Жаңылыктар

Жугуштуу ооруларды аныктоонун салттуу диагностикалык стратегиялары медициналык текшерүүгө (POCT) ылайыктуу эмес стенддик аспаптарды колдонууну талап кылат.Өнүгүп келе жаткан микрофлюидикалар – бул өтө кичирейтилген, автоматташтырылган жана интеграцияланган технология, ал тез, арзан, жеринде так диагностика үчүн салттуу методдорго альтернатива болуп саналат.Молекулярдык диагностикалык методдор микрофлюиддик аппараттарда патогенди аныктоонун эң эффективдүү ыкмалары катары кеңири колдонулат.Бул серепте жугуштуу оорулардын микрофлюиддик негиздеги молекулярдык диагностикадагы акыркы жетишкендиктери академиялык жана өндүрүштүк көз караштан жалпыланган.Биринчиден, биз нуклеиндик кислоталарды чиптеги типтүү иштетүүнү, анын ичинде үлгүнү алдын ала тазалоону, күчөтүүнү жана сигналды окууну сүрөттөйбүз.Андан кийин микрофлюиддик платформалардын төрт түрүнүн мүнөздөмөлөрү, артыкчылыктары жана кемчиликтери салыштырылат.Андан кийин, биз нуклеиндик кислоталардын абсолюттук сандык аныктоо үчүн санариптик анализдерди колдонууну талкуулайбыз.Классикалык жана акыркы коммерциялык микрофлюиддик молекулярдык диагностикалык аппараттар рыноктун учурдагы абалынын далили катары жалпыланган.Акырында, жугуштуу оорулардын микрофлюиддик диагностикасынын келечектеги багыттарын сунуштайбыз.
Жугуштуу ооруларды козгогучтар, анын ичинде бактериялар, вирустар жана мителер козгойт, алар дүйнө жүзү боюнча таралган.Башка оорулардан айырмаланып, козгогучтар тез эле жуктуруп, адамдар менен кожоюн жаныбарлардын ортосунда эмдөө, аба жана суу чөйрөлөрү аркылуу тарайт [1].Жугуштуу оорулардын алдын алуу коомдук саламаттыкты сактоо чарасы катары маанилүү.Жугуштуу оорулар менен күрөшүүнүн үч негизги стратегиясы: (1) инфекциянын булагын көзөмөлдөө;(2) берүү трассасынын үзгүлтүккө учурашы;(3) сезгич популяцияларды коргоо.Негизги стратегиялардын ичинен инфекциянын булагы менен күрөшүү өзүнүн ыңгайлуулугу жана арзандыгы менен эң маанилүү стратегия болуп эсептелет.Инфекцияланган адамдарды тез диагностикалоо, изоляциялоо жана дарылоо өтө маанилүү жана тез, сезгич жана так диагностикалык стратегияларды талап кылат [2].Жугуштуу оорулардын учурдагы диагностикасы, адатта, белгилер жана симптомдорго негизделген клиникалык изилдөөнү жана клетка маданияты жана молекулярдык диагностика сыяктуу лабораториялык изилдөөлөрдү айкалыштырат, бул үчүн даярдалган персоналды, эмгекти көп талап кылган процедураларды жана кымбат баалуу сыноо жабдууларын талап кылат [3, 4].Жугуштуу оорулардын очокторун алдын алуу үчүн тез, арзан жана так локалдык диагностика талап кылынат, айрыкча инфекциондук оорулар кеңири тараган жана оор [5] болгон ресурстары чектелүү аймактарда, ошондой эле чөлдө же согуш талаасында, өзгөчө кырдаалдарды алдын ала айтуу мүмкүн эмес болгон дарылоону талап кылат..медициналык жардам чектелген [6].Бул контекстте, microfluidics суюктук так манипуляциялоо үчүн микроэлектромеханикалык системалардын технологияларын, нанотехнологияларды же материал таанууну бириктирген технология болуп саналат [7,8,9,10], жардам пунктун аныктоо үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү камсыз кылуу (POCT).) ооруканалардан жана лабораториялардан тышкары инфекциялык агенттер.Салттуу убакытты талап кылган диагностикага салыштырмалуу, микрофлюиддик технология оорунун чыгышы учурунда молекулярдык диагностика үчүн үлгүлөрдү жана чыгымдарды үнөмдөөнү сунуштайт.2019-жылдагы коронавирустук оорунун (COVID-19) глобалдык жайылышы coronavirus 2 (SARS-CoV-2) катуу курч респиратордук синдрому менен шартталган, ошондуктан пандемияны өз убагында алдын алуу жана контролдоо үчүн микрофлюидиктердин маанилүүлүгү дагы бир жолу баса белгиленет [11, 12 , 13].Салттуу диагностикадан айырмаланып, микрофлюиддик POCT үлгү алуу пунктуна жакын жерде тестирлөө үчүн столдун үстүндөгү анализаторлордон баштап кичинекей капталдагы тест тилкелерине чейинки чакан портативдик түзүлүштөрдү колдонот [14].Бул сыноолор жөнөкөйлөтүлгөн же жок үлгүлөрдү даярдоо, тез сигналды күчөтүү жана сезгич сигнал окууларын камтыйт, натыйжада кыска убакытка жана мүнөттүн ичинде так натыйжаларга алып келет.Микрофлюидикке негизделген саламаттыкты сактоо аспаптарынын болушу жана массалык өндүрүшү алардын үнөмдүү жана түз диагностикалык колдонмолорун ооруканадан тышкары, пациенттин жанында жана ал тургай үйдө кеңейтти.
Жугуштуу ооруларды диагностикалоонун учурдагы стратегияларынын ичинен молекулярдык диагностика эң сезимтал стратегиялардын бири болуп саналат [15, 16].Кошумчалай кетсек, молекулярдык диагностика көбүнчө иммундук жооп башталганга чейин РНКнын же ДНКнын вируска тиешелүү аймактарын түздөн-түз аныктоого мүмкүндүк берүүчү COVID-19 үзгүлтүксүз аныктоонун алтын стандарты катары колдонулат [17, 18].Учурдагы серепте биз инфекциялык оорулардын микрофлюидикалык негиздеги молекулярдык диагностикалык процесстериндеги акыркы жетишкендиктерди, академиялык көз караштан келечектеги өнөр жайлык перспективага чейин сунуштайбыз (1-сүрөт).Биз нуклеин кислотасын аныктоонун үч негизги кадамынан баштайбыз: чиптеги үлгүнү алдын ала тазалоо, нуклеин кислотасын күчөтүү жана сигналды окуу.Биз андан кийин уникалдуу мүнөздөмөлөрдү (күчтүү жана алсыз жактарын) көрсөтүп, алардын түзүлүшү жана функциясы менен микрофлюиддик платформалардын ар кандай түрлөрүн салыштырдык.Санарип нуклеин кислотасын аныктоо андан ары талкууланат жана жугуштуу козгогуч молекулаларынын абсолюттук сандык аныктоо үчүн үчүнчү муундагы технологиянын мисалы катары берилет.Мындан тышкары, молекулярдык диагностика үчүн микрофлюиддик POCT рыногунун учурдагы абалын көрсөтүү үчүн бир нече типтүү жана акыркы коммерциялык POCT түзмөктөрү көрсөтүлөт.Биз ошондой эле келечектеги колдонмолор үчүн көз карашыбызды талкуулайбыз жана түшүндүрөбүз.
Нуклеин кислотасын аныктоо үчүн микрофлюиддик микросхемалардын модулдарын функцияларына жараша үч категорияга (үлгү алуу, таануу жана сигнализация) бөлүүгө болот [19].Бул модулдардын арасында үлгү алуу модулу негизинен үлгү лизисин жана нуклеин кислотасын экстракциялоону ишке ашырат.Сенсор модулу негизинен нуклеиндик кислота сигналдарынын конверсиясын жана күчөтүлүшүн көзөмөлдөйт.Сигналдоо модулу сезгич модулу тарабынан өзгөртүлгөн жана иштетилген сигналды аныктайт.Чиптеги нуклеиндик кислоталарды аныктоо процессине таянып, биз "киргизүү жана чыгаруу" функциясын ишке ашыра турган ар кандай микросхемаларды кыскача айтып беребиз.
Нуклеин кислотасын аныктоодогу биринчи кадам нуклеин кислотасын экстракциялоо болуп саналат, башкача айтканда, баштапкы үлгүдөн максаттуу нуклеин кислотасын бөлүп алуу.Нуклеин кислотасын экстракциялоо нуклеиндик кислоталарды башка молекулярдык булгоочу заттардан тазалоо, нуклеин кислотасынын молекулаларынын биринчи структурасынын бүтүндүгүн камсыз кылуу жана натыйжаларды оптималдаштыруу үчүн жүргүзүлөт.Нуклеин кислотасын алуу үчүн зарыл болгон үлгүдөгү лизис жана нуклеин кислотасын кармоо талап кылынат, анын сапаты жана эффективдүүлүгү изилдөөлөрдүн жана диагностикалык натыйжаларга чоң таасирин тийгизет.казып алуу учурунда ар кандай тымызын терс таасирлери андан ары аныктоону чектеши мүмкүн.Мисалы, полимераздык чынжыр реакциясы (ПТР) жана цикл изотермикалык күчөтүү (LAMP) методдору нуклеин кислотасын изоляциялоочу реагенттердеги этанол жана изопропанол сыяктуу кээ бир калдык органикалык эриткичтер тарабынан бөгөттөлөт [20].Суюк-суюктук экстракция жана катуу фазадагы экстракция нуклеиндик кислоталарды бөлүп алуунун эң популярдуу ыкмалары [21], бирок чипте суюктук-суюктук экстракция өтө чектелген, анткени суюк-суюктук экстракцияда колдонулган реагенттер көпчүлүк микрофлюиддик микросхемалардын коррозиясын пайда кылат. .Бул жерде биз microarray негизделген катуу фаза алуу ыкмаларын баса белгилеп, алардын артыкчылыктары менен кемчиликтерин салыштыруу.
