Яңалыклар

Йогышлы авыруларны ачыклау өчен традицион диагностик стратегияләр күзәтү пункты (POCT) өчен яраксыз эскәмия коралларын куллануны таләп итә.Emergсеп килүче микрофлюидика - югары миниатюрлаштырылган, автоматлаштырылган һәм интеграль технология, ул тиз, аз чыгымлы, төгәл диагностика өчен традицион ысулларга потенциаль альтернатива.Молекуляр диагностикалау ысуллары микрофлуидик җайланмаларда патоген ачыклау өчен иң эффектив ысул буларак киң кулланыла.Бу рецензиядә академик һәм сәнәгать күзлегеннән инфекцион авыруларга микрофлуидик молекуляр диагностика өлкәсендәге соңгы казанышлар ясала.Беренчедән, без нуклеин кислоталарының типик чип эшкәртүен тасвирлыйбыз, шул исәптән алдан сайлау, көчәйтү һәм сигнал уку.Аннары дүрт төр микрофлуидик платформаларның характеристикалары, өстенлекләре һәм кимчелекләре чагыштырыла.Алга таба, без нуклеин кислоталарының абсолют күләме өчен санлы анализлар куллану турында сөйләшәчәкбез.Классик һәм соңгы коммерция микрофлуидик молекуляр диагностик җайланмалар базарның хәзерге торышына дәлил булып йомгак ясала.Ниһаять, без йогышлы авыруларны микрофлуидик диагностикалау өчен киләчәк юнәлешләр тәкъдим итәбез.
Йогышлы авырулар патогеннар аркасында барлыкка килә, шул исәптән бактерияләр, вируслар һәм паразитлар, алар бөтен дөньяга таралалар.Башка авырулардан аермалы буларак, патогеннар тиз зарарланалар һәм прививка, һава һәм су чаралары аша кешеләр һәм кабул итүче хайваннар арасында таралалар [1].Йогышлы авыруларны профилактикалау халык сәламәтлеге чарасы буларак бик мөһим.Йогышлы авыруларга каршы көрәшнең өч төп стратегиясе: 1) инфекция чыганагын контрольдә тоту;2) тапшыру юлының өзелүе;3) авыру халыкны саклау.Төп стратегияләр арасында инфекция чыганагын контрольдә тоту, уңайлыгы һәм аз бәясе аркасында иң мөһим стратегия булып санала.Вируслы кешеләрне тиз диагностикалау, изоляцияләү һәм дәвалау бик мөһим, тиз, сизгер һәм төгәл диагностика стратегияләрен таләп итә [2].Хәзерге вакытта йогышлы авырулар диагнозы, гадәттә, билгеләргә һәм симптомнарга нигезләнеп, күзәнәк культурасы һәм молекуляр диагностика кебек лаборатория тикшеренүләрен берләштерә, алар квалификацияле кадрлар, хезмәт таләп итә торган процедуралар һәм кыйммәтле сынау җиһазлары таләп итә [3, 4].Йогышлы авырулар таралуны профилактикалау тиз, арзан һәм төгәл җирле диагноз таләп итә, аеруча ресурслы чикләнгән өлкәләрдә, йогышлы авырулар таралган һәм каты [5], шулай ук ​​чүлдә яки сугыш кырында, гадәттән тыш хәлләр көтелмәгән урында..медицина ярдәме чикләнгән [6].Бу контекстта, микрофлюидика - микроэлектромеханик система технологияләрен, нанотехнологияләрне, яки сыеклыкны төгәл манипуляцияләү өчен материаллар фәнен берләштергән технология, күзәтү пунктын ачыклау өчен яңа мөмкинлекләр бирә (POCT).) больницалар һәм лабораторияләр читендәге йогышлы агентлар.Традицион вакыт таләп итә торган диагностика белән чагыштырганда, микрофлуидик технология авыру башланганда молекуляр диагностика өчен үрнәк һәм чыгымнарны экономияли.Коронавирус авыруының дөньякүләм таралуы 2019 (COVID-19) каты кискен сулыш синдромы коронавирус 2 (SARS-CoV-2) аркасында барлыкка килә, шуңа күрә пандемияне вакытында профилактикалау һәм контрольдә тоту өчен микрофлуидиканың мөһимлеге тагын бер кат ассызыклана [11, 12 , 13].Традицион диагностикадан аермалы буларак, микрофлуидик POCT эскәмия анализаторларыннан алып кечкенә тротуар сынау полосаларына кадәр кечкенә күчерелмә җайланмалар куллана [14].Бу тестларда гади яки үрнәк әзерләү, тиз сигнал көчәйтү, сизгер укулар бар, нәтиҗәдә кыска вакыт эчендә һәм төгәл нәтиҗәләр берничә минут эчендә.Микрофлуидка нигезләнгән сәламәтлек саклау коралларының булуы һәм массакүләм җитештерелүе аларның чыгымлы һәм туры диагностик кушымталарын больницадан читтә, пациент янында, хәтта өйдә киңәйтте.
Йогышлы авыруларны диагностикалау өчен булган стратегияләр арасында молекуляр диагностика иң сизгерләрнең берсе [15, 16].Моннан тыш, молекуляр диагностика COVID-19ны өзлексез ачыклау өчен алтын стандарт буларак кулланыла, иммун реакция башланганчы РНК яки ДНК вируслы төбәкләрен ачыкларга мөмкинлек бирә [17, 18].Хәзерге рецензиядә без инфекцион авырулар өчен микрофлуидикага нигезләнгән молекуляр диагностик процессларның соңгы казанышларын тәкъдим итәбез, академик күзлектән киләчәк сәнәгать перспективаларына кадәр (1 нче рәсем).Без нуклеин кислотасын ачыклауның өч төп адымыннан башлыйбыз: чиптагы үрнәкне алдан эшкәртү, нуклеин кислотасын көчәйтү һәм сигнал уку.Аннары без төрле характеристикаларны (көчле һәм көчсез якларны) күрсәтеп, төрле микрофлюидик платформаларны аларның структурасы һәм функциясе белән чагыштырдык.Санлы нуклеин кислотасын ачыклау алга таба тикшерелә һәм йогышлы патоген молекулаларын абсолют санлаштыру өчен өченче буын технологиясе мисалы итеп бирелә.Моннан тыш, молекуляр диагностика өчен микрофлуидик POCT базарының хәзерге торышын күрсәтү өчен берничә типик һәм соңгы коммерция POCT җайланмалары тәкъдим ителәчәк.Без шулай ук ​​киләчәк кушымталар турында күзаллавыбызны аңлатырбыз.
Нуклеин кислотасын ачыклау өчен микрофлуидик чиплар модульләрен үз функцияләре буенча өч категориягә бүлеп була (сайлау, тану, сигнализацияләү) [19].Бу модульләр арасында сайлау модуле, нигездә, лизис һәм нуклеин кислотасын чыгаруны тормышка ашыра.Сенсор модуле, нигездә, нуклеин кислотасы сигналларының конверсиясен һәм көчәйтүен контрольдә тота.Сигнал модуле сизү модулында эшкәртелгән һәм эшкәртелгән сигналны ачыклый.Чиптагы нуклеин кислоталарын табу процессына нигезләнеп, без "кертү һәм чыгу" функциясен тормышка ашыра алган төрле чипларга йомгак ясарбыз.
Нуклеин кислотасын ачыклауның беренче ады - нуклеин кислотасын чыгару, ягъни максатлы нуклеин кислотасын оригиналь үрнәктән аеру.Нуклеин кислотасын чыгару нуклеин кислоталарын башка молекуляр пычраткыч матдәләрдән чистарту, нуклеин кислотасы молекулаларының төп структурасының тулылыгын тәэмин итү һәм нәтиҗәләрне оптимальләштерү өчен башкарыла.Нуклеин кислотасын чыгару кирәкле лизис һәм нуклеин кислотасын алуны таләп итә, аларның сыйфаты һәм эффективлыгы тикшеренүләр һәм диагностик нәтиҗәләргә зур йогынты ясый.Чыгару вакытында теләсә нинди нечкә ягы алга таба ачыклауны чикләргә мөмкин.Мәсәлән, полимераз чылбыр реакциясе (PCR) һәм цикл изотермик көчәйтү (LAMP) ысуллары нуклеин кислотасы изоляция реагентларында этанол һәм изопропанол кебек калдыклы органик эреткечләр белән тыела [20].Сыек-сыеклык чыгару һәм каты фазалы чыгару - нуклеин кислоталарын изоляцияләү өчен иң популяр ысуллар [21], ләкин, чипта сыек-сыеклык чыгару чикле, чөнки сыек-сыеклык чыгаруда кулланылган реагентлар күпчелек микрофлуидик чипларның коррозиясенә китерә. .Монда без микроаррейга нигезләнгән каты фазаны чыгару ысулларын күрсәтәбез һәм аларның өстенлекләрен һәм кимчелекләрен чагыштырабыз.
