고 신선한 상추에서 식중독균을 간단하게 비색 검출하는 방법을 시연한다. 블루투스 및 서보 모터를 통해 자동 회전 디바이스를 제어하는 스마트폰 애플리케이션 개발했다. 또한 스마트폰 애플리케이션의 기능을 통해 사용자는 탐지 결과를 정량화할 수 있다. 제안하는 디바이스는 두 부분으로 설계되었다. 일회용 회전 부품과 커버 박스가 있다. 오염된 상추에서 박테리아Escherichia coli (E. coli) O157:H7을 검출하고 회전디바이스로 정량화했다. 박테리아 검출은 30분 동안 수행하였다. 수행한 후에 오염된 상추에서 정량화된 검출 결과는 한천 플레이트에서 콜로니를 세어 계산한 것과 유사하여 자동 회전 디바이스와 스마트폰 애플리케이션이 매우 정확함을 나타내다. 이 디바이스는 10g당 5 × 104 E. coli O157:H7로 상추의 오염을 감지할 수 있다. 또한 특이도 검출에 대해서 다른 박테리아를 사용하였다. 본 연구의 디바이스가 높은 특이도로 수행될 수 있음을 확인한다. 이 연구는Point-Of-Care (POC) 감지를 용이하게 하는 데 도움이 될 수 있는 자동화되고 쉽고 저렴하며 신속한 감지를 위한 디바이스를 소개한다.