Neiegkeeten

Traditionell diagnostesch Strategien fir Infektiounskrankheeten z'entdecken erfuerderen d'Benotzung vu Benchtop-Instrumenter déi net gëeegent sinn fir Point-of-Care Testen (POCT).Emerging Microfluidics ass eng héich miniaturiséiert, automatiséiert an integréiert Technologie déi eng potenziell Alternativ zu traditionelle Methode fir séier, bëlleg, korrekt Diagnostik op der Plaz ass.Molekulare diagnostesche Methoden gi wäit a mikrofluideschen Apparater benotzt als déi effektivste Methode fir Pathogenerkennung.Dës Iwwerpréiwung resüméiert rezent Fortschrëtter an der mikrofluidbaséierter molekulare Diagnostik vun infektiiv Krankheeten aus enger akademescher an industrieller Perspektiv.Als éischt beschreiwen mir eng typesch On-Chip Veraarbechtung vun Nukleinsäuren, dorënner Probevirbehandlung, Verstäerkung a Signalliesen.D'Charakteristiken, Virdeeler an Nodeeler vun de véier Aarte vu mikrofluidesche Plattformen ginn dann verglach.Als nächst wäerte mir d'Benotzung vun digitalen Assays fir d'absolut Quantifikatioun vun Nukleinsäuren diskutéieren.Béid klassesch a rezent kommerziell mikrofluidic-baséiert molekulare diagnostesch Geräter ginn als Beweis vum aktuellen Zoustand vum Maart zesummegefaasst.Schlussendlech proposéiere mir zukünfteg Richtungen fir mikrofluidic Diagnostik vun ustiechend Krankheeten.
Infektiiv Krankheeten ginn duerch Pathogenen verursaacht, dorënner Bakterien, Viren a Parasiten, déi iwwer d'Welt verdeelt sinn.Am Géigesaz zu anere Krankheeten gi Pathogenen séier infizéiert a verbreet sech tëscht Mënschen a Gaaschtdéieren duerch Impfung, Loft a Waassermedien [1].Infektiiv Krankheet Präventioun ass kritesch als ëffentlech Gesondheetsmoossnam.Dräi Haaptstrategien fir ustiechend Krankheeten ze bekämpfen: (1) d'Quell vun der Infektioun kontrolléieren;(2) Ënnerbriechung vun der Transmissioun Wee;(3) Schutz vun ufälleg Populatiounen.Ënnert den Haaptstrategien gëtt d'Kontroll vun der Quell vun der Infektioun als déi wichtegst Strategie ugesinn wéinst senger Komfort a niddrege Käschten.Rapid Diagnos, Isolatioun, a Behandlung vun infizéiert Individuen si kritesch, verlaangen séier, sensibel, a genee Diagnostice Strategien [2].Déi aktuell Diagnostik vu ustiechend Krankheeten kombinéiert normalerweis klinesch Untersuchung baséiert op Schëlder a Symptomer a Laborstudien wéi Zellkultur a molekulare Diagnostik, déi ausgebilt Personal, Aarbechtsintensiv Prozeduren an deier Testausrüstung erfuerderen [3, 4].Präventioun vun ustiechend Krankheeten Ausbroch erfuerdert séier, preiswert a präzis lokal Diagnostik, besonnesch a Ressourcebegrenzte Gebidder, wou ustiechend Krankheeten heefeg a schwéier sinn [5], wéi och Behandlung an der Wüst oder um Schluechtfeld, wou Noutfäll onberechenbar sinn..medizinesch Versuergung ass limitéiert [6].An dësem Kontext ass Mikrofluidik eng Technologie déi mikroelektromechanesch Systemtechnologien, Nanotechnologie oder Materialwëssenschaft fir präzis Flëssegkeetsmanipulatioun kombinéiert [7,8,9,10], déi nei Méiglechkeete fir Point-of-Care Detektioun (POCT) ubitt.) Infektiiv Agenten ausserhalb Spideeler a Laboratoiren.Am Verglach mat traditioneller Zäit-opwänneger Diagnostik bitt mikrofluidic Technologie Probe- a Käschtespueren fir molekulare Diagnostik wärend Krankheet Ausbroch.D'global Verbreedung vun der Coronavirus Krankheet 2019 (COVID-19) gëtt verursaacht duerch schwéieren akuten respiratoreschen Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), sou datt d'Wichtegkeet vu Mikrofluidik fir d'rechtzäiteg Präventioun a Kontroll vun der Pandemie erëm ënnersträicht [11, 12] , 13] dir.Am Géigesaz zu der traditioneller Diagnostik benotzt mikrofluidic POCT kleng portable Geräter, rangéiert vu Benchtop Analysatoren bis zu klenge Sidestream Teststreifen fir no beim Probepunkt ze testen [14].Dës Tester weisen simplistesch oder keng Probepräparatioun, séier Signalverstärkung a sensibel Signallesungen, déi zu enger kuerzer Dauer a genee Resultater bannent Minutten resultéieren.D'Disponibilitéit an d'Massproduktioun vu Mikrofluid-baséiert Gesondheetsinstrumenter hunn hir kosteneffizient an direkt diagnostesch Uwendungen ausserhalb vum Spidol, no beim Patient a souguer doheem ausgebaut.
Ënnert der bestehend Strategien fir ustiechend Krankheeten Diagnos, molekulare Diagnostik ass ee vun de sensibelsten [15, 16].Zousätzlech gëtt molekulare Diagnostik dacks als de Goldstandard fir kontinuéierlech Detektioun vum COVID-19 benotzt, wat d'direkt Detektioun vu virusspezifesche Regioune vun RNA oder DNA erlaabt virum Ufank vun enger Immunantwort [17, 18].An der aktueller Iwwerpréiwung presentéiere mir déi lescht Fortschrëtter an der Mikrofluidik-baséiert molekulare diagnostesche Prozesser fir ustiechend Krankheeten, vun enger akademescher Perspektiv op zukünfteg Industrieperspektiven (Fig. 1).Mir fänken un mat dräi Schlëssel Schrëtt an der Nukleinsäure Detektioun: On-Chip Probe Virbehandlung, Nukleinsäure Amplifikatioun a Signalliesen.Mir verglach dann verschidden Aarte vu mikrofluidesche Plattformen mat hirer Struktur a Funktioun, weist eenzegaarteg Charakteristiken (Stäerkten a Schwächen).Digital Nukleinsäureerkennung gëtt weider diskutéiert an als Beispill vun enger Drëtt Generatioun Technologie fir d'absolut Quantifikatioun vun infektiiv Pathogenmoleküle ginn.Zousätzlech ginn e puer typesch a lescht kommerziell POCT Geräter presentéiert fir den aktuellen Zoustand vum mikrofluidesche POCT Maart fir molekulare Diagnostik ze demonstréieren.Mir wäerten och eis Visioun fir zukünfteg Uwendungen diskutéieren an erklären.
Moduler vun microfluidic Chips fir Nukleinsäure Detektioun kënnen an dräi Kategorien ënnerdeelt ginn (Prouf, Unerkennung, a Signalisatioun) no hire Funktiounen [19].Ënnert dëse Moduler realiséiert de Probemodul haaptsächlech Probelysis an Nukleinsäureextraktioun.De Sensormodul kontrolléiert haaptsächlech d'Konversioun an d'Verstäerkung vun Nukleinsäuresignaler.De Signalmodul erkennt d'Signal, déi vum Sensingmodul ëmgewandelt a veraarbecht gëtt.Baséierend op de Prozess fir Nukleinsäuren op engem Chip z'entdecken, wäerte mir déi verschidde Chips resuméieren, déi d'Funktioun "Input an Output" realiséieren.
Den éischte Schrëtt an der Nukleinsäureerkennung ass d'Nukleinsäureextraktioun, dh d'Zilnukleinsäure aus der ursprénglecher Probe isoléieren.Nukleinsäureextraktioun gëtt ausgefouert fir Nukleinsäuren aus anere molekulare Kontaminanten ze purifizéieren, d'Integritéit vun der primärer Struktur vun Nukleinsäuremolekülen ze garantéieren an d'Resultater ze optimiséieren.D'Nukleinsäureextraktioun erfuerdert déi néideg Probelysis an d'Nukleinsäurefangung, d'Qualitéit an d'Effizienz vun deenen e groussen Impakt op d'Fuerschung an d'Diagnosresultater hunn.All subtile Nebenwirkungen während der Extraktioun kënne weider Detektioun limitéieren.Zum Beispill, Polymerase Kettenreaktioun (PCR) a Loop isothermesch Verstäerkung (LAMP) Methoden ginn duerch e puer Reschtorganesch Léisungsmëttel wéi Ethanol an Isopropanol an Nukleinsäureisolatiounsreagenser [20] inhibitéiert.Liquid-Liquid Extraktioun a Festphase Extraktioun sinn déi populärste Methode fir Nukleinsäuren ze isoléieren [21], awer, Flësseg-Flësseg Extraktioun op engem Chip ass extrem limitéiert, well d'Reagenser, déi an der Flësseg-Flësseg Extraktioun benotzt ginn, Korrosioun vun de meeschte mikrofluidesche Chips verursaachen .Hei markéiere mir Mikroarray-baséiert Festphase Extraktiounsmethoden a vergläichen hir Virdeeler an Nodeeler.