Кремний - биокомплективлыгы, тотрыклылыгы һәм үзгәртү җиңеллеге аркасында нуклеин кислоталары белән туры килә торган субстрат материал [22].Иң мөһиме, кремний яки башка материаллар белән үзгәртелгәндә, бу композит түбән рН, югары тоз шартларында тискәре корылган нуклеин кислоталарын үзләштерә, югары рН, аз тоз эремәләре белән.Бу күренешкә нигезләнеп, нуклеин кислотасын чистартырга мөмкин.
Силикатка нигезләнгән материалларның төрле формалары микрофлюидикада нуклеин кислотасын чыгару өчен кулланылган, мәсәлән, кремний бусы, порошок, микрофибер фильтрлары, кремний мембраналары [23, 24, 25, 26].Материалның үзлекләренә карап, кремнийга нигезләнгән материаллар микросхемаларда төрлечә кулланылырга мөмкин.Мәсәлән, кремний гранулалары, порошоклар һәм коммерция нанофильтрлары микрофлуидик чипларның күзәнәкләренә яки микроканнельләренә урнаштырылырга һәм үрнәкләрдән нуклеин кислоталарын чыгарырга булышырга мөмкин [27, 28, 29].Silир өстендә үзгәртелгән кремний мембраналары шулай ук ​​аз чыгымнар белән ДНКны патогеннардан тиз чистарту өчен кулланылырга мөмкин.Мәсәлән, Ван һ.б.30(CFU) / мл Vibrio parahaemolyticus., һәм вирус барлыгы җиңел күренде.Пауэлл һ.б.[31] Аннары кремний нигезендәге микроаррейлар гепатит С вирусын (HCV), кеше иммунофицитлы вирусын (ВИЧ), Зика вирусын, һәм кеше папилломавирусын һәм автоматик таралуны ачыклау өчен кулланылды, аларда РНК вирусларын кулга алу өчен 1,3 μл газаплы микроорактор эшләнде.һәм ситу көчәйтүдә башкару.Бу ысулларга өстәп, өслектә үзгәртелгән кремний микроколоннар шулай ук ​​нуклеин кислотасын чыгаруда төп роль уйныйлар, чөнки үзгәртүче материалның геометриясе һәм үзлекләре чыгару эффективлыгын шактый арттыралар.Чен һ.б.[32] аминокоматлы кремний микроколоннары нигезендә аз концентрацияле РНКны изоляцияләү өчен микрофлуидик платформа тәкъдим иттеләр.Бу микрофлуидик җайланма кремний субстратында 0,25 см2 микропиллар массивын берләштерә, биек өслек мәйданы аша күләм коэффициентына кадәр.Бу дизайнның өстенлеге шунда: микрофлуидик җайланма 95% га кадәр нуклеин кислотасын чыгару эффективлыгына ирешә ала.Кремнийга нигезләнгән бу стратегияләр аз бәядә тиз изоляцияләнгән нуклеин кислоталарының кыйммәтен күрсәтәләр.Микрофлуидик чиплар белән берлектә, кремнийга нигезләнгән чыгару стратегиясе нуклеин кислотасын табуның эффективлыгын арттырып кына калмый, аналитик җайланмаларның миниатюризациясен һәм интеграциясен дә җиңеләйтә ала [20].
Магнит аеру ысуллары тышкы магнит кыры булганда нуклеин кислоталарын изоляцияләү өчен магнит кисәкчәләрен кулланалар.Гадәттә кулланыла торган магнит кисәкчәләренә Fe3O4 яки γ-Fe2O3 кремний, амино һәм карбоксил белән капланган магнит кисәкчәләре керә [33,34,35,36].Кремнийга нигезләнгән SPE ысуллары белән чагыштырганда, магнит кисәкчәләренең аергыч үзенчәлеге - тышкы магнитлар белән манипуляция һәм контроль җиңеллеге.
Нуклеин кислоталары һәм кремний арасында электростатик үзара бәйләнешне кулланып, югары тоз һәм аз рН шартларында, нуклеин кислоталары кремний белән капланган магнит кисәкчәләре өслегенә кушылалар, ә аз тоз һәм югары рН шартларында молекулаларны юып була. тагын..Силикат белән капланган магнит бусы магнит белән идарә ителгән хәрәкәт ярдәмендә зур күләмле үрнәкләрдән (400 μЛ) ДНК чыгарырга мөмкинлек бирә [37].Демонстрация буларак, Родригес-Матеос һ.б.[38] магнит мишәрләрнең төрле палаталарга күчүен контрольдә тоту өчен көйләнә торган магнитлар кулланылды.Силикат белән капланган магнит кисәкчәләренә нигезләнеп, LAMP кире транскрипцияне ачыклау өчен (RT-LAMP) чистарту суларыннан 470 данә / мл SARS-CoV-2 геномик РНК чыгарып була, һәм җавапны 1 сәгать эчендә укып була.ялан күз (2а рәсем).
Магнит һәм күзәнәк материалларга нигезләнгән җайланмалар.SARS-CoV-2 RNA ачыклау өчен IFAST RT-LAMP микрофлуидик җайланманың концептуаль схемасы ([38] адаптацияләнгән).b Букаль сваб нуклеин кислотасының dSPE өчен центрифугааль микро җайланма ([39] адаптацияләнгән).в FTA® картасы ярдәмендә үз-үзе белән эшләнгән үрнәк концентратор ([50] белән җайлаштырылган).d Fusion 5 фильтр кәгазе хитосан белән үзгәртелде ([51] белән җайлаштырылган).SARS-CoV-2 каты кискен сулыш синдромы коронавирус 2, RT-LAMP кире транскрипция әйләнеше арадаш изотермик көчәйтү, FTA табучылар технология партнерлары, NA нуклеин кислотасы
Позитив корылган магнит кисәкчәләре нуклеин кислотасының фосфат арка сөяген бәйләү өчен идеаль.Тозның билгеле бер концентрациясендә, нуклеин кислоталарының тискәре корылган фосфат төркемнәре магнит составлы кисәкчәләр өслегендә уңай корылырга мөмкин.Шуңа күрә, нуклеин кислоталарын чыгару өчен тупас өслеге һәм югары тыгызлыктагы аминокруппалар белән магнитлы нанопартиклар эшләнде.Магнит аеру һәм блоклаудан соң, магнит нанопартиклары һәм ДНК комплекслары турыдан-туры PCRда кулланылырга мөмкин, бу катлаулы һәм вакыт таләп итә торган чистарту һәм чистарту операцияләрен бетерә [35].Тискәре карбоксил төркемнәре белән капланган магнитлы нанопартиклар шулай ук ​​югары концентрацияле полиэтилен гликол һәм натрий хлорид эремәләрендә өслекләргә кушылган нуклеин кислоталарын аеру өчен кулланылган [36].Бу өслектә үзгәртелгән магнит бусы белән, ДНК чыгару алдагы көчәйтү белән туры килә.Дигнан һ.б.]Моннан тыш, изоляцияләнгән ДНКның LAMP белән туры килүе, нуклеин кислотасы анализы өчен бик уңайлы ысул, минималь җиһаз таләпләрен һәм колориметрик анализларга яраклылыгын күрсәтә (2б рәсем).
Магнит мишәр ысуллары автоматлаштырылган чыгару мөмкинлеген тәкъдим итә, аларның кайберләре коммерция автоматлаштырылган нуклеин кислотасы экстракторларында бар [KingFisher;ThermoFisher (Уолтам, MA, АКШ), QIAcube® HT;CapitalBio (Пекин, Китай) һәм Biomek®;Бекман (Майами, АКШ).), Флорида, АКШ)].Магнит мишәрләрен микрофлюидика белән берләштерү өстенлекләре нуклеин кислоталарын эффектив автоматлаштыру өчен кулланылырга мөмкин, бу молекуляр диагностика үсешен алга этәрә ала;шулай да, магнит мишәрләрнең микрофлуидика белән кушылуы әле дә катлаулы контроль системаларына таяна, магнит мишәрләрне төгәл манипуляцияләү, бу коммерция продуктларының популярлыгын зур һәм кыйммәт булуын аңлата, бу POCT-та магнит мишәрләрен куллануны чикли.
