Стратегияҳои анъанавии ташхис барои ошкор кардани бемориҳои сироятӣ истифодаи асбобҳои болоиро талаб мекунанд, ки барои санҷиши нуқтаи нигоҳубин (POCT) мувофиқ нестанд.Microfluidics-и пайдошаванда як технологияи хеле миниатюрӣ, автоматӣ ва ҳамгирошуда мебошад, ки алтернативаи эҳтимолӣ ба усулҳои анъанавӣ барои ташхиси зуд, камхарҷ ва дақиқ дар макон мебошад.Усулҳои ташхиси молекулярӣ дар дастгоҳҳои микрофлюидӣ ҳамчун усулҳои самарабахши ошкор кардани патоген васеъ истифода мешаванд.Ин барраси дастовардҳои охиринро дар ташхиси молекулавии микрофлюидикии бемориҳои сироятӣ ҳам аз нуқтаи назари илмӣ ва ҳам саноатӣ ҷамъбаст мекунад.Аввалан, мо коркарди маъмулии чипии кислотаҳои нуклеинро тавсиф мекунем, аз ҷумла коркарди пешакии намуна, тақвият ва хониши сигнал.Пас аз он хусусиятҳо, афзалиятҳо ва нуқсонҳои чор намуди платформаҳои микрофлюидӣ муқоиса карда мешаванд.Минбаъд, мо истифодаи таҳлилҳои рақамиро барои миқдори мутлақи кислотаҳои нуклеинӣ муҳокима хоҳем кард.Ҳам дастгоҳҳои ташхиси молекулавии классикӣ ва ҳам ба наздикӣ дар асоси микрофлюидӣ ҳамчун далели вазъи кунунии бозор ҷамъбаст карда мешаванд.Дар ниҳоят, мо самтҳои ояндаи ташхиси микрофлюидикии бемориҳои сироятиро пешниҳод менамоем.
Бемориҳои сироятӣ аз ҷониби микроорганизмҳо, аз ҷумла бактерияҳо, вирусҳо ва паразитҳо, ки дар тамоми ҷаҳон паҳн мешаванд, ба вуҷуд меоянд.Баръакси дигар бемориҳо, микроорганизмҳои патогенӣ зуд сироят ёфта, дар байни одамон ва ҳайвоноти мизбон тавассути эмкунӣ, ҳаво ва об паҳн мешаванд [1].Пешгирии бемориҳои сироятӣ ҳамчун чораи тандурустии ҷамъиятӣ муҳим аст.Се стратегияи асосии мубориза бо бемориҳои сироятӣ: (1) назорати манбаи сироят;(2) қатъи роҳи интиқол;(3) ҳифзи аҳолии осебпазир.Дар байни стратегияҳои асосӣ мубориза бо манбаи сироят бо сабаби қулай ва арзон будани он стратегияи муҳимтарин маҳсуб мешавад.Ташхиси фаврӣ, ҷудокунӣ ва табобати шахсони сироятшуда муҳим буда, стратегияҳои зуд, ҳассос ва дақиқи ташхисро талаб мекунад [2].Ташхиси кунунии бемориҳои сироятӣ одатан муоинаи клиникиро дар асоси нишонаҳо ва нишонаҳо ва таҳқиқоти лабораторӣ, аз қабили фарҳанги ҳуҷайра ва ташхиси молекулавӣ, ки кормандони ботаҷриба, расмиёти пуршиддат ва таҷҳизоти гаронбаҳои санҷиширо талаб мекунанд, муттаҳид мекунад [3, 4].Пешгирии хуруҷи бемориҳои сироятӣ ташхиси зуд, арзон ва дақиқи маҳаллиро талаб мекунад, махсусан дар минтақаҳои маҳдуди захираҳо, ки бемориҳои сироятӣ маъмул ва шадид [5] аст, инчунин табобат дар биёбон ё дар майдони ҷанг, ки ҳолатҳои фавқулодда пешгӯинашаванда мебошанд..ёрии тиббӣ маҳдуд аст [6].Дар ин замина, микрофлюидика технологияест, ки технологияҳои системаҳои микроэлектромеханикӣ, нанотехнология ё илми маводро барои коркарди дақиқи моеъ муттаҳид мекунад [7,8,9,10], ки имкониятҳои навро барои муайян кардани нуқтаи нигоҳубин (POCT) фароҳам меорад.) агентҳои сирояткунанда берун аз беморхонаҳо ва лабораторияҳо.Дар муқоиса бо ташхиси анъанавии вақтталаб, технологияи микрофлюидӣ барои ташхиси молекулавӣ ҳангоми хуруҷи беморӣ намуна ва сарфаи хароҷотро пешниҳод мекунад.Паҳншавии глобалии бемории коронавируси 2019 (COVID-19) аз сабаби синдроми шадиди роҳи нафасии коронавирус 2 (SARS-CoV-2) ба вуҷуд омадааст, аз ин рӯ аҳамияти микрофлюидҳо барои пешгирӣ ва назорати саривақтии пандемия бори дигар таъкид мешавад [11, 12] , 13].Баръакси ташхиси анъанавӣ, микрофлюидӣ POCT барои озмоиш дар наздикии нуқтаи интихоб дастгоҳҳои хурди сайёрро истифода мебарад, ки аз анализаторҳои рӯизаминӣ то тасмаҳои хурди санҷишии паҳлӯӣ иборат аст [14].Ин озмоишҳо омодасозии содда ё бидуни намуна, тақвияти зуди сигнал ва хонишҳои ҳассосро дар бар мегиранд, ки дар натиҷа муддати кӯтоҳ ва натиҷаҳои дақиқ дар тӯли чанд дақиқа ба даст меоянд.Мавҷудият ва истеҳсоли оммавии асбобҳои тиббии ба микрофлюидӣ асосёфта барномаҳои ташхиси арзон ва мустақими онҳоро берун аз беморхона, дар назди бемор ва ҳатто дар хона васеъ карданд.
