Nouvèl

Estrateji dyagnostik tradisyonèl pou detekte maladi enfektye yo mande pou yo sèvi ak enstriman benchtop ki pa apwopriye pou tès point-of-care (POCT).Microfluidics émergentes se yon teknoloji ki trè miniaturize, otomatize ak entegre ki se yon altènativ potansyèl pou metòd tradisyonèl yo pou rapid, pri ki ba, egzat sou plas dyagnostik.Metòd dyagnostik molekilè yo lajman itilize nan aparèy mikrofluidik kòm metòd ki pi efikas pou deteksyon patojèn.Revizyon sa a rezime dènye pwogrè nan dyagnostik molekilè ki baze sou mikrofluid nan maladi enfeksyon nan tou de yon pèspektiv akademik ak endistriyèl.Premyèman, nou dekri yon pwosesis tipik sou-chip nan asid nikleyik, ki gen ladan echantiyon pre-tretman, anplifikasyon, ak lekti siyal.Lè sa a, karakteristik yo, avantaj ak dezavantaj kat kalite platfòm mikrofluidik yo konpare.Apre sa, nou pral diskite sou itilizasyon analiz dijital pou quantification absoli asid nikleyik.Tou de aparèy dyagnostik molekilè ki baze sou mikwofluidik klasik ak dènye komèsyal yo rezime kòm prèv eta aktyèl mache a.Finalman, nou pwopoze direksyon nan lavni pou dyagnostik mikrofluidik maladi enfeksyon.
Maladi enfektye yo koze pa patojèn, tankou bakteri, viris, ak parazit, ki distribye atravè mond lan.Kontrèman ak lòt maladi, patojèn vin enfekte byen vit epi gaye ant moun ak bèt lame atravè vaksinasyon, lè ak dlo [1].Prevansyon maladi enfektye enpòtan anpil kòm yon mezi sante piblik.Twa estrateji prensipal pou konbat maladi enfeksyon: (1) kontwole sous enfeksyon an;(2) entèripsyon chemen transmisyon an;(3) pwoteksyon popilasyon sansib.Pami estrateji prensipal yo, kontwòl sous enfeksyon an konsidere kòm estrateji ki pi enpòtan akòz konvenyans li yo ak pri ki ba.Dyagnostik rapid, izolasyon, ak tretman moun ki enfekte yo kritik, ki mande rapid, sansib, ak egzat estrateji dyagnostik [2].Dyagnostik aktyèl la nan maladi enfeksyon anjeneral konbine egzamen klinik ki baze sou siy ak sentòm ak etid laboratwa tankou kilti selil ak dyagnostik molekilè, ki mande pou pèsonèl ki resevwa fòmasyon, pwosedi travay-entansif, ak ekipman tès chè [3, 4].Prevansyon epidemi maladi enfektye mande pou dyagnostik lokal rapid, ki pa chè ak egzat, espesyalman nan zòn ki gen resous limite kote maladi enfektye yo komen ak grav [5], osi byen ke tretman nan dezè a oswa sou chan batay la, kote ijans yo enprevizib..swen medikal limite [6].Nan kontèks sa a, mikrofluidik se yon teknoloji ki konbine teknoloji sistèm mikwo-elektromekanik, nanoteknoloji, oswa syans materyèl pou manipilasyon likid presi [7,8,9,10], bay nouvo posiblite pou deteksyon pwen-of-care (POCT).) ajan enfektye deyò lopital ak laboratwa.Konpare ak dyagnostik tradisyonèl ki pran tan, teknoloji mikrofluidik ofri echantiyon ak ekonomi pri pou dyagnostik molekilè pandan epidemi maladi.Pwopagasyon mondyal maladi kowonaviris 2019 (COVID-19) ki te koze pa kowonaviris sendwòm respiratwa egi grav 2 (SARS-CoV-2), kidonk enpòtans mikrofluidik pou prevansyon alè ak kontwòl pandemi an ankò mete aksan sou [11, 12]. , 13].Kontrèman ak dyagnostik tradisyonèl yo, microfluidic POCT sèvi ak ti aparèy pòtab sòti nan analizeur benchtop ak ti bann tès sidestream pou teste tou pre pwen echantiyon an [14].Tès sa yo prezante preparasyon echantiyon senp oswa pa gen okenn, anplifikasyon siyal rapid, ak lekti siyal sansib ki lakòz yon dire kout ak rezilta egzat nan kèk minit.Disponibilite ak pwodiksyon an mas enstriman swen sante ki baze sou mikwofluid yo te elaji aplikasyon pou dyagnostik ki efikas ak dirèk yo deyò lopital la, toupre pasyan an, e menm lakay yo.
Pami estrateji ki egziste deja pou dyagnostik maladi enfeksyon, dyagnostik molekilè se youn nan pi sansib la [15, 16].Anplis de sa, yo souvan itilize dyagnostik molekilè kòm estanda lò pou deteksyon kontinyèl COVID-19, sa ki pèmèt deteksyon dirèk nan rejyon espesifik viris RNA oswa ADN anvan aparisyon yon repons iminitè [17, 18].Nan revizyon aktyèl la, nou prezante dènye pwogrè yo nan pwosesis dyagnostik molekilè ki baze sou mikrofluidik pou maladi enfeksyon, ki soti nan yon pèspektiv akademik nan pèspektiv endistriyèl nan lavni (figi 1).Nou pral kòmanse ak twa etap kle nan deteksyon asid nikleyik: pretretman echantiyon sou-chip, anplifikasyon asid nikleyik, ak lekti siyal.Lè sa a, nou konpare diferan kalite platfòm mikrofluidik ak estrikti ak fonksyon yo, ki montre karakteristik inik (fòs ak feblès).Deteksyon dijital asid nikleyè yo diskite plis epi yo bay kòm yon egzanp yon teknoloji twazyèm jenerasyon pou quantification absoli molekil patojèn ki bay enfeksyon.Anplis de sa, yo pral prezante plizyè aparèy POCT tipik ak dènye komèsyal pou demontre eta aktyèl mache POCT mikrofluidik la pou dyagnostik molekilè.Nou pral diskite tou epi eksplike vizyon nou pou aplikasyon pou fiti yo.
Modil chips mikrofluidik pou deteksyon asid nikleyik ka divize an twa kategori (echantiyon, rekonesans, ak siyal) dapre fonksyon yo [19].Pami modil sa yo, modil echantiyon an sitou reyalize echantiyon lysis ak ekstraksyon asid nikleyik.Modil Capteur a sitou kontwole konvèsyon ak anplifikasyon siyal asid nikleyik.Modil la siyal detekte siyal la konvèti ak trete pa modil la deteksyon.Ki baze sou pwosesis detekte asid nikleyik sou yon chip, nou pral rezime chips yo divès kalite ki ka reyalize fonksyon an "antre ak pwodiksyon".
Premye etap la nan deteksyon asid nikleyik se ekstraksyon asid nikleyik, sa vle di izole asid nikleyik sib la nan echantiyon orijinal la.Ekstraksyon asid nikleik fèt pou pirifye asid nikleyik soti nan lòt kontaminan molekilè, asire entegrite estrikti prensipal la nan molekil asid nikleyik, ak optimize rezilta yo.Ekstraksyon asid nikleik mande pou liz echantiyon ki nesesè yo ak kaptire asid nikleyik, bon jan kalite a ak efikasite nan ki gen yon gwo enpak sou rechèch ak rezilta dyagnostik.Nenpòt efè segondè sibtil pandan ekstraksyon ka limite plis deteksyon.Pou egzanp, metòd reyaksyon chèn polymerase (PCR) ak anplifikasyon izotèmik bouk (LAMP) yo anpeche pa kèk solvang òganik rezidyèl tankou etanòl ak izopropanol nan reyaktif izolasyon asid nikleyik [20].Ekstraksyon likid-likid ak ekstraksyon solid-faz yo se metòd ki pi popilè pou izole asid nikleyik [21], sepandan, ekstraksyon likid-likid sou yon chip trè limite, paske reyaktif yo itilize nan ekstraksyon likid-likid lakòz korozyon nan pifò chips mikrofluid. .Isit la, nou mete aksan sou metòd ekstraksyon faz solid ki baze sou mikro epi konpare avantaj ak dezavantaj yo.