Нуклеин кислотасын ачыклау өчен үзгәртелгән нитроцеллюлоза фильтрлары, Finders Technology Associates (FTA) карталары, полиэтерсулфон нигезендәге фильтр кәгазьләре һәм гликан белән капланган материаллар кебек берничә күзәнәк материал кулланылды [40, 41, 42, 43, 44].Ibепселле кәгазь кебек каты җепселле материаллар ДНКны изоляцияләү өчен озын юллы ДНК молекулаларын җепселләр белән бәйләп кулланылган.Кечкенә күзәнәкләр ДНК молекулаларының көчле физик чикләнүенә китерә, бу ДНК чыгаруга уңай тәэсир итә.Ibепселле кәгазьнең төрле күзәнәк зурлыклары аркасында, чыгару эффективлыгы ДНК көчәйтү ихтыяҗларын канәгатьләндерә алмый [45, 46].FTA картасы - суд-медицина өлкәсендә кулланылган һәм молекуляр диагностиканың башка өлкәләрендә киң кулланылган коммерция фильтр кәгазе.Cellрнәктә күзәнәк мембраналарын лизлау өчен төрле химик матдәләр белән импрекцияләнгән целлюлоза фильтр кәгазе ярдәмендә чыгарылган ДНК 2 елга кадәр деградациядән саклана.Күптән түгел импрегнацияләнгән целлюлоза кәгазе төрле патогеннарны молекуляр ачыклау өчен эшләнде, шул исәптән SARS-CoV-2, лейшманиаз һәм безгек [47,48,49].Изоляцияләнгән плазмадагы ВИЧ турыдан-туры лизизацияләнә, һәм вируслы нуклеин кислотасы концентратка салынган FTA® агым мембранасында баетыла, бу нуклеин кислотасын нәтиҗәле җитештерергә мөмкинлек бирә (50с рәсем).ФТА карталарын кулланып нуклеин кислотасын ачыклауның төп проблемасы - гуанидин һәм изопропанол кебек химик матдәләр соңрак көчәйтү реакцияләрен тоткарлый.Бу проблеманы чишү өчен, без Fusion 5 хитосан-үзгәртелгән фильтр кәгазен эшләдек, ул ДНК молекулаларының һәм җепселле фильтр кәгазенең физик үзара бәйләнешенең өстенлекләрен, һәм югары эффектив нуклеин кислотасын алуга ирешү өчен, хитосан үзгәртелгән кушылмаларда ДНКның электростатик adsorbsionын берләштерә. ..фильтр җепселләре [51] (2д рәсем).Шулай ук, Чжу һәм башкалар.[52] Zika вирусы РНКны тиз изоляцияләү һәм табу өчен ситу капиллярлы микрофлуидик система нигезендә хитосан-үзгәртелгән PCR ысулын күрсәтте.Нуклеин кислоталары, хитосанның кабызу / сүндерү мөлкәтенә нигезләнеп, катнаш лизат / PCR шартларында adsorbed / дезорбизацияләнергә мөмкин.кабызу һәм сүндерү ”, рНга җаваплы.
Aboveгарыда әйтелгәнчә, бу стратегияләр төрле каты фазалы материалларның өстенлекләрен берләштерәләр һәм микрофлюидикада нуклеин кислотасын чыгаруның эффективлыгын арттыралар.Практик кулланмаларда бу материалларны күп күләмдә куллану экономик түгел, һәм бу материаллар белән гомуми материалларны өстән эшкәртү яки өслекне үзгәртү дә аларның функциясен саклап кала ала.Шуңа күрә, пилот өйрәнүдән соң бу стратегияләрне тормышка ашыру чыгымнарны киметергә мөмкин дип санала.
Микрофлуид платформаларында нуклеин кислотасын сынау еш кына кечкенә үрнәк күләмнәрен куллана (<100 µл), шуңа күрә агымдагы ачыклау өчен уңайлы сигналга күчү өчен максатлы нуклеин кислоталарын көчәйтүне таләп итә [оптик, электр һәм магнит] [53, 54]. Микрофлуид платформаларында нуклеин кислотасын сынау еш кына кечкенә үрнәк күләмнәрен куллана (<100 µл), шуңа күрә агымдагы ачыклау өчен уңайлы сигналга күчү өчен максатлы нуклеин кислоталарын көчәйтүне таләп итә [оптик, электр һәм магнит] [53, 54]. При тестировании нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах часто используются небольшие объемы образцов (< 100 мкл), поэтому требуется амплификация целевых нуклеиновых кислот с помощью специальных зондов для преобразования в сигнал, удобный для последующего обнаружения (оптического, электрического и магнитного) [53, 54]. Микрофлуидик платформаларда нуклеин кислоталарын сынаганда, кечкенә үрнәк күләмнәре (<100 µL) еш кулланыла, шуңа күрә максатлы нуклеин кислоталарын махсус зоналар белән көчәйтү аны соңрак ачыклау өчен уңайлы сигналга әйләндерү өчен кирәк (оптик, электр һәм магнит) [53, 54].100 流 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 ]。100 流 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 53 53 ]。 Обнаружение нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах обычно использует небольшие объемы образцов (<100 мкл), что требует амплификации целевых нуклеиновых кислот с помощью специальных зондов для преобразования в сигналы для последующего обнаружения (оптического, электрического и магнитного) [53, 54]]. Микрофлуидик платформаларда нуклеин кислоталарын ачыклау гадәттә кечкенә үрнәк күләмнәрен куллана (<100 μl), бу максатлы нуклеин кислоталарын махсус зоналар белән көчәйтүне таләп итә, аларны соңрак ачыклау сигналларына (оптик, электр һәм магнит) [53, 54]] .Микрофлюидикада нуклеин кислотасын көчәйтү шулай ук ​​реакцияләрне тизләтергә, ачыклау чикләрен оптимальләштерергә, үрнәк таләпләрен киметергә һәм ачыклау төгәллеген яхшыртырга мөмкин [55, 56].Соңгы елларда, тиз һәм төгәл ачыклауны тормышка ашыру белән, микрофлюидикада төрле нуклеин кислотасын көчәйтү ысуллары кулланылды, шул исәптән PCR һәм кайбер изотермаль көчәйтү реакцияләре.Бу бүлектә микрофлюид системалары нигезендә нуклеин кислотасын ачыклау ысуллары ясалачак.
PCR - организмның ДНК күчерү процессының симуляциясе, аның теориясе бүтән урында җентекләп сурәтләнә һәм монда каралмаячак.PCR бик аз күләмле максатлы ДНК / РНКны экспоненциаль тизлектә көчәйтә ала, PCR нуклеин кислоталарын тиз табу өчен көчле коралга әйләнә.Соңгы дистәләрдә PCR җылылык велосипед системалары белән җиһазландырылган күп көчле микрофлуидик җайланмалар сакчыл диагностика ихтыяҗларын канәгатьләндерү өчен эшләнде [57, 58].Чиптагы PCRны дүрт төргә бүлеп була (гадәти, өзлексез агым, киңлек белән күчү һәм конвектив PCR) төрле температураны контрольдә тоту ысуллары буенча [59].Мәсәлән, Ги һ.б.]Парк һ.б.[61] PCR, электродлар һәм бармак белән эшләнгән полимиметилсилоксан нигезендәге микрофлуидик модульне берләштереп гади патоген анализ чипы төзеделәр.Ләкин, ике әсәр дә гадәти PCR-ның уртак кимчелекләрен гәүдәләндерә.PCR җылылык велосипедын таләп итә, бу җайланманың миниатюризациясен чикли һәм сынау вакытын кыскарта.
Бу проблеманы чишү өчен өзлексез агымга нигезләнгән микрофлуидик һәм космоска күчә торган PCR үсеше бик мөһим.Озын елан каналын яки кыска туры каналны кулланып, өзлексез агым PCR тиз көчәйтүне тәэмин итә ала, өч җылыту зонасында реагентларны чиптан тыш насос белән әйләндереп.Бу операция төрле реакция температуралары арасындагы күчү этабыннан уңышлы кача һәм шулай итеп сынау вакытын сизелерлек киметә [62] (3б рәсем).Ungнг һәм башкаларның бүтән тикшерүендә.[63] ультрафаст һәм мультиплекс кире транскрипция PCR өчен тотрыклы һәм агым PCR характеристикаларын берләштергән яңа әйләнүче PCR генетик анализаторы тәкъдим ителде (3с рәсем).Нуклеин кислотасын көчәйтү өчен, PCR микрочипы төрле температурада өч җылыту блокы аша әйләнәчәк: 1. Денатурация блокы 94 ° C, 2. 58 ° C температурада блок, 3. 72 ° C.