Дар байни стратегияҳои мавҷудаи ташхиси бемориҳои сироятӣ ташхиси молекулавӣ яке аз ҳассостарин ба ҳисоб меравад [15, 16].Илова бар ин, ташхиси молекулавӣ аксар вақт ҳамчун стандарти тиллоӣ барои ошкоркунии пайвастаи COVID-19 истифода мешавад, ки имкон медиҳад, ки минтақаҳои мушаххаси вируси РНК ё ДНК пеш аз фарорасии аксуламали иммунӣ ошкор карда шаванд [17, 18].Дар баррасии ҷорӣ мо дастовардҳои навтаринро дар равандҳои ташхиси молекулавӣ дар асоси микрофлюдика барои бемориҳои сироятӣ, аз нуқтаи назари академӣ ба дурнамои ояндаи саноатӣ пешниҳод мекунем (расми 1).Мо аз се марҳилаи калидӣ дар муайянкунии кислотаи нуклеинӣ оғоз хоҳем кард: коркарди пешакии намуна дар чип, тақвияти кислотаи нуклеинӣ ва хониши сигнал.Пас аз он мо намудҳои гуногуни платформаҳои микрофлюидиро бо сохтор ва функсияи онҳо муқоиса кардем, ки хусусиятҳои беназирро нишон доданд (қувват ва заъфҳо).Муайянкунии рақамии кислотаи нуклеинӣ минбаъд баррасӣ ва ҳамчун намунаи технологияи насли сеюм барои миқдори мутлақи молекулаҳои патогенҳои сироятӣ дода мешавад.Илова бар ин, якчанд дастгоҳҳои маъмулӣ ва охирини тиҷоратии POCT барои нишон додани ҳолати кунунии бозори микрофлюидикии POCT барои ташхиси молекулавӣ пешниҳод карда мешаванд.Мо инчунин дидгоҳи худро барои барномаҳои оянда муҳокима ва шарҳ медиҳем.
Модулҳои микросхемаҳои микрофлюидиро барои муайян кардани кислотаи нуклеинӣ аз рӯи вазифаҳояшон ба се категория тақсим кардан мумкин аст (намунагирӣ, шинохтан ва сигнализатсия) [19].Дар байни ин модулҳо, модули интихоб асосан лизиси намуна ва истихроҷи кислотаи нуклеинро амалӣ мекунад.Модули сенсор асосан табдил ва тақвияти сигналҳои кислотаи нуклеинро назорат мекунад.Модули сигнализатсия сигналеро, ки аз ҷониби модули ҳассос табдил дода ва коркард шудааст, муайян мекунад.Дар асоси раванди ошкор кардани кислотаҳои нуклеинӣ дар чип, мо микросхемаҳои гуногунеро, ки метавонанд функсияи "ворид ва баромад" -ро амалӣ кунанд, ҷамъбаст хоҳем кард.
Қадами аввал дар муайян кардани кислотаи нуклеинӣ истихроҷи кислотаи нуклеинӣ, яъне ҷудо кардани кислотаи нуклеинӣ аз намунаи аслӣ мебошад.Истихроҷи кислотаи нуклеинӣ барои тоза кардани кислотаҳои нуклеинӣ аз дигар ифлоскунандаҳои молекулавӣ, таъмини якпорчагии сохтори ибтидоии молекулаҳои кислотаи нуклеинӣ ва беҳтар кардани натиҷаҳо анҷом дода мешавад.Истихроҷи кислотаи нуклеинӣ лизиси зарурии намуна ва гирифтани кислотаи нуклеинро талаб мекунад, ки сифат ва самаранокии он ба натиҷаҳои тадқиқот ва ташхис таъсири калон мерасонад.Ҳар гуна таъсири нозук ҳангоми истихроҷ метавонад ошкоркунии минбаъдаро маҳдуд кунад.Масалан, усулҳои реаксияи занҷири полимеразӣ (PCR) ва амплификацияи изотермикии ҳалқа (LAMP) тавассути баъзе ҳалкунандаҳои органикии боқимонда ба монанди этанол ва изопропанол дар реагентҳои ҷудокунии кислотаи нуклеинӣ монеъ мешаванд [20].Экстраксияи моеъ-моеъ ва истихроҷи марҳилаи сахт усулҳои маъмултарини ҷудо кардани кислотаҳои нуклеинӣ мебошанд [21], аммо истихроҷи моеъ-моеъ дар чип хеле маҳдуд аст, зеро реагентҳое, ки дар истихроҷи моеъ-моеъ истифода мешаванд, боиси зангзании аксари микросхемаҳои микрофлюидӣ мешаванд. .Дар ин ҷо, мо усулҳои истихроҷи фазаҳои сахтро дар асоси микроаррей таъкид мекунем ва бартарӣ ва нуқсонҳои онҳоро муқоиса мекунем.
Кремний як маводи субстратест, ки аз сабаби мутобиқати биологӣ, устуворӣ ва осонии тағирёбанда бо кислотаҳои нуклеинӣ мувофиқ аст [22].Муҳим он аст, ки ҳангоми тағир додани кремний ё дигар маводҳо, ин композит дорои хосиятҳои адсорбсияи кислотаҳои заряди манфии нуклеинӣ дар шароити рН паст, намаки баланд дар ҳолест, ки бо рН баланд, маҳлулҳои намаки паст.Дар асоси ин падида метавон кислотаи нуклеинро тоза кард.