Silisyòm se yon materyèl substrate konpatib ak asid nikleyik akòz biokonpatibilite li, estabilite, ak fasilite nan modifikasyon [22].Sa ki enpòtan, lè yo modifye ak silica oswa lòt materyèl, konpoze sa a montre pwopriyete yo adsorbe asid nikleyik chaje negatif anba pH ba, kondisyon sèl segondè pandan y ap eliye ak pH segondè, solisyon ki ba sèl.Ki baze sou fenomèn sa a, li posib pou pirifye asid nikleyik la.
Plizyè fòm materyèl ki baze sou silica yo te itilize pou fè ekstraksyon asid nikleyik nan mikrofluidik, tankou pèl silica, poud, filtè mikrofibr, ak manbràn silica [23, 24, 25, 26].Tou depan de pwopriyete yo nan materyèl la, materyèl ki baze sou Silisyòm ka itilize nan mikro-sikwi nan diferan fason.Pou egzanp, granules silica, poud, ak nanofiltè komèsyal yo ka tou senpleman mete nan porositë yo oswa microchannels nan chips mikrofluidik epi ede ekstrè asid nikleyik nan echantiyon [27, 28, 29].Sifas-modifye manbràn silica kapab tou itilize rapidman pirifye ADN soti nan patojèn nan pri ki ba.Pou egzanp, Wang et al.[30] Lè yo konbine reyaksyon anplifikasyon denaturasyon ak echanj chèn vesikul ak manbràn silica kouvwi ak oligosakarid chitosan, yo te prezante yon sistèm pòtab versatile ki te detekte avèk siksè 102-108 inite ki fòme koloni.(CFU)/ml Vibrio parahaemolyticus., ak prezans viris la te fasil vizib.Powell et al.[31] Lè sa a, yo te itilize microarrays ki baze sou Silisyòm pou detekte viris epatit C (HCV), viris iminodefisyans imen (VIH), viris Zika, ak papillomaviris imen ak pwopagasyon otomatik, kote yo te devlope yon mikroreaktè tortuous 1.3 μl pou pran viris RNA.epi fè anplifikasyon in situ.Anplis de metòd sa yo, mikrokolòn silica ki modifye sifas yo jwe tou yon wòl kle nan ekstraksyon asid nikleyik, paske jeyometri ak pwopriyete materyèl ki modifye yo ogmante efikasite ekstraksyon.Chen et al.[32] pwopoze yon platfòm mikrofluidik pou izolasyon RNA ki ba konsantrasyon ki baze sou mikrokolòn Silisyòm amino-kouvwi.Aparèy mikrofluidik sa a entegre yon etalaj 0.25 cm2 micropillars sou yon substra Silisyòm pou reyalize pi wo efikasite ekstraksyon atravè yon konsepsyon ki wo sifas ak rapò volim.Avantaj nan konsepsyon sa a se ke aparèy mikrofluidik la ka reyalize jiska 95% efikasite ekstraksyon asid nikleyik.Estrateji sa yo ki baze sou Silisyòm demontre valè rapidman izole asid nikleyik a pri ki ba.Nan konbinezon ak chips mikrofluidik, estrateji ekstraksyon ki baze sou Silisyòm ka pa sèlman ogmante efikasite nan deteksyon asid nikleyik, men tou, fasilite miniaturizasyon ak entegrasyon aparèy analyse [20].
Metòd separasyon mayetik yo itilize patikil mayetik pou izole asid nikleyik nan prezans yon jaden mayetik ekstèn.Patikil mayetik souvan itilize yo enkli Fe3O4 oswa γ-Fe2O3 patikil mayetik kouvwi ak silica, amine ak carboxyl [33,34,35,36].Karakteristik distenktif nan patikil mayetik konpare ak metòd SPE ki baze sou Silisyòm se fasilite nan manipilasyon ak kontwòl ak leman ekstèn.
Lè l sèvi avèk entèraksyon elektwostatik ant asid nikleyik ak silica, nan kondisyon ki gen gwo sèl ak pH ki ba, asid nikleyik yo adsorbe sou sifas patikil mayetik kouvwi silica, pandan y ap nan kondisyon ki ba sèl ak pH segondè, molekil yo ka lave. ankò..Pèl mayetik kouvwi silica fè li posib pou ekstrè ADN nan echantiyon gwo volim (400 μL) lè l sèvi avèk mouvman kontwole mayetik [37].Kòm yon demonstrasyon, Rodriguez-Mateos et al.[38] itilize leman tunable pou kontwole transfè pèl mayetik nan chanm diferan.Ki baze sou patikil mayetik kouvwi silica, 470 kopi/mL SARS-CoV-2 jenomik RNA ka ekstrè nan echantiyon dlo ize pou deteksyon transcription ranvèse LAMP (RT-LAMP) epi repons lan ka li nan lespas 1 èdtan.je toutouni (figi 2a).
Aparèy ki baze sou materyèl mayetik ak pore.Dyagram konseptyèl aparèy mikrofluidik IFAST RT-LAMP pou deteksyon SARS-CoV-2 RNA (adapte de [38]).b Santrifij mikwo aparèy pou dSPE nan asid nikleyik prelèvman bouch (adapte de [39]).c Konsantrasyon echantiyon ki mache ak pwòp tèt ou ki entegre lè l sèvi avèk yon kat FTA® (adapte de [50]).d Papye filtre Fusion 5 modifye ak chitosan (adapte de [51]).SARS-CoV-2 sendwòm respiratwa egi grav kowonaviris 2, RT-LAMP ranvèse transkripsyon anplifikasyon izotèmik medyatè, patnè teknoloji rechèch FTA, asid nikleyik NA
Patikil mayetik ki chaje pozitivman yo ideyal pou tache zo rèl do fosfat yon asid nikleyik.Nan yon sèten konsantrasyon sèl, gwoup fosfat ki chaje negatif nan asid nikleyik yo ka chaje pozitivman sou sifas patikil mayetik konpoze yo.Se poutèt sa, nanopartikul mayetik ak yon sifas ki graj ak yon gwo dansite nan gwoup amine yo te devlope pou fè ekstraksyon nan asid nikleyik.Apre separasyon mayetik ak bloke, nanopartikil mayetik ak konplèks ADN ka dirèkteman itilize nan PCR, ki elimine nesesite pou pirifikasyon konplèks ak tan konsome operasyon ak elisyon [35].Nanopartikul mayetik kouvwi ak gwoup carboxyl negatif yo te itilize tou pou separe asid nikleyik adsorbed sou sifas nan gwo konsantrasyon polyethylene glycol ak solisyon klori sodyòm [36].Avèk pèl mayetik sifas modifye sa yo, ekstraksyon ADN konpatib ak anplifikasyon ki vin apre.Dignan et al.[39] te dekri yon platfòm mikrofluidik santrifujeur otomatik ak pòtab pou pretretman asid nikleyik, ki pèmèt pèsonèl ki pa teknik yo sèvi ak li sou plas.Anplis de sa, konpatibilite ADN izole a ak LAMP, yon metòd ki byen adapte pou analiz asid nikleyik pwen-of-swen, plis demontre kondisyon ekipman minimòm ak konvnab pou tès kolorimetrik (figi 2b).
Metòd mayetik pèl ofri posibilite pou fè ekstraksyon otomatik, kèk ladan yo ki egziste nan èkstraktè komèsyal otomatik asid nikleyè [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, USA), QIAcube® HT;CapitalBio (Beijing, Lachin) ak Biomek®;Beckman (Miami, Etazini).), Florid, USA)].Avantaj ki genyen nan konbine pèl mayetik ak mikrofluidik yo ka itilize pou ekstraksyon otomatik efikas nan asid nikleyik, ki ta ka potansyèlman avanse devlopman nan dyagnostik molekilè;sepandan, konbinezon an nan pèl mayetik ak mikrofluidik toujou depann anpil sou sistèm kontwòl konplèks pou manipilasyon presi nan pèl mayetik, ki eksplike popilarite nan pwodwi komèsyal yo te ankonbran ak chè, ki limite aplikasyon an plis nan pèl mayetik nan POCT.