PCR микрофлюидикада куллану.DirRT-qPCRның микрофлуидик платформада схематик чагылышы ([60] адаптацияләнгән).b Елан каналына нигезләнгән өзлексез агым PCR микроаррейның схематик чагылышы ([62] адаптацияләнгән).в Микрочиптан, өч җылыту блокыннан һәм үтүче двигательдән торган әйләнүче PCR генетик анализаторының схематик чагылышы ([63] адаптацияләнгән).d rентрифугация һәм көйләү белән термоконвекция PCR схемасы ([64] җайлаштырылган).DirRT-qPCR, туры санлы кире транскрипция полимераз чылбыр реакциясе
Капиллярлар һәм цикллар яки хәтта нечкә тәлинкәләр кулланып, конвекция PCR тышкы насос кирәксез табигый ирекле җылылык конвекциясе ярдәмендә нуклеин кислоталарын тиз көчәйтә ала.Мәсәлән, цикллы олефин полимер микрофлуидик платформа эшләнгән әйләнү җылыту стадиясендә эшләнде, ул PCR цикллы микроканнельдә центрифугация белән җылылык велосипедын куллана [64] (3d рәсем).Реакция чишелеше җылылык конвекциясе белән идарә итә, ул микроканнельдә еллык структурасы белән югары һәм түбән температураны өзлексез алыштыра.Барлык көчәйтү процессы 10 минут эчендә 70,5 пг / каналны ачыклау лимиты белән тәмамланырга мөмкин.
Көтелгәнчә, тиз PCR - тулы интеграль үрнәк-җавап молекуляр диагностика һәм мультиплекс анализ системалары өчен көчле корал.Тиз PCR SARS-CoV-2ны табу өчен кирәкле вакытны сизелерлек киметә, бу COVID-19 пандемиясен эффектив контрольдә тотуга ярдәм итә.
PCR POCT өчен яраксыз катлаулы җылылык велосипедчысын таләп итә.Күптән түгел микрофлюидикага изотермик көчәйтү техникасы кулланылды, шул исәптән LAMP, рекомбиназ полимераз көчәйтү (РПА), һәм нуклеин кислотасы эзлеклелеге нигезендә көчәйтү [65,66,67,68].Бу ысуллар ярдәмендә нуклеин кислоталары даими температурада көчәйтелә, молекуляр диагностика өчен аз бәяле, бик сизгер көчле POCT җайланмалары булдыруга ярдәм итә.
Highгары үткәргеч микрофлюидикага нигезләнгән LAMP анализлары йогышлы авыруларны күп тапкыр ачыкларга мөмкинлек бирә [42, 69, 70, 71].Centентрифугааль микрофлуид системасы белән берлектә, LAMP нуклеин кислотасын ачыклауны автоматлаштыруны тагын да җиңеләйтә ала [69, 72, 73, 74, 75].Спин-реакция SlipChip LAMP [76] ярдәмендә берничә параллель бактерияне визуаль ачыклау өчен эшләнде (4а рәсем).Анализда оптимальләштерелгән LAMP кулланганда, флуоресцент сигнал-тавыш коэффициенты якынча 5 тапкыр, һәм ачыклау лимиты 7,2 данә / геном ДНКга җитте. Моннан тыш, ашказаны ашказаны бактерияләренең биш патогены бар, алар арасында Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis һәм Vibrio parahaemolyticus, 60 минутта метод нигезендә визуальләштерелгән. Моннан тыш, ашказаны ашказаны бактерияләренең биш патогены бар, алар арасында Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis һәм Vibrio parahaemolyticus, 60 минутта метод нигезендә визуальләштерелгән.Моннан тыш, ашказаны-эчәк трактының биш киң таралган бактерия патогены, шул исәптән Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis һәм Vibrio parahaemolyticus 60 минуттан да азрак вакыт эчендә визуальләштерелде.60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 6060 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60弧菌 弧菌 弧菌 IP HIPМоннан тыш, биш киң таралган бактерия ашказаны-эчәк патогены, шул исәптән Бакилл церусы, Эшеричия Коли, Сальмонелла Энтерика, Вибрио Флювий һәм Вибрио Парахемолитик, бу ысул ярдәмендә 60 минуттан да азрак вакыт эчендә визуальләштерелде.
Лампаның микрофлуидикадагы өстенлекләренә, башкалар арасында тиз җавап һәм миниатюрлаштырылган ачыклау керә.Ләкин, реакция температурасы аркасында (якынча 70 ° C), аэрозоллар LAMP вакытында котылгысыз рәвештә барлыкка килә, нәтиҗәдә югары ялган уңайлык барлыкка килә.Лампа өчен анализ үзенчәлеге, праймериз дизайны, температура белән идарә итү дә оптимальләштерелергә тиеш.Моннан тыш, бер чипта берничә максатлы ачыклауны тормышка ашыручы чип дизайннары зур кыйммәткә ия һәм эшләнергә тиеш.Моннан тыш, LAMP бер чипка интеграцияләнгән күп максатлы ачыклау өчен яраклы, бу бик мөһим, ләкин үсеш өчен әле күп урын бар.
Лампаның югары ялган позитив дәрәҗәсе RPA белән өлешчә киметелергә мөмкин, чөнки чагыштырмача түбән реакция температурасы (~ 37 ° C) чагыштырмача аз парлану проблемаларына китерә [77].РПА системасында ике капма-каршы праймер рекомбиназага бәйләп ДНК синтезын башлыйлар һәм көчәйтү 10 минут эчендә тәмамланырга мөмкин [78,79,80,81].Шуңа күрә бөтен RPA процессы PCR яки LAMP белән чагыштырганда күпкә тизрәк.Соңгы елларда микрофлюидик технология RPA тизлеген һәм төгәллеген тагын да яхшырту өчен күрсәтелде [82,83,84].Мәсәлән, Лю һ.б.]бер микрофлюид системасына.Рәсем 4б).Ачыклау лимиты 1 күчермә / µл яки 30 данә / үрнәк, һәм ачыклау 30 минут эчендә тәмамланырга мөмкин.Конг һ.б.киеп була торган микрофлуидик җайланма эшләделәр.[86] тән температурасын һәм кәрәзле телефон нигезендә флуоресцентны ачыклау системасын RPA ярдәмендә ВИЧ-1 ДНКны тиз һәм турыдан-туры ачыклау өчен кулландылар (Рәсем 4c).Киеп йөри торган RPA анализы 24 минут эчендә 100 данә / мл максат эзлеклелеген ачыклый, ресурслар чикләнгән шартларда ВИЧ-1 зарарлы сабыйларга тиз диагностикалау өчен зур потенциалны күрсәтә.
Кайгырту пунктында изотермик көчәйтү (POCT).SlipChip спин һәм реакцияне үстерү һәм җитештерү.Плазма эретеп ябыштырганнан соң, өске һәм аскы чиплар соңгы чипны формалаштыру өчен гайкалар җыелмасы белән җыелдылар ([76] адаптацияләнгән).b COVID-19 ачыклау өчен MI-IF-RPA системасы схемасы ([85] адаптацияләнгән).c ВИЧ-1 ДНКны тиз табу өчен киеп була торган RPA тестының схемасы ([86] адаптацияләнгән).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM карбоксифлуорсейн, кеше иммунофицитлыгы вирусы ВИЧ, РПА рекомбиназ полимераз көчәйтү, LED яктылык чыгаручы диод, MI-IF-RPA Микрофлюидика Көчләндерү
Микрофлуид нигезендәге РПА тиз үсә, ләкин чип ясау һәм реакция куллану бәясе артык зур, һәм бу технологиянең мөмкинлеген арттыру өчен киметелергә тиеш.Моннан тыш, РПАның югары сизгерлеге специаль булмаган продуктларның көчәйтелүенә тәэсир итә ала, аеруча пычрату булганда.Бу чикләүләр РППның микрофлуидик системаларда кулланылышына тәэсир итә һәм оптимизациягә лаек булырга мөмкин.Яхшы эшләнгән праймерлар һәм төрле максатлар өчен зоналар шулай ук ​​POCT-та RPA нигезендәге микрофлуидик стратегияләрнең мөмкинлеген яхшырту өчен кирәк.