Барои истихроҷи кислотаи нуклеин дар микрофлюидикҳо шаклҳои гуногуни маводи кремний асосёфта истифода шудаанд, аз қабили маҳтобҳои кремний, хокаҳо, филтрҳои микрофибр ва мембранаҳои кремний [23, 24, 25, 26].Вобаста ба хосиятҳои мавод дар микросхемаҳо масолеҳи кремнийро бо роҳҳои гуногун истифода бурдан мумкин аст.Масалан, гранулҳои кремний, хокаҳо ва нанофилтрҳои тиҷоратӣ метавонанд ба таври оддӣ ба сӯрохҳо ё микроканалҳои микросхемаҳои микрофлюидӣ ҷойгир карда шаванд ва барои истихроҷи кислотаҳои нуклеинӣ аз намунаҳо кӯмак расонанд [27, 28, 29].Мембранаҳои кремнийи рӯизаминӣ инчунин метавонанд барои зуд тоза кардани ДНК аз микроорганизмҳо бо арзиши кам истифода шаванд.Масалан, Ванг ва дигарон.[30] Бо омезиши реаксияҳои амплификацияи денатуризатсия бо мубодилаи занҷири весикула бо мембранаҳои кремний, ки бо олигосахаридҳои хитозан пӯшонида шудаанд, як системаи бисёрҷонибаи сайёр ҷорӣ карда шуд, ки бомуваффақият 102-108 воҳидҳои колонияро муайян кард.(CFU)/мл Vibrio parahaemolyticus., ва мавҷудияти вирус ба осонӣ намоён буд.Пауэлл ва дигарон.[31] Пас аз он микроэлементҳои бар кремний асосёфта барои ошкор кардани вируси гепатити С (HCV), вируси норасоии масунияти одам (ВНМО), вируси Зика ва папилломавируси инсон ва паҳншавии худкор истифода шуданд, ки дар он микрореактори 1,3 мкл барои забти вирусҳои РНК таҳия карда шуд.ва амплификатсияро дар ҷои худ иҷро кунед.Илова ба ин усулҳо, микросутунҳои кремнийи рӯизаминӣ дар истихроҷи кислотаи нуклеинӣ низ нақши калидӣ доранд, зеро геометрия ва хосиятҳои маводи тағирдиҳанда самаранокии истихроҷро хеле зиёд мекунанд.Чен ва дигарон.[32] платформаи микрофлюидикиро барои ҷудокунии РНК-и консентратсияи паст дар асоси микросутунҳои кремнийи аминокислотаҳо пешниҳод кард.Ин дастгоҳи микрофлюидӣ массиви 0,25 см2 микропиллярҳоро дар як субстрати кремний муттаҳид мекунад, то самаранокии истихроҷи баландтарро тавассути тарҳи таносуби ҳаҷм ба масоҳати баланди сатҳи баланд ба даст орад.Бартарии ин тарҳ дар он аст, ки дастгоҳи микрофлюидӣ метавонад то 95% самаранокии истихроҷи кислотаи нуклеинро ба даст орад.Ин стратегияҳои бар кремний асосёфта арзиши зуд ҷудо кардани кислотаҳои нуклеинро бо арзиши кам нишон медиҳанд.Дар якҷоягӣ бо микросхемаҳои микрофлюидӣ, стратегияҳои истихроҷи кремний дар асоси на танҳо самаранокии муайянкунии кислотаи нуклеинро зиёд мекунанд, балки ба миниатюризатсия ва ҳамгироии дастгоҳҳои таҳлилӣ мусоидат мекунанд [20].
Усулҳои ҷудокунии магнитӣ зарраҳои магнитиро барои ҷудо кардани кислотаҳои нуклеинӣ дар ҳузури майдони магнитии беруна истифода мебаранд.Заррачаҳои магнитии маъмулан истифодашаванда зарраҳои магнитии Fe3O4 ё γ-Fe2O3 мебошанд, ки бо кремний, аминокислотаҳо ва карбоксил фаро гирифта шудаанд [33,34,35,36].Хусусияти фарқкунандаи зарраҳои магнитӣ дар муқоиса бо усулҳои кремнийи SPE ин осонии коркард ва назорат бо магнитҳои беруна мебошад.
Бо истифода аз таъсири мутақобилаи электростатикии байни кислотаҳои нуклеинӣ ва кремний, дар шароити намаки баланд ва пасти рН, кислотаҳои нуклеинӣ дар сатҳи зарраҳои магнитии бо кремний фаро гирифташуда адсорб мешаванд, дар ҳоле ки дар шароити намаки паст ва рН баланд, молекулаҳоро шустан мумкин аст. боз..Маҳтобчаҳои магнитии бо кремний пӯшонидашуда имкон медиҳанд, ки ДНК аз намунаҳои ҳаҷми калон (400 мкл) бо истифода аз ҳаракати магнитӣ идорашаванда истихроҷ карда шаванд [37].Ҳамчун намоиш, Родригес-Матеос ва дигарон.[38] магнитҳои танзимшавандаро барои назорат кардани интиқоли маҳтобҳои магнитӣ ба камераҳои гуногун истифода бурданд.Дар асоси зарраҳои магнитии бо кремний пӯшонидашуда, 470 нусха/мл РНК-и геномии SARS-CoV-2-ро аз намунаҳои оби партов барои муайянкунии транскрипсияи баръакси LAMP (RT-LAMP) истихроҷ кардан мумкин аст ва посухро дар давоми 1 соат хондан мумкин аст.чашми бараҳна (расми 2а).