Кремний – бул нуклеиндик кислоталар менен шайкеш келген субстрат материалы, анын биологиялык шайкештиги, туруктуулугу жана модификациясынын оңойлугу [22].Маанилүү нерсе, кремний диоксиди же башка материалдар менен модификацияланганда, бул композит терс заряддуу нуклеиндик кислоталарды рН төмөн, туздун жогорку шарттарында адсорбциялоо касиетин көрсөтөт, ал эми жогорку рН, аз туз эритмелери менен элюта.Бул кубулуштун негизинде нуклеин кислотасын тазалоого болот.
Кремнийдин негизиндеги материалдардын ар кандай формалары микрофлюидиктерде нуклеин кислотасын экстракциялоо үчүн колдонулган, мисалы, кремний диоксиди, порошок, микрофибр фильтрлери жана кремний диоксиди мембраналары [23, 24, 25, 26].Материалдын касиетине жараша кремний негизиндеги материалдар микросхемаларда ар кандай жолдор менен колдонулушу мүмкүн.Мисалы, кремний диоксиди гранулаларын, порошокторду жана коммерциялык нанофильтрлерди микрофлюиддик микросхемалардын тешикчелерине же микроканалдарына жөн эле салып, үлгүлөрдөн нуклеиндик кислоталарды бөлүп алууга жардам берет [27, 28, 29].Беттик-модификацияланган кремний диоксиди мембраналар ДНКны патогендерден арзан баада тез тазалоо үчүн да колдонулушу мүмкүн.Мисалы, Wang et al.[30] Хитозан олигосахариддери менен капталган кремний диоксиди мембраналары менен везикула аркылуу чынжыр алмашуу менен денатурациялоочу күчөтүү реакцияларын айкалыштыруу менен 102–108 колония түзүүчү бирдиктерди ийгиликтүү аныктаган көп тараптуу көчмө система киргизилген.(CFU)/мл Vibrio parahaemolyticus., жана вирустун бар экендиги оңой эле көрүнүп турду.Пауэлл жана башкалар.[31] Кремнийге негизделген микроаррейлер андан кийин С гепатитинин вирусун (HCV), адамдын иммундук жетишсиздигинин вирусун (ВИЧ), Зика вирусун жана адамдын папилломавирусун аныктоо үчүн колдонулган жана РНК вирустарын кармоо үчүн 1,3 мкл бурмалуу микрореактор иштелип чыккан.жана in situ күчөтүү жүзөгө ашырат.Бул ыкмалардан тышкары, бети-модификацияланган кремнеземдүү микроколонкалар да нуклеин кислотасын алууда негизги ролду ойнойт, анткени модификациялоочу материалдын геометриясы жана касиеттери экстракциянын натыйжалуулугун бир топ жогорулатат.Чен жана башкалар.[32] амино-капталган кремний микроколонналарынын негизинде аз концентрациялуу РНКны изоляциялоо үчүн микрофлюиддик платформаны сунуштаган.Бул микрофлюиддик аппарат 0,25 см2 микропилляр массивдерин кремний субстратына бириктирет, бул жогорку беттик аянтты көлөмгө катышы дизайн аркылуу экстракциялоонун жогорку натыйжалуулугуна жетишүү.Бул долбоордун артыкчылыгы microfluidic аппарат нуклеин кислотасын экстракция натыйжалуулугун 95% чейин жетиши мүмкүн.Бул кремнийге негизделген стратегиялар нуклеиндик кислоталарды арзан баада тез изоляциялоонун баалуулугун көрсөтөт.Микрофлюиддик микросхемалар менен бирге кремнийге негизделген экстракция стратегиялары нуклеин кислотасын аныктоонун натыйжалуулугун гана жогорулатпастан, аналитикалык түзүлүштөрдү кичирейтүүнү жана интеграциялоону жеңилдетет [20].
Магниттик бөлүү ыкмалары нуклеиндик кислоталарды тышкы магнит талаасынын катышуусунда бөлүп алуу үчүн магниттик бөлүкчөлөрдү колдонот.Көбүнчө колдонулган магниттик бөлүкчөлөргө кремнезем, амино жана карбоксил менен капталган Fe3O4 же γ-Fe2O3 магниттик бөлүкчөлөр кирет [33,34,35,36].Магниттик бөлүкчөлөрдүн кремнийге негизделген SPE ыкмаларынан айырмалоочу өзгөчөлүгү тышкы магниттер менен башкаруунун жана башкаруунун жеңилдиги.
Нуклеин кислоталары менен кремнеземдин ортосундагы электростатикалык өз ара аракеттенүүнүн жардамы менен, жогорку туз жана төмөн рН шарттарында нуклеин кислоталары кремнезем менен капталган магниттик бөлүкчөлөрдүн бетине адсорбцияланат, ал эми аз туз жана жогорку рН шарттарында молекулаларды жууса болот. кайра..Кремний менен капталган магниттик мончоктор магниттик башкарылуучу кыймылды колдонуу менен чоң көлөмдөгү үлгүлөрдөн (400 мкл) ДНКны бөлүп алууга мүмкүндүк берет [37].Демонстрация катары Родригес-Матеос жана башкалар.[38] магниттик мончоктордун ар кандай камераларга өткөрүлүшүн көзөмөлдөө үчүн жөнгө салынуучу магниттерди колдонушкан.Кремний диоксиди менен капталган магниттик бөлүкчөлөрдүн негизинде LAMP тескери транскрипциясын аныктоо (RT-LAMP) үчүн SARS-CoV-2 геномдук РНКсынын 470 көчүрмөсү/мл алынышы мүмкүн жана жоопту 1 сааттын ичинде окууга болот.жылаңач көз (сүр. 2а).
Магниттик жана тешиктүү материалдарга негизделген приборлор.SARS-CoV-2 РНКсын аныктоо үчүн IFAST RT-LAMP микрофлюиддик аппаратынын концептуалдык диаграммасы ([38] ылайыкталган).b Buccal тампонунун нуклеиндик кислотасынын dSPE үчүн центрифугалуу микро аппарат ([39] ылайыкташтырылган).c FTA® картасын колдонуу менен орнотулган үлгү концентратору ([50] ылайыкталган).d Fusion 5 фильтр кагазы хитозан менен өзгөртүлгөн ([51] ылайыкталган).SARS-CoV-2 катуу курч респиратордук синдром coronavirus 2, RT-LAMP тескери транскрипция цикли ортомчу изотермикалык күчөтүү, FTA табуучулар технологиялык өнөктөштөр, NA нуклеин кислотасы
Оң заряддуу магниттик бөлүкчөлөр нуклеин кислотасынын фосфат омурткасын туташтыруу үчүн идеалдуу.Туздун белгилүү концентрациясында нуклеин кислоталарынын терс заряддуу фосфаттык топтору магниттик композиттик бөлүкчөлөрдүн бетинде оң заряддалышы мүмкүн.Ошондуктан, нуклеиндик кислоталарды бөлүп алуу үчүн бети орой жана амино-группаларынын тыгыздыгы жогору болгон магниттик нанобөлүкчөлөр иштелип чыккан.Магниттик бөлүү жана блокировкалоодон кийин магниттик нанобөлүкчөлөр жана ДНК комплекстери ПЦРде түздөн-түз колдонулушу мүмкүн, бул татаал жана көп убакытты талап кылган тазалоо жана элюция операцияларынын зарылдыгын жокко чыгарат [35].Терс карбоксил топтору менен капталган магниттик нанобөлүкчөлөр жогорку концентрациядагы полиэтиленгликоль жана натрий хлоридинин эритмелериндеги беттерде адсорбцияланган нуклеиндик кислоталарды бөлүү үчүн да колдонулган [36].Бул жер үстүндөгү өзгөртүлгөн магниттик мончоктор менен ДНКны экстракциялоо кийинки күчөтүү менен шайкеш келет.Дигнан жана башкалар.[39] нуклеин кислотасын алдын ала тазалоо үчүн автоматташтырылган жана көчмө борбордон четтөөчү микрофлюиддик платформаны сүрөттөп, аны техникалык эмес кызматкерлерге сайтта колдонууга мүмкүндүк берет.Мындан тышкары, изоляцияланган ДНКнын LAMP менен шайкештиги, нуклеиндик кислотанын нуклеиндик кычкылдык анализи үчүн эң ылайыктуу ыкма, андан ары жабдыктын минималдуу талаптарын жана колориметриялык анализдерге ылайыктуулугун көрсөтөт (сүрөт 2b).
Магниттик мончоктордун ыкмалары автоматташтырылган экстракциянын мүмкүнчүлүгүн сунуштайт, алардын айрымдары коммерциялык автоматташтырылган нуклеин кислотасын экстракторлордо [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, АКШ), QIAcube® HT;CapitalBio (Пекин, Кытай) жана Biomek®;Бекман (Майами, АКШ).), Флорида, АКШ)].Магниттик мончокторду микрофлюидик менен айкалыштыруунун артыкчылыктары нуклеиндик кислоталарды эффективдүү автоматташтырылган экстракциялоо үчүн колдонулушу мүмкүн, бул молекулярдык диагностиканын өнүгүшүнө потенциалдуу өбөлгө түзө алат;бирок, магниттик мончоктор менен микрофлюидиктердин айкалышы дагы эле магниттик мончокторду так манипуляциялоо үчүн комплекстүү башкаруу системаларына көз каранды, бул коммерциялык продуктылардын популярдуулугун көлөмдүү жана кымбат экендигин түшүндүрөт, бул магниттик мончокторду POCTде андан ары колдонууну чектейт.