Silizium ass e Substratmaterial kompatibel mat Nukleinsäuren wéinst senger Biokompatibilitéit, Stabilitéit an der Einfachheet vun der Modifikatioun [22].Wichteg, wann se mat Silica oder aner Materialien geännert ginn, weist dëse Komposit Eegeschafte fir negativ gelueden Nukleinsäuren ënner nidderegen pH, héije Salzbedéngungen ze adsorbéieren, wärend mat héije pH, niddereg Salzléisungen eluéiert.Baséierend op dësem Phänomen ass et méiglech d'Nukleinsäure ze purifizéieren.
Verschidde Forme vu Silica-baséiert Materialien goufen fir d'Nukleinsäureextraktioun a Mikrofluidik benotzt, sou wéi Silicapärelen, Puder, Mikrofiberfilter a Silicamembranen [23, 24, 25, 26].Ofhängeg vun den Eegeschafte vum Material kënnen Siliziumbaséiert Materialien a Mikrokreesser op verschidde Weeër benotzt ginn.Zum Beispill, Silica Granulat, Pulver a kommerziell Nanofilter kënnen einfach an d'Poren oder Mikrokanäle vu mikrofluidesche Chips plazéiert ginn an hëllefen Nukleinsäuren aus Proben ze extrahieren [27, 28, 29].Surface-modifizéiert Silica Membranen kënnen och benotzt ginn fir séier DNA vu Pathogenen zu niddrege Käschten ze purifizéieren.Zum Beispill, Wang et al.[30] Duerch d'Kombinatioun vun denaturéierende Amplifikatiounsreaktiounen mat vesikel-mediéierten Kettenaustausch mat Silica-Membranen, déi mat Chitosan Oligosacchariden beschichtet sinn, gouf e versatile portable System agefouert, deen erfollegräich 102-108 Koloniebildende Eenheeten entdeckt huet.(CFU)/ml Vibrio parahaemolyticus., an d'Präsenz vum Virus war einfach ze gesinn.Powell et al.[31] Silicon-baséiert Mikroarrays goufen dunn benotzt fir Hepatitis C Virus (HCV), Human Immunodeficiency Virus (HIV), Zika Virus, a mënschlech Papillomavirus an automatesch Ausbreedung z'entdecken, an deem en 1,3 μl tortuous Mikroreaktor entwéckelt gouf fir RNA Viren z'erfaassen.a Leeschtung in situ amplification.Zousätzlech zu dëse Methoden, Uewerfläch-modifizéiert Silica Mikrokolonnen spillen och eng Schlësselroll bei der Nukleinsäureextraktioun, well d'Geometrie an d'Eegeschafte vum modifizéierende Material d'Extraktiounseffizienz staark erhéijen.Chen et al.[32] proposéiert eng microfluidic Plattform fir Isolatioun vun niddereg-Konzentratioun RNA baséiert op amino-beschichtete Silicon microcolumns.Dëse mikrofluideschen Apparat integréiert eng Array vun 0,25 cm2 Mikropillaren op engem Siliziumsubstrat fir méi héich Extraktiounseffizienz duerch eng héich Uewerflächefläch a Volumenverhältnis Design z'erreechen.De Virdeel vun dësem Design ass datt de mikrofluideschen Apparat bis zu 95% Nukleinsäure Extraktiounseffizienz erreechen kann.Dës Silizium-baséiert Strategien weisen de Wäert vun der séier isoléierender Nukleinsäuren zu niddrege Käschten.A Kombinatioun mat mikrofluidesche Chips kënnen Silizium-baséiert Extraktiounsstrategien net nëmmen d'Effizienz vun der Nukleinsäureerkennung erhéijen, awer och d'Miniaturiséierung an d'Integratioun vun analyteschen Apparater erliichteren [20].
Magnéitesch Trennungsmethoden benotze magnetesch Partikel fir Nukleinsäuren a Präsenz vun engem externe Magnéitfeld ze isoléieren.Allgemeng benotzt magnetesch Partikelen enthalen Fe3O4 oder γ-Fe2O3 magnetesch Partikelen, déi mat Silica, Amino a Carboxyl beschichtet sinn [33,34,35,36].D'Ënnerscheedung vu magnetesche Partikelen am Verglach mat Silizium-baséiert SPE Methoden ass d'Liichtegkeet vun der Manipulatioun a Kontroll mat externe Magnete.
Mat Hëllef vun der elektrostatescher Interaktioun tëscht Nukleinsäuren a Silica, ënner Bedéngungen vu héije Salz a nidderegen pH, ginn Nukleinsäuren op der Uewerfläch vu Silika-beschichtete magnetesche Partikel adsorbéiert, wärend ënner Bedéngungen vu nidderegem Salz an héije pH d'Moleküle kënnen gewäsch ginn. erëm..Silica-beschichtete magnetesche Perlen maachen et méiglech DNA aus grousse Volumen Echantillon (400 μL) mat magnetesch kontrolléierter Bewegung ze extrahieren [37].Als Demonstratioun, Rodriguez-Mateos et al.[38] benotzt tunable Magnete fir den Transfert vu magnetesche Perlen a verschiddene Chambers ze kontrolléieren.Baséierend op Silika-beschichtete magnetesche Partikel, kënnen 470 Exemplare / ml vun SARS-CoV-2 genomesch RNA aus Ofwaasserproben extrahéiert ginn fir LAMP ëmgedréint Transkriptiounserkennung (RT-LAMP) an d'Äntwert ka bannent 1 Stonn gelies ginn.bloussem A (Fig. 2a).
Apparater baséiert op magnetesche a poröse Materialien.Konzeptuell Diagramm vum IFAST RT-LAMP mikrofluideschen Apparat fir SARS-CoV-2 RNA Detektioun (ugepasst vu [38]).b Zentrifugal Mikro Apparat fir dSPE vun buccal Swab Nukleinsäure (ugepasst aus [39]).c Gebaut-an Self-ugedriwwen Echantillon concentrator engem FTA® Kaart benotzt (adaptéiert vun [50]).d Fusion 5 Filterpabeier geännert mat Chitosan (adaptéiert vu [51]).SARS-CoV-2 schwéier akut respiratorescht Syndrom coronavirus 2, RT-LAMP ëmgedréint Transkriptiounsschleife vermittelt isothermesch Verstäerkung, FTA Finders Technologiepartner, NA Nukleinsäure
Positiv gelueden magnetesch Partikelen sinn ideal fir de Phosphat-Réckgrat vun enger Nukleinsäure ze befestigen.Bei enger bestëmmter Salzkonzentratioun kënnen déi negativ gelueden Phosphatgruppen vun Nukleinsäuren positiv op der Uewerfläch vun de magnetesche Kompositpartikelen geluede ginn.Dofir goufen magnetesch Nanopartikele mat enger rauer Uewerfläch an enger héijer Dicht vun Aminogruppen entwéckelt fir d'Extraktioun vun Nukleinsäuren.No der magnetescher Trennung a Blockéierung kënnen magnetesch Nanopartikelen an DNA-Komplexe direkt am PCR benotzt ginn, wat d'Noutwendegkeet fir komplex an Zäitopwänneg Reinigungs- an Eluéierungsoperatiounen eliminéiert [35].Magnéitesch Nanopartikelen, déi mat negativen Carboxylgruppen beschichtet sinn, goufen och benotzt fir Nukleinsäuren ze trennen, déi op Flächen an héijer Konzentratioun Polyethylenglycol a Natriumchloridléisungen adsorbéiert goufen [36].Mat dësen Uewerfläch modifizéierten magnetesche Perlen ass d'DNA Extraktioun kompatibel mat der spéider Amplifikatioun.Dignan et al.[39] beschreift eng automatiséiert a portabel Zentrifugalmikrofluidplattform fir d'Nukleinsäure-Virbehandlung, et erlaabt net-technescht Personal et op der Plaz ze benotzen.Zousätzlech weist d'Kompatibilitéit vun der isoléierter DNA mat LAMP, eng Method gutt fir Punkt-vun-Pfleeg Nukleinsäure Analyse, weider minimal Ausrüstungsfuerderungen a Gëeegent fir colorimetresch Assays (Figebam. 2b).
Magnéitesch Bead Methoden bidden d'Méiglechkeet vun automatiséierter Extraktioun, e puer vun deenen existéieren a kommerziellen automatiséierte Nukleinsäureextraktoren [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, USA), QIAcube® HT;CapitalBio (Peking, China) a Biomek®;Beckman (Miami, USA).), Florida, USA)].D'Virdeeler vun der Kombinatioun vun magnetesche Perlen mat Mikrofluidik kënne benotzt ginn fir effizient automatiséiert Extraktioun vun Nukleinsäuren, déi potenziell d'Entwécklung vun der molekulare Diagnostik virzebereeden;awer, d'Kombinatioun vu magnetesche Perlen mat Mikrofluidika hänkt nach ëmmer staark op komplexe Kontrollsystemer fir präzis Manipulatioun vu magnetesche Perlen, wat d'Popularitéit vu kommerziellen Produkter erklärt, déi voluminös an deier sinn, wat d'weider Uwendung vu magnetesche Perlen am POCT limitéiert.