Дастгоҳҳо дар асоси маводи магнитӣ ва ковокӣ.Диаграммаи консептуалии дастгоҳи микрофлюидии IFAST RT-LAMP барои муайянкунии SARS-CoV-2 RNA (мувофиқ аз [38]).б Дастгоҳи микроцентрифугавӣ барои dSPE аз кислотаи нуклеинии тампончаи букалӣ (мувофиқ аз [39]).в Консентратсияи намунавии худкор бо истифода аз корти FTA® (аз [50] мутобиқ карда шудааст).d Коғази филтри Fusion 5, ки бо хитозан тағир дода шудааст (мувофиқ аз [51]).SARS-CoV-2 синдроми шадиди роҳи нафас coronavirus 2, ҳалқаи транскрипсияи баръакси RT-LAMP, тақвияти изотермикӣ, шарикони технологияи FTA, NA кислотаи нуклеинӣ
Зарраҳои магнитии заряди мусбат барои пайваст кардани сутуни фосфати кислотаи нуклеинӣ беҳтаринанд.Дар консентратсияи муайяни намак гурўњњои фосфатии манфии кислотањои нуклеинї метавонанд дар сатњи заррањои таркибии магнитї заряди мусбат дошта бошанд.Аз ин рӯ, барои истихроҷи кислотаҳои нуклеинӣ нанозарраҳои магнитии дорои сатҳи ноҳамвор ва зичии баланди гурӯҳҳои аминокислотаҳо таҳия карда шуданд.Пас аз ҷудокунӣ ва бастани магнитӣ, нанозарраҳои магнитӣ ва комплексҳои ДНК метавонанд мустақиман дар PCR истифода шаванд, ки эҳтиёҷоти амалиётҳои мураккаб ва вақтталаби тозакунӣ ва элюсияро аз байн мебарад [35].Нанозарраҳои магнитӣ, ки бо гурӯҳҳои манфии карбоксил фаро гирифта шудаанд, инчунин барои ҷудо кардани кислотаҳои нуклеинӣ, ки дар рӯи сатҳи консентратсияи баланди полиэтиленгликол ва маҳлулҳои хлориди натрий адсорб шудаанд, истифода мешуданд [36].Бо ин маҳтобҳои магнитии рӯизаминӣ, истихроҷи ДНК бо тақвияти минбаъда мувофиқ аст.Динан ва дигарон.[39] платформаи автоматикунонидашуда ва сайёри микрофлюидии центрифугаро барои коркарди пешакии кислотаи нуклеин тавсиф кардааст, ки ба кормандони ғайритехникӣ имкон медиҳад, ки онро дар макон истифода баранд.Илова бар ин, мутобиқати ДНК-и ҷудошуда бо LAMP, усуле, ки барои таҳлили кислотаи нуклеинӣ дар нуқтаи нигоҳубин мувофиқ аст, минбаъд талаботи ҳадди ақали таҷҳизот ва мувофиқатро барои таҳлилҳои колориметрӣ нишон медиҳад (расми 2б).
Усулҳои магнитӣ имкони истихроҷи автоматикунонидашударо пешниҳод мекунанд, ки баъзеи онҳо дар экстракторҳои автоматии тиҷоратии кислотаи нуклеинӣ мавҷуданд [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, ИМА), QIAcube® HT;CapitalBio (Пекин, Чин) ва Biomek®;Бекман (Майами, ИМА).), Флорида, ИМА)].Афзалиятҳои якҷоя кардани маҳтобҳои магнитиро бо микрофлюидҳо барои истихроҷи самараноки автоматии кислотаҳои нуклеинӣ истифода бурдан мумкин аст, ки ин метавонад ба рушди диагностикаи молекулавӣ мусоидат кунад;аммо, омезиши маҳтобҳои магнитӣ бо микрофлюидикҳо то ҳол ба системаҳои мураккаби идоракунӣ барои коркарди дақиқи маҳтобҳои магнитӣ такя мекунад, ки маъруфияти маҳсулоти тиҷоратиро калон ва гаронбаҳо мефаҳмонад, ки истифодаи минбаъдаи маҳтобҳои магнитиро дар POCT маҳдуд мекунад.
Якчанд маводи ковок, аз қабили филтрҳои тағирёфтаи нитроцеллюлоза, кортҳои Finders Technology Associates (FTA), коғазҳои филтр дар асоси полиэтерсульфон ва маводи бо гликан пӯшидашуда низ барои муайян кардани кислотаи нуклеинӣ истифода шудаанд [40, 41, 42, 43, 44].Маводҳои нахдор, аз қабили коғази нахдор, бори аввал барои ҷудо кардани ДНК тавассути ба таври ҷисмонӣ печонидани молекулаҳои ДНК-и дароз бо нахҳо истифода мешуданд.Пораҳои хурд ба маҳдудияти қавии ҷисмонии молекулаҳои ДНК оварда мерасонанд, ки ба истихроҷи ДНК таъсири мусбӣ мерасонанд.Аз сабаби андозаи гуногуни сӯрохиҳои коғази нахдор, самаранокии истихроҷ ниёзҳои амплификацияи ДНК-ро қонеъ карда наметавонад [45, 46].Корти FTA як коғази филтри тиҷоратӣ мебошад, ки дар соҳаи тибби судӣ истифода мешавад ва дар дигар соҳаҳои ташхиси молекулавӣ васеъ истифода мешавад.Тавассути истифодаи коғази филтри селлюлоза, ки бо моддаҳои кимиёвии гуногун пошида шудааст, барои лизи мембранаҳои ҳуҷайра дар намуна, ДНК-и озодшуда аз таназзул то 2 сол ҳифз карда мешавад.Ба наздикӣ, коғази целлюлозаи импрегнатсияшуда барои муайян кардани молекулавии патогенҳои гуногун, аз ҷумла SARS-CoV-2, лейшманиоз ва вараҷа таҳия карда шуд [47,48,49].ВНМО дар плазмаи ҷудошуда мустақиман лизис мешавад ва кислотаи нуклеини вирусӣ дар мембранаи ҷараёни FTA®, ки дар консентрататор сохта шудааст, бой мешавад, ки имкон медиҳад, ки кислотаи нуклеинӣ самаранок истеҳсол карда шавад [50] (расми 2c).Мушкилоти асосии муайян кардани кислотаи нуклеинӣ бо истифода аз кортҳои FTA дар он аст, ки кимиёвӣ ба монанди гуанидин ва изопропанол аксуламалҳои минбаъдаи амплификацияро бозмедоранд.Барои ҳалли ин мушкилот, мо коғази филтри бо хитозан тағирёфтаи Fusion 5-ро таҳия кардем, ки бартариҳои ҳам пайвастани физикии молекулаҳои ДНК ва коғази филтри нахдор ва адсорбсияи электростатикии ДНК-ро дар пайвастагиҳои бо хитозан тағирёфта барои ноил шудан ба истихроҷи хеле самараноки кислотаи нуклеинӣ муттаҳид мекунад. ..нахҳои филтр [51] (расми 2г).Ба хамин тарик, Чжу ва дигарон.[52] усули ПТР-ро бо хитозан тағйирдодашуда дар асоси системаи микрофлюидикии капиллярии in situ барои ҷудокунии босуръат ва ошкор кардани РНК вируси Зика нишон дод.Кислотаҳои нуклеинро мутаносибан дар муҳити омехтаи лизат/ПЗР дар асоси хосияти фурӯзон/хомӯшкунии хитозан адсорб/десорб кардан мумкин аст.фурӯзон ва хомӯш", ба рН ҷавобгӯ аст.