Нуклеин кислотасын аныктоо үчүн модификацияланган нитроцеллюлоза фильтрлери, Finders Technology Associates (FTA) карталары, полиэтерсульфон негизиндеги фильтр кагаздары жана гликан менен капталган материалдар сыяктуу бир нече тешиктүү материалдар да колдонулган [40, 41, 42, 43, 44].Булалуу кагаз сыяктуу тешиктүү жипчелүү материалдар биринчи жолу ДНКны бөлүп алуу үчүн узун жипчелүү ДНК молекулаларын жипчелер менен физический жактан чырмашуу жолу менен колдонулган.Чакан тешикчелер ДНК молекулаларынын күчтүү физикалык чектөөсүнө алып келет, бул ДНКнын алынышына оң таасирин тийгизет.Фиброздуу кагаздын ар түрдүү тешик өлчөмдөрүнөн улам экстракциянын эффективдүүлүгү ДНКны күчөтүү муктаждыктарын канааттандыра албайт [45, 46].FTA картасы соттук медицина тармагында колдонулган жана молекулярдык диагностиканын башка тармактарында кеңири колдонулган коммерциялык чыпка кагазы.Үлгүдөгү клетка мембраналарын лизис үчүн ар кандай химиялык заттар менен сиңирилген целлюлоза фильтр кагазын колдонуу аркылуу бөлүнүп чыккан ДНК 2 жылга чейин бузулуудан корголот.Жакында импрегнацияланган целлюлоза кагазы ар кандай патогендерди, анын ичинде SARS-CoV-2, лейшманиоз жана безгекти молекулалык аныктоо үчүн иштелип чыккан [47,48,49].Бөлүнгөн плазмада ВИЧ түздөн-түз лизистелет, ал эми вирустук нуклеин кислотасы концентратордун ичине орнотулган FTA® агым мембранасында байытылган, бул нуклеин кислотасын эффективдүү өндүрүүгө мүмкүндүк берет [50] (2c-сүрөт).FTA карталарын колдонуу менен нуклеин кислотасын аныктоонун негизги көйгөйү - гуанидин жана изопропанол сыяктуу химиялык заттар кийинки күчөтүү реакцияларына тоскоол болот.Бул көйгөйдү чечүү үчүн биз Fusion 5 хитозан менен модификацияланган фильтр кагазын иштеп чыктык, ал ДНК молекулаларынын жана жипчелүү чыпка кагазынын физикалык биригүүсүнүн артыкчылыктарын жана нуклеин кислотасын жогорку натыйжалуу экстракциялоо үчүн хитозан менен модификацияланган кошулмалардагы ДНКнын электростатикалык адсорбциясын бириктирет. ..чыпкалуу була [51] (сүрөт 2d).Ушул сыяктуу эле, Жу жана башкалар.[52] Зика вирусунун РНКсын тез изоляциялоо жана аныктоо үчүн in situ капиллярдык микрофлюиддик системага негизделген хитозан менен модификацияланган ПТР ыкмасын көрсөттү.Нуклеиндик кислоталар хитозандын күйгүзүү/өчүрүү касиетинин негизинде, тиешелүүлүгүнө жараша аралаш лизат/ПЦР чөйрөсүндө адсорбцияланышы/десорбцияланышы мүмкүн.күйгүзүү жана өчүрүү”, рНга жооп берет.
Жогоруда айтылгандай, бул стратегиялар ар кандай катуу фазалык материалдардын артыкчылыктарын бириктирет жана микрофлюидиктерде нуклеин кислотасын алуунун натыйжалуулугун жогорулатат.Практикалык колдонмолордо бул материалдарды көп санда колдонуу үнөмдүү эмес жана бул материалдар менен жалпы материалдардын үстүн туура тазалоо же беттик модификациялоо да өз милдетин сактай алат.Ошондуктан, бул стратегияларды пилоттук изилдөөдөн кийин ишке ашыруу чыгымдарды азайтышы мүмкүн деп эсептелинет.
Микрофлюиддик платформаларда нуклеин кислотасын сыноо көбүнчө кичинекей үлгүлөрдү (< 100 мкл) колдонот, андыктан максаттуу нуклеиндик кислоталарды ылдый агымды аныктоо үчүн ыңгайлуу болгон сигналга (оптикалык, электрдик жана магниттик) айландыруу үчүн атайын зонддор менен күчөтүүнү талап кылат [53, 54]. Микрофлюиддик платформаларда нуклеин кислотасын сыноо көбүнчө кичинекей үлгүлөрдү (< 100 мкл) колдонот, андыктан максаттуу нуклеиндик кислоталарды ылдый агымды аныктоо үчүн ыңгайлуу болгон сигналга (оптикалык, электрдик жана магниттик) айландыруу үчүн атайын зонддор менен күчөтүүнү талап кылат [53, 54]. 5 тестирлөө, нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах часто используются небольшие объемы образцов (< 100 мкл), поэтому керек амплификация целевых нуклеиновых кислот с помощью помощью помощью специальных сигналов үчүн помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощью помощихся электр энергиясына, ошондой эле 5 үчүн электр энергиясына каршы. Микрофлюиддик платформаларда нуклеиндик кислоталарды сыноодо көбүнчө кичинекей үлгүлөрдүн көлөмү (<100 мкл) колдонулат, ошондуктан максаттуу нуклеиндик кислоталарды атайын зонддор менен күчөтүү, аны кийинки аныктоо үчүн ыңгайлуу (оптикалык, электрдик жана магниттик) сигналга айландыруу үчүн талап кылынат. [53, 54].微流控 平台 上 的 的 小样本量 小样本量 (<100 μμ), 因此 需要 使用 特定 为 便于 下游 下游 检测 转换 转换 便于 的 检测 检测 检测 检测 检测 检测 的 检测 检测 检测 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 [53, 54 ]。微流控 平台 的 核酸 核酸 检测 小样本量 核酸 小样本量 小样本量 (<100 μμ), 因此 需要 特定 探针 下游 下游 (光学, 电学 下游 下游 (以, 电学 下游) 的 的 [53, 54, 54, 54 ]。 Обнаружение нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах обычно использует небольшие объемы образцов (<100 мкл). Микрофлюиддик платформаларда нуклеиндик кислоталарды аныктоо адатта үлгүнүн кичинекей көлөмүн (<100 мкл) колдонот, бул максаттуу нуклеиндик кислоталарды кийин аныктоо үчүн (оптикалык, электрдик жана магниттик) сигналдарга айландыруу үчүн атайын зонддор менен күчөтүүнү талап кылат [53, 54] .Микрофлюидиктерде нуклеин кислотасын күчөтүү реакцияларды тездетет, аныктоо чектерин оптималдаштырат, үлгүгө болгон талаптарды азайтат жана аныктоонун тактыгын жакшыртат [55, 56].Акыркы жылдары, тез жана так аныктоону ишке ашыруу менен, микрофлюидиктерде, анын ичинде ПТР жана кээ бир изотермикалык күчөтүү реакцияларында нуклеин кислотасын күчөтүү ыкмалары колдонулду.Бул бөлүмдө микрофлюиддик системалардын негизинде нуклеин кислотасын аныктоо ыкмалары жалпыланат.
ПТР – бул организмдин ДНКнын репликация процессинин симуляциясы, анын теориясы башка жерде кеңири сүрөттөлгөн жана бул жерде талкууланбайт.ПТР экспоненциалдык ылдамдыкта максаттуу ДНК/РНКнын өтө аз көлөмүн көбөйтө алат, бул ПТРди нуклеиндик кислоталарды тез аныктоо үчүн күчтүү куралга айландырат.Акыркы он жылдыктарда ПЦР термикалык цикл системалары менен жабдылган көптөгөн портативдик микрофлюиддик аппараттар жардам көрсөтүү пунктунун диагностикасынын муктаждыктарын канааттандыруу үчүн иштелип чыккан [57, 58].Чиптеги ПТР температураны көзөмөлдөөнүн ар кандай ыкмаларына ылайык төрт түргө бөлүнөт (шарттуу, үзгүлтүксүз агым, мейкиндикте которулган жана конвективдүү ПТР) [59].Мисалы, Gee жана башкалар.[60] SARS-CoV-2, грипптин А жана В вирустарын тамак тампонунун үлгүлөрүндө мультиплекстик аныктоо үчүн өздөрүнүн микрофлюиддик платформасында түз тескери транскрипциялуу сандык ПТР (RT-qPCR) ыкмасын иштеп чыгышкан (сүрөт 3a).Парк жана башкалар.[61] жука пленка ПТР, электроддор жана манжа менен башкарылган полидиметилсилоксан негизиндеги микрофлюиддик модулду бириктирүү аркылуу жөнөкөй патогендик анализ чипти курган.Бирок, эки эмгек тең кадимки ПТРдин жалпы кемчиликтерин камтыйт.ПТР термикалык циклди талап кылат, бул аппаратты андан ары кичирейтүүнү жана сыноо убактысын кыскартат.
Бул маселени чечүү үчүн үзгүлтүксүз агымдын негизинде микрофлюиддик жана мейкиндик-которулуучу ПТРди иштеп чыгуу абдан маанилүү.Узун серпентин каналын же кыска түз каналды колдонуу менен үзгүлтүксүз агым ПТР реагенттерди чиптен тышкаркы насос менен үч алдын ала ысытуу зонасында активдүү циркуляциялоо аркылуу тез күчөтүүнү камсыздай алат.Бул операция ар кандай реакция температураларынын ортосундагы өтүү фазасынан ийгиликтүү качат жана ошону менен тестирлөө убактысын бир топ кыскартат [62] (3б-сүрөт).Юнг жана башкалар башка изилдөөдө.[63] ультра тез жана мультиплекстик тескери транскрипциялуу ПТР үчүн туруктуу жана агымдык ПТРдин мүнөздөмөлөрүн бириктирген жаңы айлануучу ПТР генетикалык анализаторун сунуштаган (сүрөт 3c).Нуклеиндик кислотаны күчөтүү үчүн ПТР микрочипинин үч жылытуу блогу ар кандай температурада айланат: 1. Денатурациялоо блогу 94°C, 2. 58°Cде күйдүрүү блогу, 3. 72°C кеңейүү блогу.