Cas13 һәм Cas12a нуклеин кислоталарын очраклы рәвештә чистарту сәләтенә ия, шулай итеп ачыклау һәм диагностикалау коралы буларак эшләнергә мөмкин.Cas13 һәм Cas12a, тиешенчә, ДНК яки РНКны бәйләгәндә активлаштырыла.Аксым активлашканнан соң, якындагы башка нуклеин кислоталарын яра башлый, аннан соң патогенга хас булган нуклеин кислоталарына каршы РНКлар сүндерелгән флуоресцент зоналарны чистартырга һәм флуоресцентны чыгарырга мөмкин.Бу теориягә нигезләнеп, Келлнер һ.б.][88] Cas12a [CRISPR Trans Reporter ДНК эндонуклазына (DTECR)) нигезләнгән тагын бер алым эшләде.
Соңгы елларда CRISPR нигезендә нуклеин кислоталарын табуның төрле ысуллары барлыкка килде [89, 90].Гадәттәге CRISPR нигезендә ясалган ысуллар еш кына күп вакыт таләп итә һәм күп көч таләп итә, шул исәптән нуклеин кислотасын чыгару, көчәйтү һәм CRISPR ачыклау.Сыеклыкларның һавага тәэсире ялган уңай нәтиҗәләр мөмкинлеген арттырырга мөмкин.Aboveгарыда әйтелгәннәрне исәпкә алып, CRISPR нигезләнгән системалар оптимизациягә бик мохтаҗ.
Пневматик контрольдә тотылган микрофлуидик платформа параллель рәвештә 24 анализ ясый ала, CRISPR-Cas12a һәм CRISPR-Cas13a ачыклау кушымталары өчен эшләнде [91].Система флюоресенцияне ачыклау җайланмасы белән җиһазландырылган, ул нуклеин кислотасын көчәйтүне узып китә һәм фемтомоляр ДНК һәм РНК үрнәкләрен автоматик рәвештә ачыклый.Чен һ.б.[92] центрифугааль микрофлуидикада CRISPR-Cas12a системасы белән интеграль рекомбиназ көчәйтү (5а рәсем).Бу эш бу ике процессны интеграцияләү кыенлыгын җиңә, чөнки Cas12a хәбәрче ДНКны сеңдерә һәм көчәйтү процессын тоткарлый ала.Моннан тыш, Чен һ.б.[92] өстәмә рәвештә реакция реагентларын центрифугааль микрофлуидик контрольдә алдан сакладылар, бөтен процессны автоматик рәвештә тәмамлау өчен.Башка әсәрдә Силва һ.б.[93] CRISPR / Cas12a көчәйткечсез диагностикалау ысулы һәм SARS-CoV-2ны табу өчен смартфон уйлап таптылар (5б рәсем).Кәрәзле телефон нигезендә көчәйтүсез система буларак билгеле булган бу анализда CRISPR / Cas-бәйләнешле фермент бар, ул микрофлуидик каналларда каталалазадан ясалган күпер сигналларын смартфон визуализациясенә нигезләнгән.Алдан көчәйтмичә 50 нөсхә / µл нуклеин кислотасының сизгерлеген ачыклау, инъекциядән сигнал укуга кадәр бөтен процесс 71 минут эчендә бара.
CRISPR нигезендә нуклеин кислотасын ачыклау ысуллары.CRISPR нигезендә интеграль молекуляр диагностика өчен центрифугааль POCT ([92] адаптацияләнгән).b SARS-CoV-2 смартфонына нигезләнгән анализ өчен CASCADE тестын эшләү ([93] адаптацияләнгән).RAA рекомбиназ көчәйтү, PAM янындагы протосакер мотивы, CRISPR кластерлы кыска палиндромик регуляр рәвештә кабатлана, CRISPR / CAS бәйләнешле ферментлар белән кәрәзле телефон көчәйтмичә CASCADE системасы, 1-этил-3- [3-диметиламинопропил] карбодиимид гидрохлорид EDC.
Нуклеин кислотасын ачыклауның соңгы адымы буларак, сигналны ачыклау диагностик нәтиҗәләрне турыдан-туры чагылдыра һәм эффектив, сизгер һәм төгәл POCT үсешендә мөһим фактор булып тора.Сигналларны флюоресцент, электрохимик, колориметрик һәм магнит стратегиясе кебек төрле ысуллар ярдәмендә укып була.Бу бүлектә без һәр алымның нигезен тасвирлыйбыз һәм микрофлюидикадагы йогышлы авыруларның молекуляр диагностикасын чагыштырабыз.
Флуоресцентка нигезләнгән стратегияләр йогышлы авыруларны POCT диагностикасы өчен киң кулланыла, искиткеч сизгерлек, аз бәя, эш җиңеллеге, күзәтү пункты анализы [94, 95].Бу стратегияләр ачыкланган сигнал (флюоресенцияне көчәйтү яки сүндерү) өчен флюоресцент буяулар һәм наноматериаллар кебек маркалы флюорфорларны кулланалар.Бу ачыш флуоресцентка нигезләнгән стратегияләрне туры флуоресцент маркировкаларга, сигналга һәм сигнал-флуоресцентны ачыклауга бүләргә мөмкинлеген күрсәтә [96].Туры флуоресцент ярлыкны ачыклау махсус флюоресцент этикеткаларны куллана, билгеле лигандларны билгеләргә, билгеле бер күләмдә флюоресенция барлыкка китерә.Сигналга нигезләнгән флуоресцентны ачыклау өчен, флуоресцент сигналның сыйфаты кызыксыну зурлыгына уңай бәйле.Флуоресцентлык интенсивлыгы максат булмаганда бик аз, һәм җитәрлек күләмдә максат булганда ачыклана.Киресенчә, "сигнал-сүндерү" белән ачыкланган флюоресенциянең интенсивлыгы максат күләменә капма-каршы пропорциональ, башта максималь кыйммәткә ирешә һәм максат зурайган саен әкренләп кими.Мәсәлән, CRISPR-Cas13a максатка бәйле транс-ярылу механизмын кулланып, Тянь һ.б.[97] кире транскрипцияне турыдан-туры әйләндереп алган РНКларны ачыклау өчен яңа тану стратегиясе эшләнде (6а рәсем).Максатлы РНКларны бәйләгәннән соң, CRISPR-Cas13-RNA комплексы активлашырга мөмкин, конкрет булмаган хәбәрче РНКлары транскололетар ярылуга китерә.Флуоресцент дип язылган хәбәрче [флюорфор (F)] сүндергеч (Q) белән сүндерелә һәм активлашкан комплекс белән ярылганда флюоресцалар.
Электрохимик ачыклауның өстенлеге - югары ачыклау тизлеге, җиңел җитештерү, аз бәя, йөртү җиңел һәм автоматик контроль.Бу POCT кушымталары өчен көчле аналитик ысул.Графен кыр-эффект транзисторларына нигезләнеп Гао һ.б.]
Колориметрик анализлар POCT кушымталарында кулланылган, йөртүчәнлек, аз бәя, әзерлек җиңеллеге, визуаль уку өстенлекләреннән файдаланып.Колориметрик ачыклау пероксидаз яки пероксидаз сыман наноматериалларның оксидлашуын, наноматериалларның агрегатын һәм максатлы нуклеин кислоталары барлыгы турындагы мәгълүматны күренгән төс үзгәрүләренә әйләндерү өчен индикатор буяулар өстәргә мөмкин [99, 100, 101].Шунысы игътибарга лаек, алтын нанопартиклар колориметрик стратегияләр эшләүдә киң кулланыла, һәм тиз һәм мөһим төс үзгәрүләрен кертә белү аркасында, йогышлы авыруларны ситу диагностикалау өчен POCT колориметрик платформалар үсешенә кызыксыну арта [102].Интеграль центрифугааль микрофлуидик җайланма ярдәмендә [103], пычратылган сөт үрнәкләрендәге азык-төлек патогеннары 10 бактерия күзәнәкләре дәрәҗәсендә автоматик рәвештә табылырга мөмкин, һәм нәтиҗәләрне 65 минут эчендә визуаль рәвештә укып була (6с рәсем).
Магнит сизү техникасы аналитикларны магнит материаллары ярдәмендә төгәл ачыклый ала, һәм соңгы дистәләрдә POCT кушымталарында зур кызыксыну туды.Магнит сизү техникасының кайбер уникаль өстенлекләре бар, мәсәлән, кыйммәтле оптик компонентлар түгел, ә аз бәяле магнит материаллары.Ләкин, магнит кырын куллану ачыклау эффективлыгын яхшырта һәм үрнәк әзерләү вакытын киметә [104].Моннан тыш, магнит тикшерү нәтиҗәләре биологик үрнәкләрнең аз магнит фон сигналы аркасында югары үзенчәлекне, сизгерлекне һәм югары сигнал-шу коэффициентын күрсәтә [105].Шарма һ.б.күчмә микрочип платформасына магнит тоннель тоташуы нигезендә биосенсор интеграцияләнде.[106] патогеннарны мультиплекс табу өчен (6-нчы рәсем).Биосенсорлар патогеннардан изоляцияләнгән субнаномоляр нуклеин кислоталарын сизгер рәвештә ачыклыйлар.