Тавре ки дар боло зикр гардид, ин стратегияҳо бартариҳои маводҳои гуногуни фазаҳои сахтро муттаҳид мекунанд ва самаранокии истихроҷи кислотаи нуклеинро дар микрофлюидикҳо зиёд мекунанд.Дар татбиқи амалӣ, истифодаи ин маводҳо ба миқдори зиёд ғайрииқтисодӣ аст ва коркарди дурусти сатҳи рӯизаминӣ ё тағир додани сатҳи маводи маъмулӣ бо ин маводҳо инчунин метавонад вазифаи онҳоро нигоҳ дорад.Аз ин рӯ, чунин мешуморанд, ки татбиқи ин стратегияҳо пас аз омӯзиши озмоишӣ метавонад хароҷотро коҳиш диҳад.
Озмоиши кислотаи нуклеинӣ дар платформаҳои микрофлюидӣ аксар вақт ҳаҷми хурди намунаҳоро (<100 мкл) истифода мебарад, аз ин рӯ тақвияти кислотаҳои нуклеинҳои мақсаднокро бо зондҳои мушаххас барои табдил ба сигнале, ки барои муайянкунии поёноб (оптикӣ, электрикӣ ва магнитӣ) мувофиқ аст, талаб мекунад [53, 54]. Озмоиши кислотаи нуклеинӣ дар платформаҳои микрофлюидӣ аксар вақт ҳаҷми хурди намунаҳоро (<100 мкл) истифода мебарад, аз ин рӯ тақвияти кислотаҳои нуклеинҳои мақсаднокро бо зондҳои мушаххас барои табдил ба сигнале, ки барои муайянкунии поёноб (оптикӣ, электрикӣ ва магнитӣ) мувофиқ аст, талаб мекунад [53, 54]. 5 озмоиши нуклеиновых кислот дар микроҷидкостних платформаҳо истифода бурда намешавад, ки оббозӣ карда шавад (< 100 мкл), поэтому зарур аст амплификацияи нуклеиновых кислот бо помощии нуклеиновых кислот бо қувваи барқ барои баланд бардоштани сигналҳои барқ барои васеъ кардани қувваи барқ 3. Ҳангоми санҷиши кислотаҳои нуклеинӣ дар платформаҳои микрофлюидӣ, аксар вақт ҳаҷми хурди намуна (<100 мкл) истифода мешавад, аз ин рӯ ампификацияи кислотаҳои нуклеинҳои мақсаднок бо зондҳои махсус барои табдил додани он ба сигнале, ки барои муайянкунии минбаъда мувофиқ (оптикӣ, электрикӣ ва магнитӣ) лозим аст. [53, 54].微流控 平台 上 核酸 检测 通常 使用 使用 小样本量 小样本量 小样本量 (<100 μL), 因此 需要 使用 特定 特定 目标 目标 目标 目标 目标 目标 核酸 核酸 核酸 便于 检测 检测 检测 检测 检测 (光学 和 磁学) 的 [53, 54 ]。微流控 平台 上 的 检测 使用 小样本量 小样本量 (<100 μL), 因此 需要 需要 探针 扩增 扩增 扩增 目标 目标 目标 目标 下游 下游 下游 下游 下游 (光学, 磁学) 的信号 [53, 54, 54, 54 ]。 Обнаружение нуклеиновых кислот дар микрожидкостных платформаҳои истифодабарии объектҳои оббозӣ (<100 мкл), ки лозим аст амплификации целевых нуклеиновых кислот бо қувваи барқ барои сигналҳои махсус барои қувваи барқ 5,3,5]. Муайян кардани кислотаҳои нуклеинӣ дар платформаҳои микрофлюидӣ одатан ҳаҷми хурди намунаро (<100 мкл) истифода мебарад, ки барои табдил додани онҳо ба сигналҳо барои муайянкунии минбаъда (оптикӣ, электрикӣ ва магнитӣ) амплификация кардани кислотаҳои нуклеинҳои мақсаднок бо зондҳои махсусро талаб мекунад [53, 54] .Амплификатсияи кислотаи нуклеинӣ дар микрофлюидикҳо инчунин метавонад реаксияҳоро суръат бахшад, маҳдудиятҳои муайянкуниро оптимизатсия кунад, талаботи намунаҳоро коҳиш диҳад ва дақиқии муайянкуниро беҳтар созад [55, 56].Дар солҳои охир, бо татбиқи ошкоркунии зуд ва дақиқ, усулҳои гуногуни тақвияти кислотаи нуклеинӣ дар микрофлюидикҳо, аз ҷумла PCR ва баъзе реаксияҳои изотермикии амплификация истифода мешаванд.Дар ин бахш усулҳои муайян кардани кислотаи нуклеинӣ дар асоси системаҳои микрофлюидӣ ҷамъбаст карда мешаванд.
