Изготовление спектроскопических микрофлюидных чипов для обнаружения мастита в сыром молоке

Том 13 научных докладов, номер статьи: 6041 (2023) Цитировать эту статью

780 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Мастит – это заболевание, которое напрямую влияет на количество и качество молока, производимого дойными коровами, что может отрицательно сказаться на доходах, получаемых от продажи молока. Тяжелое воспаление, вызванное этим заболеванием молочной железы, может привести к образованию до 1 × 106 лейкоцитов на миллилитр коровьего молока. В настоящее время Калифорнийский тест на мастит является популярным методом химической проверки, но его уровень ошибок, превышающий 40%, является важным фактором продолжающегося распространения мастита. В этом исследовании было разработано и изготовлено новое микрофлюидное устройство для выявления нормального, субклинического и клинического мастита. Это портативное устройство позволяет получать точные результаты и анализировать их в течение секунды. Устройство было разработано для скрининга соматических клеток, и к нему был добавлен процесс окрашивания для идентификации соматических клеток с использованием анализа отдельных клеток. Принцип флуоресценции использовался для определения инфекционного статуса молока, которое анализировалось с помощью мини-спектрометра. Была проверена точность устройства, и было обнаружено, что оно определяет статус инфекции с точностью 95% по сравнению с точностью, полученной с помощью машины Fossomatic. Считается, что внедрение этого нового микрофлюидного устройства позволит значительно снизить распространение мастита у дойных коров, что приведет к повышению качества и прибыльности производства молока.

Мастит у молочных коров является постоянной проблемой, с которой сталкиваются молочные фермеры, поскольку он напрямую влияет на количество и качество сырого молока, что приводит к значительным экономическим потерям. Глобальные ежегодные потери оцениваются примерно в 30 миллиардов евро1 и состоят из значительных потерь молока, плохого качества молока, уничтожения хронически инфицированных животных и случайной смертности2. Мастит – это воспаление молочных желез, вызванное инвазией определенных возбудителей, аллергией или физической травмой3, приводящее к аномальным изменениям в молочных железах и молоке. Обычно выделяют два типа мастита: клинический и субклинический мастит. Они возникают по разным причинам, включая бактериальные инфекции, раны от инфекционных токсинов или воздействие химических веществ, причем наиболее основной и частой причиной является бактериальная инфекция. Мастит может передаваться от крупного рогатого скота к крупному рогатому скоту, увеличивая его распространение. Если симптомы мастита становятся очевидными после позднего выявления, это может существенно затруднить выздоровление молочной коровы примерно на 2 недели. Это может привести к слепоте и постоянной неспособности коровы производить молоко. Кроме того, регулярное лечение мастита предполагает введение антибиотиков для лечения и профилактики заболевания, что создает серьезный риск устойчивости коров к антибиотикам. Выделяют два этапа диагностики: первый предполагает оценку состояния заболевания с целью определения его наличия, второй – выявление возбудителя. При тяжелом мастите о статусе заболевания можно судить по внешнему виду груди и молока. Для скрининга клинического или субклинического мастита на фермах используются скрининговые тесты для анализа количества соматических клеток (SCC), такие как Калифорнийский тест на мастит (CMT). Определение ПКК молока включает оценку соматических клеток (СК) с помощью лабораторной микроскопии, при которой ПК молока непосредственно наблюдают на микроскопических предметных стеклах в виде окрашенных клеток и подсчитывают с помощью оператора. Анализ результатов с использованием этого метода занимает много времени и требует подготовки пробы специалистами4. Проточная цитометрия (FCM) может использоваться для относительно быстрого SCC и бактериального анализа молока5; этот метод также требует поддержки квалифицированного персонала для работы с относительно дорогим оборудованием, необходимым для анализа, и другими одноразовыми предметами.

Реагенты ШМТ можно просто использовать для теста на мастит и применять для оценки SCC на ферме5. Реагент, используемый в CMT, представляет собой алкиларилсульфонат натрия, основанный на том принципе, что нуклеиновые кислоты и клетки других элементов высвобождаются в присутствии высокого SCC и образования геля, что легко обнаружить6,7. Однако результаты, полученные с этим реагентом, являются ложноположительными или ложноотрицательными, а для SCC6,7,8 наблюдаются низкие чувствительность и специфичность. Ни один из этих тестов не дал точного численного значения SCC, поскольку результаты были основаны на морфологических характеристиках, воспринимаемых глазом испытуемого, что приводило к неточностям. Кроме того, эти тесты не идентифицируют возбудителя и вирулентность инфекции, а дают только положительные или отрицательные результаты в отношении мастита9,10.