Типик сигналны ачыклау ысулы.Cas13a гиперлокальләштерелгән ачыклау төшенчәсе ([97] белән җайлаштырылган).b Графен нанобиозенсоры FET Lyme GroES scFv белән берлектә ([98] җайлаштырылган).в rifентрифугаль микрофлуидик чипта азык белән бәйле патогеннарны мультиплекслы ачыклау өчен колориметрик күрсәткечләр: target1 һәм target3 максатлы патогеннар үрнәкләре, һәм target2, No. 4 һәм No. 5 үрнәкләр, максатлы патогеннарсыз ([103] адаптацияләнгән) .d Магнит тоннель тоташуына нигезләнгән биосенсор, шул исәптән платформа, урнаштырылган блок көчәйткеч, контроль берәмлек, һәм сигнал тудыру / алу өчен электр тәэминаты ([106] адаптацияләнгән).GFET Графен FET, Эшеричия Коли, Эшеричия Коли, Сальмонелла Тифимурий, Вибрио парахемолитик, Вибрио парахемолитик, Листерия моноцитогеннары, PC PC, PDMS Диметикон, PMMA полиметил метакрилаты
Aboveгарыда ачыклау ысулларының искиткеч үзенчәлекләренә карамастан, аларның кимчелекләре бар.Бу ысуллар чагыштырыла (таблица 1), шул исәптән кайбер кушымталар детальләре (уңай яклары).
Микрофлюидика, микроэлектромеханик системалар, нанотехнологияләр һәм материаллар фәненең үсеше белән, йогышлы авыруларны ачыклау өчен микрофлуидик чиплар куллану гел алга бара [55,96,107,108].Миниатюр җиһазларны һәм сыеклыкларны төгәл манипуляцияләү диагностик төгәллеккә һәм чыгым эффективлыгына ярдәм итә.Шуңа күрә, алга таба үсеш өчен, чипларны оптимальләштерү һәм яңарту өчен күп көч куелды, нәтиҗәдә төрле структуралар һәм функцияләр белән төрле микрофлуидик чиплар барлыкка килде.Монда без кыскача микрофлюидик платформаларның берничә төрен тәкъдим итәбез һәм аларның характеристикаларын чагыштырабыз (уңай яклары).Моннан тыш, түбәндә китерелгән мисалларның күбесе беренче чиратта SARS-CoV-2 белән көрәшүгә юнәлтелгән.
LOCCs - иң киң таралган миниатюрлаштырылган катлаулы аналитик системалар, һәм аларның операцияләре миниатюрлаштырылган, интеграль, автоматлаштырылган һәм үрнәк инъекциядән һәм параллельләштерелгән, агымны контрольдә тоту һәм сыеклыкны ачыклау [109, 110].Сыеклыклар җентекләп эшләнгән геометрия һәм басым градиентлары, капиллярлы хәрәкәт, электродинамика, магнит кырлары һәм акустик дулкыннар кебек күп физик эффектларның үзара тәэсире аша башкарыла [111].LOCC югары анализлау тизлеге, кечкенә үрнәк күләме, аз энергия куллану, югары идарә итү һәм эксплуатация эффективлыгы белән югары үткәрү скринкасында һәм күп ачыклауда искиткеч өстенлекләрне күрсәтә.шулай да, LOCC җайланмалары бик нечкә, һәм җитештерү, төрү, интерфейс.Ләкин, мультиплексинг һәм кабат куллану зур кыенлыклар белән очраша [96].Башка платформалар белән чагыштырганда, LOCC максималь куллану төрлелеге һәм технологиянең иң яхшы яраклашуы ягыннан уникаль өстенлекләргә ия, ләкин аның кимчелекләре дә ачык, ягъни катлаулылыгы һәм начар кабатлануы.Еш кына зур һәм кыйммәт булган тышкы насосларга бәйләнеш, аларны POCT куллануны тагын да чикли.
COVID-19 башлану вакытында LOCC бик зур игътибар алды.Шул ук вакытта берничә технологияне берләштергән берничә яңа чип бар.Мәсәлән, смартфоннар портатив аналитика җайланмалары буларак киң кулланыла һәм LOCC интеграциясе өчен зур потенциалга ия.Кояш һ.б.]Башка мисал буларак, Сунда һ.б.[112] смартфоннар ярдәмендә SARS-CoV-2 RNA максатларын турыдан-туры һәм сизгер ачыклау өчен молекуляр ачкыч [молекуляр күчеш дәүләт күчергеч ярдәмендә катализатор көчәйтү] ясады. CATCH портатив LOCC белән туры килә һәм югары күрсәткечләргә ирешә (якынча 8 РНК копия / μl; <1 сәгать бүлмә температурасында) [112]. CATCH портатив LOCC белән туры килә һәм югары күрсәткечләргә ирешә (якынча 8 РНК копия / μl; <1 сәгать бүлмә температурасында) [112]. КОЧМА СОВМЕСТИМ с портанным LOCC и обеспечивает превосходную про проитительность (примерно 8 копий РНК / мкл; <1 ч при комнатной куее) [112]. CATCH портатив LOCC белән туры килә һәм искиткеч үткәрүне тәэмин итә (якынча 8 РНК копия / µl; <1 сәгать бүлмә температурасында) [112]. РАНК 拷贝 / μl ； 室温 <1 小时 112 [112]。 РАНК 拷贝 / μl ； 室温 <1 小时 112 [112]。 САВМЕСТИМ с портны танными LOCC һәм обладает превосходной про проитительностю (примерно 8 копий РНК / мкл; <1 часа при комнатной киное) [112]. CATCH портатив LOCCлар белән туры килә һәм бик яхшы эшли (якынча 8 РНК копия / µl; <бүлмә температурасында 1 сәгать) [112].Моннан тыш, молекуляр диагностика өчен LOCC җайланмалары вакуум, сузу һәм электр кырлары кебек кайбер йөртүче көчләрне кулланалар.Канг һ.б.[113] вакуум плазмоник сыек PCR чипы ярдәмендә кырда COVID-19 диагностикасы өчен реаль вакыт, ультра-тиз наноплазма-чип PCR күрсәтте.Ли һ.б.[114] соңрак COVID-19 диагнозын куярга мөмкинлек бирүче микрофлуидик чип эшләнде.Платформа үрнәкнең сыйфатлы яки тискәре булуын ачыклау өчен RT-LAMP көчәйтү системасын куллана.Соңыннан, Рамахандран һ.б.[115] изотахофорез (ITP) ярдәмендә тиешле электр кыры градиентларына ирештеләр, микрофлюидикада кулланылган сайлап алынган ионны туплау техникасы.ITP ярдәмендә чимал насофарингаль сваб үрнәкләреннән РНКны автоматик рәвештә чистартырга мөмкин.Аннары Рамачандран һ.б.[115] Бу ITP чистартуны ITP көчәйтелгән LAMP һәм CRISPR анализлары белән берләштереп, SARS-CoV-2 кеше назофаринге свабында һәм клиник үрнәкләрдә якынча 35 минут эчендә ачыкланган.Моннан тыш, яңа идеялар гел барлыкка килә.Ядхав һ.б.[11]Мембрана-функциональ урнаштырылган фильтр микроканнельләре бер тапкыр кулланыла.Deviceайланма вирусларны тәннең төрле сыеклыкларыннан / тозак, назофаринкс һәм күз яшьләре кебек экссудациядән ясый.Шулай итеп, вирус титеры мул һәм вирусны Раман имзасы белән төгәл ачыкларга мөмкин.
Йөк - центрифугааль микрофлуидик платформа, анда барлык процесслар микроструктуралы субстратны әйләндерә торган ешлык протоколы белән идарә ителә [110].LOAD җайланмасы мөһим йөртүче көче буларак центрифугаль көч куллану белән характерлана.Сыеклыклар шулай ук ​​капилляр, Эйлер һәм Кориолис көчләренә буйсыналар.Centентрифуга җайланмасы кулланып, анализлар радиаль эчтән тышкы позициягә кадәр өзлексез сыеклык белән эшләнә, өстәмә тышкы торбалар, насослар, актуаторлар, актив клапаннар кирәклеген бетерә.Кыскасы, бер контроль ысул эшне гадиләштерә.Шул ук микрофлуидик каналда сыеклык өстендә эшләгән көчләр йөк үзәгеннән бер үк ераклыкта тигез, бу канал структурасын кабатларга мөмкинлек бирә.Шулай итеп, LOAD җиһазлары гадәти LOCC җиһазларына караганда дизайн һәм җитештерү өчен гадирәк һәм экономиялерәк, реакцияләр күбесенчә мөстәкыйль һәм параллель;шулай да, центрифугаль җиһазларның югары механик көче аркасында, булган чип материалы чикләнгән һәм кечкенә күләмнәр авыр.машинага.Шул ук вакытта, күпчелек LOAD җайланмалары бер куллану өчен генә эшләнгән, зур масштаблы ачыклау өчен кыйммәт [96, 117, 118, 119].