Verschidde poröse Materialien wéi modifizéiert Nitrocellulosefilter, Finders Technology Associates (FTA) Kaarten, Polyethersulfon-baséiert Filterpabeieren, a glycan-beschichtete Materialien goufen och fir Nukleinsäureerkennung benotzt [40, 41, 42, 43, 44].Porös fibrous Materialien wéi fibrous Pabeier goufen als éischt benotzt fir DNA ze isoléieren andeems se physesch laangstrengeg DNA Moleküle mat Faseren verwéckelt hunn.Kleng Pore féieren zu enger staarker kierperlecher Restriktioun vun DNA Molekülen, wat d'DNA Extraktioun positiv beaflosst.Wéinst de verschiddene Pore Gréissten vun fibrous Pabeier, kann d'Extraktioun Effizienz net de Besoine vun DNA amplification treffen [45, 46].D'FTA Kaart ass e kommerziellen Filterpabeier deen am Feld vun der forensescher Medizin benotzt gëtt a wäit an anere Beräicher vun der molekulare Diagnostik benotzt gëtt.Duerch d'Benotzung vu Cellulosefilterpabeier imprägnéiert mat verschiddene Chemikalien fir d'Zellmembranen an der Probe ze lyséieren, ass déi fräigelooss DNA bis zu 2 Joer virun Degradatioun geschützt.Méi viru kuerzem ass imprägnéiert Cellulosepabeier entwéckelt fir molekulare Detektioun vu verschiddene Pathogenen, dorënner SARS-CoV-2, Leishmaniasis, a Malaria [47,48,49].HIV am isoléierte Plasma gëtt direkt lyséiert, an d'virale Nukleinsäure gëtt an der FTA® Flow Membran beräichert, déi an de Konzentrator gebaut ass, wat eng effizient Produktioun vun der Nukleinsäure erlaabt [50] (Fig. 2c).Den Haaptproblem mat Nukleinsäure Detektioun mat FTA Kaarten ass datt Chemikalien wéi Guanidin an Isopropanol spéider Amplifikatiounsreaktiounen hemmen.Fir dëse Problem ze léisen, hu mir Fusion 5 Chitosan-modifizéiert Filterpabeier entwéckelt, deen d'Virdeeler vun der kierperlecher Interlacing vun DNA Molekülen a fibrous Filterpabeier kombinéiert, an der elektrostatescher Adsorptioun vun DNA op chitosan modifizéierte Verbindungen fir héich effizient Nukleinsäure Extraktioun z'erreechen. ..Filterfaser [51] (Fig. 2d).Ähnlech, Zhu et al.[52] bewisen eng chitosan-modifizéiert PCR Method baséiert op engem in situ capillary microfluidic System fir rapid Isolatioun an Detektioun vun Zika Virus RNA.Nukleinsäuren kënnen an engem gemëschte Lysat / PCR Medium adsorbéiert / desorbéiert ginn, respektiv baséiert op der On / Off Schalter Eegeschafte vu Chitosan.op an aus", reagéiert op pH.
Wéi uewen erwähnt, kombinéieren dës Strategien d'Virdeeler vu verschiddene Festphasematerialien an erhéijen d'Effizienz vun der Nukleinsäureextraktioun a Mikrofluidik.A prakteschen Uwendungen ass d'Benotzung vun dëse Materialien a grousse Quantitéiten onekonomesch, a richteg Uewerflächenbehandlung oder Uewerflächemodifikatioun vun allgemenge Materialien mat dëse Materialien kënnen och hir Funktioun erhalen.Dofir gëtt ugeholl datt d'Ëmsetzung vun dëse Strategien no enger Pilotstudie d'Käschte reduzéieren kann.
Nukleinsäure Testen op mikrofluidesche Plattformen benotzt dacks kleng Probevolumen (< 100 μl), dofir erfuerdert d'Verstäerkung vun den Zil-Nukleinsäuren mat spezifesche Sonden fir d'Konversioun zu engem Signal dat bequem ass fir Downstream Detektioun (optesch, elektresch a magnetesch) [53, 54] an. Nukleinsäure Testen op mikrofluidesche Plattformen benotzt dacks kleng Probevolumen (< 100 μl), dofir erfuerdert d'Verstäerkung vun den Zil-Nukleinsäuren mat spezifesche Sonden fir d'Konversioun zu engem Signal dat bequem ass fir Downstream Detektioun (optesch, elektresch a magnetesch) [53, 54] an. 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]. Wann Dir Nukleinsäuren op mikrofluidesche Plattformen testen, gi kleng Probevolumen (<100 µL) dacks benotzt, sou datt d'Verstäerkung vun Zil-Nukleinsäuren mat spezielle Sonden erfuerderlech ass fir et an e Signal ëmzewandelen bequem fir spéider Detektioun (optesch, elektresch a magnetesch) [53, 54].微流控平台上的核酸检测通常使用小样本量（< 100 µl），因此需要使用特定探针扩增目标核酸，以转换为便于下游检测（光学、电学和磁学）的信号[53, 54 ].微流控 平台 平台 上 的 核酸 检测 小样本量 小样本量 ((<100 uhl), 因此 特定 探针 扩增 目标 扩增 目标 目标 下游 下游 下游 下游 探针 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 平台 平台 上 上 小样本量 小样本量 ((<100 μl), 因此 特定 探针 扩增 目标 扩增 扩增 目标 下游 下游 下游 下游 探针 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 μ μ 平台 上 μ 小样本量 ((<100 μl), 因此 特定 探针 扩增 目标 扩增 目标 目标 下游 下游 下游 探针 探针 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 平台 平台 上 小样本量 小样本量 ((<100 μl), 因此 特定 探针 扩增 目标 扩增 目标 目标 下游 下游 下游 探针 探针 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 微流控 μ μ μ μ μ μl), 特定 探针 探针 目标 目标 目标 下游 下游 下游 下游 下游 下游 的 下游]. 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]]. Detektioun vun Nukleinsäuren op mikrofluidesche Plattformen benotzt normalerweis kleng Probevolumen (<100 μl), déi Verstäerkung vun Zil-Nukleinsäuren mat spezielle Sonden erfuerdert fir se a Signaler ze konvertéieren fir spéider Detektioun (optesch, elektresch a magnetesch) [53, 54]] .Nukleinsäure Verstäerkung an der Mikrofluidik kann och Reaktiounen beschleunegen, Detektiounsgrenzen optimiséieren, Probefuerderunge reduzéieren an d'Erkennungsgenauegkeet verbesseren [55, 56].An de leschte Joeren, mat der Realiséierung vu schneller a genauer Detektioun, goufen verschidde Nukleinsäure-Verstäerkungsmethoden an der Mikrofluidik applizéiert, dorënner PCR an e puer isothermesch Amplifikatiounsreaktiounen.Dës Sektioun wäert Methode fir Nukleinsäure Detektioun zesummefaassen baséiert op mikrofluidesche Systemer.
PCR ass eng Simulatioun vum DNA Replikatiounsprozess vun engem Organismus, d'Theorie vun deem am Detail soss anzwousch beschriwwe gëtt a wäert net hei diskutéiert ginn.PCR kann eng ganz kleng Quantitéit vun Zil-DNA / RNA mat engem exponentiellen Taux verstäerken, wouduerch PCR e mächtegt Tool fir déi séier Detektioun vun Nukleinsäuren ass.An de leschte Joerzéngte si vill portable mikrofluidesch Geräter, déi mat PCR thermesche Vëlossystemer ausgestatt sinn, entwéckelt fir d'Bedierfnesser vun der Point-of-Care Diagnostik ze treffen [57, 58].On-Chip PCR kann a véier Typen opgedeelt ginn (konventionell, kontinuéierlech Flow, raimlech gewiesselt a konvektiv PCR) no verschiddenen Temperaturkontrollmethoden [59].Zum Beispill, Gee et al.[60] entwéckelt eng direkt ëmgedréint Transkriptiouns quantitative PCR (RT-qPCR) Method op hirer eegener mikrofluidescher Plattform fir d'multiplex Detektioun vu SARS-CoV-2, Influenza A a B Viren an Halswabproben (Fig. 3a).Park et al.[61] huet en einfache Pathogenanalyse-Chip gebaut andeems d'Dënnfilm PCR, Elektroden an e Fangerbetrieb Polydimethylsiloxan-baséiert Mikrofluidmodul integréiert.Wéi och ëmmer, béid Wierker verkierperen déi gemeinsam Mängel vu konventionelle PCR.PCR erfuerdert thermesch Cycling, wat weider Apparat Miniaturiséierung a reduzéiert Testzäit limitéiert.
D'Entwécklung vu kontinuéierleche Flux baséiert mikrofluideschen a Raumschalter PCR ass kritesch fir dëst Thema unzegoen.Mat engem laange Serpentin-Kanal oder e kuerze riichte Kanal, kann kontinuéierlech Flow PCR séier Verstäerkung ubidden andeems se reagens aktiv zirkuléieren an dräi Preheatzonen mat enger Off-Chip Pompel.Dës Operatioun vermeit erfollegräich d'Iwwergangsphase tëscht verschiddene Reaktiounstemperaturen a reduzéiert domat d'Testzäit wesentlech [62] (Fig. 3b).An enger anerer Etude vum Jung et al.[63] proposéiert en neie rotativen PCR geneteschen Analyser deen d'Charakteristike vu fixen a fléissende PCR fir ultraschnell a multiplex ëmgedréint Transkriptiouns PCR kombinéiert (Fig. 3c).Fir Nukleinsäure Amplifikatioun gëtt de PCR Mikrochip duerch dräi Heizblocken bei verschiddenen Temperaturen rotéiert: 1. Denaturatiounsblock 94°C, 2. Annealingblock bei 58°C, 3. Expansiounsblock bei 72°C.