Plizyè materyèl ki mouye tankou filtè nitrocellulose modifye, kat Finders Technology Associates (FTA), papye filtre ki baze sou polyethersulfone, ak materyèl glycan ki kouvwi yo te itilize tou pou deteksyon asid nikleyik [40, 41, 42, 43, 44].Yo te itilize materyèl fibre ki mouye tankou papye fib pou izole ADN lè yo te antre fizikman molekil ADN ki long bloke ak fib.Ti porositë mennen nan yon restriksyon fizik fò nan molekil ADN, ki afekte pozitivman ekstraksyon ADN.Akòz diferan gwosè pò yo nan papye fib, efikasite ekstraksyon an pa ka satisfè bezwen yo nan anplifikasyon ADN [45, 46].Kat FTA a se yon papye filtre komèsyal ki itilize nan domèn medsin legal epi ki lajman itilize nan lòt domèn dyagnostik molekilè.Atravè itilizasyon papye filtre seluloz ki enpreye ak divès kalite pwodui chimik pou lise manbràn selilè yo nan echantiyon an, ADN ki lage a pwoteje kont degradasyon pou jiska 2 zan.Plis dènyèman, yo te devlope papye seluloz enpreye pou deteksyon molekilè divès kalite patojèn, tankou SARS-CoV-2, leishmaniasis, ak malarya [47,48,49].VIH nan plasma izole a liz dirèkteman, epi asid nikleyik viral la anrichi nan manbràn koule FTA® ki te bati nan konsantratè a, ki pèmèt pwodiksyon efikas nan asid nikleyik [50] (Fig. 2c).Pwoblèm prensipal ki genyen ak deteksyon asid nikleyik lè l sèvi avèk kat FTA se ke pwodwi chimik tankou guanidine ak izopropanol anpeche reyaksyon anplifikasyon ki vin apre yo.Pou rezoud pwoblèm sa a, nou devlope Fusion 5 kitosan modifye papye filtre, ki konbine avantaj ki genyen nan tou de antrelaz fizik molekil ADN ak papye filtre fib, ak adsorption elektwostatik ADN sou konpoze kitosan modifye pou reyalize ekstraksyon asid nikleyik trè efikas. ..fib filtre [51] (figi 2d).Menm jan an tou, Zhu et al.[52] te demontre yon metòd PCR modifye chitosan ki baze sou yon sistèm mikrofluidik kapilè in situ pou izòlman rapid ak deteksyon RNA viris Zika.Asid nukleik yo ka adsorbed/desorbed nan yon medyòm lysate/PCR melanje, respektivman, ki baze sou pwopriyete a switch on/off nan chitosan.sou ak koupe”, reponn a pH.
Kòm mansyone pi wo a, estrateji sa yo konbine avantaj ki genyen nan divès kalite materyèl faz solid ak ogmante efikasite nan ekstraksyon asid nikleyik nan mikrofluidik.Nan aplikasyon pratik, itilizasyon materyèl sa yo nan gwo kantite pa ekonomik, ak tretman sifas apwopriye oswa modifikasyon sifas materyèl komen ak materyèl sa yo kapab tou prezève fonksyon yo.Se poutèt sa, yo kwè ke aplikasyon an nan estrateji sa yo apre yon etid pilòt ka diminye depans yo.
Tès asid nikleik sou platfòm mikwofluidik souvan itilize ti volim echantiyon (< 100 µl), kidonk mande pou anplifikasyon asid nikleyik sib yo ak sond espesifik pou konvèsyon an yon siyal ki bon pou deteksyon en (optik, elektrik, ak mayetik) [53, 54]. Tès asid nikleik sou platfòm mikwofluidik souvan itilize ti volim echantiyon (< 100 µl), kidonk mande pou anplifikasyon asid nikleyik sib yo ak sond espesifik pou konvèsyon an yon siyal ki bon pou deteksyon en (optik, elektrik, ak mayetik) [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]. Lè w teste asid nikleyik sou platfòm mikwofluid, yo souvan itilize ti volim echantiyon (<100 µL), kidonk anplifikasyon asid nikleyik sib ak sond espesyal oblije konvèti li an yon siyal ki bon pou deteksyon ki vin apre (optik, elektrik, ak mayetik). [53, 54].微流控 （（（（（， 需要 需要 探针 目标 核酸 ， 转换 为 便于 便于 下游 检测 检测 磁学 磁学 磁学 信号 信号 信号 信号 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于 便于]。微流控 平台 上 核酸 检测 使用 （（<100 µl） ， 需要 特定 探针 扩增 目标 ， 以 转换 为 下游 （（光学 电学 磁学） 的]。 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]]. Deteksyon asid nikleyik sou platfòm mikrofluidik anjeneral itilize ti volim echantiyon (<100 μl), ki mande pou anplifikasyon asid nikleyik sib ak sond espesyal pou konvèti yo an siyal pou deteksyon ki vin apre (optik, elektrik ak mayetik) [53, 54]] .Anplifikasyon asid nikleik nan mikrofluidik kapab tou akselere reyaksyon, optimize limit deteksyon, diminye egzijans echantiyon, ak amelyore presizyon deteksyon [55, 56].Nan dènye ane yo, ak realizasyon an nan deteksyon rapid ak egzat, yo te aplike divès metòd anplifikasyon asid nikleyik nan mikrofluidik, ki gen ladan PCR ak kèk reyaksyon izotèmik anplifikasyon.Seksyon sa a pral rezime metòd pou deteksyon asid nikleyik ki baze sou sistèm mikrofluidik.
PCR se yon simulation nan pwosesis replikasyon ADN nan yon òganis, teyori a ki dekri an detay yon lòt kote epi yo pa pral diskite isit la.PCR ka anplifye yon ti kantite sib ADN / RNA nan yon vitès eksponansyèl, fè PCR yon zouti pwisan pou deteksyon rapid nan asid nikleyik.Nan dènye deseni yo, anpil aparèy pòtab mikrofluidik ekipe ak sistèm PCR tèmik monte bisiklèt yo te devlope pou satisfè bezwen dyagnostik pwen-of-care [57, 58].On-chip PCR ka divize an kat kalite (konvansyonèl, koule kontinyèl, espasyal chanje, ak konvektif PCR) dapre diferan metòd kontwòl tanperati [59].Pou egzanp, Gee et al.[60] devlope yon metòd PCR quantitative transkripsyon ranvèse dirèk (RT-qPCR) sou pwòp platfòm mikrofluid yo pou deteksyon multiplex SARS-CoV-2, viris grip A ak B nan echantiyon prelèvman gòj (figi 3a).Park et al.[61] bati yon chip analiz patojèn senp pa entegre PCR fim mens, elektwòd, ak yon modil mikwofluidik ki baze sou polydimethylsiloxane ki baze sou dwèt.Sepandan, tou de travay yo enkòpore enpèfeksyon yo komen nan PCR konvansyonèl yo.PCR mande pou monte bisiklèt tèmik, ki limite plis miniaturizasyon aparèy ak redwi tan tès yo.
Devlopman PCR kontinyèl ki baze sou mikwofluidik ak espas-chanje se yon bagay enpòtan pou rezoud pwoblèm sa a.Sèvi ak yon chanèl serpentine long oswa yon kanal kout dwat, PCR koule kontinyèl ka bay anplifikasyon rapid pa aktivman sikile reyaktif nan twa zòn prechofe ak yon ponp off-chip.Operasyon sa a avèk siksè evite faz tranzisyon ant diferan tanperati reyaksyon e konsa siyifikativman diminye tan tès la [62] (Fig. 3b).Nan yon lòt etid pa Jung et al.[63] pwopoze yon nouvo analizeur jenetik rotary PCR ki konbine karakteristik PCR fiks ak koule pou PCR transkripsyon ranvèse ultrarapid ak multiplex (figi 3c).Pou anplifikasyon asid nikleyik, microchip PCR la pral vire atravè twa blòk chofaj nan diferan tanperati: 1. Blòk denaturasyon 94 °C, 2. Blòk rkwit nan 58 °C, 3. Blòk ekspansyon nan 72 °C.
Aplikasyon PCR nan mikrofluidik.Reprezantasyon eskematik dirRT-qPCR sou yon platfòm mikrofluidik (adapte de [60]).b Reprezantasyon schématik yon mikroarray PCR koule kontinyèl ki baze sou yon chanèl sèpan (adapte de [62]).c Reprezantasyon eskematik yon analizeur jenetik rotary PCR, ki fòme ak yon mikrochip, twa blòk chofaj ak yon motè stepper (adapte de [63]).d Dyagram PCR tèrmokonveksyon ak santrifujasyon ak konfigirasyon (adapte de [64]).DirRT-qPCR, dirèk quantitative ranvèse transcription polymerase chèn reyaksyon
Sèvi ak kapilè ak bouk oswa menm plak mens, PCR konveksyon ka rapidman anplifye asid nikleyik pa natirèl konveksyon tèmik gratis san yo pa bezwen yon ponp ekstèn.Pou egzanp, yo te devlope yon platfòm mikwofluidik polymère olefin siklik sou yon etap chofaj wotasyon fabrike ki sèvi ak sikilasyon tèmik ak santrifujasyon nan yon mikrokanal PCR bouk [64] (Fig. 3d).Solisyon reyaksyon an kondwi pa konveksyon tèmik, ki kontinyèlman echanj tanperati wo ak ba nan yon mikwochanèl ak yon estrikti annulaire.Tout pwosesis anplifikasyon an ka konplete nan 10 minit ak yon limit deteksyon 70.5 pg/chanèl.
