Since foodborne diseases have become one of the major threats to human health, food safety has increased public concern around the world. Staphylococcal enterotoxins are one of the most common causes of acute food contamination and poisoning, accounting for numerous foodborne-disease outbreaks all over the world. To ensure a fast surveillance and response to foodborne-disease outbreaks, a rapid analytical method is required which enables a sensitive quantification of SEB in complex food matrices. Magnetic nanocomposites offer the major advantage of being easily separated from complex food matrices and are thus perfectly suitable for immunomagnetic enrichment procedures. The ultimate goal of this thesis was the coupling of a facile and efficient immunomagnetic separation (IMS) step based on nanocomposites with specifically tailored magnetic and morphological characteristics to a sensitive microarray analysis on the automated flow-based microarray analysis platform MCR 3. Hereby, the potential of a prior selective pre-enrichment and concentration step by IMS to increase the assay sensitivity and enable the possibility to rapidly analyze larger amounts of food samples was tested. An important task during the PhD thesis was the synthesis of iron oxide-shell silica core nanocomposites which bear highly beneficial magnetic features for applications in IMS - the simple manipulation by permanent magnets and superparamagnetism for easily switching on and off the magnetic response. For the first time, the novel iron oxide-shell silica-core nanocomposites were applied along with antibodies against SEB to establish a highly sensitive magnetic nanocomposite-based sandwich microarray immunoassay (MNC-SMIA) on the microarray platform MCR 3 SLT. To realize this immunoassay, iron oxide-shell silica-core nanocomposites functionalized with biotinylated anti-SEB detection antibodies were incubated in milk spiked with SEB. Nanocomposites bind SEB in the milk by an affinity reaction. An IMS step was applied, to selectively enrich and isolate SEB from the initial sample volume of either 0.6 mL or 100 mL. In order to guarantee a rapid magnetic separation of the nanocomposites, both manual and automatic separation techniques were tested with regard to time-effectiveness, effectivity and practicability. SEB was quantified by MNC-SMIA. The assay readout is performed by chemiluminescence (CL) imaging after enzymatic reaction of horseradish peroxidase with luminol and hydrogen peroxide on each spot of the microarray. The MNC-SMIA was eventually stepwise optimized. On the basis of our results, the application of the novel magnetic nanocomposites appeared to be a major improvement of the conventional CL-SMIA in food matrix. Enrichment procedures, even from large samples up to 100 mL, are now possible, resulting in a further improvement of sensitivity.      «

Since foodborne diseases have become one of the major threats to human health, food safety has increased public concern around the world. Staphylococcal enterotoxins are one of the most common causes of acute food contamination and poisoning, accounting for numerous foodborne-disease outbreaks all over the world. To ensure a fast surveillance and response to foodborne-disease outbreaks, a rapid analytical method is required which enables a sensitive quantification of SEB in complex food matrices...     »

Staphlyokokken-Enterotoxine gehören zu einer der häufigsten Ursachen für Lebensmittelkontaminationen und die möglicherweise daraus resultierenden Lebensmittelvergiftungen. Weltweit sind zahlreiche Ausbrüche von Lebensmittelvergiftungen pro Jahr dokumentiert. Um eine lückenlose Überwachung und zeitnahe Reaktion auf Ausbrüche in der Lebensmittelwarenkette gewährleisten zu können, wird eine schnelle und zuverlässige analytische Methode für die sensitive Quantifizierung von Staphylokokken-Entertoxin-B (SEB) in komplexen Lebensmittelmatrizen benötigt. Magnetische Nanokomposite haben hierbei den wesentlichen Vorteil, dass sie einfach und schnell von komplexen Lebensmittelmatrizen separiert werden können und sind daher gut geeignet für immunomagnetische Separationsprozesse. Das Ziel der Doktorarbeit war es eine schnelle und einfache immunomagnetische Separation (IMS), basierend auf Nanokompositen mit passenden morphologischen und magnetischen Eigenschaften, mit einer sensitiven Mikroarray-Analyse auf der automatisierten fluss-basierten Mikroarray-Analyse-Plattform MCR 3 zu kombinieren. Hierbei erfolgte eine vorausgehende Anreicherung und Aufkonzentrierung mittels IMS, um die Sensitivität der analytischen Methode zu verbessern. Gleichzeitig konnten dadurch größere Mengen von Lebensmittelproben getestet werden. Eine neuartige Synthese von Nanokompositen mit einem Silikakern und einer Hülle aus eisenoxid-basierten Nanopartikeln wurde etabliert. Die hergestellten Nanokomposite zeigten eine einfache magnetische Manipulation durch Permanentmagneten sowie Superparamagnetismus, beides wichtige Eigenschaften für die IMS. Als nächster Schritt erfolgte die Kopplung der eisenoxid-basierten Nanokomposite mit biotinylierten Detektionsantikörpern gegen SEB. Die Nanokomposite wurden anschließend in SEB angereicherter Milch inkubiert. Die magnetischen Nanokomposite banden SEB in der Milch durch eine Affinitätsreaktion und wurden durch die IMS selektiv aus einem Volumen von 0.6 mL oder 100 mL Milch aufkonzentriert und isoliert. Es erfolgte ein Vergleich der manuellen und automatischen Separationstechnik im Hinblick auf Zeit-, Kosten- und Handhabungsfaktoren. Der entwickelte Immunoassay, der die schnelle Anreicherung und Isolation von SEB durch IMS mit einer sensitiven Mikroarray-Analyse auf dem MCR 3 SLT kombiniert, wurde schrittweise optimiert. SEB wurde mittels Chemilumineszenz (CL) nach einer enzymatischen Reaktion von Meerrettichperoxidase mit Luminol und Wasserstoffperoxid auf jedem Punkt des Mikroarrays detektiert. Basierend auf den Ergebnissen, war die Anwendung der neuen magnetischen Nanokomposite eine wesentliche Verbesserung im Vergleich zu dem konventionellen CL-SMIA. Anreicherungsprozesse aus großen Probenvolumina (100 mL) sind nun möglich und resultierten in einer Verbesserung der Assay-Sensitivität.      «

Staphlyokokken-Enterotoxine gehören zu einer der häufigsten Ursachen für Lebensmittelkontaminationen und die möglicherweise daraus resultierenden Lebensmittelvergiftungen. Weltweit sind zahlreiche Ausbrüche von Lebensmittelvergiftungen pro Jahr dokumentiert. Um eine lückenlose Überwachung und zeitnahe Reaktion auf Ausbrüche in der Lebensmittelwarenkette gewährleisten zu können, wird eine schnelle und zuverlässige analytische Methode für die sensitive Quantifizierung von Staphylokokken-Entertoxin...     »