Uwendung vu PCR a Mikrofluidik.Schematesch Representatioun vun dirRT-qPCR op enger microfluidic Plattform (ugepasst vun [60]).b Schematesch Representatioun vun engem kontinuéierleche Flux PCR microarray baséiert op engem serpentine Kanal (adaptéiert vun [62]).c Schematesch Representatioun vun engem rotativen PCR geneteschen Analyser, besteet aus engem Mikrochip, dräi Heizblocken an engem Steppermotor (ausgepasst vu [63]).d Diagramm vun der Thermokonvektioun PCR mat Zentrifugéierung a Setup (adaptéiert vu [64]).DirRT-qPCR, direkt quantitativ ëmgedréint Transkriptiounspolymerase Kettenreaktioun
Mat Hëllef vu Kapillaren a Schleifen oder souguer dënn Placken, kann Konvektioun PCR séier Nukleinsäuren duerch natierlech fräi thermesch Konvektioun verstäerken ouni de Besoin fir eng extern Pompel.Zum Beispill, war eng cyclic olefin Polymer microfluidic Plattform op engem fabrizéierten rotativ Heizung Etapp entwéckelt, datt thermesch Cycling mat centrifugation an engem PCR Loop microchannel benotzt [64] (Figebam. 3d).D'Reaktiounsléisung gëtt duerch thermesch Konvektioun ugedriwwen, déi kontinuéierlech héich an niddreg Temperatur an engem Mikrokanal mat enger annularer Struktur austauscht.De ganze Verstäerkungsprozess kann an 10 Minutten ofgeschloss ginn mat enger Detektiounslimit vu 70,5 pg / Kanal.
Wéi erwaart ass rapid PCR e mächtegt Tool fir voll integréiert Probe-Äntwert molekulare Diagnostik a Multiplex Analyse Systemer.Rapid PCR reduzéiert d'Zäit déi néideg ass fir SARS-CoV-2 z'entdecken, wat zu der effektiver Kontroll vun der COVID-19 Pandemie bäidréit.
PCR erfuerdert e komplexe thermesche Cycler deen net fir POCT gëeegent ass.Méi kierzlech sinn isothermesch Amplifikatiounstechnike fir Mikrofluidik applizéiert, dorënner awer net limitéiert op LAMP, Rekombinase Polymerase Amplifikatioun (RPA), an Amplifikatioun baséiert op Nukleinsäuresequenzen [65,66,67,68].Mat dësen Techniken ginn Nukleinsäuren bei enger konstanter Temperatur verstäerkt, wat d'Schafung vu bëllegen, héich sensiblen portable POCT-Geräter fir molekulare Diagnostik erliichtert.
High-Throughput microfluidics-baséiert LAMP Assays erlaben Multiple Detektioun vun ustiechend Krankheeten [42, 69, 70, 71].A Kombinatioun mat engem centrifugal microfluidic System, LAMP kann d'Automatisatioun vun Nukleinsäure Detektioun weider erliichtert [69, 72, 73, 74, 75].D'Spin-a-reagéiert SlipChip gouf fir d'visuell Detektioun vu multiple parallele Bakterien entwéckelt mat LAMP [76] (Fig. 4a).Wann Dir optimiséiert LAMP am Assay benotzt, war de Fluoreszenz-Signal-zu-Geräisch-Verhältnis ongeféier 5-fach, an d'Detektiounslimit erreecht 7,2 Exemplare /μl vun der genomescher DNA. Ausserdeem goufen d'Existenz vu fënnef gemeinsame Verdauungsbakterien Pathogenen, dorënner Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis a Vibrio parahaemolyticus, op Basis vun der Method an <60 min visualiséiert. Ausserdeem goufen d'Existenz vu fënnef gemeinsame Verdauungsbakterien Pathogenen, dorënner Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis a Vibrio parahaemolyticus, op Basis vun der Method an <60 min visualiséiert.Ausserdeem gouf d'Präsenz vu fënnef gemeinsame bakterielle Pathogenen vum Verdauungstrakt, dorënner Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis a Vibrio parahaemolyticus, mat dëser Method a manner wéi 60 Minutten visualiséiert.此外，基于该方法在<60分钟内可视化了五种常见消化道细菌病原体的存在，包括蜡状芽孢杆菌、大肠杆菌、肠沙门氏菌、河流弧菌和副溶血性弧菌。此外 Dat annifizéiert 基于 在 n分钟 n分钟 分钟 分钟 分钟 内 五 五 种 消化道 的 的 的 大 大性 hunn 大 大) 大 大) 大 大) 大 大) 大 大) 大 大) 大 大) 大性性性性性 12.弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 HIPZousätzlech gouf d'Präsenz vu fënnef gemeinsame bakteriellen gastrointestinale Pathogenen, dorënner Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvius, a Vibrio parahaemolyticus, mat dëser Method a manner wéi 60 Minutten visualiséiert.
D'Virdeeler vu LAMP a Mikrofluidik enthalen ënner anerem séier Äntwert a miniaturiséierter Detektioun.Wéi och ëmmer, wéinst der Reaktiounstemperatur (ongeféier 70 ° C), ginn Aerosole zwangsleefeg wärend der LAMP generéiert, wat zu engem héije falsche positiven Taux resultéiert.Assay Spezifizitéit, Primer Design, an Temperatur Kontroll muss och fir LAMP optimiséiert ginn.Zousätzlech sinn Chipdesigner déi Multiple Zilerkennung op engem eenzegen Chip implementéieren vu grousse Wäert a solle entwéckelt ginn.Zousätzlech ass LAMP gëeegent fir Multi-Zweck Detektioun integréiert an engem Chip, wat vu grousser Wichtegkeet ass, awer et ass nach ëmmer vill Plaz fir Entwécklung.
Den héije falsche positiven Taux vu LAMP kann deelweis mat RPA reduzéiert ginn, well déi relativ niddreg Reaktiounstemperatur (~ 37 ° C) zu relativ wéineg Verdampfungsproblemer resultéiert [77].Am RPA System initiéieren zwee entgéintgesate Primer d'DNA Synthese andeems se un eng Rekombinase binden an d'Verstäerkung kann bannent 10 Minutten ofgeschloss ginn [78,79,80,81].Dofir ass de ganze RPA Prozess vill méi séier wéi PCR oder LAMP.An de leschte Joeren ass d'Mikrofluidic Technologie gewisen fir d'Geschwindegkeet an d'Genauegkeet vu RPA [82,83,84] weider ze verbesseren.Zum Beispill, Liu et al.[85] entwéckelt e mikrofluidic integréierte laterale Flow Polymerase Rekombinase Amplifikatiounsassay fir séier a sensibel Detektioun vu SARS-CoV-2 andeems d'Reverse Transkriptioun RPA (RT-RPA) an en universellen lateralen Flow Teststreifen Detektiounssystem integréiert.an engem eenzege mikrofluidesche System.Bild 4b).D'Limite vun der Detektioun ass 1 Kopie / µl oder 30 Exemplare / Probe, an d'Detektioun kann a ronn 30 Minutten ofgeschloss ginn.Kong et al.hunn e wearable microfluidic Apparat entwéckelt.[86] benotzt Kierpertemperatur an en Handy-baséiert Fluoreszenz Detektiounssystem fir séier an direkt HIV-1 DNA mat RPA z'entdecken (Dorënner 4c).De wearable RPA Assay erkennt 100 Exemplare / ml vun der Zilsequenz bannent 24 Minutten, weist e grousst Potenzial fir séier Diagnostik vun HIV-1-infizéierte Puppelcher a Ressource-limitéierten Astellungen.
Isothermesch Amplifikatioun am Point-of-Care Test (POCT).Entwécklung a Produktioun vun spin an Reaktioun SlipChip.No Plasma Schweißen, goufen déi iewescht an ënnen Chips mat engem Set vun Nëss zesummegefaasst fir de finalen Chip ze bilden (adaptéiert vu [76]).b Schema vum MI-IF-RPA System fir COVID-19 Detektioun (ugepasst vu [85]).c Schema vun engem wearable RPA Test fir séier Detektioun vun HIV-1 DNA (ugepasst vun [86]).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM carboxyfluorescein, human immunodeficiency virus HIV, RPA recombinase polymerase amplification, LED light emitting diode, MI-IF-RPA Integrated Microbine-RPA Amplifikatioun
Microfluidic-baséiert RPA entwéckelt sech séier, awer d'Käschte fir Chipfabrikatioun a Reaktiounsverbrauch sinn ze héich a muss reduzéiert ginn fir d'Disponibilitéit vun dëser Technologie ze erhéijen.Zousätzlech kann déi héich Sensibilitéit vu RPA d'Verstäerkung vun net spezifesche Produkter beaflossen, besonnesch an der Präsenz vu Kontaminatioun.Dës Aschränkungen kënnen d'Applikatioun vu RPA a mikrofluidesche Systemer beaflossen a weider Optimiséierung verdéngen.Gutt entworf Primer a Sonden fir verschidden Ziler sinn och gebraucht fir d'Machbarkeet vu RPA-baséiert Mikrofluidstrategien am POCT ze verbesseren.
Cas13 a Cas12a hunn d'Fäegkeet fir Nukleinsäuren zoufälleg ze spalten a kënnen also als Detektiouns- an Diagnosinstrument entwéckelt ginn.Cas13 a Cas12a ginn aktivéiert beim Bindung un Zil-DNA oder RNA respektiv.Eemol aktivéiert, fänkt de Protein aner Emgéigend Nukleinsäuren ze spalten, no deenen Guide RNAs gezielt pathogen-spezifesch Nukleinsäuren quenched fluorescerende Sonden a Fräisetzung Fluoreszenz kann.Baséiert op dëser Theorie, Kellner et al.[87] entwéckelt eng Cas13-baséiert Method [Spezifesch High-Sensitiv Enzymatic Reporter UnLOCKING (SHERLOCK)], a Broughton et al.[88] eng aner Approche entwéckelt baséiert op Cas12a [CRISPR Trans Reporter gezielt DNA Endonuclease (DTECR)].
