微生物迅速検出器の検出技術は主に病原微生物の迅速、正確な検出を実現するためである。このような計器は食品安全、環境モニタリング、医療衛生、工業生産などの分野に広く応用され、細菌、ウイルス、真菌、カビなどの微生物汚染を迅速に発見し、疾病の伝播と食品汚染を防止するために用いられる。検出効率と正確性を向上させるために、微生物迅速検出器は多種の技術を採用し、主に以下のいくつかを含む:
1.分子生物学技術
分子生物学技術は主に微生物遺伝物質(DNA/RNA)の検出と分析に依存する。この種類の技術は高感度、特異性が強いなどの特徴があり、比較的短時間で病原体を正確に識別することができる。
(1)ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)
原理:PCR技術は特定のDNA配列を増幅することにより、微生物の遺伝物質を検出する。多輪増幅により、微量の病原DNAを数時間以内に検出することができる。
応用:PCRは現在常用されている微生物検査技術の一つであり、食品安全、環境衛生、医療臨床などの分野に広く用いられている。微生物の特定の遺伝子配列を正確に識別することができ、細菌、ウイルス、真菌などの検出に適している。
(2)リアルタイム蛍光PCR(qPCR)
原理:リアルタイム蛍光PCRはPCR技術の改良であり、リアルタイムで蛍光信号の変化を監視することにより、増幅過程においてリアルタイムで微生物の濃度を定量分析することができる。
応用:qPCRは従来のPCRより迅速で定量分析機能があり、微生物の迅速検査と定量分析に広く応用されている。
(3)遺伝子チップ技術
原理:遺伝子チップは、固体表面に大量の既知微生物の特定の遺伝子配列(プローブ)を固定することにより、サンプル中のDNAとのハイブリダイゼーション反応により、サンプル中にこれらの微生物の遺伝子が存在するかどうかを検出する。
応用:遺伝子チップは一度に複数の病原微生物を測定することができ、高スループット、迅速、高効率の特徴を持ち、多重病原体の測定に適している。
(4)核酸増幅技術(LAMP、RPA)
原理:LAMP(環媒介等温増幅)とRPA(組換え酵素ポリメラーゼ増幅)技術は等温条件下の核酸増幅を通じて微生物DNAまたはRNAの検出を実現し、伝統的なPCRの温度循環操作を回避した。
応用:LAMPとRPA技術は高価な設備を必要とせず、現場での測定に適し、迅速、敏感な特徴があり、特に食品、環境サンプル中の微生物の迅速な検出に適している。
2.免疫学技術
免疫学技術は抗原−抗体反応による微生物の検出を行い、通常は特異的な抗体または抗原と目的微生物との結合に依存して検出する。
(1)酵素結合免疫吸着試験(ELISA)
原理:ELISAは抗原と抗体の結合により、酵素触媒反応を利用して測定可能な信号(例えば色変化)を生成し、サンプル中の微生物を定量的または定性的に分析する。
応用:ELISAは病原微生物検査に広く用いられ、特にウイルス、細菌、カビなどの検査に広く用いられ、食品、臨床サンプルの検査に適している。
(2)免疫クロマトグラフィー(LFA)
原理:免疫クロマトグラフィーは特定の抗体と抗原結合の原理を利用して、結合膜ろ過技術は迅速にサンプル中の微生物を検査する。
応用:この技術は迅速、簡便で、現場検査に適して、例えば食品品質検査、環境監視など、操作が簡便で、専門設備が必要ないなどの利点がある。
(3)表面増強Raman分光法(SERS)
原理:SERS技術は金属表面の増強されたラマン散乱効果を利用して、微生物に対する検出感度を高め、スペクトル変化によって微生物の存在を検出する。
応用:SERS技術は超高感度を持ち、複雑な背景の下で病原微生物を迅速に検出でき、環境モニタリングと食品安全検査に適している。
3.光学技術
光学技術は、散乱、吸収、反射などの光の物理的特性を利用することによって、微生物を迅速かつ非破壊に検出する。
(1)紫外可視吸収スペクトル(UV−Vis)
原理:紫外線と可視光の吸収特性を利用して、異なる微生物の光に対する吸収特性が異なり、計器はサンプルの光に対する吸収度を測定することによって微生物を識別する。
応用:この方法は微生物集団のスクリーニング検査によく用いられ、特に水質、空気及び食品などのサンプルの中で、微生物の総量を迅速に評価することができる。
(2)光散乱法
原理:試料にレーザーを照射することにより、微生物は光散乱現象を引き起こし、器具は光の散乱角度と強度を分析することにより微生物の種類と数量を判断する。
応用:細菌の迅速検査によく用いられ、現場監視、特に環境や食品検査の分野に適している。
(3)ラマン分光技術
原理:ラマン散乱分光法により微生物サンプルの分子振動特徴を分析し、微生物種類の識別を実現する。
応用:ラマンスペクトルは高分解能、非破壊性などの特徴があり、多種微生物の迅速な識別に用いることができ、特に複雑なサンプル中の微生物の定性分析に適用する。
4.質量分析技術
質量分析技術はサンプル中のイオンの質量荷重比(m/z)を測定することによって物質の成分を分析し、微生物の検出に対して、主に微生物の蛋白質、代謝物などの標識物を分析することによって識別する。
(1)マトリックス支援レーザ脱着イオン化−飛行時間質量分析(MALDI−TOFMS)
原理:MALDI-TOF質量分析技術はレーザーを用いて試料を打撃して荷電粒子を放出し、質量分析を通じて試料の分子組成を分析し、それによって微生物の種類を確定する。
応用:MALDI-TOFMは高フラックス、高精度などの利点があり、臨床微生物学、食品検査と環境微生物監視に広く応用されている。
5.バイオセンシング技術
バイオセンサは、酵素、抗体、核酸などの生体分子と微生物との特異的な反応を利用して、微生物の存在を電気信号、光信号、または他の検出可能な信号に変換する。
(1)電気化学センサ
原理:電気化学センサーは微生物による電気化学反応の変化を探知し、電気信号に変換して検査する。
応用:食品、環境、臨床サンプル中の病原微生物などの簡便で迅速な現場検査に適用する。
(2)光学センサ
原理:特定の光学材料または反応により、微生物の存在は光信号の変化を引き起こし、さらに微生物を検出する。
応用:光学センサーは食品安全、環境汚染などの分野の迅速なモニタリングに適している。
まとめ:
微生物迅速検出器は多種の技術手段を通じて微生物の迅速な検出を実現し、その中で分子生物学技術(例えばPCR、LAMP、遺伝子チップ)、免疫学技術(例えばELISA、免疫クロマトグラフィー)、光学技術(例えば光散乱、紫外吸収)、質量分析技術(例えばMALDI-TOF)と生物センシング技術(例えば電気化学センサ)などはすべて異なる分野で広く応用されている。各種類の技術は検出対象の特徴、応用シーンの需要及び検出の感受性要求に基づいて、異なる検出手段を選択することができる。