Kòm espere, rapid PCR se yon zouti pwisan pou totalman entegre echantiyon-repons molekilè dyagnostik ak sistèm analiz multiplex.Rapid PCR redwi siyifikativman tan ki nesesè pou detekte SARS-CoV-2, ki kontribye nan kontwòl efikas nan pandemi COVID-19 la.
PCR mande pou yon sikilasyon tèmik konplèks ki pa apwopriye pou POCT.Plis dènyèman, teknik anplifikasyon izotèmik yo te aplike nan mikrofluidik, ki gen ladan men pa limite a LAMP, recombinase polymerase anplifikasyon (RPA), ak anplifikasyon ki baze sou sekans asid nikleyik [65,66,67,68].Avèk teknik sa yo, asid nikleyik yo anplifye nan yon tanperati konstan, fasilite kreyasyon an pri ki ba, aparèy pòtab pòtab trè sansib pou dyagnostik molekilè.
Egzamen LAMP ki baze sou mikrofluidik ki gen gwo debi pèmèt deteksyon miltip maladi enfeksyon [42, 69, 70, 71].Nan konbinezon ak yon sistèm santrifujeur mikrofluidik, LAMP ka plis fasilite automatisation nan deteksyon asid nikleyik [69, 72, 73, 74, 75].SlipChip vire-ak-react te devlope pou deteksyon vizyèl plizyè bakteri paralèl lè l sèvi avèk LAMP [76] (Fig. 4a).Lè w ap itilize LAMP optimize nan tès la, rapò fluoresans siyal-a-bri a te apeprè 5-pliye, ak limit deteksyon an te rive nan 7.2 kopi / μl nan ADN jenomik. Anplis, egzistans la nan senk patojèn komen bakteri dijestif, ki gen ladan Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ak Vibrio parahaemolyticus, yo te vizyalize ki baze sou metòd la nan < 60 min. Anplis, egzistans la nan senk patojèn komen bakteri dijestif, ki gen ladan Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ak Vibrio parahaemolyticus, yo te vizyalize ki baze sou metòd la nan < 60 min.Anplis de sa, prezans senk patojèn bakteri komen nan aparèy dijestif la, ki gen ladan Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ak Vibrio parahaemolyticus, te visualized lè l sèvi avèk metòd sa a nan mwens pase 60 minit.此外 基于 该 方法 在 <60 分钟 内 可 视化 了 五 常见 消化道 细菌病 原体 存在 存在 包括 包括 蜡状 芽孢杆菌 大 肠杆菌 、 肠 沙门 菌 、 河流 弧菌 和 弧菌 弧菌 肠杆菌此外 基于 该 方法 在 <60 分钟 内 视化 了 五 常见 消化道 细菌病 的 存在 包括 芽孢杆菌 、 大 大 、 肠 氏 菌 、 和 副溶血 性 。。。 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 性 性 性 性 性 性弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 HIPAnplis de sa, prezans nan senk komen bakteri patojèn gastwoentestinal, ki gen ladan Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvius, ak Vibrio parahaemolyticus, te vizyalize lè l sèvi avèk metòd sa a nan mwens pase 60 minit.
Avantaj ki genyen nan LAMP nan mikrofluidik yo enkli, pami lòt moun, repons rapid ak deteksyon miniaturized.Sepandan, akòz tanperati reyaksyon an (anviwon 70 ° C), ayewosòl yo inevitableman pwodwi pandan LAMP, sa ki lakòz yon gwo pousantaj fo pozitif.Espesifik tès, konsepsyon primè, ak kontwòl tanperati tou bezwen optimize pou LAMP.Anplis de sa, desen chip ki aplike deteksyon sib miltip sou yon sèl chip gen anpil valè epi yo ta dwe devlope.Anplis de sa, LAMP se apwopriye pou deteksyon milti-bi entegre nan yon sèl chip, ki se nan gwo enpòtans, men gen toujou yon anpil nan plas pou devlopman.
Gwo pousantaj fo pozitif LAMP ka an pati redwi ak RPA, paske tanperati reyaksyon relativman ba (~37 °C) lakòz pwoblèm evaporasyon relativman kèk [77].Nan sistèm RPA a, de primè opoze kòmanse sentèz ADN pa lye nan yon recombinase ak anplifikasyon ka ranpli nan 10 minit [78,79,80,81].Se poutèt sa, tout pwosesis RPA la pi vit pase PCR oswa LAMP.Nan dènye ane yo, teknoloji mikwofluidik yo te montre plis amelyore vitès la ak presizyon nan RPA [82,83,84].Pou egzanp, Liu et al.[85] devlope yon tès anplifikasyon anplifikasyon polymerase recombinase mikwofluidik entegre pou deteksyon rapid ak sansib nan SARS-CoV-2 pa entegre transkripsyon ranvèse RPA (RT-RPA) ak yon sistèm deteksyon teren tès koule lateral inivèsèl.nan yon sèl sistèm mikrofluidik.Figi 4b).Limit deteksyon an se 1 kopi/µl oswa 30 kopi/echantiyon, epi deteksyon ka konplete nan apeprè 30 minit.Kong et al.yo te devlope yon aparèy mikwofluidik portable.[86] te itilize tanperati kò a ak yon sistèm deteksyon fliyoresans ki baze sou telefòn mobil pou detekte rapidman ak dirèkteman ADN VIH-1 lè l sèvi avèk RPA (Figi 4c).Egzamen RPA portable la detekte 100 kopi/mL sekans sib la nan 24 minit, sa ki montre gwo potansyèl pou dyagnostik rapid tibebe ki enfekte VIH-1 nan anviwònman ki gen resous limite.
Isothermal anplifikasyon nan pwen-of-care tès (POCT).Devlopman ak pwodiksyon nan vire ak reyaksyon SlipChip.Apre yo fin soude plasma, yo te rasanble chip anwo ak anba yo ak yon seri nwa pou fòme chip final la (adapte de [76]).b Chema sistèm MI-IF-RPA pou deteksyon COVID-19 (adapte de [85]).c Schema yon tès RPA portable pou deteksyon rapid ADN VIH-1 (adapte de [86]).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM carboxyfluorescein, viris iminodefisyans imen VIH, RPA recombinase polymerase anplifikasyon, ki ap dirije limyè emisyon dyod, MI-IF-RPA Integrated Microfluteridic Polymerase FMI. Anplifikasyon
Microfluidic ki baze sou RPA ap ​​devlope rapidman, sepandan, pri a nan fabrikasyon chip ak konsomasyon reyaksyon twò wo epi yo dwe redwi pou ogmante disponiblite teknoloji sa a.Anplis de sa, sansiblite segondè nan RPA ka afekte anplifikasyon nan pwodwi ki pa espesifik, espesyalman nan prezans kontaminasyon.Limit sa yo ka afekte aplikasyon RPA nan sistèm mikrofluidik ak merite plis optimize.Jadendanfan ki byen fèt ak sond pou divès sib yo bezwen tou pou amelyore posibilite estrateji mikrofluidik ki baze sou RPA nan POCT.
Cas13 ak Cas12a gen kapasite pou fann asid nikleyik owaza e konsa yo ka devlope kòm zouti deteksyon ak dyagnostik.Cas13 ak Cas12a yo aktive lè yo mare nan sib ADN oswa RNA, respektivman.Yon fwa aktive, pwoteyin lan kòmanse fende lòt asid nikleyik ki tou pre, apre sa gid RNAs ki vize asid nikleyik patojèn espesifik yo ka fann sond fliyoresan etenn epi lage fliyoresans.Ki baze sou teyori sa a, Kellner et al.[87] te devlope yon metòd Cas13 ki baze sou [Specific High-Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKING (SHERLOCK)], ak Broughton et al.[88] devlope yon lòt apwòch ki baze sou Cas12a [CRISPR Trans Reporter targeting DNA endonuclease (DTECR)].