An de leschte Jore si verschidde Methoden fir d'Detektioun vun Nukleinsäuren op Basis vu CRISPR opgetaucht [89, 90].Konventionell CRISPR baséiert Methoden sinn dacks Zäitopwendeg an Aarbechtsintensiv wéinst multiple Prozeduren, dorënner Nukleinsäure Extraktioun, Amplifikatioun an CRISPR Detektioun.Belaaschtung vu Flëssegkeete fir d'Loft kann d'Chance vu falschen positiven Resultater erhéijen.Mat dem uewe genannten, CRISPR-baséiert Systemer sinn an dréngend Bedierfnes fir Optimisatioun.
Eng pneumatesch kontrolléiert Mikrofluidplattform déi 24 Analysen parallel ausféiere kann ass fir CRISPR-Cas12a a CRISPR-Cas13a Detektiounsapplikatiounen entwéckelt [91].De System ass mat engem Fluoreszenz Detektiounsapparat ausgestatt, deen d'Nukleinsäureverstärkung ëmgeet an automatesch femtomolar DNA an RNA Proben erkennt.Chen et al.[92] integréiert Rekombinase-Verstäerkung mam CRISPR-Cas12a System an Zentrifugalmikrofluidik (Fig. 5a).Dës Aarbecht iwwerwannt d'Schwieregkeet fir dës zwee Prozesser z'integréieren well Cas12a Messenger-DNA verdaue kann an den Amplifikatiounsprozess hemmen.Zousätzlech, Chen et al.[92] Zousätzlech virgespäichert d'Reaktiounsreagenz an enger centrifugaler mikrofluidescher Kontroll fir automatesch de ganze Prozess ofzeschléissen.An engem anere Wierk, Silva et al.[93] huet eng diagnostesch Method ouni CRISPR/Cas12a Verstärkung an e Smartphone entwéckelt fir SARS-CoV-2 z'entdecken (Fig. 5b).Dësen Assay, bekannt als Handy-baséiert Amplifikatioun-gratis System, enthält e CRISPR / Cas-ofhängeg Enzym dat baséiert op Smartphone Visualiséierung vu Katalase-generéierte Bubble Signaler a mikrofluidesche Kanäl.Sensibel Detektioun vu manner wéi 50 Exemplare / µl Nukleinsäure ouni Pre-Amplifikatioun, de ganze Prozess vun der Probeinjektioun bis zum Signalliesen dauert nëmmen 71 Minutten.
Nukleinsäure Detektiounsmethoden baséiert op CRISPR.Zentrifugal POCT fir integréiert molekulare Diagnostik baséiert op CRISPR (adaptéiert vu [92]).b Entwécklung vum CASCADE Test fir Smartphone-baséiert Analyse vu SARS-CoV-2 (adaptéiert vu [93]).RAA Rekombinase Verstäerkung, PAM benachbart Protospacer Motiv, CRISPR clusteréiert kuerz palindromesch Wiederholungen a reegelméissegen Intervalle, CASCADE System ouni Handy Verstäerkung mat CRISPR/CAS ofhängeg Enzymen, 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimidhydrochlorid EDC
Als leschte Schrëtt an der Nukleinsäureerkennung reflektéiert d'Signalerkennung direkt diagnostesch Resultater an ass e kritesche Faktor bei der Entwécklung vun engem effizienten, sensiblen a korrekten POCT.Signaler kënne mat verschiddene Methoden gelies ginn wéi fluoreszent, elektrochemesch, kolorimetresch a magnetesch Strategien.An dëser Sektioun beschreiwen mir d'Begrënnung fir all Approche a vergläichen d'molekulare Diagnostik vun infektiiv Krankheeten an der Mikrofluidik.
Fluoreszenz-baséiert Strategien gi wäit benotzt fir POCT Diagnostik vun ustiechend Krankheeten wéinst hire bemierkenswäerte Virdeeler vun excellent Empfindlechkeet, niddereg Käschten, Liichtegkeet vun Operatioun, a Punkt-vun-Pfleeg Analyse [94, 95].Dës Strategie benotze markéierte Fluorophore wéi fluoreszent Faarfstoffer an Nanomaterialien fir en detektéierbare Signal ze kreéieren (Fluoreszenzverbesserung oder Ausschloss).Dës Entdeckung hindeit datt Fluoreszenz-baséiert Strategien an direkten Leuchtstoff-Etikettéierung, Signal-on, a Signal-Off Leuchtstofferkennung ënnerdeelt kënne ginn [96].Direkt fluoreszent Label Detektioun benotzt speziell fluoreszent Etiketten fir spezifesch Liganden ze markéieren déi e spezifesche Betrag vu Fluoreszenz generéieren wann se selektiv un en Zil gebonnen sinn.Fir Signal-baséiert Fluoreszenz Detektioun ass d'Qualitéit vum Fluoreszenz Signal positiv mat der Gréisst vum Interessi verbonnen.D'Fluoreszenzintensitéit ass vernoléisseg an der Verontreiung vun engem Zil an ass erkannt wann eng genuch Betrag un Zil präsent ass.Ëmgekéiert ass d'Intensitéit vun der Fluoreszenz, déi duerch "Signal-Off" Fluoreszenz festgestallt gëtt, ëmgekéiert proportional zum Betrag vum Zil, am Ufank e maximale Wäert z'erreechen a graduell erofgaang wéi d'Zil vergréissert gëtt.Zum Beispill, mat dem CRISPR-Cas13a Zil-ofhängege Trans-Spaltmechanismus, Tian et al.[97] entwéckelt eng nei Unerkennung Strategie RNAs z'entdecken déi ëmgedréint Transkriptiouns direkt (Lalumi 6a).Beim Bindung un komplementär Zil-RNAs, kann de CRISPR-Cas13-RNA-Komplex aktivéiert ginn, wat transcollateral Spaltung duerch net-spezifesch Reporter-RNAs ausléist.De fluoreszent markéierte Reporter [fluorophore (F)] gëtt vum Quencher (Q) intakt geläscht a fluoreszéiert wann se vum aktivéierte Komplex gespléckt ginn.
De Virdeel vun der elektrochemescher Detektioun ass héich Detektiounsgeschwindegkeet, einfach Produktioun, niddreg Käschten, einfach ze droen an automatesch Kontroll.Et ass eng mächteg analytesch Method fir POCT Uwendungen.Baséiert op graphene Feld-Effekt Transistoren Gao et al.[98] entwéckelt en Nanobiosensor fir d'Multiplex Detektioun vu Lyme Krankheet Antigen aus Borrelia burgdorferi Bakterien mat enger Detektiounslimit vun 2 pg /ml (Fig. 6b).
Colorimetric Assays goufen an POCT Uwendungen benotzt, profitéiert vun de Virdeeler vun der Portabilitéit, niddrege Käschten, Einfachheet vun der Virbereedung a visueller Liesung.D'kolorimetresch Detektioun kann d'Oxidatioun vu Peroxidase oder Peroxidase-ähnlechen Nanomaterialien, d'Aggregatioun vun Nanomaterialien, an d'Zousatz vun Indikatorfärber benotze fir Informatioun iwwer d'Präsenz vun Zil-Nukleinsäuren a sichtbar Faarfverännerungen ëmzewandelen [99, 100, 101].Besonnesch Gold Nanopartikel gi wäit an der Entwécklung vu kolorimetresche Strategien benotzt, a wéinst hirer Fäegkeet fir séier a bedeitend Faarfverännerungen z'induzéieren, gëtt et ëmmer méi Interesse fir d'Entwécklung vu POCT kolorimetresche Plattformen fir in situ Diagnos vun infektiiv Krankheeten [102].Mat engem integréiert centrifugal microfluidic Apparat [103], foodborne pathogens an kontaminéierte Mëllech Echantillon kann automatesch um Niveau vun 10 bakteriell Zellen erkannt ginn, an d'Resultater kënnen visuell bannent 65 Minutten gelies ginn (Figebam. 6c).
Magnéitesch Sensungstechnike kënnen Analyten mat magnetesche Materialien präzis entdecken, an et gouf bedeitend Interesse fir POCT Uwendungen an de leschte Joerzéngte.Magnéitesch Sensungstechniken hunn e puer eenzegaarteg Virdeeler wéi bëlleg magnetesch Materialien anstatt deier optesch Komponenten.Wéi och ëmmer, d'Benotzung vun engem Magnéitfeld verbessert d'Erkennungseffizienz a reduzéiert d'Proufpreparatiounszäit [104].Zousätzlech weisen d'Resultater vum magnetesche Sonde eng héich Spezifizitéit, Sensibilitéit an héich Signal-ze-Geräischverhältnis wéinst dem onbedeitende magnetesche Hannergrondsignal vu biologesche Proben [105].Sharma et al.integréiert e magnetesche Tunnelverbindung baséiert Biosensor an eng portable Mikrochipplattform.[106] fir multiplex Detektioun vu Pathogenen (Figebam. 6d).Biosensoren erkennen sensibel subnanomolar Nukleinsäuren isoléiert vu Pathogenen.