Соңгы дистәләрдә иң перспективалы микрофлуидик җайланмаларның берсе саналган LOAD тикшерүчеләр һәм җитештерүчеләр тарафыннан зур игътибар алды.Шулай итеп, LOAD киң кабул ителде һәм йогышлы патогеннарны молекуляр диагностика өчен кулланылды [120, 121, 122, 123, 124], аеруча COVID-19 башлану вакытында.Мәсәлән, 2020 ел ахырында Jiи һ.б.[60] SARS-CoV-2 һәм грипп A һәм B грипп инфекцияләрен тиз һәм автоматлаштырылган параллель ачыклау өчен туры RT-qPCR анализын күрсәттеләр.Аннары Сионг һ.б.]2021 елның башында де Оливейра һ.б.]Соңыннан, Дигнан һ.б.]Медвед һ.б.]Суарес һ.б.[75] күптән түгел LAMP ярдәмендә җылылык-инактив булмаган назофарингаль сваб үрнәкләрендә SARS-CoV-2 РНКны турыдан-туры ачыклау өчен интеграль модульле центрифугааль микрофлуидик платформа үсеше турында хәбәр иттеләр.Бу мисаллар COVID-19 молекуляр диагностикасында LOADның зур өстенлекләрен һәм вәгъдәләрен күрсәтәләр.
1945-нче елда Мюллер һәм Клег [125] фильтр кәгазе һәм парафин ярдәмендә кәгазьдә микрофлуид каналларын тәкъдим иттеләр.2007-нче елда Аклар төркеме [126] белок һәм глюкозаны сынау өчен беренче функциональ кәгазь платформа ясады.Кәгазь микрофлюидика өчен идеаль субстратка әйләнде.Кәгазьнең гидрофилик һәм күзәнәк структурасы, искиткеч биокомплективлыгы, җиңел авырлыгы, сыгылмалылыгы, катлаулылыгы, аз бәясе, куллану җиңеллеге һәм уңайлыгы кебек үзенчәлекләре бар.Классик µПАДлар кәгазь субстратларда төзелгән гидрофилик / гидрофобик корылмалардан тора.Өч үлчәмле структурага карап, adPADларны ике үлчәмле (2D) һәм өч үлчәмле (3D) μPADларга бүлеп була.2D µPADлар микрофлюидик каналлар формалаштыру өчен гидрофобик чикләр формалаштырып җитештерелә, ә 3D µPADлар гадәттә 2D микрофлуидик кәгазь катламнарыннан, кайвакыт кәгазь катлау, тайпылу техникасы, ачык каналлар һәм 3D басма ярдәмендә ясала [96].ADPADдагы су яки биологик сыеклыклар, беренче чиратта, тышкы энергия чыганагы булмаган капилляр көче белән идарә итәләр, реагентларны алдан саклауны җиңеләйтәләр, үрнәк эшкәртү һәм мультиплексны ачыклау.Ләкин, төгәл агымны контрольдә тоту һәм мультиплексны ачыклау тизлекне, сизгерлекне һәм кабат куллану мөмкинлеген комачаулый [96, 127, 128, 129, 130].
Гадәттән тыш микрофлуидик платформа буларак, ADPAD HCV, ВИЧ, һәм SARS-CoV-2 кебек йогышлы авыруларга молекуляр диагностикалау өчен киң таралды һәм эшләнде [131, 132].HCV-ны сайлап һәм сизгер ачыклау өчен, Тенгам һ.б.[133] пирролидинил пептид нигезендә югары нуклеин кислотасы зонасын кулланып, флуоресцент кәгазьгә нигезләнгән биосенсор уйлап тапты.Нуклеин кислоталары өлешчә оксидлашкан целлюлоза кәгазендә амино группалар һәм альдегид төркемнәре арасында редуктив алкиляция ярдәмендә мобилизацияләнә, һәм ачыклау флюоресенциягә нигезләнә.Бу сигналларны кәрәзле телефон камерасы белән берлектә күчерелгән флуоресцент камера белән махсус ясалган гаджет белән укып була.Соңыннан, Лу һ.б.]Күптән түгел, Chowdury һ.б.]
Латаль агым сынаулары сыеклыкларны капиллярлы көчләр белән алып бара, күзәнәк яки микроструктуралы субстратларның дымлылыгы һәм характеристикасы буенча сыеклык хәрәкәтен контрольдә тота.Латаль агым җайланмалары үрнәк, конжугат, инкубатор һәм ачыклау, һәм сеңдергеч тактадан тора.LFAдагы нуклеин кислотасы молекулалары бәйләүче урында алдан сакланган һәм комплекслар итеп бәйләнгән махсус бәйләүчеләрне таныйлар.Сыеклык инкубация һәм ачыклау тәлинкәләре аша үткәндә, комплекслар сынау һәм контроль линияләрендә урнашкан тоту молекулалары белән кулга алына, нәтиҗәләрне турыдан-туры күзгә укып була.Гадәттә, LFA 2-15 минутта тәмамланырга мөмкин, бу традицион ачышка караганда тизрәк.Махсус механизм аркасында LFA бик аз операция таләп итә һәм өстәмә җиһазлар таләп итми, бу аны бик уңайлы итә.Manufactитештерү һәм миниатюризацияләү җиңел, һәм кәгазьгә нигезләнгән субстратларның бәясе түбәнрәк.Ләкин ул сыйфатлы анализ өчен генә кулланыла, һәм санны ачыклау бик катлаулы, һәм мультиплексинг сәләте һәм үткәрү бик чикле, һәм берьюлы бер генә нуклеин кислотасы табыла ала [96,110,127].
LFA кушымталарының күбесе иммуноассаларга юнәлтелгән булса да, микрофлуидик чипларда молекуляр диагностика өчен LFA куллану да эффектив һәм популяр [136].В гепатиты вирусы, ВИЧ һәм SARS-CoV-2 LFA Гонг һ.б.[137] нанопартик LFA платформасын тәкъдим иттеләр һәм HBV нуклеин кислотасы кебек күп максатларны сизгер һәм санлы ачыклау аша миниатюрлаштырылган һәм портатив платформаның күпкырлы булуын күрсәттеләр.Моннан тыш, Фу һ.б.[138] ВИЧ-1 ДНКны аз концентрацияләрдә санлы анализлау өчен өслектә көчәйтелгән Раман спектроскопиясенә нигезләнгән LFA романын күрсәттеләр.SARS-CoV-2ны тиз һәм сизгер ачыклау өчен, Лю һ.б.]
Төрле микрофлуидик платформаларны куллану, платформаларның мөмкинлекләреннән һәм өстенлекләреннән тулысынча файдаланып, махсус тикшеренүләргә карап үзгәрә.Арзан клапаннар, насослар һәм каналлар белән, LOCC - үсеш өчен иң зур бүлмә белән куллану төрлелеге һәм үзара бәйләнеш өчен иң киң мәйданчык.Шуңа күрә, без иң яңа тикшеренүләрне беренче омтылыш буларак LOCCда үткәрергә һәм шартларны оптимальләштерергә тәкъдим итәбез.Моннан тыш, системада тагын да эффектив һәм төгәл ысуллар табылыр һәм кулланылыр дип көтелә.LOAD булган LOCC җайланмаларындагы сыеклыкларны төгәл контрольдә тота һәм тышкы саклагычларга мохтаҗлыксыз центрифуга көче белән бер саклагычларда уникаль өстенлекләрне күрсәтә, параллель җаваплар аерым һәм синхрон булырга мөмкин.Шулай итеп, киләчәктә LOAD төп кул микрофлюидик платформага әйләнәчәк, азрак кул эше һәм җитлеккән һәм автоматлаштырылган технологияләр.PAD платформасы LOCC өстенлекләрен һәм кәгазьгә нигезләнгән материалларны аз бәягә, бер тапкыр куллану диагностикасына берләштерә.Шуңа күрә киләчәк үсеш уңайлы һәм яхшы урнаштырылган технологияләргә юнәлтелергә тиеш.Моннан тыш, LFA күзне ачыклау өчен бик яраклы, үрнәк куллануны киметергә һәм ачыклауны тизләтергә вәгъдә бирә.Платформаның җентекле чагыштырмасы 2 нче таблицада күрсәтелгән.