Nan dènye ane yo, plizyè metòd pou deteksyon asid nikleyik ki baze sou CRISPR te parèt [89, 90].Metòd konvansyonèl ki baze sou CRISPR yo souvan pran tan ak travay entansif akòz plizyè pwosedi ki gen ladan ekstraksyon asid nikleyik, anplifikasyon ak deteksyon CRISPR.Ekspozisyon likid nan lè a ka ogmante chans pou rezilta fo pozitif.Bay sa ki pi wo a, sistèm ki baze sou CRISPR yo nan gwo bezwen optimize.
Yo te devlope yon platfòm mikrofluidik pneumatikman kontwole ki ka fè 24 analiz an paralèl pou aplikasyon deteksyon CRISPR-Cas12a ak CRISPR-Cas13a [91].Sistèm nan ekipe ak yon aparèy deteksyon fliyoresan ki kontourne anplifikasyon asid nikleyè epi otomatikman detekte echantiyon ADN ak RNA femtomolar.Chen et al.[92] entegre anplifikasyon recombinase ak sistèm CRISPR-Cas12a nan mikrofluidik santrifujeur (figi 5a).Travay sa a genyen batay la difikilte pou entegre de pwosesis sa yo paske Cas12a ka dijere ADN mesaje epi anpeche pwosesis anplifikasyon an.Anplis de sa, Chen et al.[92] Anplis de sa pre-estoke reyaktif reyaksyon yo nan yon kontwòl santrifujeur mikrofluidik otomatikman ranpli tout pwosesis la.Nan yon lòt travay, Silva et al.[93] devlope yon metòd dyagnostik san anplifikasyon CRISPR/Cas12a ak yon smartphone pou detekte SARS-CoV-2 (Fig. 5b).Egzamen sa a, ke yo rekonèt kòm yon sistèm anplifikasyon ki baze sou telefòn selilè, gen ladan yon anzim CRISPR/Cas-depandan ki baze sou vizyalizasyon smartphone siyal ti wonn katalaz ki te pwodwi nan chanèl mikrofluidik.Deteksyon sansib nan mwens pase 50 kopi / µl nan asid nikleyik san pre-anplifikasyon, tout pwosesis la soti nan piki echantiyon nan lekti siyal pran sèlman 71 minit.
Metòd deteksyon asid nikleik ki baze sou CRISPR.Santrifij POCT pou dyagnostik molekilè entegre ki baze sou CRISPR (adapte de [92]).b Devlopman tès CASCADE pou analiz SARS-CoV-2 ki baze sou smartphone (adapte de [93]).RAA recombinase anplifikasyon, PAM adjasan protospacer motif, CRISPR regroupe kout palindromic repete nan entèval regilye, sistèm CASCADE san anplifikasyon telefòn selilè ak CRISPR/CAS-depandan anzim, 1-etil-3-[3-dimethylaminopropyl]karbodiimid idroklorid EDC
Kòm dènye etap la nan deteksyon asid nikleyik, deteksyon siyal dirèkteman reflete rezilta dyagnostik epi li se yon faktè kritik nan devlopman yon POCT efikas, sansib, ak egzat.Siyal yo ka li lè l sèvi avèk divès metòd tankou fliyoresan, elektwochimik, kolorimetrik ak estrateji mayetik.Nan seksyon sa a, nou dekri rezon pou chak apwòch epi konpare dyagnostik molekilè maladi enfeksyon nan mikrofluidik.
Estrateji ki baze sou fliyoresan yo lajman itilize pou dyagnostik POCT maladi enfeksyon akòz avantaj remakab yo nan sansiblite ekselan, pri ki ba, fasilite nan operasyon, ak analiz pwen-of-care [94, 95].Estrateji sa yo itilize fliyofò ki make tankou koloran fliyoresan ak nanomateryèl pou kreye yon siyal detektab (amelyorasyon fliyoresan oswa trempe).Konklizyon sa a sijere ke estrateji ki baze sou fliyoresan yo ka divize an dirèk etikèt fliyoresan, siyal-on, ak siyal-off deteksyon fliyoresan [96].Deteksyon dirèk etikèt fliyoresan itilize etikèt espesyal fliyoresan pou mete etikèt sou ligand espesifik ki jenere yon kantite espesifik fliyoresan lè seleksyonman mare nan yon sib.Pou deteksyon fliyoresan ki baze sou siyal, bon jan kalite siyal fliyoresan an gen rapò pozitivman ak grandè enterè a.Entansite fliyoresan se neglijab nan absans yon sib epi li detekte lè yon kantite ase nan sib prezan.Kontrèman, entansite fliyoresans detekte pa fluoresans "siyal-off" se envès pwopòsyonèl ak kantite sib la, okòmansman rive nan yon valè maksimòm ak piti piti diminye kòm sib la elaji.Pou egzanp, lè l sèvi avèk CRISPR-Cas13a sib-depandan mekanis trans-klivaj la, Tian et al.[97] devlope yon estrateji rekonesans roman pou detekte RNAs ki kontoune transkripsyon ranvèse dirèkteman (figi 6a).Lè yo atache ak RNA sib konplemantè, yo ka aktive konplèks CRISPR-Cas13-RNA, sa ki lakòz klivaj transkolateral pa RNA repòtè ki pa espesifik yo.Repòtè ki gen etikèt fluorescent la [fluorophore (F)] se trempe pa quencher la (Q) entak ak fliyoresan lè cleaved pa konplèks la aktive.
Avantaj nan deteksyon elektwochimik se gwo vitès deteksyon, pwodiksyon fasil, pri ki ba, fasil pou pote ak kontwòl otomatik.Li se yon metòd analyse pwisan pou aplikasyon POCT.Ki baze sou grafèn jaden-efè tranzistò Gao et al.[98] devlope yon nanobiosensor pou deteksyon multiplex nan antijèn maladi Lyme soti nan bakteri Borrelia burgdorferi ak yon limit deteksyon nan 2 pg / mL (Fig. 6b).
Esay koloremetrik yo te itilize nan aplikasyon POCT, benefisye de avantaj ki genyen nan portabilite, pri ki ba, fasilite nan preparasyon, ak lekti vizyèl.Kolorimetrik deteksyon ka sèvi ak oksidasyon nan peroksidaz oswa nanomateryèl ki sanble ak peroksidaz, agrégasyon nan nanomateryèl, ak adisyon nan koloran endikatè konvèti enfòmasyon sou prezans asid nikleyik sib nan chanjman koulè vizib [99, 100, 101].Miyò, nanopartikil lò yo lajman itilize nan devlopman estrateji kolorimetrik, ak akòz kapasite yo pou pwovoke chanjman koulè rapid ak enpòtan, gen yon enterè ogmante nan devlopman platfòm kolorimetri POCT pou dyagnostik in situ maladi enfeksyon [102].Avèk yon aparèy mikrofluidik santrifujeur entegre [103], patojèn nan manje nan echantiyon lèt ki kontamine yo ka otomatikman detekte nan nivo 10 selil bakteri, epi rezilta yo ka li vizyèlman nan lespas 65 minit (Fig. 6c).
Teknik deteksyon mayetik ka detekte avèk presizyon analit lè l sèvi avèk materyèl mayetik, e te gen yon enterè enpòtan nan aplikasyon POCT nan dènye deseni yo.Teknik deteksyon mayetik gen kèk avantaj inik tankou materyèl mayetik pri ki ba olye ke eleman optik chè.Sepandan, itilizasyon yon jaden mayetik amelyore efikasite deteksyon ak diminye tan preparasyon echantiyon [104].Anplis de sa, rezilta yo nan sonde mayetik demontre segondè espesifik, sansiblite, ak gwo rapò siyal-a-bri akòz siyal la ensiyifyan background mayetik nan echantiyon byolojik [105].Sharma et al.entegre yon tinèl mayetik ki baze sou biocapteur nan yon platfòm microchip pòtab.[106] pou deteksyon multiplex patojèn (figi 6d).Biosensors sansiblite detekte subnanomolar asid nikleyik izole nan patojèn.
Metòd deteksyon siyal tipik.Konsèp deteksyon hyperlocalized Cas13a (adapte de [97]).b Grafèn nanobiosensor FET an konbinezon ak Lyme GroES scFv (adapte de [98]).c Endikasyon kolorimetrik pou deteksyon miltip patojèn nan manje nan yon chip mikrofluid santrifujeur: echantiyon nimewo 1 ak nimewo 3 ak patojèn sib, ak echantiyon nimewo 2, nimewo 4 ak nimewo 5 san patojèn sib (adapte de [103]) .d Biosensor ki baze sou yon junction tinèl mayetik, ki gen ladan yon platfòm, yon anplifikatè bloke entegre, yon inite kontwòl, ak yon ekipman pou pouvwa pou jenerasyon/akizisyon siyal (adapte de [106]).GFET Graphene FET, Escherichia coli, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA polymethyl metacrylate
Malgre karakteristik ekselan nan metòd deteksyon ki anwo yo, yo toujou gen dezavantaj.Metòd sa yo konpare (tablo 1), ki gen ladan kèk aplikasyon ak detay (avantaj ak dezavantaj).