Микрофлюикада ПЦРди колдонуу.Микрофлюиддик платформада dirRT-qPCRдин схемалык көрүнүшү ([60] ылайыкталган).b Серпентин каналына негизделген үзгүлтүксүз агым ПТР микроаррейинин схемалык көрүнүшү ([62] ылайыкталган).c Микрочиптен, үч жылытуу блогунан жана тепкичтен турган ротордук ПТР генетикалык анализаторунун схемалык көрүнүшү ([63] ылайыкташтырылган).d Центрифугалоо жана орнотуу менен термоконвекциялык ПТРдин диаграммасы ([64] ылайыкташтырылган).DirRT-qPCR, түздөн-түз сандык тескери транскрипция полимераздык чынжыр реакциясы
Капиллярларды жана илмектерди же ал тургай ичке плиталарды колдонуу менен конвекциялык ПТР тышкы насостун кереги жок эле табигый эркин жылуулук конвекция аркылуу нуклеиндик кислоталарды тез көбөйтө алат.Мисалы, циклдик олефин полимеринин микрофлюиддик платформасы ПЦР циклинин микроканалында центрифугалоо менен жылуулук циклин колдонгон жасалма айлануучу жылытуу стадиясында иштелип чыккан [64] (сүрөт 3d).Реакция эритмеси тегерек түзүлүштөгү микроканалда жогорку жана төмөнкү температураларды тынымсыз алмашып турган жылуулук конвекциясынын жардамы менен ишке ашырылат.Бардык күчөтүү процесси 70,5 pg/канал аныктоо чеги менен 10 мүнөттө бүтүшү мүмкүн.
Күтүлгөндөй, тез ПТР толук интеграцияланган үлгү-жооп молекулярдык диагностика жана мультиплекс талдоо системалары үчүн күчтүү курал болуп саналат.Rapid ПТР SARS-CoV-2ди аныктоо үчүн талап кылынган убакытты бир топ кыскартат, бул COVID-19 пандемиясын эффективдүү көзөмөлдөөгө өбөлгө түзөт.
ПТР POCT үчүн ылайыктуу эмес татаал жылуулук циклди талап кылат.Жакында изотермикалык күчөтүү ыкмалары микрофлюидиктерге, анын ичинде LAMP, рекомбиназа полимеразды күчөтүү (RPA) жана нуклеиндик кислотанын ырааттуулугуна негизделген күчөтүү [65,66,67,68] сыяктуу колдонулат.Бул ыкмалар менен нуклеиндик кислоталар туруктуу температурада күчөтүлүп, молекулярдык диагностика үчүн арзан, өтө сезгич портативдик POCT аппараттарын түзүүгө көмөктөшөт.
Жогорку өтүмдүү микрофлюидикалык LAMP анализдери жугуштуу ооруларды бир нече жолу аныктоого мүмкүндүк берет [42, 69, 70, 71].Борбордон четтөөчү микрофлюиддик система менен айкалышта LAMP нуклеин кислотасын аныктоону автоматташтырууга дагы көмөктөшөт [69, 72, 73, 74, 75].Spin-and-react SlipChip LAMP [76] жардамы менен бир нече параллелдүү бактерияларды визуалдык аныктоо үчүн иштелип чыккан (сүрөт 4а).Анализде оптималдаштырылган LAMPди колдонууда флуоресценттик сигналдын ызы-чуу катышы болжол менен 5 эсе, ал эми аныктоо чеги геномдук ДНКнын 7,2 көчүрмөсү/мклге жетти. Мындан тышкары, беш жалпы тамак сиңирүү бактериялык козгогучтарынын бар экендиги, анын ичинде Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis жана Vibrio parahaemolyticus, методдун негизинде <60 мүнөттө визуализацияланган. Мындан тышкары, беш жалпы тамак сиңирүү бактериялык козгогучтарынын бар экендиги, анын ичинде Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis жана Vibrio parahaemolyticus, методдун негизинде <60 мүнөттө визуализацияланган.Мындан тышкары, тамак сиңирүү трактынын беш жалпы бактериялык козгогучунун бар экендиги, анын ичинде Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis жана Vibrio parahaemolyticus, бул ыкманы колдонуу менен 60 мүнөткө жетпеген убакытта элестетилген.此外, 基于 方法 在 <60 分钟 内 可 可 细菌病 原体 的 的 大, 包括 包括 大, 大, 肠 沙门 氏 大, 河流 弧菌 和 副溶血性 弧菌.此外, 基于 方法 在 <60 分钟 分钟 内 视化 五, 包括 包括, 大, 肠 肠 菌, 弧菌 和 副溶血 性 弧菌 弧菌 弧菌HIP 弧菌Кошумчалай кетсек, ичеги-карын ооруларынын беш жалпы бактериялык козгогучунун болушу, анын ичинде Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvius жана Vibrio parahaemolyticus, бул ыкманы колдонуу менен 60 мүнөткө жетпеген убакытта элестетилди.
Микрофлюидикалык LAMPтин артыкчылыктары, башкалардын арасында, тез жооп берүү жана кичирейтилген аныктоону камтыйт.Бирок реакциянын температурасына байланыштуу (70°C тегерегинде) LAMP учурунда аэрозолдор сөзсүз түрдө пайда болот, натыйжада жогорку жалган оң ылдамдык пайда болот.Анализдин өзгөчөлүгү, праймердин дизайны жана температураны көзөмөлдөө дагы LAMP үчүн оптималдаштырылышы керек.Мындан тышкары, бир чипте бир нече максатты аныктоону ишке ашырган чип дизайндары чоң мааниге ээ жана иштелип чыгышы керек.Мындан тышкары, LAMP бир чипте интеграцияланган көп максаттуу аныктоо үчүн ылайыктуу, бул чоң мааниге ээ, бирок өнүктүрүү үчүн дагы көп орун бар.
LAMP жогорку жалган оң ылдамдыгы RPA менен жарым-жартылай азайтылышы мүмкүн, анткени салыштырмалуу төмөн реакция температурасы (~37 °C) буулануу көйгөйлөрүнүн салыштырмалуу азыраак болушуна алып келет [77].RPA системасында эки карама-каршы праймер рекомбиназага туташуу аркылуу ДНК синтезин баштайт жана күчөтүү 10 мүнөттүн ичинде бүтүшү мүмкүн [78,79,80,81].Ошондуктан, бүт RPA жараяны ПЦР же LAMP караганда алда канча тезирээк.Акыркы жылдары микрофлюиддик технология RPAнын ылдамдыгын жана тактыгын андан ары жакшыртуу үчүн көрсөтүлдү [82,83,84].Мисалы, Лю жана башкалар.[85] тескери транскрипция RPA (RT-RPA) жана универсалдуу каптал агымынын тест тилкесин аныктоо тутумун бириктирүү аркылуу SARS-CoV-2ди тез жана сезгич аныктоо үчүн микрофлюиддик интеграцияланган каптал агымы полимераз рекомбиназаны күчөтүү анализин иштеп чыкты.бир микрофлюиддик системага.4б-сүрөт).Аныктоо чеги 1 нуска/мкл же 30 нуска/үлгү болуп саналат жана аныктоо 30 мүнөттө бүтүшү мүмкүн.Конг жана башкалар.кийилүүчү микрофлюиддик аппаратты иштеп чыгышты.[86] RPA аркылуу HIV-1 ДНКсын тез жана түздөн-түз аныктоо үчүн дене температурасын жана уюлдук телефондун негизиндеги флуоресценцияны аныктоо тутумун колдонушкан (Figure 4c).Тасылып жүрүүчү RPA анализи 24 мүнөттүн ичинде максаттуу ырааттуулуктун 100 көчүрмөсүн/мл аныктайт, бул ресурстар чектелген шарттарда ВИЧ-1 жуккан ымыркайларды тез диагностикалоо үчүн чоң потенциалды көрсөтөт.
Изотермикалык күчөтүү пунктунда текшерүүдө (POCT).Spin жана реакция SlipChipти иштеп чыгуу жана өндүрүү.Плазмалык ширетүүдөн кийин, үстүнкү жана астыңкы чиптер акыркы чипти түзүү үчүн гайкалар топтому менен чогулду ([76] ылайыкташтырылган).b COVID-19 аныктоо үчүн MI-IF-RPA тутумунун схемасы ([85] ылайыкталган).c HIV-1 ДНКсын тез аныктоо үчүн тагынуучу RPA тестинин схемасы ([86] ылайыкталган).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM carboxyfluorescein, адамдын иммуножетишсиздигинин вирусу HIV, RPA рекомбиназа полимеразын күчөтүү, LED жарык чыгаруучу диод, микроПАМИФР-Ло-Ми-ЛФР-ЛФР-Ло-Ло-IF-диоддору Күчөтүү
Microfluidic негизделген RPA тездик менен өнүгүп жатат, бирок, чип даярдоо жана реакция керектөө өтө жогору жана бул технологиянын жеткиликтүүлүгүн жогорулатуу үчүн азайтылышы керек.Мындан тышкары, РПАнын жогорку сезгичтиги өзгөчө булгануу болгон учурда спецификалык эмес продукциянын күчөшүнө таасир этиши мүмкүн.Бул чектөөлөр микрофлюиддик системаларда RPA колдонууга таасир этиши мүмкүн жана андан ары оптималдаштырууга татыктуу.Ар кандай максаттар үчүн жакшы иштелип чыккан праймерлер жана зонддор POCTдеги RPA негизиндеги микрофлюиддик стратегиялардын максатка ылайыктуулугун жакшыртуу үчүн керек.
Cas13 жана Cas12a нуклеиндик кислоталарды кокустуктан ажыратуу жөндөмүнө ээ, ошондуктан аныктоо жана диагностикалык каражаттар катары иштелип чыгышы мүмкүн.Cas13 жана Cas12a, тиешелүүлүгүнө жараша, максаттуу ДНК же РНК менен байланышкандан кийин иштетилет.Активдештирилгенден кийин протеин башка жакын жердеги нуклеиндик кислоталарды ажырата баштайт, андан кийин патогендик нуклеиндик кислоталарды бутага алган жетектөөчү РНКлар өчүрүлгөн флуоресценттүү зонддорду бөлүп, флуоресцентти чыгара алат.Бул теориянын негизинде Келлнер жана башкалар.[87] Cas13 негизиндеги методду [Спецификалык Жогорку сезгичтиктеги энзимдик кабарчынын БҮЛПӨНҮН ачуу (SHERLOCK)] иштелип чыккан жана Broughton et al.[88] Cas12a [CRISPR Trans Reporter DNA endonuclease (DTECR) багытталган] негизинде башка ыкманы иштеп чыккан.