Санлы анализлар үрнәкне күп микрооракторларга бүлеп бирә, аларның һәрберсендә дискрет санлы максат молекулалары бар [139, 140].Санлы анализлар өзлексез этапта түгел, ә берьюлы һәм индивидуаль рәвештә меңләгән параллель биохимик экспериментлар ясап, абсолют санны башкару өчен зур өстенлекләр тәкъдим итә.Традицион микрофлуидика белән чагыштырганда, бүлмә реакцияләре үрнәк күләмен киметергә, реакция эффективлыгын арттырырга һәм каналлар, насослар, клапаннар һәм компакт конструкцияләр кирәксез башка аналитик ысуллар белән җиңел интеграцияләнергә мөмкин [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147].Санлы анализларда түбәндәге ике ысул кулланыла, чишелешләрне бердәм һәм төгәл аеру өчен, шул исәптән күзәнәкләр, нуклеин кислоталары һәм башка кисәкчәләр яки молекулалар кебек реагентлар һәм үрнәкләр: (1) сыек интерфейсның тотрыксызлыгын кулланган эмульсияләр;(2) массив бүленеше җайланманың геометрик чикләүләре белән башкарыла.Беренче ысулда, микроканнельләрдә реагентлар һәм үрнәкләр булган тамчылар ко-ток, кросс-агым, агымга игътибар итү, сәхнәләштерелгән эмульсия, микроканнель эмульсиясе, һәм мембраналар ябышу көче һәм эмульсия кебек пассив ысуллар ярдәмендә ясалырга мөмкин.локализация [143, 145, 146, 148, 149] яки электр, магнит, җылылык һәм механик контроль аша өстәмә энергия кертә торган актив ысуллар куллану [150, 151].Соңгы ысулда, микрофлуид палаталарындагы иң яхшы сыеклык күләменең бердәмлеге микропитлар һәм өслек массивлары кебек зурлыктагы киңлек структураларын саклап бүлешәләр [152,153,154].Шунысы игътибарга лаек, тамчылар төп агым бүлекләре, алар шулай ук ​​санлы микрофлуидика (DMF) нигезендә электрод массивларында ясалырга һәм эшкәртелергә мөмкин.Диэлектрикны электроэттинг - иң яхшы өйрәнелгән DMF теорияләренең берсе, чөнки диэлектрикны электроэттинг аерым тамчыларны төгәл манипуляцияләргә мөмкинлек бирә, төрле яклардан узучы сыеклык һәм асимметрик электр сигналларының формасын контрольдә тота [141, 144].DMF тамчылары белән төп операцияләргә сортлау, бүлү һәм кушылу керә [151, 155, 156], бу төрле анализ өлкәләрендә, аеруча молекуляр ачыклауда кулланылырга мөмкин [157, 158, 159].
Санлы нуклеин кислотасын ачыклау - гадәти PCR һәм санлы реаль вакыт PCR (qPCR) артыннан өченче буын молекуляр диагностика технологиясе, югары үткәрү эзлеклелеге һәм сыек биопси белән параллель.Соңгы ике дистә елда санлы нуклеин кислоталары йогышлы патогеннарның молекуляр диагностикасы өлкәсендә тиз үсә [160, 161, 162].Санлы нуклеин кислотасын ачыклауның абсолют күләме үрнәкләрне һәм реагентларны аерым бүлекләргә төрүдән башлана, һәрбер максат эзлеклелегенең һәрбер бүлмәгә керү мөмкинлеге бер үк.Теоретик яктан, һәр бүлеккә берничә максатлы эзлеклелек бирелергә мөмкин, яисә бәйсез микроакция системасы булмаска мөмкин.Aboveгарыда тасвирланган төрле сизү механизмнары аша, билгеле бер бусагадан югары сигналлар тудыручы микробиаль максатлы эзлеклелектәге бүлекләр күз белән яки машина белән визуальләштерелергә һәм позитив дип язылырга мөмкин, ә бусага астыннан сигнал тудыручы бүтән бүлекләр уңай дип язылган. .тискәре, алар һәр бүлек өчен сигнал буле.Шулай итеп, ясалган бүлекчәләр санын һәм реакциядән соң уңай нәтиҗәләр ставкасын исәпләп, тест үрнәкләренең оригиналь күчермәләре Poisson тарату формуласы ярдәмендә туры килергә мөмкин, бу гадәти санлы анализ өчен кирәк булган стандарт сызык кирәкми. qPCR.[163] Традицион молекуляр диагностикалау ысуллары белән чагыштырганда, санлы нуклеин кислотасын ачыклау автоматлаштыру дәрәҗәсенә, анализ тизлегенә һәм сизгерлегенә, реагентлар азрак, пычрану азрак, гади дизайн һәм җитештерүгә ия.Бу сәбәпләр аркасында, SARS-CoV-2 критик башлану вакытында молекуляр диагностика өчен көчәйтү һәм сигнал уку техникасын берләштереп санлы анализлар, аеруча тамчы нигезле ысуллар куллану яхшы өйрәнелде.Мәсәлән, Инь һ.б.[164] микрофлуидик чипта SARS-CoV-2'да ORF1ab, N, RNase P геннарын ачыклау өчен санлы һәм тиз PCR ысуллары кушылды.Шунысы игътибарга лаек, система уңай сигналны 115 секунд эчендә ачыклый алды, бу гадәти PCRга караганда тизрәк, сакчыл пунктны ачыклаудагы эффективлыгын күрсәтә (7а рәсем).Донг һ.б.[165], Чәчү һ.б.[157], Чен һ.б.[166] һәм Альтери һ.б.[167] шулай ук ​​микрофлюидик системада тәэсирле нәтиҗәләр белән SARS-CoV-2ны табу өчен тамчы санлы PCR (ddPCR) кулланды.Ачыклау дәрәҗәсен тагын да яхшырту өчен, Шен һ.б.]PCR кебек җылылык көчәйтү ысуллары гына кулланылмый, реакция шартларын һәм тиз җавапны гадиләштерү өчен изотермаль көчәйтү ысуллары да кулланыла.Лу һ.б.[71] Тамчы анализы өчен SlipChip эшләнде, бер адымда югары тыгызлыкта төрле зурлыктагы тамчылар ясарга һәм санлы LAMP ярдәмендә SARS-CoV-2 нуклеин кислоталарын санарга сәләтле (7б рәсем).Тиз үсеш алган технология буларак, CRISPR шулай ук ​​санлы нуклеин кислотасын ачыклауда мөһим роль уйный ала, өстәмә нуклеин кислотасы таплары кирәксез.Экерман һ.б.нуклеин кислоталарын мультиплекс бәяләү өчен комбинатор матрица реакциясен эшләде.]Моннан тыш, изотермик көчәйтү һәм CRISPR технологиясе бер системада икесенең дә өстенлекләрен берләштерү өчен кулланылырга мөмкин.Парк һ.б.] вакыт нисбәте., киң динамик диапазон һәм яхшырак сизгерлек (7 нче рәсем).Бу мисалларның кайбер тасвирламалары таблицада китерелгән.
Нуклеин кислотасын ачыклау өчен типик санлы платформа.a Тиз санлы PCR эш процессы дүрт төп адымнан тора: үрнәк әзерләү, реакция катнашмасын тарату, көчәйтү процессы һәм максатчан санлаштыру ([164] адаптацияләнгән).b SlipChip тамчыларына югары тыгызлыктагы тамчы формалашу өчен схематик күрсәтү ([71] адаптацияләнгән).c CARMEN-Cas эш процессының схемасы13 ([158] белән җайлаштырылган).d Бер чүлмәктә CRISPR / Cas белән алдынгы санлы вирусны ачыклауга күзәтү ([169] белән җайлаштырылган).W / O майлы, полимиметилсилоксан PDMS, PCR полимераз чылбыр реакциясе, DAQ мәгълүмат җыю, PID пропорциональ интеграль туем, мультиплекс нуклеин кислотасын бәяләү өчен CARMEN комбинатор матрицасы реакциясе, SARS-CoV-2, каты кискен сулыш синдромы, коронавирус 2, ТР кире транскриптаз рекомбиназ полимераз-РПА, S / B сигналын көчәйтү