Typesch Signalerkennungsmethod.D'Konzept vun hyperlokaliséierter Detektioun vu Cas13a (ugepasst vu [97]).b Graphene Nanobiosensor FET a Kombinatioun mat Lyme GroES scFv (adaptéiert vu [98]).c Kolorimetresch Indikatiounen fir multiplex Detektioun vu Liewensmëttelgebuerenen Pathogenen an engem Zentrifugale Mikrofluid Chip: Nr 1 an Nr 3 Proben mat Zilpathogenen, an Nr 2, Nr 4 an Nr 5 Proben ouni Zilpathogenen (ugepasst vu [103]) .d Biosensor baséiert op engem Magnéitfeld Tunnel Kräizung, dorënner eng Plattform, engem agebaute Spär Verstärker, eng Kontroll Eenheet, an eng Energieversuergung fir Signal Generatioun / Acquisitioun (ugepasst aus [106]).GFET Graphene FET, Escherichia coli, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA polymethylmethacrylat
Trotz den exzellente Charakteristiken vun den uewe genannten Detektiounsmethoden, hunn se nach ëmmer Nodeeler.Dës Methode sinn am Verglach (Table 1), dorënner e puer Uwendungen mat Detailer (Pros a Cons).
Mat der Entwécklung vu Mikrofluidik, mikroelektromechanesch Systemer, Nanotechnologie a Materialwëssenschaften, ass d'Benotzung vu Mikrofluid Chips fir d'Detektioun vun infektiiv Krankheeten stänneg weider [55,96,107,108].Präzis Manipulatioun vu Miniaturausrüstung a Flëssegkeete dréit zur diagnostescher Genauegkeet a Käschteneffizienz bäi.Dofir, fir weider Entwécklung, goufen Efforte gemaach fir d'Chips ze optimiséieren an ze upgraden, wat zu verschiddene mikrofluidesche Chips mat verschiddene Strukturen a Funktiounen resultéiert.Hei presentéiere mir kuerz verschidde gemeinsam Aarte vu mikrofluidesche Plattformen a vergläichen hir Charakteristiken (Pros a Cons).Zousätzlech konzentréieren déi meescht vun de Beispiller hei ënnendrënner haaptsächlech op d'Bekämpfung vun SARS-CoV-2.
LOCCs sinn déi heefegst miniaturiséiert komplex analytesch Systemer an hir Operatiounen sinn héich miniaturiséiert, integréiert, automatiséiert a paralleliséiert vu Probeinjektioun a Virbereedung, Flowkontroll a Flëssegkeetserkennung [109, 110].Flëssegkeete ginn duerch suergfälteg entworf Geometrie manipuléiert an d'Interaktioun vu ville physikaleschen Effekter wéi Drockgradienten, Kapillaraktioun, Elektrodynamik, Magnéitfeld an akustesch Wellen [111].LOCC weist exzellente Virdeeler am High-Throughput-Screening a Multiple Detectioun, mat schneller Analysegeschwindegkeet, klenger Probegréisst, nidderegen Energieverbrauch, an héich Gestioun an Operatiounseffizienz;awer, LOCC Apparater si ganz delikat, a Fabrikatioun, Verpakung, an Interface.Wéi och ëmmer, Multiplexing a Wiederverwendung stellen enorm Schwieregkeeten [96].Am Verglach mat anere Plattformen huet LOCC eenzegaarteg Virdeeler a punkto maximal Uwendungsdiversitéit a bescht Technologiekompatibilitéit, awer seng Nodeeler sinn och offensichtlech, nämlech héich Komplexitéit a schlecht Widderhuelbarkeet.Ofhängegkeet vun externen Pompelen, déi dacks voluminös an deier sinn, limitéiert hir Notzung am POCT weider.
Wärend dem COVID-19 Ausbroch krut LOCC vill Opmierksamkeet.Zur selwechter Zäit ginn et e puer nei Chips déi verschidden Technologien kombinéieren.Zum Beispill, Smartphones ginn elo wäit als portable Analysegeräter benotzt an hunn e grousst Potenzial fir LOCC Integratioun.Sonn et al.[21] huet e mikrofluidesche Chip fabrizéiert deen et erméiglecht spezifesch Nukleinsäure Sequenze vu fënnef Pathogenen, dorënner SARS-CoV-2, mat LAMP ze multiplexéieren an analyséiert se mat engem Smartphone bannent 1 Stonn nom Enn vun der Reaktioun.Als en anert Beispill, Sundah et al.[112] erstellt e molekulare Schalter [katalytesch Amplifikatioun duerch molekulare Iwwergangsstaatschalter (CATCH)] fir direkt a sensibel Detektioun vu SARS-CoV-2 RNA Ziler mat Smartphones. CATCH ass kompatibel mat portable LOCC an erreecht eng super Leeschtung (ongeféier 8 RNA Kopien / μl; <1 h bei Raumtemperatur) [112]. CATCH ass kompatibel mat portable LOCC an erreecht eng super Leeschtung (ongeféier 8 RNA Kopien / μl; <1 h bei Raumtemperatur) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC и обеспечивает превосходную производительность (примерно 8 копий РНН 1мкопий РНН/1мкочно 1м. CATCH ass kompatibel mat portable LOCC a bitt exzellenten Duerchgang (ongeféier 8 RNA Kopien / µl; <1 h bei Raumtemperatur) [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 小温下< 1 小温温下 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 小温下< 1 小温温下 CATCH совместим с портативными LOCC a обладает превосходной производительностью (примерно 8 копий РНак/мкриком 1 копий РНК/1 мкр. CATCH ass kompatibel mat portable LOCCs an huet exzellent Leeschtung (ongeféier 8 RNA Kopien / µl; <1 Stonn bei Raumtemperatur) [112].Zousätzlech benotzen LOCC Apparater fir molekulare Diagnostik och e puer dreiwend Kräfte wéi Vakuum, Streck an elektresch Felder.Kang et al.[113] demonstréiert en Echtzäit, ultraschnell Nanoplasma-op-e-Chip PCR fir séier a quantitativ Diagnostik vum COVID-19 am Feld mat engem Vakuum plasmonesche flëssege PCR Chip.Li et al.[114] huet duerno e Stretch-Undriff Mikrofluid Chip entwéckelt deen d'Diagnos vum COVID-19 aktivéiert huet.D'Plattform benotzt den RT-LAMP Amplifikatiounssystem fir ze bestëmmen ob eng Probe qualitativ positiv oder negativ ass.Duerno hunn Ramachandran et al.[115] erreecht entspriechend elektresch Feldgradienten mat Isochophoresis (ITP), eng selektiv Ionfokusséierungstechnik, déi a Mikrofluidik ëmgesat gëtt.Mat ITP kann Zil-RNA aus rauem Nasopharyngeal Swab Echantillon automatesch gereinegt ginn.Dann Ramachandran et al.[115] Kombinéiere vun dëser ITP Reinigung mat ITP-verbesserte LAMP a CRISPR Assays hunn SARS-CoV-2 a mënschlechen Nasopharyngeal Swab a klineschen Exemplare a ronn 35 Minutten entdeckt.Donieft kommen dauernd nei Iddien op.Jadhav et al.[116] proposéiert en diagnostesche Schema baséiert op Uewerfläch-verstäerkter Raman-Spektroskopie a Kombinatioun mat engem mikrofluideschen Apparat deen entweder vertikal orientéiert Gold/Sëlwer-beschichtete Kuelestoff Nanotubes oder disposéierbar electrospun Mikro/Nanotubes enthält.Membran-funktionaliséiert agebaute Filter-Mikrokanäl sinn disposéierbar.Den Apparat adsorbéiert Viren aus verschiddene Kierperflëssegkeeten / Exsudatiounen wéi Spaut, Nasopharynx an Tréinen.Also ass de Virustiter reichend an de Virus kann präzis duerch d'Raman Ënnerschrëft identifizéiert ginn.
LOAD ass eng centrifugal mikrofluidic Plattform an där all Prozesser duerch e Frequenzprotokoll kontrolléiert ginn, deen e mikrostrukturéierte Substrat rotéiert [110].De LOAD Apparat ass charakteriséiert duerch d'Benotzung vun Zentrifugalkraaft als eng wichteg dreiwend Kraaft.Flëssegkeeten ënnerleien och Kapillaren, Euler a Coriolis Kräften.Mat Hëllef vun engem Zentrifuge-Apparat ginn Analysen a kontinuéierlecher flësseger Operatioun vun enger radialer no baussen an der äusser Positioun duerchgefouert, wat d'Bedierfnes fir zousätzlech extern Schlauch, Pompelen, Aktuatoren an aktive Ventile eliminéiert.Kuerz gesot, eng eenzeg Kontrollmethod vereinfacht Operatioun.D'Kräfte, déi op d'Flëssegkeet am selwechte mikrofluidesche Kanal an der selwechter Distanz vum Laaschtzentrum handelen, sinn gläich, wat et méiglech mécht d'Kanalstruktur ze widderhuelen.Also, LOAD Ausrüstung ass méi einfach a méi ekonomesch ze designen an ze fabrizéieren wéi konventionell LOCC Ausrüstung, während d'Reaktiounen gréisstendeels onofhängeg a paralleliséiert sinn;awer, wéinst der héich mechanesch Kraaft vun centrifugal Equipement, sinn Chip Material limitéiert a kleng Bänn sinn schwéier.an den Auto.Zur selwechter Zäit sinn déi meescht LOAD-Geräter nëmme fir eenzeg Benotzung entwéckelt, wat deier ass fir grouss Detektioun [96, 117, 118, 119].
