Foodborne pathogens cause hundreds of thousands of deaths worldwide every year and also causes serious economic damage in both public and private sectors. A rapid detection system of pathogens that can be used on-site of food processing facilities can help prevent the outbreak by stopping contaminated products from being distributed. An ideal technology for such purpose is a low-cost, rapid detection system that is easy to operate and can be interpreted without any external equipment. With this goal, a novel method for controlling fluid flow in a paper-based device was first developed. The method was used to demonstrate the sequential delivery of multiple reagents in a three-branch device, which was then applied to perform an automated multistep immunoassay. A more robust and versatile device was then developed to deliver multiple reagents with a specific sequence and duration. The novel handheld rotary device can perform an enzyme-linked immunosorbent assay and detect $5 \times 10^4$ CFU/mL Escherichia coli O157:H7 in 22 min. The device was then modified to utilize gold nanoparticles and gold enhancers, and also to be equipped with two test strips for multiple detection. Detection of Escherichia coli O157:H7, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus and Bacillus cereus was confirmed without nonspecific signals. To confirm its application in the detection of contaminated foods, lettuces were contaminated with a different number of bacteria, which were then recovered using a novel sample pre-concentration protocol, and then loaded into the device. Without enrichment process, contaminated lettuces that were inoculated with $1.87 \times 10^4$ CFU of Escherichia coli O157:H7 and $1.47 \times 10^4$ CFU of Salmonella typhimurium per gram of lettuce were able to be detected. With 6-hour enrichment of contaminated lettuces in growth media, contamination of 1 CFU of Escherichia coli O157:H7 and 1 CFU of Salmonella typhimurium per gram of lettuce was successfully detected.
식중독균은 매년 전 세계적으로 수십만명의 사망자를 발생시키며 공공 및 민간 부분 모두에 심각한 경제적 피해를 초래한다. 신속하게 병원균을 탐지할 수 있으며 식품 가공 시설 현장에서 사용이 가능한 장치는 오염된 제품의 유통을 막음으로써 식중독의 발생을 방지할 수 있다. 이러한 목적을 위한 이상적인 기술은 작동하기 쉽고 외부 장비없이 검출결과를 해석할 수 있으며 비용은 저렴한 빠른 감지 시스템이다. 이를 구현하기 위해 종이 기반 소자에서 유체의 흐름을 제어하는 새로운 방법을 개발하였다. 이 방법은 세 갈래로 나누어진 채널에 자동으로 다종의 유체를 순차적으로 전달하는데에 사용 되었고, 이 현상은 자동화된 다단계 면역 측정법을 구현하는데에 적용되었다. 하지만 현장적용을 위해 더 견고하고 다재다능한 장치를 개발하여 특정 순서와 시간동안 자유자제로 유체를 전달시킬 수 있게 하였다. 손으로 회전시켜 구동가능한 이 장치는 효소결합면역흡착측정법을 수행하여 22분내에 $5 \times 10^4$ CFU/mL의 Escherichia coli O157:H7를 검출 할 수 있다. 회전식 센서는 금나노 입자와 신호증폭제를 사용할 수 있도록 변형되었고, 다중 검출을 위한 두 개의 테스트 스트립이 장착되었다. 대표적인 식중독균인 Escherichia coli O157:H7, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, 그리고 Bacillus cereus의 검출이 비특이적 신호없이 확인되었다. 개발된 센서를 이용한 오염된 식품의 검출 적용 가능성을 확인하기 위해 상추를 균으로 오염시키고, 농축 프로토콜을 사용하여 오염된 상추로부터 회수한 균을 센서로 검출해보았다. 증균과정 없이는 상추 1 g당 $1.87 \times 10^4$ CFU의 Escherichia coli O157:H7과 $1.47 \times 10^4$ CFU의 Salmonella typhimurium을 검출할 수 있다. 그리고 오염된 상추를 성장배지에서 6시간동안 증균 시킬 경우 상추 1 g당 1 CFU의 Escherichia coli O157:H7과 1 CFU의 Salmonella typhimurium을 검출할 수 있다.