ПТР моделсозии раванди репликатсияи ДНК-и организм аст, ки назарияи он дар ҷои дигар муфассал тавсиф шудааст ва дар ин ҷо баррасӣ намешавад.ПТР метавонад миқдори хеле ками ДНК/РНК-и мақсаднокро бо суръати экспоненсиалӣ афзоиш диҳад ва ПЗР-ро ба воситаи пурқувват барои ошкор кардани зудии кислотаҳои нуклеинӣ табдил диҳад.Дар даҳсолаҳои охир, бисёр дастгоҳҳои сайёри микрофлюидӣ, ки бо системаҳои гардиши гармии PCR муҷаҳҳаз шудаанд, барои қонеъ кардани ниёзҳои ташхиси нуқтаи нигоҳубин таҳия карда шуданд [57, 58].Мувофиқи усулҳои гуногуни назорати ҳарорат ПЗР-ро дар чип метавон ба чаҳор намуд тақсим кард (ҷараёни муқаррарӣ, доимӣ, фазоӣ ивазшаванда ва ПЗР конвективӣ) [59].Масалан, Gee ва дигарон.[60] дар платформаи микрофлюидикии худ як усули транскрипсияи миқдорӣ (RT-qPCR)-и мустақими баръаксро барои муайян кардани мултиплекси SARS-CoV-2, вирусҳои зукоми А ва В дар намунаҳои тампончаи гулӯ таҳия карданд (расми 3а).Парк ва дигарон.[61] як чипи оддии таҳлили патогенро тавассути ҳамгироии филми тунуки PCR, электродҳо ва модули микрофлюидикии полидиметилсилоксан дар асоси ангуштон сохтааст.Аммо, ҳарду асар камбудиҳои умумии PCR-и анъанавиро дар бар мегиранд.PCR сикли гармиро талаб мекунад, ки миниатюризатсияи минбаъдаи дастгоҳ ва кам кардани вақти санҷишро маҳдуд мекунад.
Барои ҳалли ин масъала таҳияи ПТР-и микрофлюидӣ ва фазоӣ дар асоси ҷараёни пайваста муҳим аст.Бо истифода аз канали серпентинии дароз ё канали рости кӯтоҳ, ҷараёни доимии PCR метавонад тавассути гардиши фаъоли реагентҳо дар се минтақаи пеш аз гармӣ бо насоси берун аз чип амплификацияи зудро таъмин кунад.Ин амалиёт марҳилаи гузаришро байни ҳароратҳои гуногуни реаксия бомуваффақият пешгирӣ мекунад ва ба ин васила вақти санҷишро хеле кам мекунад [62] (расми 3б).Дар таҳқиқоти дигари Ҷунг ва дигарон.[63] як анализатори нави гардиши генетикии ПТР-ро пешниҳод кард, ки хусусиятҳои ПЗР-и собит ва ҷараёнро барои транскрипсияи баръакси ПЗР-и ултрафаст ва мултиплекс муттаҳид мекунад (расми 3c).Барои тақвияти кислотаи нуклеинӣ микрочипи PCR тавассути се блоки гармидиҳӣ дар ҳароратҳои гуногун гардиш карда мешавад: 1. Блоки денатуратсия 94°C, 2. Блоки таҳшинкунӣ дар 58°C, 3. Блоки васеъкунӣ дар 72°C.
Истифодаи PCR дар микрофлюидикҳо.Намоиши схематикии dirRT-qPCR дар платформаи микрофлюидӣ (мувофиқ аз [60]).б Намоиши схематикии микромассиви ҷараёни пайвастаи ПТР дар асоси канали серпентинӣ (мувофиқ аз [62]).в Намоиши схематикии анализатори генетикии гардиши ПТР, ки аз микрочип, се блоки гармидиҳӣ ва муҳаррики қадам иборат аст (аз [63] мутобиқ карда шудааст).г Диаграммаи ПТР-и термоконвексия бо центрифуга ва насб (мувофиқ аз [64]).DirRT-qPCR, реаксияи занҷири полимеразии транскрипсияи мустақими миқдорӣ
Бо истифода аз капиллярҳо ва ҳалқаҳо ё ҳатто плитаҳои борик, PCR конвексия метавонад кислотаҳои нуклеинро тавассути конвексияи гармии табиии озод бидуни ниёз ба насоси беруна зуд афзоиш диҳад.Масалан, платформаи микрофлюидикии олефини сиклии полимерӣ дар марҳилаи гармидиҳии сохташуда таҳия шудааст, ки сикли гармиро бо центрифуга дар микроканали ҳалқаи PCR истифода мебарад [64] (расми 3d).Маҳлули реаксия тавассути конвексияи гармӣ ба амал меояд, ки он пайваста ҳарорати баланд ва пастро дар микроканал бо сохтори ҳалқадор мубодила мекунад.Тамоми раванди пурқувваткунӣ метавонад дар 10 дақиқа бо маҳдудияти муайянкунии 70,5 pg / канал анҷом дода шавад.