An de leschte Joerzéngte huet LOAD, als ee vun de villverspriechendste mikrofluideschen Apparater ugesinn, vill Opmierksamkeet vu Fuerscher an Hiersteller kritt.Also huet LOAD breet Akzeptanz gewonnen a gouf fir molekulare Diagnostik vun infektiiv Pathogenen benotzt [120, 121, 122, 123, 124], besonnesch wärend dem COVID-19 Ausbroch.Zum Beispill, Enn 2020, Ji et al.[60] bewisen en direkten RT-qPCR Assay fir séier an automatiséiert parallel Detektioun vu SARS-CoV-2 a Gripp A a B Infektiounen an Halswab Exemplare.Dann Xiong et al.[74] huet eng LAMP-integréiert discoid mikrofluidic Plattform presentéiert fir séier, korrekt a gläichzäiteg Detektioun vu siwe mënschlechen respiratoresche Coronavirussen, dorënner SARS-CoV-2, bannent 40 Minutten.Am fréien 2021, de Oliveira et al.[73] demonstréiert e Polystyrol Toner Zentrifugale Mikrofluid Chip, manuell mat engem Fangerspëtzten Rotator operéiert, fir RT-LAMP molekulare Diagnos vum COVID-19.Later, Dignan et al.[39] huet en automatiséierte portable Zentrifuge-Mikroapparat presentéiert fir d'Rengung vu SARS-CoV-2 RNA direkt aus buccale Swab-Sektiounen.Medved et al.[53] proposéiert en inline SARS-CoV-2 Aerosol Sampling System mat engem klenge Volume rotéierende mikrofluidesche Fluorescent Chip mat enger Detektiounslimit vun 10 Exemplare / μL an engem Minimum Zyklus Schwell vu 15 Minutten.Suarez et al.[75] huet viru kuerzem d'Entwécklung vun enger integréierter modulärer centrifugaler mikrofluidescher Plattform gemellt fir d'direkt Detektioun vu SARS-CoV-2 RNA an Hëtzt-inaktivéierten Nasopharyngeal Swab Echantillon mat LAMP.Dës Beispiller weisen déi grouss Virdeeler a Versprieche vu LOAD an der molekulare Diagnostik vum COVID-19.
1945 hunn Muller a Clegg [125] fir d'éischt Mikrofluidkanäl op Pabeier mat Filterpabeier a Paraffin presentéiert.Am Joer 2007 huet d'Whitesides Grupp [126] déi éischt funktionell Pabeierplattform fir Protein- a Glukostesten erstallt.Pabeier ass en ideale Substrat fir Mikrofluidik ginn.D'Pabeier huet inherent Eegeschafte wéi Hydrophilizitéit a porös Struktur, exzellent Biokompatibilitéit, Liichtgewiicht, Flexibilitéit, Klappbarkeet, niddreg Käschten, Einfachheet vun der Benotzung a Komfort.Klassesch µPADs besteet aus hydrophilen / hydrophobe Strukturen op Pabeiersubstrater gebaut.Ofhängeg vun der dreidimensionaler Struktur kënnen μPADs an zweedimensional (2D) an dreidimensional (3D) μPADs opgedeelt ginn.2D µPADs ginn produzéiert andeems hydrophobe Grenzen bilden fir mikrofluid Kanäl ze bilden, während 3D µPADs normalerweis aus Stacke vu Schichten vun 2D mikrofluidesche Pabeier gemaach ginn, heiansdo duerch Pabeierklappen, Rutschtechniken, oppe Kanäl, an 3D Dréckerei [96].Waasser oder biologesch Flëssegkeeten op der μPAD ginn haaptsächlech duerch Kapillarkraaft kontrolléiert ouni eng extern Kraaftquell, déi d'Pre-Späichere vu Reagenzen, Probehandhabung a Multiplex Detektioun erliichtert.Wéi och ëmmer, präzis Flowkontroll a Multiplex Detektioun ginn duerch net genuch Detektiounsgeschwindegkeet, Empfindlechkeet a Wiederverwendbarkeet behënnert [96, 127, 128, 129, 130].
Als ongewéinlech mikrofluidic Plattform ass μPAD wäit gefördert an entwéckelt fir d'molekulare Diagnostik vun infektiiv Krankheeten wéi HCV, HIV, a SARS-CoV-2 [131, 132].Fir selektiv a sensibel Detektioun vun HCV, Tengam et al.[133] entwéckelt e Roman Biosensor baséiert op fluoreszent Pabeier mat enger héich spezifescher Nukleinsäure Sonde baséiert op Pyrrolidinyl Peptid.Nukleinsäuren ginn kovalent immobiliséiert op deelweis oxidéiert Cellulosepabeier duerch reduktiv Alkyléierung tëscht Aminogruppen an Aldehydgruppen, an d'Detektioun baséiert op Fluoreszenz.Dës Signaler kënnen duerch e speziell gemaachte Gadget mat enger portable Leuchtstoffkamera a Kombinatioun mat enger Handyskamera gelies ginn.Later, Lu et al.[134] entworf eng Pabeier-baséiert flexibel Elektrode baséiert op Néckel / Gold Nanopartikel / Kuelestoff Nanotubes / Polyvinyl Alkohol organometallic Kader Composites fir HIV Ziler Detektioun duerch DNA Hybridiséierung benotzt Methylene blo als DNA Redox Indikator.Méi kuerzem, Chowdury et al.[135] huet en hypotheteschen Plattformdesign fir Point-of-Care µPAD Testen presentéiert mat rauem Patient Spaut a Kombinatioun mat LAMP a portable Imaging Technologie fir COVID-19 Analyt Detektioun.
Lateral Flow Tester guidéieren Flëssegkeeten duerch Kapillarkräften a kontrolléieren d'Flëssegkeetsbewegung duerch d'Befeuchtbarkeet an d'Charakteristike vu porösen oder mikrostrukturéierte Substrate.Déi lateral Flow-Geräter besteet aus Prouf, Konjugat, Inkubator an Detektioun, an absorbéierende Pads.D'Nukleinsäuremoleküle an der LFA erkennen spezifesch Bindemëttel, déi op der Bindungsplaz virgelagert sinn an als Komplexe binden.Wéi d'Flëssegkeet duerch d'Inkubatiouns- an Detektiounsplacke passéiert, ginn d'Komplexe vun de Fangmoleküle gefaangen, déi op den Test- a Kontrolllinnen lokaliséiert sinn, déi Resultater weisen, déi direkt mat bloussem A gelies kënne ginn.Typesch kann LFA an 2-15 Minutten ofgeschloss ginn, wat méi séier ass wéi traditionell Entdeckung.Wéinst dem spezielle Mechanismus erfuerdert LFA wéineg Operatiounen a brauch keng zousätzlech Ausrüstung, wat et ganz userfrëndlech mécht.Et ass einfach ze fabrizéieren an ze miniaturiséieren, an d'Käschte vu Pabeierbaséierte Substrate si méi niddereg.Wéi och ëmmer, et gëtt nëmme fir qualitativ Analyse benotzt, a quantitativ Detektioun ass ganz schwéier, an d'Multiplexéierungsfäegkeet an d'Duerchschnëtt si ganz limitéiert, an nëmmen eng genuch Nukleinsäure kann zur selwechter Zäit festgestallt ginn [96,110,127].
Obwuel déi meescht Uwendunge vu LFA op Immunoassays fokusséiert sinn, ass d'Benotzung vu LFA fir molekulare Diagnostik a mikrofluidesche Chips och effektiv a populär [136].Am Fall vun Hepatitis B Virus, HIV a SARS-CoV-2 LFA Gong et al.[137] huet eng Up-Konversioun Nanopartikel LFA Plattform proposéiert an d'Vielfalt vun dëser miniaturiséierter a portabeler Plattform bewisen duerch sensibel a quantitativ Detektioun vu verschiddenen Ziler wéi HBV Nukleinsäure.Zousätzlech, Fu et al.[138] bewisen e Roman LFA baséiert op Uewerfläch verstäerkte Raman Spektroskopie fir d'quantitativ Analyse vun HIV-1 DNA bei niddregen Konzentratioune.Fir séier a sensibel Detektioun vu SARS-CoV-2, Liu et al.[85] entwéckelt eng mikrofluidic-integréiert RPA lateral Flux Analyse andeems RT-RPA an engem universellen lateralen Flow Detektioun System an engem eenzege microfluidic System kombinéiert ginn.
D'Applikatioun vu verschiddene mikrofluidesche Plattformen variéiert jee no spezifesche Studien, profitéiert voll vun de Fäegkeeten an Virdeeler vun de Plattformen.Mat bezuelbare Ventile, Pompelen a Kanäl ass LOCC déi ëmfaassendst Plattform fir Uwendungsdiversitéit an Interoperabilitéit mat dem gréisste Raum fir Entwécklung.Dofir hoffen a recommandéieren mir datt déi neiste Studien am LOCC als éischte Versuch duerchgefouert ginn an datt d'Konditioune optimiséiert ginn.Zousätzlech gëtt erwaart datt méi effizient a korrekt Methoden am System entdeckt a benotzt ginn.LOAD excelléiert a präzis Kontroll vu Flëssegkeete vun existente LOCC-Geräter a weist eenzegaarteg Virdeeler an eenzel Fuerwen duerch Zentrifugalkraaft ouni de Besoin fir extern Fuerwen, wärend parallele Äntwerte getrennt a synchroniséiert kënne sinn.Also, an Zukunft wäert LOAD d'Haaptmikrofluidic Plattform ginn mat manner manuell Operatiounen a méi reife an automatiséiert Technologien.D'µPAD Plattform kombinéiert d'Virdeeler vu LOCC a Pabeierbaséierte Materialien fir niddreg Käschte, eenzeg Benotzung Diagnostik.Dofir soll zukünfteg Entwécklung op praktesch a gutt etabléiert Technologien konzentréieren.Zousätzlech ass d'LFA gutt gëeegent fir blouss Aen Detektioun, versprécht Probekonsum ze reduzéieren an d'Detektioun ze beschleunegen.En detailléierte Plattformvergläich gëtt an der Tabell 2 gewisen.