Ak devlopman nan mikrofluidik, sistèm mikwo-elektromekanik, nanoteknoloji ak syans materyèl, itilizasyon chips mikrofluidik pou deteksyon maladi enfektye yo toujou ap avanse [55,96,107,108].Manipilasyon egzak nan ekipman tipòtrè ak likid kontribye nan presizyon dyagnostik ak pri-efikasite.Se poutèt sa, pou plis devlopman, efò yo te fè yo optimize ak ajou chips yo, sa ki lakòz divès kalite chips mikrofluidik ak estrikti diferan ak fonksyon.Isit la nou yon ti tan prezante plizyè kalite komen nan platfòm mikrofluidik epi konpare karakteristik yo (pou ak dezavantaj).Anplis de sa, pi fò nan egzanp ki nan lis anba a konsantre prensipalman sou konbat SARS-CoV-2.
LOCC yo se sistèm analyse konplèks miniaturize ki pi komen ak operasyon yo trè miniaturize, entegre, otomatize ak paralelize soti nan piki echantiyon ak preparasyon, kontwòl koule ak deteksyon likid [109, 110].Likid yo manipile atravè jeyometri ak anpil atansyon ki fèt ak entèraksyon anpil efè fizik tankou gradyan presyon, aksyon kapilè, elektwodinamik, jaden mayetik ak onn acoustic [111].LOCC montre avantaj ekselan nan tès depistaj wo-debi ak deteksyon miltip, ak vitès analiz rapid, ti gwosè echantiyon, konsomasyon pouvwa ki ba, ak efikasite segondè jesyon ak operasyon;sepandan, aparèy LOCC yo trè delika, ak manifakti, anbalaj, ak entèfas.Sepandan, multiplexage ak réutilisation fè fas a gwo difikilte [96].Konpare ak lòt platfòm, LOCC gen avantaj inik an tèm de divèsite aplikasyon maksimòm ak pi bon konpatibilite teknoloji, men dezavantaj li yo tou evidan, sètadi konpleksite segondè ak repetibilite pòv.Depandans sou ponp ekstèn, ki souvan ankonbran ak chè, plis limite itilizasyon yo nan POCT.
Pandan epidemi COVID-19 la, LOCC te resevwa anpil atansyon.An menm tan an, gen plizyè nouvo chips ki konbine plizyè teknoloji.Pou egzanp, smartphones yo kounye a se lajman itilize kòm aparèy analiz pòtab epi yo gen gwo potansyèl pou entegrasyon LOCC.Solèy et al.[21] te fabrike yon chip mikrofluidik ki pèmèt multiplexage espesifik sekans asid nikleyik senk patojèn, ki gen ladan SARS-CoV-2, lè l sèvi avèk LAMP epi analize yo lè l sèvi avèk yon smartphone nan lespas 1 èdtan apre fen reyaksyon an.Kòm yon lòt egzanp, Sundah et al.[112] te kreye yon switch molekilè [anplifikasyon katalitik pa switch eta tranzisyon molekilè (CATCH)] pou deteksyon dirèk ak sansib nan objektif RNA SARS-CoV-2 lè l sèvi avèk smartphones. CATCH konpatib ak pòtab LOCC epi li reyalize pèfòmans siperyè (apeprè 8 kopi RNA/μl; <1 èdtan nan tanperati chanm) [112]. CATCH konpatib ak pòtab LOCC epi li reyalize pèfòmans siperyè (apeprè 8 kopi RNA/μl; <1 èdtan nan tanperati chanm) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC и обеспечивает превосходную производительность (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 ч при комнатной температуре) [112]. CATCH konpatib ak pòtab LOCC epi li bay ekselan debi (apeprè 8 kopi RNA/µl; <1 èdtan nan tanperati chanm) [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）[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）[112]。 С с с с с с с о CATCH konpatib ak LOCC pòtab epi li gen yon pèfòmans ekselan (apeprè 8 kopi RNA/µl; <1 èdtan nan tanperati chanm) [112].Anplis de sa, aparèy LOCC pou dyagnostik molekilè itilize tou kèk fòs kondwi tankou vakyòm, detire, ak jaden elektrik.Kang et al.[113] te demontre yon PCR nanoplasma-sou-yon-chip ultra-rapid an tan reyèl pou dyagnostik rapid ak quantitative COVID-19 nan jaden an lè l sèvi avèk yon chip PCR likid plasmonik vakyòm.Li et al.[114] answit devlope yon chip mikwofluidik detire ki te pèmèt dyagnostik COVID-19.Platfòm nan itilize sistèm anplifikasyon RT-LAMP pou detèmine si yon echantiyon kalitatif pozitif oswa negatif.Ansuit, Ramachandran et al.[115] reyalize gradyan jaden elektrik apwopriye lè l sèvi avèk isotachophoresis (ITP), yon teknik selektif konsantre ion aplike nan mikrofluidik.Avèk ITP, RNA sib ki soti nan echantiyon prelèvman nazofarinj anvan tout koreksyon yo ka otomatikman pirifye.Lè sa a, Ramachandran et al.[115] Konbine pirifikasyon ITP sa a ak tès ITP-enhanced LAMP ak CRISPR detekte SARS-CoV-2 nan prelèvman nasopharyngeal imen ak espesimèn klinik nan apeprè 35 minit.Anplis de sa, nouvo lide yo toujou ap parèt.Jadhav et al.[116] pwopoze yon konplo dyagnostik ki baze sou espektroskopi Raman sifas ki amelyore an konbinezon ak yon aparèy mikwofluidik ki gen swa vètikal oryante lò / ajan-kouvwi nanotub kabòn oswa jetab mikwo / nanotub electrospun.Manbràn fonksyonèl entegre mikrochanèl filtre yo jetab.Aparèy la adsorbe viris ki soti nan divès likid kò / exudations tankou krache, nasopharynx ak dlo nan je.Kidonk, tit viris la abondan epi yo ka idantifye viris la avèk presizyon pa siyati Raman la.
LOAD se yon platfòm santrifujeur mikrofluidik kote tout pwosesis yo kontwole pa yon pwotokòl frekans ki wotasyon yon substra mikwostriktire [110].Aparèy LOAD la karakterize lè l sèvi avèk fòs santrifujeur kòm yon fòs kondwi enpòtan.Likid yo tou sijè a kapilè, Euler ak fòs Coriolis.Lè l sèvi avèk yon aparèy santrifij, analiz yo fèt nan operasyon likid kontinyèl soti nan yon pozisyon radial anndan rive deyò, elimine bezwen an pou plis tib ekstèn, ponp, actuators, ak tiyo aktif.Nan ti bout tan, yon metòd kontwòl sèl senplifye operasyon.Fòs ki aji sou likid la nan menm chanèl mikrofluidik la nan menm distans ak sant chaj la egal, sa ki fè li posib pou repete estrikti kanal la.Kidonk, ekipman LOAD se pi senp ak pi ekonomik nan konsepsyon ak fabrike pase ekipman LOCC konvansyonèl yo, pandan y ap reyaksyon yo se lajman endepandan ak paralelize;sepandan, akòz gwo fòs mekanik ekipman santrifujeur, materyèl chip disponib limite ak ti komèsan yo difisil.nan machin nan.An menm tan an, pifò aparèy LOAD yo fèt pou yon sèl itilize sèlman, ki se chè pou deteksyon gwo echèl [96, 117, 118, 119].