Акыркы жылдарда CRISPR негизинде нуклеиндик кислоталарды аныктоонун ар кандай ыкмалары пайда болду [89, 90].Кадимки CRISPR негизиндеги методдор көп убакытты талап кылат жана көп эмгекти талап кылат, анын ичинде нуклеин кислотасын алуу, күчөтүү жана CRISPR аныктоо.Суюктуктардын абага тийүүсү жалган оң натыйжалардын ыктымалдыгын жогорулатат.Жогоруда айтылгандарды эске алуу менен, CRISPR негизиндеги системалар оптималдаштырууга өтө муктаж.
CRISPR-Cas12a жана CRISPR-Cas13a аныктоо колдонмолору үчүн параллелдүү 24 анализди жүргүзө турган пневматикалык башкарылуучу микрофлюиддик платформа иштелип чыккан [91].Система флуоресценцияны аныктоочу аппарат менен жабдылган, ал нуклеиндик кислотаны күчөтүүнү айланып өтүп, фемтомолярдык ДНК жана РНК үлгүлөрүн автоматтык түрдө аныктайт.Чен жана башкалар.[92] борбордон четтөөчү микрофлюиддерде CRISPR-Cas12a системасы менен интеграцияланган рекомбиназаны күчөтүү (сүрөт 5а).Бул иш бул эки процессти интеграциялоонун кыйынчылыгын жеңет, анткени Cas12a кабарчы ДНКны сиңирип, күчөтүү процессине тоскоол болот.Мындан тышкары, Чен жана башкалар.[92] кошумча процессти автоматтык түрдө бүтүрүү үчүн реакция реагенттерин борбордон четтөөчү микрофлюиддик башкарууда алдын ала сактаган.Башка эмгекте Силва жана башкалар.[93] CRISPR/Cas12a күчөтүүсүз диагностикалык ыкманы жана SARS-CoV-2ди аныктоо үчүн смартфонду иштеп чыккан (сүрөт 5б).Уюлдук телефондун негизиндеги күчөтүүсүз система катары белгилүү болгон бул анализ микрофлюиддик каналдардагы каталазадан түзүлгөн көбүк сигналдарын смартфондун визуализациясына негизделген CRISPR/Cas-каранды ферментти камтыйт.Алдын ала күчөтүүсүз нуклеин кислотасынын 50 нуска/мклден азын сезгич аныктоо, үлгү инъекциясынан сигналды окууга чейинки бүт процесс 71 мүнөттү гана талап кылат.
CRISPR негизинде нуклеин кислотасын аныктоо ыкмалары.CRISPR негизинде комплекстүү молекулярдык диагностика үчүн центрифугалык POCT ([92] ылайыкташтырылган).b Смартфондун негизинде SARS-CoV-2 анализи үчүн CASCADE тестин иштеп чыгуу ([93] ылайыкталган).RAA рекомбиназаны күчөтүү, PAM жанаша протоспакер мотиви, CRISPR кластердик кыска палиндромдук кайталануу үзгүлтүксүз интервалдар, CRISPR/CAS-каранды ферменттер менен уюлдук телефонду күчөтүүсүз CASCADE системасы, 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимид гидрохлориди
Нуклеин кислотасын аныктоодогу акыркы кадам катары сигналды аныктоо диагностикалык натыйжаларды түздөн-түз чагылдырат жана эффективдүү, сезгич жана так POCTди иштеп чыгууда маанилүү фактор болуп саналат.Сигналдарды флуоресценттик, электрохимиялык, колориметрдик жана магниттик стратегиялар сыяктуу ар кандай ыкмалар менен окууга болот.Бул бөлүмдө биз ар бир ыкманын негиздерин сүрөттөп, микрофлюидикада жугуштуу оорулардын молекулярдык диагностикасын салыштырабыз.
Флуоресценцияга негизделген стратегиялар жугуштуу оорулардын POCT диагностикасы үчүн кеңири колдонулат, анткени алардын эң сонун сезгичтиги, арзандыгы, операциянын оңойлугу жана жардам көрсөтүү пунктунун анализи [94, 95].Бул стратегиялар аныкталуучу сигналды түзүү үчүн флуоресценттик боёктор жана наноматериалдар сыяктуу этикеткаланган флуорофорлорду колдонушат (флуоресценцияны күчөтүү же өчүрүү).Бул ачылыш флуоресценцияга негизделген стратегияларды түз флуоресценттик белгилөө, сигналды күйгүзүү жана сигналды өчүрүү флуоресценттик аныктоого бөлүүгө болорун көрсөтүп турат [96].Түздөн-түз флуоресценттик энбелгилерди аныктоо максатка тандалып байланганда флуоресценттин белгилүү бир көлөмүн пайда кылган белгилүү лиганддарды белгилөө үчүн атайын флуоресценттик энбелгилерди колдонот.Сигналдын негизинде флуоресценцияны аныктоо үчүн флуоресценттик сигналдын сапаты кызыгуунун чоңдугуна оң байланыштуу.Флуоресценциянын интенсивдүүлүгү бутага жок болгон учурда анчалык деле чоң эмес жана жетиштүү сандагы бута болгондо аныкталат.Тескерисинче, "сигнал өчүрүү" флуоресценция менен аныкталган флуоресценциянын интенсивдүүлүгү максаттуу суммага тескери пропорционалдуу, алгач максималдуу мааниге жетет жана максат чоңойгон сайын акырындык менен азаят.Мисалы, CRISPR-Cas13a максаттуу көз каранды транс-жарык механизмин колдонуп, Tian et al.[97] түздөн-түз тескери транскрипцияны кыйгап өткөн РНКларды аныктоо үчүн жаңы таануу стратегиясын иштеп чыккан (сүрөт 6а).Комплементардык максаттуу РНКлар менен байланышкандан кийин, CRISPR-Cas13-РНК комплекси активдештирилиши мүмкүн, бул спецификалык эмес репортер РНКлар тарабынан трансколлатералдык бөлүнүүнү козгойт.Флуоресценттик этикеткаланган репортер [флюорофор (F)] өчүргүч (Q) бүтүн бойдон өчүрүлөт жана активдештирилген комплекс менен бөлүнгөндө флуоресценцияланат.
Электрохимиялык аныктоонун артыкчылыгы - аныктоонун жогорку ылдамдыгы, өндүрүштүн оңойлугу, арзан баасы, алып жүрүүгө оңой жана автоматтык башкаруу.Бул POCT колдонмолору үчүн күчтүү аналитикалык ыкма болуп саналат.Графендик талаа эффективдүү транзисторлордун негизинде Гао жана башкалар.[98] 2 pg/mL аныктоо чеги менен Borrelia burgdorferi бактерияларынан Лайм оорусу антигендерин мультиплекстик аныктоо үчүн нанобиосенсорду иштеп чыгышкан (сүрөт 6б).
Колориметрдик анализдер POCT тиркемелеринде колдонулуп, портативдиктин, арзан баанын, даярдоонун жеңилдигинин жана визуалдык окуунун артыкчылыктарынан пайда алышкан.Колориметрдик аныктоодо пероксидаза же пероксидаза сымал наноматериалдардын кычкылданышы, наноматериалдардын агрегациясы жана индикатордук боёктордун кошулушу максаттуу нуклеиндик кислоталардын бар экендиги жөнүндө маалыматты көрүнөө түс өзгөрүүлөрүнө айландыруу үчүн колдонулушу мүмкүн [99, 100, 101].Белгилей кетчү нерсе, алтын нанобөлүкчөлөрү колориметрдик стратегияларды иштеп чыгууда кеңири колдонулат жана алардын түстөрдүн тез жана олуттуу өзгөрүшүнө алып келүү жөндөмдүүлүгүнөн улам, жугуштуу оорулардын in situ диагностикасы үчүн POCT колориметриялык платформаларын иштеп чыгууга кызыгуу өсүүдө [102].Интегралдык борбордон четтөөчү микрофлюиддик аппарат [103] менен булганган сүттүн үлгүлөрүндөгү тамак-аштан таралган патогендерди 10 бактерия клеткасынын деңгээлинде автоматтык түрдө аныктоого болот жана натыйжаларды 65 мүнөттүн ичинде визуалдык түрдө окууга болот (сүр. 6c).
Магниттик сезүү ыкмалары так магниттик материалдарды колдонуу менен аналитиктерди аныктай алат, жана акыркы он жылдыкта POCT колдонмолоруна олуттуу кызыгуу бар.Магниттик сезүү ыкмалары кымбат оптикалык компоненттерге караганда, арзан магниттик материалдар сыяктуу уникалдуу артыкчылыктарга ээ.Бирок, магнит талаасын колдонуу аныктоонун натыйжалуулугун жакшыртат жана үлгү даярдоо убактысын кыскартат [104].Мындан тышкары, магниттик зонддун натыйжалары биологиялык үлгүлөрдүн магниттик фон сигналынын анча чоң эместигинен улам жогорку өзгөчөлүктү, сезгичтикти жана сигналдын ызы-чуунун жогорку катышын көрсөтөт [105].Шарма жана башкалар.көчмө микрочип платформасына магниттик туннель түйүнүндөгү биосенсорду бириктирди.[106] козгогучтарды мультиплекстүү аныктоо үчүн (сүрөт 6d).Биосенсорлор патогендерден бөлүнүп алынган субнаномолдук нуклеиндик кислоталарды сезгичтик менен аныктайт.
Сигналдарды аныктоонун типтүү ыкмасы.Cas13a гиперлокализацияланган аныктоо түшүнүгү ([97] ылайыкталган).b Graphene nanobiosensor FET Lyme GroES scFv менен бирге ([98] ылайыкташтырылган).c Борбордон четтөөчү микрофлюиддик чипте тамак-аш аркылуу жугуучу козгогучтарды мультиплекстик аныктоо үчүн колориметриялык көрсөткүчтөр: максаттуу патогендүү №1 жана №3 үлгүлөр жана максаттуу патогендери жок №2, №4 жана №5 үлгүлөр ([103] ылайыкташтырылган) .d Магниттик туннель түйүнүнүн негизиндеги биосенсор, анын ичинде платформа, орнотулган блокировкалоочу күчөткүч, башкаруу блогу жана сигналды өндүрүү/кабыл алуу үчүн энергия булагы ([106] ылайыкталган).GFET Graphene FET, ичеги таякчасы, ичеги таякчасы, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA полиметилметакрилат
Жогорудагы аныктоо ыкмаларынын сонун мүнөздөмөлөрүнө карабастан, дагы эле кемчиликтери бар.Бул ыкмалар салыштырылат (таблица 1), анын ичинде кээ бир колдонмолор деталдары менен (жакшы жана жаман жактары).