Тавре ки интизор мерафт, PCR зуд воситаи пуриқтидор барои системаҳои ташхиси молекулавӣ ва таҳлили мултиплексии пурра ҳамгирошудаи намунаҳо мебошад.ПТР-и фаврӣ вақти заруриро барои ошкор кардани SARS-CoV-2 ба таври назаррас коҳиш медиҳад, ки ба назорати муассири пандемияи COVID-19 мусоидат мекунад.
ПЗР сикли мураккаби гармиро талаб мекунад, ки барои POCT мувофиқ нест.Ба наздикӣ, усулҳои тақвияти изотермикӣ ба микрофлюидҳо, аз ҷумла, аммо бо маҳдуд накардани LAMP, амплификацияи рекомбиназа полимераз (RPA) ва амплификация дар асоси пайдарпаии кислотаи нуклеинӣ татбиқ карда шуданд [65,66,67,68].Бо ин усулҳо, кислотаҳои нуклеинӣ дар ҳарорати доимӣ тақвият дода мешаванд ва ба эҷоди дастгоҳҳои камхарҷ ва ҳассоси сайёри POCT барои ташхиси молекулавӣ мусоидат мекунанд.
Таҳлилҳои LAMP дар асоси микрофлюидҳои баландсуръат имкон медиҳанд, ки бемориҳои сироятӣ якчанд маротиба ошкор карда шаванд [42, 69, 70, 71].Дар якҷоягӣ бо системаи микрофлюидикии марказӣ, LAMP метавонад минбаъд автоматикунонии муайянкунии кислотаи нуклеинро осон кунад [69, 72, 73, 74, 75].Слип-ва-реаксия SlipChip барои муайян кардани визуалии бактерияҳои параллелӣ бо истифода аз LAMP [76] таҳия шудааст (расми 4а).Ҳангоми истифодаи LAMP-и оптимизатсияшуда дар таҳлил таносуби флуоресценти сигнал ба садо тақрибан 5 маротиба буд ва маҳдудияти муайянкунӣ ба 7,2 нусха/мкл ДНК геномӣ расид. Ғайр аз он, мавҷудияти панҷ микроорганизмҳои маъмули бактериявии ҳозима, аз ҷумла Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ва Vibrio parahaemolyticus, дар асоси усул дар <60 дақиқа ба назар гирифта шуданд. Ғайр аз он, мавҷудияти панҷ микроорганизмҳои маъмули бактериявии ҳозима, аз ҷумла Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ва Vibrio parahaemolyticus, дар асоси усул дар <60 дақиқа ба назар гирифта шуданд.Гузашта аз ин, мавҷудияти панҷ микроорганизмҳои маъмули бактериявии рӯдаи ҳозима, аз ҷумла Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ва Vibrio parahaemolyticus бо истифода аз ин усул дар тӯли камтар аз 60 дақиқа ба назар гирифта шуданд.此外, 基于 该 方法 在 <60 分钟 内 可 可 视化 视化 视化 了 了 五 五 五 种 种 消化道 消化道 细菌病 细菌病 的 的 的存在, 包括 蜡状 芽孢杆菌, 大 肠杆菌 芽孢杆菌, 肠 弧菌 氏 菌, 河流 弧菌 和 副溶血性 副溶血性菌, 河流 弧菌 和 副溶血性 副溶血性菌.此外, 基于 该 方法 在 <60 分钟 内 内 视化 视化 了 五 五 种 种 种 常见 消化道 的 的 的 的 的 的 的芽孢杆菌, 包括 芽孢杆菌, 大 肠杆菌, 肠 氏 菌, 弧菌 和 副溶血 性 ... 弧菌 弧菌 弧菌弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 HIPИлова бар ин, мавҷудияти панҷ патогенҳои маъмули бактериявии меъдаю рӯда, аз ҷумла Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvius ва Vibrio parahaemolyticus бо истифода аз ин усул дар муддати камтар аз 60 дақиқа ба назар гирифта шуданд.
Бартариҳои LAMP дар микрофлюидикҳо аз ҷумлаи дигарҳо, вокуниши зуд ва муайянкунии хурдтарро дар бар мегиранд.Бо вуҷуди ин, аз сабаби ҳарорати реаксия (тақрибан 70 ° C), аэрозолҳо ногузир ҳангоми LAMP тавлид мешаванд, ки дар натиҷа суръати баланди мусбати бардурӯғ ба вуҷуд меоянд.Хусусияти таҳлил, тарҳрезии ибтидоӣ ва назорати ҳарорат инчунин бояд барои LAMP оптимизатсия карда шавад.Илова бар ин, тарҳҳои чипҳое, ки дар як чип муайянкунии якчанд ҳадафро амалӣ мекунанд, арзиши бузург доранд ва бояд таҳия карда шаванд.Илова бар ин, LAMP барои муайянкунии бисёрҳадафӣ, ки дар як чип муттаҳид карда шудааст, мувофиқ аст, ки аҳамияти бузург дорад, аммо барои рушд ҳанӯз ҷойҳои зиёде мавҷуд аст.