Nan dènye deseni yo, LOAD, konsidere kòm youn nan aparèy mikwofluid ki pi pwomèt, te resevwa atansyon konsiderab nan men chèchè ak manifaktirè yo.Kidonk, LOAD te jwenn akseptasyon lajè e li te itilize pou dyagnostik molekilè patojèn enfektye [120, 121, 122, 123, 124], espesyalman pandan epidemi COVID-19 la.Pou egzanp, nan fen 2020, Ji et al.[60] te demontre yon tès RT-qPCR dirèk pou deteksyon paralèl rapid ak otomatik ki fonksyone nan SARS-CoV-2 ak enfeksyon grip A ak B nan echantiyon prelèvman nan gòj.Lè sa a, Xiong et al.[74] te prezante yon platfòm mikrofluidik diskoid LAMP entegre pou deteksyon rapid, egzat ak similtane sèt coronavirus respiratwa imen, ki gen ladan SARS-CoV-2, nan lespas 40 minit.Nan kòmansman ane 2021, de Oliveira et al.[73] te demontre yon chip mikwofluidik santrifujeur toner polystyrène, ki te opere manyèlman ak yon wotasyon dwèt, pou RT-LAMP dyagnostik molekilè COVID-19.Ansuit, Dignan et al.[39] te prezante yon mikwo-aparèy santrifujeur pòtab otomatik pou pirifye SARS-CoV-2 RNA dirèkteman nan seksyon prelèvman bouch.Medved et al.[53] te pwopoze yon sistèm echantiyon ayewosòl SARS-CoV-2 inline ak yon ti volim wotasyon microfluidic chip fliyoresan ak yon limit deteksyon nan 10 kopi / μL ak yon papòt minimòm sik nan 15 minit.Suarez et al.[75] dènyèman te rapòte devlopman yon platfòm mikrofluidik modilè santrifujeur entegre pou deteksyon dirèk SARS-CoV-2 RNA nan echantiyon prelèvman nasopharyngeal ki inaktive chalè lè l sèvi avèk LAMP.Egzanp sa yo montre gwo benefis ak pwomès CHAJ la nan dyagnostik molekilè COVID-19 la.
An 1945 Muller ak Clegg [125] premye prezante chanèl mikrofluidik sou papye lè l sèvi avèk papye filtre ak parafine.An 2007, gwoup Whitesides [126] te kreye premye platfòm fonksyonèl papye pou tès pwoteyin ak glikoz.Papye te vin tounen yon substra ideyal pou mikrofluidik.Papye a gen pwopriyete nannan tankou idrofilisite ak estrikti pore, ekselan byokonpatibilite, pwa limyè, fleksibilite, pliabilite, pri ki ba, fasilite nan itilize ak konvenyans.µPAD klasik yo konpoze de estrikti idrofil/idrofob ki bati sou substra papye.Tou depan de estrikti ki genyen twa dimansyon, μPAD yo ka divize an μPAD ki genyen de dimansyon (2D) ak twa dimansyon (3D).2D µPAD yo pwodui lè yo fòme fwontyè idrofob pou fòme chanèl mikwofluidik, pandan y ap 3D µPAD yo anjeneral fèt ak pil kouch papye mikwofluid 2D, pafwa pa pliye papye, teknik glise, chanèl louvri, ak enprime 3D [96].Likid akeuz oswa byolojik sou μPAD a prensipalman kontwole pa fòs kapilè san yon sous pouvwa ekstèn, fasilite pre-depo nan reyaktif, manyen echantiyon, ak deteksyon multiplex.Sepandan, kontwòl egzat koule ak deteksyon multiplex yo antrave pa vitès deteksyon ensifizan, sansiblite, ak reutilizabilite [96, 127, 128, 129, 130].
Kòm yon platfòm mikrofluidik etranj, μPAD te lajman ankouraje ak devlope pou dyagnostik molekilè maladi enfeksyon tankou HCV, VIH, ak SARS-CoV-2 [131, 132].Pou deteksyon selektif ak sansib nan HCV, Tengam et al.[133] te devlope yon biocapteur roman ki baze sou papye fliyoresan lè l sèvi avèk yon pwofonde asid nikleyik trè espesifik ki baze sou peptide pyrrolidinyl.Asid nikleik yo imobilize kovalans sou papye seluloz pasyèlman soksid pa alkilasyon rediksyon ant gwoup amine ak gwoup aldehyde, epi deteksyon baze sou fliyoresans.Siyal sa yo ka li pa yon gadjèt espesyalman fè ak yon kamera fluorescent pòtab nan konbinezon ak yon kamera telefòn selilè.Ansuit, Lu et al.[134] te fèt yon lektwòd fleksib ki baze sou papye ki baze sou nikèl/nanopartikul lò/nanotub kabòn/polyvinyl alkòl organometalik konpoze pou deteksyon sib VIH pa ibridizasyon ADN lè l sèvi avèk methylene ble kòm yon endikatè redox ADN.Plis resamman, Chowdury et al.[135] te prezante yon konsepsyon platfòm ipotetik pou tès µPAD nan pwen swen lè l sèvi avèk krache pasyan kri an konbinezon ak LAMP ak teknoloji imaj pòtab pou deteksyon analit COVID-19.
Tès koule lateral gide likid pa fòs kapilè ak kontwole mouvman likid pa mouye ak karakteristik substrats poreux oswa mikwostriktir.Aparèy koule lateral yo konpoze de echantiyon, konjige, enkibatè ak deteksyon, ak kousinen absòbe.Molekil asid nikleyik nan LFA a rekonèt lyan espesifik ki pre-estoke nan sit la obligatwa epi li mare kòm konplèks.Kòm likid la pase nan plak yo enkubasyon ak deteksyon, konplèks yo kaptire pa molekil yo kaptire ki sitiye sou liy tès yo ak kontwòl, ki montre rezilta ki ka li dirèkteman nan je a toutouni.Tipikman, LFA ka ranpli nan 2-15 minit, ki se pi vit pase dekouvèt tradisyonèl yo.Akòz mekanis espesyal la, LFA mande pou kèk operasyon epi yo pa bezwen ekipman adisyonèl, ki fè li trè fasil pou itilize.Li fasil pou fabrike ak miniaturize, ak pri a nan substra ki baze sou papye se pi ba.Sepandan, li se sèlman itilize pou analiz kalitatif, ak deteksyon quantitative trè difisil, ak kapasite nan multiplexage ak debi yo trè limite, epi sèlman yon sèl ase asid nikleyik ka detekte nan yon moman [96,110,127].
Malgre ke pifò aplikasyon LFA yo konsantre sou immunoassays, itilizasyon LFA pou dyagnostik molekilè nan chips mikrofluidik efikas ak popilè tou [136].Nan ka viris epatit B, VIH ak SARS-CoV-2 LFA Gong et al.[137] te pwopoze yon platfòm LFA nanopartikul ki moute-konvèsyon epi li te demontre adaptabilite platfòm miniaturize ak pòtab sa a atravè deteksyon sansib ak quantitative plizyè sib tankou asid nikleyik HBV.Anplis de sa, Fu et al.[138] te demontre yon LFA roman ki baze sou espektroskopi Raman sifas ki amelyore pou analiz quantitative ADN VIH-1 nan konsantrasyon ki ba.Pou deteksyon rapid ak sansib nan SARS-CoV-2, Liu et al.[85] te devlope yon analiz microfluidic-entegre RPA lateral koule lè w konbine RT-RPA ak yon sistèm deteksyon inivèsèl lateral koule nan yon sèl sistèm mikrofluidik.
Aplikasyon an nan platfòm divès kalite mikrofluidik varye depann sou syans espesifik, pran anpil avantaj de kapasite yo ak avantaj nan platfòm yo.Avèk tiyo abòdab, ponp ak kanal, LOCC se platfòm ki pi konplè pou divèsite aplikasyon ak entèoperabilite ak pi gwo plas pou devlopman.Se poutèt sa, nou espere ak rekòmande ke etid yo dernye fèt nan LOCC kòm yon premye tantativ epi ke kondisyon yo dwe optimize.Anplis de sa, metòd pi efikas ak egzat yo espere yo dwe dekouvri ak itilize nan sistèm nan.LOAD ekselan nan kontwòl egzak nan likid ki soti nan aparèy LOCC ki deja egziste epi li demontre avantaj inik nan kondwi sèl pa fòs santrifujeur san yo pa bezwen pou kondwi ekstèn, pandan y ap repons paralèl yo ka separe ak senkronize.Kidonk, nan lavni an, LOAD pral vin platfòm prensipal mikrofluidik la ak mwens operasyon manyèl ak teknoloji plis matirite ak otomatik.Platfòm µPAD a konbine benefis LOCC ak materyèl ki baze sou papye pou dyagnostik yon sèl ak pri ki ba.Se poutèt sa, devlopman nan lavni ta dwe konsantre sou teknoloji pratik ak byen etabli.Anplis de sa, LFA a se byen adapte pou deteksyon je toutouni, pwomèt diminye konsomasyon echantiyon ak pi vit deteksyon.Yon konparezon detaye platfòm yo montre nan Tablo 2.