Микрофлюидиктердин, микроэлектромеханикалык системалардын, нанотехнологиянын жана материал таануунун өнүгүшү менен инфекциялык ооруларды аныктоо үчүн микрофлюиддик микросхемаларды колдонуу тынымсыз өнүгүүдө [55,96,107,108].Миниатюралык жабдууларды жана суюктуктарды так манипуляциялоо диагностиканын тактыгына жана экономикалык натыйжалуулугуна өбөлгө түзөт.Ошондуктан, андан ары өнүктүрүү үчүн микросхемаларды оптималдаштыруу жана модернизациялоо аракеттери көрүлүп, натыйжада ар кандай структуралар жана функциялар менен ар кандай микрофлюиддик чиптер пайда болду.Бул жерде биз микрофлюиддик платформалардын бир нече жалпы түрлөрүн кыскача тааныштырып, алардын мүнөздөмөлөрүн (жакшы жана жаман жактарын) салыштырабыз.Мындан тышкары, төмөндө келтирилген мисалдардын көбү SARS-CoV-2 менен күрөшүүгө багытталган.
LOCCs эң кеңири таралган кичирейтилген комплекстүү аналитикалык системалар жана алардын операциялары үлгүлөрдү инъекциялоо жана даярдоо, агымды башкаруу жана суюктуктарды аныктоодон өтө кичирейтилген, интеграцияланган, автоматташтырылган жана параллелдештирилген [109, 110].Суюктуктар кылдат иштелип чыккан геометрия жана басымдын градиенттери, капиллярдык аракет, электродинамика, магниттик талаалар жана акустикалык толкундар сыяктуу көптөгөн физикалык эффекттердин өз ара аракеттенүүсү аркылуу башкарылат [111].LOCC тез талдоо ылдамдыгы, кичинекей үлгү көлөмү, аз энергия керектөө жана башкаруунун жана операциянын жогорку эффективдүүлүгү менен жогорку өндүрүмдүү скринингде жана бир нече аныктоодо мыкты артыкчылыктарды көрсөтөт;бирок, LOCC түзмөктөрү абдан назик жана өндүрүш, таңгактоо жана интерфейс.Бирок, мультиплекстөө жана кайра колдонуу чоң кыйынчылыктарга дуушар болот [96].Башка платформаларга салыштырмалуу, LOCC максималдуу колдонуунун көп түрдүүлүгү жана технологиянын мыкты шайкештиги боюнча уникалдуу артыкчылыктарга ээ, бирок анын кемчиликтери да ачык, атап айтканда, жогорку татаалдык жана начар кайталануучулук.Көбүнчө көлөмдүү жана кымбат болгон тышкы насосторго көз карандылык аларды POCTте колдонууну андан ары чектейт.
COVID-19 эпидемиясынын учурунда LOCC көп көңүл бурулду.Ошол эле учурда, бир нече технологияларды бириктирген бир нече жаңы чиптер бар.Мисалы, смартфондор азыр көчмө аналитикалык түзүлүштөр катары кеңири колдонулат жана LOCC интеграциясы үчүн чоң потенциалга ээ.Sun жана башкалар.[21] LAMP жардамы менен беш патогендин, анын ичинде SARS-CoV-2нин өзгөчө нуклеиндик кислота ырааттуулугун мультиплекстештирүүгө мүмкүндүк берген микрофлюиддик чипти ойлоп табышкан жана реакция аяктагандан кийин 1 сааттын ичинде смартфондун жардамы менен анализдеген.Дагы бир мисал катары, Sundah et al.[112] смартфондор аркылуу SARS-CoV-2 РНК буталарын түз жана сезгич аныктоо үчүн молекулярдык өчүргүчтү [молекулярдык өтүү абалынын которуштуруусу (CATCH) аркылуу каталитикалык күчөтүү] түздү. CATCH портативдик LOCC менен шайкеш келет жана жогорку көрсөткүчтөргө жетишет (болжол менен 8 РНК көчүрмөсү/мкл; бөлмө температурасында < 1 ч) [112]. CATCH портативдик LOCC менен шайкеш келет жана жогорку көрсөткүчтөргө жетишет (болжол менен 8 РНК көчүрмөсү/мкл; бөлмө температурасында < 1 ч) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC жана обеспечивает превосходную производительность (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 ч при комнатной температурае) [112]. CATCH портативдүү LOCC менен шайкеш келет жана эң сонун өткөрүү жөндөмдүүлүгүн камсыз кылат (болжол менен 8 РНК көчүрмөсү/мкл; бөлмө температурасында < 1 саат) [112]. CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时2＀[1] CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时2＀[1] CATCH совместим с портативными LOCC жана обладает превосходной производительностью (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 саат при комнатной температура) [112]. CATCH портативдик LOCC менен шайкеш келет жана эң сонун иштешине ээ (болжол менен 8 РНК көчүрмөсү/мкл; бөлмө температурасында < 1 саат) [112].Мындан тышкары, молекулярдык диагностика үчүн LOCC аппараттары ошондой эле вакуум, сунуу жана электр талаалары сыяктуу кээ бир кыймылдаткыч күчтөрдү колдонушат.Канг жана башкалар.[113] вакуумдук плазмалык суюктук ПТР чипинин жардамы менен талаада COVID-19нын тез жана сандык диагностикасы үчүн реалдуу убакыт режиминде, ультра тез наноплазма-на-чип ПТРди көрсөттү.Ли жана башкалар.[114] кийинчерээк COVID-19 диагнозун коюуга мүмкүндүк берген созулган микрофлюиддик чипти иштеп чыгышкан.Платформа үлгүнүн сапаттык оң же терс экендигин аныктоо үчүн RT-LAMP күчөтүү системасын колдонот.Андан кийин, Ramachandran et al.[115] микрофлюидикада ишке ашырылган ион фокустоо ыкмасын тандаган изотахофорезди (ITP) колдонуу менен тиешелүү электр талаасынын градиенттерине жетишти.ITP менен, чийки назофарингеалдык тампон үлгүлөрүндөгү максаттуу РНКны автоматтык түрдө тазалоого болот.Андан кийин Ramachandran et al.[115] Бул ITP тазалоону ITP өркүндөтүлгөн LAMP жана CRISPR анализдери менен айкалыштырууда SARS-CoV-2 адамдын назофарингеалдык тампонунда жана клиникалык үлгүлөрүндө болжол менен 35 мүнөттө аныкталган.Мындан тышкары, тынымсыз жаңы идеялар пайда болот.Джадхав жана башкалар.[116] вертикалдуу багытталган алтын/күмүш менен капталган көмүртек нанотүтүктөрүн же бир жолу колдонулуучу электр ийритүү микро/нанотүтүктөрдү камтыган микрофлюиддик аппарат менен айкалышта үстүнкү Раман спектроскопиясынын негизинде диагностикалык схеманы сунуштаган.Мембраналык функционалдык орнотулган чыпкалуу микроканалдар бир жолу колдонулуучу.Аппарат шилекей, назофаринс жана көз жашы сыяктуу дененин ар кандай суюктуктарынан/экссудацияларынан вирустарды сиңирет.Ошентип, вирустун титери көп жана вирусту Раман кол тамгасы менен так аныктоого болот.
LOAD – борбордон четтөөчү микрофлюиддик платформа, мында бардык процесстер микроструктуралуу субстратты айлантуучу жыштык протоколу менен башкарылат [110].LOAD түзмөгү борбордон четтөө күчүн маанилүү кыймылдаткыч күч катары колдонуу менен мүнөздөлөт.Суюктуктар капиллярдык, Эйлер жана Кориолис күчтөрүнө да дуушар болушат.Центрифугалык түзүлүштү колдонуу менен анализдер радиалдык ичкериден сырткы абалга чейин үзгүлтүксүз суюктукта жүргүзүлүп, кошумча тышкы түтүктөргө, насосторго, кыймылдаткычтарга жана активдүү клапандарга муктаждык жок кылынат.Кыскасы, башкаруунун бирдиктүү ыкмасы операцияны жеңилдетет.Жүктөө борборунан бирдей аралыкта бир эле микрофлюиддик каналдагы суюктукка таасир этүүчү күчтөр бирдей, бул каналдын түзүлүшүн кайталоого мүмкүндүк берет.Ошентип, LOAD жабдуулары кадимки LOCC жабдууларына караганда долбоорлоо жана өндүрүү үчүн жөнөкөй жана үнөмдүү, ал эми реакциялар негизинен көз карандысыз жана параллелдүү;бирок борбордон четтөөчү жабдуулардын жогорку механикалык бекемдигинен улам, колдо болгон чип материалы чектелген жана кичинекей көлөмдөрү кыйын.машинага.Ошол эле учурда көпчүлүк LOAD аппараттары бир гана колдонуу үчүн иштелип чыккан, бул масштабдуу аныктоо үчүн кымбатка турат [96, 117, 118, 119].