Digital Analysen deelen d'Probe a vill Mikroreaktoren, déi jidderee eng diskret Zuel vun Zilmoleküle enthält [139, 140].Digital Assays bidden bedeitend Virdeeler fir absolute Quantitatioun duerch Tausende vu parallele biochemeschen Experimenter gläichzäiteg an individuell a Mikron Skala Kompartimenter auszeféieren anstatt an enger kontinuéierlecher Phase.Am Verglach mat traditioneller Mikrofluidik kënnen d'Kompartimentreaktiounen de Probevolumen reduzéieren, d'Reaktiounseffizienz erhéijen an einfach mat anere analytesche Methoden integréiert ginn ouni de Besoin fir Kanäl, Pompelen, Ventile a kompakt Designs [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147] op.Déi folgend zwou Methoden ginn an digitalen Assays benotzt fir eenheetlech a präzis Trennung vu Léisungen z'erreechen, dorënner Reagenz a Proben wéi Zellen, Nukleinsäuren an aner Partikelen oder Molekülen: (1) Drop Emulsiounen, déi Flësseg Interface Onstabilitéit ausnotzen;(2) Array Divisioun gëtt duerch geometresch Aschränkunge vum Apparat duerchgefouert.An der éischter Method kënnen Drëpsen, déi Reagenser a Proben a Mikrokanale enthalen, duerch passiv Methoden erstallt ginn wéi Co-Stroum, Crossflow, Flowfokuséierung, inszenéiert Emulsifikatioun, Mikrokanal-Emulsifikatioun, a Membranen duerch viskos Schéierkräften an Emulsifikatioun mat Kanalännerung.Lokaliséierung [143, 145, 146, 148, 149] oder mat aktive Methoden [150, 151], déi zousätzlech Energie duerch elektresch, magnetesch, thermesch a mechanesch Kontroll aféieren.An der leschter Approche gëtt déi bescht Flëssegkeetsvolumen Uniformitéit a mikrofluidesche Kammern gedeelt andeems raimlech Strukture vun der selwechter Gréisst behalen, sou wéi Mikropits an Uewerflächenarrays [152,153,154].Besonnesch Drëpsen si grouss Flowsektiounen déi och op Elektrodenarrays generéiert a manipuléiert kënne ginn baséiert op digitaler Mikrofluidik (DMF).Electrowetting vun Dielectrics ass eng vun de beschten studéiert DMF Theorien, well Elektrowetting vun Dielectrics erlaabt präzis Manipulatioun vun eenzelne Drëpsen, Kontroll vun der Form vun der Flëssegket an asymmetresch elektresch Signaler duerch verschidde Säiten Passéieren [141, 144].D'Haaptoperatioune mat Drëpsen am DMF beinhalt d'Sortéierung, Spaltung a Fusioun [151, 155, 156], déi a verschiddene Analyseberäicher applizéiert kënne ginn, besonnesch an der molekulare Detektioun [157, 158, 159].
Digital Nukleinsäure Detektioun ass eng drëtt Generatioun molekulare Diagnostik Technologie no konventionell PCR a quantitativen Echtzäit PCR (qPCR), parallel mat High-Throughput Sequencing a flësseger Biopsie.An de leschten zwee Joerzéngten hunn digital Nukleinsäuren séier am Beräich vun der molekulare Diagnostik vun infektiiv Pathogenen entwéckelt [160, 161, 162].Absolut Quantifikatioun vun der digitaler Nukleinsäureerkennung fänkt un mat Proben a Reagenzen an eenzel Kompartimenter ze packen fir sécherzestellen datt all Zilsequenz déiselwecht Probabilitéit huet fir all eenzel Fach anzeginn.Theoretesch kann all Sektioun verschidde Zilsequenzen zougewisen ginn, oder et kann keen onofhängege Mikroreaktiounssystem sinn.Duerch déi verschidde Senséierungsmechanismen, déi hei uewen beschriwwe sinn, kënne Kompartimenter mat mikrobiellen Zilsequenzen, déi Signaler iwwer e bestëmmte Schwell generéieren, mat bloussem A oder vun enger Maschinn visualiséiert ginn an als positiv bezeechent ginn, während aner Kompartimenter, déi Signaler ënner der Schwell generéieren, als positiv bezeechent ginn. .negativ, déi d'Signal fir all Sektioun e boolesche maachen.Also, duerch d'Berechnung vun der Unzuel vun de geschafene Kompartimenter an den Taux vun de positiven Resultater no der Reaktioun, kënnen d'Originalkopien vun den Testproben mat der Poisson Verdeelungsformel ugepasst ginn ouni d'Noutwendegkeet vun enger Standardkurve, déi fir routinesch quantitativ Analysen erfuerderlech ass, wéi z. wéi qPCR.[163] Am Verglach mat traditionelle molekulare diagnostesche Methoden huet digital Nukleinsäureerkennung e méi héije Grad vun der Automatiséierung, méi héijer Analysegeschwindegkeet a Sensibilitéit, manner Reagenz, manner Kontaminatioun, a méi einfach Design a Fabrikatioun.Aus dëse Grënn ass d'Benotzung vun digitalen Assays, besonnesch Drop-baséiert Methoden, fir molekulare Diagnostik, kombinéiert Verstäerkung a Signalausliesungstechniken, gutt studéiert wärend dem kriteschen Ausbroch vu SARS-CoV-2.Zum Beispill, Yin et al.[164] kombinéiert Droplet digital a séier PCR Methoden fir d'ORF1ab, N, an RNase P Genen am SARS-CoV-2 an engem mikrofluidesche Chip z'entdecken.Notamment konnt de System e positiven Signal bannent 115 Sekonnen z'identifizéieren, wat méi séier ass wéi konventionell PCR, wat seng Effektivitéit an der Point-of-Care Detektioun bezeechent (Figur 7a).Dong et al.[165], Sow et al.[157], Chen et al.[166] Alteri et al.[167] huet och Droplet Digital PCR (ddPCR) applizéiert fir SARS-CoV-2 an engem mikrofluidesche System mat beandrockende Resultater z'entdecken.Fir d'Erkennungsquote weider ze verbesseren, Shen et al.[168] erreecht ddPCR-baséiert Chip Imaging an esou wéineg wéi 15 s ouni d'Benotzung vun Bild Stitching Techniken, beschleunegt den ddPCR Technologie Prozess vu Labo zu Applikatioun.Net nëmmen thermesch Verstäerkungsmethoden wéi PCR ginn ugewannt, awer och isothermesch Verstäerkungsmethoden ginn benotzt fir Reaktiounsbedéngungen a séier Äntwert ze vereinfachen.Lu et al.[71] entwéckelt SlipChip fir Drëpsanalyse, fäeg Drëpsen vu verschiddene Gréissten bei héijer Dicht an engem Schrëtt ze generéieren an SARS-CoV-2 Nukleinsäuren mat digitale LAMP ze quantifizéieren (Figur 7b).Als séier evoluéierend Technologie kann CRISPR och eng wichteg Roll bei der digitaler Nukleinsäureerkennung spillen duerch praktesch kolorimetresch Imaging ouni de Besoin fir zousätzlech Nukleinsäure Flecken.Ackermann et al.entwéckelt eng kombinatoresch Matrixreaktioun fir multiplex Evaluatioun vun Nukleinsäuren.[158] entdeckt 169 mënschlech-assoziéiert Virussen, dorënner SARS-CoV-2, an Drëpsen mat CRISPR-Cas13-baséiert Nukleinsäure Detektiounsreagenz an engem Mikrowell Assay (Figur 7c).Zousätzlech kann isothermesch Verstäerkung an CRISPR Technologie am selwechte System benotzt ginn fir d'Virdeeler vun deenen zwee ze kombinéieren.Park et al.[169] E CRISPR/Cas12a digitalen Assay gouf an engem kommerziellen mikrofluidesche Chip entwéckelt fir d'Detektioun vun extrahéierten an Hëtzt ëmbruecht SARS-CoV-2 baséiert op enger eenzeger Stuf RT-RPA mat enger méi kuerzer a méi héijer Signal-zu-Hannergrond Detektioun Zäit Verhältnis., méi breet dynamesch Gamme a besser Sensibilitéit (Fig. 7d).E puer Beschreiwunge vun dëse Beispiller ginn an der Tabell 3 uginn.
Typesch digital Plattform fir Nukleinsäure Detektioun.a De rapide digitale PCR-Workflow besteet aus véier Schlësselschrëtt: Probepräparatioun, Verdeelung vun der Reaktiounsmëschung, Amplifikatiounsprozess an Zilquantifizéierung (upasst vu [164]).b Schematesch Analyse vun SlipChip Drëpsen fir Drëpsenbildung bei héijer Dicht ugepasst (vum [71] ugepasst).c CARMEN-Cas Workflow Diagramm13 (adaptéiert vun [158]).d Iwwersiicht iwwer fortgeschratt digital Viruserkennung mat CRISPR / Cas an engem Dëppe (adaptéiert vu [169]).W/O Waasser-an-Ueleg, Polydimethylsiloxan PDMS, PCR Polymerase Kettenreaktioun, DAQ Datensammlung, PID proportional integral Derivat, CARMEN kombinatoresch Matrixreaktioun fir Multiplex Nukleinsäure Evaluatioun, SARS-CoV-2, schwéieren akuten respiratoresche Syndrom, Coronavirus 2, RT Amplifikatioun vu Reverse Transkriptase Rekombinase Polymerase-RPA, S/B Signal am Hannergrond