Analiz dijital divize echantiyon an nan anpil mikro-reaktè, chak nan yo genyen yon kantite disrè molekil sib [139, 140].Esay dijital yo ofri avantaj enpòtan pou fè kantite absoli lè yo fè dè milye de eksperyans byochimik paralèl ansanm ak endividyèlman nan konpatiman echèl mikron olye ke nan yon faz kontinyèl.Konpare ak mikrofluidik tradisyonèl yo, reyaksyon lòj yo ka diminye volim echantiyon, ogmante efikasite reyaksyon, epi yo ka fasilman entegre ak lòt metòd analyse san yo pa bezwen chanèl, ponp, tiyo, ak konsepsyon kontra enfòmèl ant [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147] .De metòd sa yo yo itilize nan tès dijital pou reyalize separasyon inifòm ak egzat nan solisyon, ki gen ladan reyaktif ak echantiyon tankou selil, asid nikleyik, ak lòt patikil oswa molekil: (1) gout emulsyon eksplwate enstabilite koòdone likid;(2) divizyon etalaj fèt pa kontrent jeyometrik aparèy la.Nan premye metòd la, ti gout ki gen réactifs ak echantiyon yo genyen nan microchannels ka kreye pa metòd pasif tankou ko-aktyèl, crossflow, flux focusing, sèn emulsification, microchannel emulsification, ak manbràn nan fòs cheaille gluan ak emulsification ak chanjman chanèl.lokalizasyon [143, 145, 146, 148, 149] oswa itilize metòd aktif [150, 151], ki entwodui plis enèji atravè kontwòl elektrik, mayetik, tèmik ak mekanik.Nan dènye apwòch la, pi bon inifòmite volim likid nan chanm mikrofluid yo pataje lè yo kenbe estrikti espasyal ki gen menm gwosè, tankou mikropit ak etalaj sifas [152,153,154].Miyò, ti gout yo se gwo seksyon koule ki kapab tou pwodwi ak manipile sou etalaj elektwòd ki baze sou mikrofluidik dijital (DMF).Electrowetting nan dyelèktrik se youn nan teyori DMF ki pi byen etidye, depi elektwouyaj nan dyelèktrik pèmèt manipilasyon presi nan gout endividyèl, kontwole fòm nan likid ak siyal elektrik asimetri pase nan diferan kote [141, 144].Operasyon prensipal yo ak ti gout nan DMF gen ladan klasman, divize, ak fusion [151, 155, 156], ki ka aplike nan divès domèn analiz, espesyalman nan deteksyon molekilè [157, 158, 159].
Deteksyon dijital asid nikleyik se yon teknoloji dyagnostik molekilè twazyèm jenerasyon apre PCR konvansyonèl ak PCR an tan reyèl (qPCR), an paralèl ak sekans segondè-debi ak byopsi likid.Nan de dènye deseni ki sot pase yo, asid nikleyik dijital yo te devlope rapidman nan jaden an nan dyagnostik molekilè nan patojèn enfektye [160, 161, 162].Kantifikasyon absoli nan deteksyon dijital asid nikleyik kòmanse ak anbalaj echantiyon ak reyaktif nan konpatiman endividyèl pou asire ke chak sekans sib gen menm pwobabilite pou antre nan chak lòj endividyèl.Teyorikman, yo ka bay chak seksyon plizyè sekans sib, oswa ka pa gen yon sistèm mikroreyaksyon endepandan.Atravè mekanis deteksyon divès kalite ki dekri pi wo a, konpatiman ki gen sekans sib mikwòb ki jenere siyal ki pi wo a yon sèten papòt yo ka vizyalize ak je toutouni oswa pa yon machin epi yo make kòm pozitif, pandan ke lòt konpatiman ki jenere siyal anba papòt la yo make kòm pozitif. .negatif yo, ki fè siyal la pou chak seksyon yon boolean.Kidonk, lè yo kalkile kantite konpatiman yo kreye ak pousantaj rezilta pozitif apre reyaksyon an, yo ka matche ak kopi orijinal echantiyon tès yo lè l sèvi avèk fòmil distribisyon Poisson san yo pa bezwen yon koub estanda, ki nesesè pou analiz quantitative woutin sa yo. kòm qPCR.[163] Konpare ak metòd tradisyonèl dyagnostik molekilè, deteksyon dijital asid nikleyik gen yon pi wo degre de automatisation, pi gwo vitès analiz ak sansiblite, mwens reyaktif, mwens kontaminasyon, ak pi senp konsepsyon ak fabrikasyon.Pou rezon sa yo, itilizasyon tès dijital, espesyalman metòd ki baze sou gout, pou dyagnostik molekilè, konbine anplifikasyon ak teknik lekti siyal, te byen etidye pandan epidemi kritik SARS-CoV-2.Pou egzanp, Yin et al.[164] konbine ti gout dijital ak metòd PCR rapid pou detekte jèn ORF1ab, N, ak RNase P nan SARS-CoV-2 nan yon chip mikrofluidik.Miyò, sistèm nan te kapab idantifye yon siyal pozitif nan 115 segonn, ki se pi vit pase PCR konvansyonèl, ki endike efikasite li nan deteksyon pwen-of-care (Figi 7a).Dong et al.[165], Sow et al.[157], Chen et al.[166] ak Alteri et al.[167] te aplike tou goutlet digital PCR (ddPCR) pou detekte SARS-CoV-2 nan yon sistèm mikrofluid ak rezilta enpresyonan.Pou plis amelyore pousantaj deteksyon an, Shen et al.[168] reyalize ddPCR ki baze sou chip D nan osi piti ke 15 s san yo pa itilize nan teknik koud imaj, akselere pwosesis la teknoloji ddPCR soti nan laboratwa a aplikasyon.Se pa sèlman metòd anplifikasyon tèmik tankou PCR yo aplike, men tou, metòd anplifikasyon izotèmik yo itilize pou senplifye kondisyon reyaksyon ak repons rapid.Lu et al.[71] devlope SlipChip pou analiz ti gout, ki kapab jenere ti gout nan divès gwosè nan dansite segondè nan yon sèl etap ak quantifier SARS-CoV-2 asid nikleyik lè l sèvi avèk LAMP dijital (Figi 7b).Kòm yon teknoloji k ap evolye rapidman, CRISPR ka jwe yon wòl enpòtan tou nan deteksyon dijital asid nikleyik atravè imaj kolorimetrik pratik san yo pa bezwen tach adisyonèl nan asid nikleyik.Ackerman et al.devlope yon reyaksyon matris combinatory pou evalyasyon multiplex nan asid nikleyik.[158] te detekte 169 viris ki asosye ak moun, ki gen ladan SARS-CoV-2, nan ti gout ki gen reyaktif deteksyon asid nikleyik ki baze sou CRISPR-Cas13 nan yon tès microwell (Figi 7c).Anplis de sa, anplifikasyon izotèmik ak teknoloji CRISPR ka itilize nan menm sistèm nan konbine benefis ki genyen nan tou de.Park et al.[169] Yo te devlope yon tès dijital CRISPR/Cas12a nan yon chip mikwofluidik komèsyal pou deteksyon SARS-CoV-2 ki soti ak chalè ki mouri ki baze sou yon RT-RPA yon sèl etap ak yon deteksyon siyal-a-background ki pi kout ak pi wo. rapò tan., pi laj ranje dinamik ak pi bon sansiblite (figi 7d).Gen kèk deskripsyon egzanp sa yo nan Tablo 3.
Platfòm dijital tipik pou deteksyon asid nikleyik.a Flux travay PCR dijital rapid la konsiste de kat etap kle: preparasyon echantiyon, distribisyon melanj reyaksyon an, pwosesis anplifikasyon, ak quantifikasyon sib (adapte de [164]).b Schematic ki montre analiz ti gout SlipChip pou fòmasyon ti gout nan gwo dansite (adapte de [71]).c CARMEN-Cas workflow diagram13 (adapte de [158]).d Apèsi sou deteksyon viris dijital avanse ak CRISPR/Cas nan yon sèl pot (adapte de [169]).W/O dlo-nan-lwil, polydimethylsiloxane PDMS, PCR polymerase chèn reyaksyon, DAQ koleksyon done, PID pwopòsyonèl entegral derive, CARMEN reyaksyon matris combinatory pou evalyasyon multiplex asid nikleyik, SARS-CoV-2, sendwòm respiratwa egi grav, coronavirus 2 , RT Anplifikasyon ranvèse transkriptaz recombinase polymerase-RPA, siyal S/B nan background nan