Акыркы он жылдыктарда эң перспективдүү микрофлюиддик түзүлүштөрдүн бири болуп саналган LOAD изилдөөчүлөр менен өндүрүүчүлөрдүн олуттуу көңүлүн бурган.Ошентип, LOAD кеңири кабыл алынган жана жугуштуу патогендердин [120, 121, 122, 123, 124] молекулярдык диагностикасы үчүн, өзгөчө COVID-19 эпидемиясы учурунда колдонулган.Мисалы, 2020-жылдын аягында, Ji et al.[60] SARS-CoV-2 жана грипптин А жана В инфекцияларын тез жана автоматташтырылган параллелдүү аныктоо үчүн RT-qPCR түз анализин тамак тампонунун үлгүлөрүндө көрсөттү.Андан кийин Xiong et al.[74] 40 мүнөттүн ичинде адамдын жети респиратордук коронавирусун, анын ичинде SARS-CoV-2ди тез, так жана бир эле учурда аныктоо үчүн LAMP менен интеграцияланган дискоиддик микрофлюиддик платформаны көрсөттү.2021-жылдын башында де Оливейра жана башкалар.[73] COVID-19 RT-LAMP молекулярдык диагностикасы үчүн манжа учу ротатору менен кол менен башкарылган полистирол тонер центрифугалуу микрофлюиддик чипти көрсөттү.Андан кийин, Dignan et al.[39] SARS-CoV-2 РНКсын түздөн-түз боктун тампонунун бөлүмдөрүнөн тазалоо үчүн автоматташтырылган көчмө центрифугалык микротүзмөктү көрсөтүштү.Медвед жана башкалар.[53] SARS-CoV-2 аэрозолдук үлгүлөрүн алуу тутумун сунуш кылган, микрофлюоресценттик микрофлюоресценттик чип менен чакан көлөмдөгү айлануучу микрофлюоресценттик чипти аныктоо чеги 10 көчүрмө/мкл жана циклдин минималдуу босогосу 15 мүнөт.Суарес жана башкалар.[75] жакында LAMP аркылуу жылуулук менен активдештирилген назофарингеалдык тампон үлгүлөрүндө SARS-CoV-2 РНКсын түздөн-түз аныктоо үчүн интеграцияланган модулдук борбордон четтөөчү микрофлюиддик платформа иштелип чыкканын билдирди.Бул мисалдар COVID-19нын молекулярдык диагностикасындагы LOADтин чоң пайдасын жана убадасын көрсөтүп турат.
1945-жылы Мюллер жана Клегг [125] биринчи жолу фильтр кагазын жана парафинди колдонуу менен кагазга микрофлюиддик каналдарды көрсөтүштү.2007-жылы Whitesides тобу [126] белок менен глюкозаны текшерүү үчүн биринчи функционалдык кагаз платформасын түзгөн.Кагаз микрофлюидик үчүн идеалдуу субстрат болуп калды.Кагаз гидрофиликтүүлүк жана тешиктүү түзүлүш, эң сонун био шайкештик, жеңил салмак, ийкемдүүлүк, бүктөлөмдүүлүк, арзан баада, колдонуунун жеңилдиги жана ыңгайлуулугу сыяктуу өзгөчөлүктөргө ээ.Классикалык µPADs кагаз субстраттарына курулган гидрофильдүү/гидрофобдук структуралардан турат.Үч өлчөмдүү түзүлүшүнө жараша μPAD эки өлчөмдүү (2D) жана үч өлчөмдүү (3D) μPAD болуп бөлүнөт.2D µPAD микрофлюиддик каналдарды түзүү үчүн гидрофобдук чектерди түзүү жолу менен өндүрүлөт, ал эми 3D µPAD адатта 2D микрофлюиддик кагаздын катмарларынын дестелеринен, кээде кагазды бүктөп коюу, тайгалоо ыкмалары, ачык каналдар жана 3D басып чыгаруу аркылуу жасалат [96].μPADдеги суулуу же биологиялык суюктуктар биринчи кезекте тышкы кубат булагы жок капиллярдык күч менен башкарылат, бул реагенттерди алдын ала сактоону, үлгүлөрдү иштетүүнү жана мультиплексти аныктоону жеңилдетет.Бирок, агымды так башкаруу жана мультиплексти аныктоо жетишсиз аныктоо ылдамдыгы, сезгичтиги жана кайра колдонууга мүмкүн эместигинен улам тоскоолдук кылат [96, 127, 128, 129, 130].
Өзгөчө микрофлюиддик платформа катары μPAD HCV, HIV жана SARS-CoV-2 сыяктуу жугуштуу оорулардын молекулярдык диагностикасы үчүн кеңири жайылтылган жана иштелип чыккан [131, 132].HCV тандап жана сезгич аныктоо үчүн, Tengam et al.[133] пирролидинил пептидине негизделген жогорку спецификалык нуклеиндик кислота зондунун жардамы менен флуоресценттик кагазга негизделген жаңы биосенсорду иштеп чыккан.Нуклеиндик кислоталар жарым-жартылай кычкылданган целлюлоза кагазында коваленттүү иммобилизацияланып, аминотоптор менен альдегид топторунун ортосунда калыбына келтирүүчү алкилдешет жана аныктоо флуоресценцияга негизделген.Бул сигналдарды уюлдук телефон камерасы менен бирге портативдик флуоресценттик камерасы бар атайын жасалган гаджет окуй алат.Андан кийин, Лу жана башкалар.[134] никель/алтын нанобөлүкчөлөрү/көмүртек нанотүтүкчөлөрү/поливинил спирти органометаллдык алкактык композиттерге негизделген кагаз негизиндеги ийкемдүү электродду ДНКнын редокс индикатору катары метилен көктү колдонуу менен ДНК гибриддештирүү жолу менен ВИЧтин максаттуу аныктоосу үчүн иштеп чыгышкан.Жакында Чоудури жана башкалар.[135] пациенттин чийки шилекейин LAMP жана COVID-19 аналитин аныктоо үчүн портативдик сүрөттөө технологиясы менен айкалыштырып колдонуу менен µPAD тестирлөө үчүн гипотетикалык платформанын дизайнын көрсөттү.
Каптал агымынын сыноолору суюктуктарды капиллярдык күчтөр менен жетектейт жана суюктуктун кыймылын тешиктүү же микроструктуралуу субстраттардын нымдуулугун жана мүнөздөмөлөрү менен көзөмөлдөйт.Капталдан агымдын түзүлүштөрү үлгүдөн, конъюгаттан, инкубатордон жана детектордон жана абсорбенттерден турат.LFAдагы нуклеиндик кислотанын молекулалары бириктирүүчү жерде алдын ала сакталган жана комплекстер катары байланышкан белгилүү бир байланыштыргычтарды тааныйт.Суюктук инкубациялоо жана аныктоо пластинкаларынан өтүп жатканда комплекстер тест жана контролдоо линияларында жайгашкан басып алуу молекулалары тарабынан кармалып, түз көзгө окула турган натыйжаларды көрсөтөт.Адатта, LFA 2-15 мүнөттө бүтүшү мүмкүн, бул салттуу ачылышка караганда тезирээк.Атайын механизмден улам LFA бир нече операцияларды талап кылат жана кошумча жабдууларды талап кылбайт, бул аны колдонууга абдан ыңгайлуу кылат.Аны даярдоо жана кичирейтүү оңой, ал эми кагаз негизиндеги субстраттардын баасы төмөн.Бирок, ал сапаттык анализ үчүн гана колдонулат, ал эми сандык аныктоо өтө кыйын, мультиплекстөө жөндөмдүүлүгү жана өткөрүү жөндөмдүүлүгү өтө чектелген жана бир эле учурда бир гана жетиштүү нуклеин кислотасын аныктоого болот [96,110,127].
LFAнын көбү иммундук анализдерге багытталганына карабастан, LFAны микрофлюиддик микросхемаларда молекулярдык диагностика үчүн колдонуу да эффективдүү жана популярдуу [136].В гепатитинин вирусу, ВИЧ жана SARS-CoV-2 LFA Gong жана башкалар.[137] жогорку конверсиялык нанобөлүкчө LFA платформасын сунуштаган жана HBV нуклеиндик кислотасы сыяктуу бир нече максаттарды сезгич жана сандык аныктоо аркылуу бул кичирейтилген жана көчмө платформанын ар тараптуулугун көрсөттү.Мындан тышкары, Fu et al.[138] аз концентрацияларда HIV-1 ДНКсынын сандык анализи үчүн беттик күчөтүлгөн Раман спектроскопиясына негизделген жаңы LFA көрсөттү.SARS-CoV-2 тез жана сезгич аныктоо үчүн, Liu et al.[85] RT-RPA жана универсалдуу каптал агымын аныктоо системасын бирдиктүү микрофлюиддик системага айкалыштыруу менен микрофлюиддик-интегралдык RPA каптал агымынын анализин иштеп чыккан.
Ар кандай микрофлюиддик платформаларды колдонуу платформалардын мүмкүнчүлүктөрүн жана артыкчылыктарын толук пайдалануу менен конкреттүү изилдөөлөргө жараша өзгөрүп турат.Жеткиликтүү клапандар, насостор жана түтүктөр менен LOCC бул колдонмонун көп түрдүүлүгү жана өнүгүү үчүн эң чоң бөлмөсү менен өз ара аракеттенүү үчүн эң комплекстүү платформа.Ошондуктан, биз үмүттөнөбүз жана эң жаңы изилдөөлөр биринчи аракет катары LOCCде жүргүзүлүшүн жана шарттарды оптималдаштырууну сунуштайбыз.Мындан тышкары, системада кыйла эффективдүү жана так методдордун табылышы жана колдонулушу күтүлүүдө.LOAD учурдагы LOCC түзүлүштөрүнөн суюктуктарды так башкарууда өзгөчөлөнөт жана тышкы дисктерге муктаж болбостон борбордон четтөө күчү менен бир дисктерде уникалдуу артыкчылыктарды көрсөтөт, ал эми параллелдүү жооптор өзүнчө жана синхрондоштурууга болот.Ошентип, келечекте, LOAD азыраак кол операциялары жана жетилген жана автоматташтырылган технологиялар менен негизги микрофлюиддик платформа болуп калат.µPAD платформасы LOCC жана кагаз негизиндеги материалдардын артыкчылыктарын арзан баада, бир жолку диагностика үчүн айкалыштырат.Ошондуктан, келечектеги өнүгүү ыңгайлуу жана жакшы түзүлгөн технологияларга багытталышы керек.Мындан тышкары, LFA жылаңач көз менен аныктоо үчүн ылайыктуу, үлгү керектөөнү азайтууга жана аныктоону тездетүүгө убада берет.Платформанын кеңири салыштыруусу 2-таблицада көрсөтүлгөн.
Санарип анализдери үлгүнү көптөгөн микрореакторлорго бөлөт, алардын ар бири максаттуу молекулалардын дискреттик санын камтыйт [139, 140].Санариптик анализдер миңдеген параллелдүү биохимиялык эксперименттерди бир эле учурда жана үзгүлтүксүз фазада эмес, микрон масштабдуу бөлүмдөрүндө жекече аткаруу менен абсолюттук сандык аныктоону жүргүзүү үчүн олуттуу артыкчылыктарды сунуштайт.Салттуу микрофлюидиктерге салыштырмалуу отсектик реакциялар үлгүнүн көлөмүн азайтып, реакциянын эффективдүүлүгүн жогорулатып, каналдарды, насосторду, клапандарды жана компакт конструкцияларды талап кылбастан башка аналитикалык методдор менен оңой интеграцияланышы мүмкүн [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147].Эритмелерди, анын ичинде реагенттерди жана клеткалар, нуклеиндик кислоталар жана башка бөлүкчөлөр же молекулалар сыяктуу үлгүлөрдү бирдей жана так бөлүүгө жетишүү үчүн санариптик анализдерде төмөнкү эки ыкма колдонулат: (1) суюктук интерфейсинин туруксуздугун пайдаланган тамчы эмульсиялары;(2) массивди бөлүү аппараттын геометриялык чектөөлөрү менен ишке ашырылат.Биринчи ыкмада микроканалдардагы реагенттерди жана үлгүлөрдү камтыган тамчыларды ко-ток, кайчылаш агым, агымды фокустоо, этаптуу эмульсия, микроканал эмульсиясы жана мембраналар илешкектүү жылышуу күчтөрү жана каналды өзгөртүү менен эмульсиялоо сыяктуу пассивдүү ыкмалар менен түзүүгө болот.локализациялоо [143, 145, 146, 148, 149] же активдүү ыкмаларды колдонуу [150, 151], алар электрдик, магниттик, жылуулук жана механикалык башкаруу аркылуу кошумча энергияны киргизет.Акыркы ыкмада микрофлюиддик камералардагы суюктуктун көлөмүнүн бирдейлиги бирдей өлчөмдөгү мейкиндик структураларын сактоо менен бөлүштүрүлөт, мисалы, микропиттер жана беттик массивдер [152,153,154].Белгилей кетчү нерсе, тамчылар санарип микрофлюидиктердин (DMF) негизинде электрод массивдеринде түзүлүп, иштетиле турган негизги агым бөлүктөрү.Диэлектриктердин электрдик нымдоосу эң жакшы изилденген ДМФ теорияларынын бири болуп саналат, анткени диэлектриктерди электр менен нымдоо суюктуктун формасын жана ар кайсы тараптан өткөн симметриялык эмес электрдик сигналдарды башкаруу менен жеке тамчыларды так башкарууга мүмкүндүк берет [141, 144].DMFдеги тамчылар менен болгон негизги операцияларга сорттоо, бөлүү жана бириктирүү кирет [151, 155, 156], алар анализдин ар кандай тармактарында, өзгөчө молекулярдык детектерде колдонулушу мүмкүн [157, 158, 159].
Санариптик нуклеиндик кислотаны аныктоо - бул кадимки ПТР жана сандык реалдуу убакыттагы ПТРден (qPCR) кийинки үчүнчү муундагы молекулярдык диагностикалык технология, жогорку ылдамдыктагы секвенирлөө жана суюктук биопсиясы менен параллелдүү.Акыркы эки он жылдыкта санариптик нуклеиндик кислоталар жугуштуу козгогучтарды молекулярдык диагностикалоо тармагында тез өнүккөн [160, 161, 162].Санариптик нуклеин кислотасын аныктоонун абсолюттук сандык көрсөткүчү ар бир максаттуу ырааттуулуктун ар бир жеке бөлүмгө кирүү ыктымалдыгы бирдей болушун камсыз кылуу үчүн үлгүлөрдү жана реагенттерди өзүнчө бөлүмдөргө таңгактоодон башталат.Теориялык жактан алганда, ар бир бөлүмгө бир нече максаттуу ырааттуулук ыйгарылышы мүмкүн, же көз карандысыз микрореакция системасы жок болушу мүмкүн.Жогоруда сүрөттөлгөн ар кандай сезүү механизмдери аркылуу белгилүү бир босогодон жогору сигналдарды жаратуучу микробдук максаттуу ырааттуулугу бар бөлүмдөрдү жылаңач көз менен же машина аркылуу көрүүгө болот жана позитивдүү деп белгиленет, ал эми босогодон төмөн сигналдарды жараткан башка бөлүмдөр оң деп белгиленет. .терс болгондор, алар ар бир бөлүм үчүн сигналды логикалык кылат.Ошентип, түзүлгөн отсектердин санын жана реакциядан кийин оң натыйжалардын ылдамдыгын эсептөө менен, тест үлгүлөрүнүн түп нускаларын Пуассондун бөлүштүрүү формуласын колдонуп, стандарттуу ийри сызыктын кереги жок эле дал келтирүүгө болот, бул сыяктуу күндөлүк сандык анализдер үчүн талап кылынат. qPCR катары.[163] Салттуу молекулярдык диагностикалык методдорго салыштырмалуу санариптик нуклеин кислотасын аныктоонун автоматташтырылган деңгээли жогору, талдоо ылдамдыгы жана сезгичтиги жогору, реагенттер аз, булгануу азыраак, долбоорлоо жана өндүрүш жөнөкөйлөштүрүлгөн.Ушул себептерден улам, молекулярдык диагностика үчүн санариптик анализдерди, өзгөчө тамчыга негизделген ыкмаларды колдонуу, күчөтүү жана сигналды окуу ыкмаларын айкалыштыруу SARS-CoV-2 критикалык эпидемиясында жакшы изилденген.Мисалы, Yin жана башкалар.[164] микрофлюиддик чипте SARS-CoV-2деги ORF1ab, N жана RNase P гендерин аныктоо үчүн тамчы санариптик жана тез ПТР ыкмаларын бириктирди.Белгилей кетчү нерсе, система 115 секунданын ичинде оң сигналды аныктай алды, бул кадимки ПТРге караганда тезирээк, бул анын жардам көрсөтүү пунктун аныктоодогу натыйжалуулугун көрсөтөт (7а-сүрөт).Донг жана башкалар.[165], Sow et al.[157], Чен жана башкалар.[166] жана Alteri et al.[167] ошондой эле SARS-CoV-2ди микрофлюиддик системада аныктоо үчүн тамчылатуучу санариптик ПТР (ddPCR) колдонду.аныктоо курсун мындан ары жакшыртуу үчүн, Shen et al.[168] ddPCR негизинде чиптин сүрөттөөсүнө 15 секунддун ичинде сүрөт тигиш ыкмаларын колдонбостон жетишти, бул ddPCR технология процессин лабораториядан колдонууга чейин тездетти.Реакция шарттарын жөнөкөйлөтүү жана тез жооп берүү үчүн ПТР сыяктуу жылуулук күчөтүү ыкмалары гана эмес, изотермикалык күчөтүү ыкмалары да колдонулат.Лу жана башкалар.[71] тамчыларды талдоо үчүн SlipChipти иштеп чыкты, ал бир кадамда жогорку тыгыздыкта ар кандай өлчөмдөгү тамчыларды жаратууга жана санариптик LAMP аркылуу SARS-CoV-2 нуклеиндик кислоталардын санын аныктоого жөндөмдүү (7б-сүрөт).Тез өнүгүп жаткан технология катары, CRISPR кошумча нуклеин кислотасынын тактарын талап кылбастан, ыңгайлуу колориметрдик сүрөт аркылуу санариптик нуклеиндик кислотаны аныктоодо маанилүү ролду ойной алат.Акерман жана башкалар.нуклеиндик кислоталарды мультиплекстик баалоо үчүн комбинатордук матрицалык реакцияны иштеп чыккан.[158] микроуюлдук анализде CRISPR-Cas13 негизиндеги нуклеин кислотасын аныктоочу реагенттерди камтыган тамчылардан SARS-CoV-2 менен кошо 169 адам менен байланышкан вирустарды аныкташкан (сүрөт 7c).Мындан тышкары, изотермикалык күчөтүү жана CRISPR технологиясы экөөнүн тең артыкчылыктарын айкалыштыруу үчүн бир эле системада колдонулушу мүмкүн.Парк жана башкалар.[169] CRISPR/Cas12a санариптик анализи коммерциялык микрофлюиддик чипте өндүрүлгөн жана жылуулук менен өлтүрүлгөн SARS-CoV-2ди аныктоо үчүн иштелип чыккан, бир баскычтуу RT-RPAнын негизинде сигналдан фонго кыскараак жана жогорураак аныктоо менен. убакыт катышы., кененирээк динамикалык диапазон жана жакшы сезгичтик (сүрөт 7d).Бул мисалдардын кээ бир сүрөттөлүшү 3-таблицада келтирилген.
Нуклеин кислотасын аныктоо үчүн типтүү санариптик платформа.a Тез санариптик ПТР иш процесси төрт негизги кадамдан турат: үлгү даярдоо, реакция аралашмасын бөлүштүрүү, күчөтүү процесси жана максаттуу сандык аныктоо ([164] ылайыкталган).b SlipChip тамчыларынын жогорку тыгыздыкта тамчылардын пайда болушу үчүн схемалык анализи ([71] ылайыкташтырылган).c CARMEN-Cas иш процессинин диаграммасы13 ([158] ылайыкталган).d Бир идиште CRISPR/Cas менен өркүндөтүлгөн санариптик вирустарды аныктоого сереп салуу ([169] ылайыкталган).Майдагы суу жок, полидиметилсилоксан PDMS, ПТР полимераздык чынжыр реакциясы, DAQ маалыматтарын чогултуу, PID пропорционалдык интегралдык туунду, мультиплекс нуклеиндик кислотаны баалоо үчүн КАРМЕН комбинатордук матрицалык реакциясы, SARS-CoV-2, катуу курч респиратордук синдром, коронавирус2, RT Тескери транскриптаза рекомбиназа полимераза-РПАнын күчөтүлүшү, фондо S/B сигналы