Меъёри баланди мусбати бардурӯғи LAMP-ро метавон бо RPA қисман коҳиш дод, зеро ҳарорати нисбатан пасти реаксия (~37 °C) ба мушкилоти нисбатан ками бухоршавӣ оварда мерасонад [77].Дар системаи RPA ду праймери муқобил синтези ДНК-ро тавассути пайвастшавӣ ба рекомбиназа оғоз мекунанд ва амплификация дар давоми 10 дақиқа анҷом дода мешавад [78,79,80,81].Аз ин рӯ, тамоми раванди RPA нисбат ба PCR ё LAMP хеле тезтар аст.Дар солҳои охир, технологияи микрофлюидӣ барои беҳтар кардани суръат ва дақиқии RPA нишон дода шудааст [82,83,84].Масалан, Лю ва дигарон.[85] як таҳлили амплификатсияи рекомбиназаи полимеразаи паҳлӯии микрофлюидиро барои ошкор кардани зуд ва ҳассоси SARS-CoV-2 тавассути ҳамгироии транскрипсияи баръакси RPA (RT-RPA) ва системаи универсалии муайянкунии рахи санҷишии ҷараёни паҳлуӣ таҳия кардааст.ба системаи ягонаи микрофлюидикй.Расми 4б).Маҳдудияти ошкоркунӣ 1 нусха/мкл ё 30 нусха/намуна аст ва ошкоркуниро тақрибан дар 30 дақиқа анҷом додан мумкин аст.Конг ва дигарон.асбоби микрофлюидикии фарсудашавандаро ихтироъ карданд.[86] ҳарорати бадан ва системаи муайянкунии флуорессенси телефони мобилиро барои зуд ва мустақиман ошкор кардани ДНК-и HIV-1 бо истифода аз RPA истифода бурд (Расми 4c).Таҳлили RPA-и фарсуда 100 нусха/мл пайдарпаии мақсаднокро дар давоми 24 дақиқа муайян мекунад, ки имкони бузурги ташхиси фаврии кӯдакони гирифтори ВИЧ-1-ро дар муҳити маҳдуди захираҳо нишон медиҳад.
Амплификацияи изотермикӣ дар санҷиши нуқтаи нигоҳубин (POCT).Таҳия ва истеҳсоли чарх ва реаксияи SlipChip.Пас аз кафшери плазма, микросхемаҳои болоӣ ва поёнӣ бо маҷмӯи чормағзҳо ҷамъ карда шуданд, то чипи ниҳоиро ташкил кунанд (мувофиқ аз [76]).b Схемати системаи MI-IF-RPA барои ошкор кардани COVID-19 (мувофиқ аз [85]).c Схемати санҷиши RPA-и фарсуда барои ошкоркунии босуръати ДНК-и ВИЧ-1 (мувофиқ аз [86]).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM карбоксифлуоресцеин, вируси норасоии масунияти бадан, RPA амплификацияи полимерази рекомбиназа, диодҳои нури диодҳои рекомбиназаи полимераза, микрокомбинатҳои флешдор дар микрокомбинатҳо Амплификация
RPA дар асоси микрофлюидӣ босуръат рушд мекунад, аммо арзиши истеҳсоли чипҳо ва истеъмоли реаксия хеле баланд аст ва барои баланд бардоштани дастрасии ин технология бояд кам карда шавад.Илова бар ин, ҳассосияти баланди RPA метавонад ба тақвияти маҳсулоти ғайримуқаррарӣ, махсусан дар ҳолати ифлосшавӣ таъсир расонад.Ин маҳдудиятҳо метавонанд ба татбиқи RPA дар системаҳои микрофлюидӣ таъсир расонанд ва ба оптимизатсияи минбаъда мусоидат кунанд.Праймерҳо ва зондҳои хуб тарҳрезишуда барои ҳадафҳои гуногун инчунин барои беҳтар кардани имконпазирии стратегияҳои микрофлюидӣ дар асоси RPA дар POCT лозиманд.
Cas13 ва Cas12a қобилияти ба таври тасодуфӣ ҷудо кардани кислотаҳои нуклеинӣ доранд ва аз ин рӯ метавонанд ҳамчун асбоби ташхис ва ташхис таҳия карда шаванд.Cas13 ва Cas12a мутаносибан ҳангоми пайвастшавӣ ба ДНК ё РНК ҳадаф фаъол карда мешаванд.Пас аз фаъол шудан, сафеда ба ҷудо кардани дигар кислотаҳои нуклеинҳои наздик оғоз мекунад, ки пас аз он РНК-ҳои роҳнамо, ки кислотаҳои нуклеинҳои хоси патогенро ҳадаф қарор медиҳанд, метавонанд зондҳои хомӯшшудаи флуоресцентиро пора кунанд ва флуоресцентҳоро озод кунанд.Дар асоси ин назария Келлнер ва дигарон.[87] усули ба Cas13 асосёфтаро таҳия кардааст [Мушаххаси Ҳассосияти баланд-ҳассосияти Reporter Enzymatic Reporter Unlocking (SHERLOCK)] ва Broughton et al.[88] равиши дигареро дар асоси Cas12a таҳия кардааст [CRISPR Trans Reporter, ки ҳадафи эндонуклеазаи ДНК (DTECR)] мебошад.
Солҳои охир усулҳои гуногуни муайян кардани кислотаҳои нуклеинӣ дар асоси CRISPR пайдо шуданд [89, 90].Усулҳои анъанавии CRISPR аз сабаби расмиёти сершумор, аз ҷумла истихроҷи кислотаи нуклеинӣ, тақвият ва муайянкунии CRISPR аксар вақт вақт ва меҳнатталаб мебошанд.Таъсири моеъҳо ба ҳаво метавонад эҳтимолияти натиҷаҳои мусбати бардурӯғро зиёд кунад.Бо назардошти гуфтаҳои боло, системаҳои CRISPR асосёфта ба оптимизатсия эҳтиёҷ доранд.
Барои барномаҳои муайянкунии CRISPR-Cas12a ва CRISPR-Cas13a платформаи микрофлюидикии аз ҷиҳати пневматикӣ идорашаванда, ки метавонад 24 таҳлилро дар як вақт иҷро кунад, таҳия шудааст [91].Система бо дастгоҳи муайянкунандаи флуорессенсия муҷаҳҳаз шудааст, ки амплификатсияи кислотаи нуклеинро давр мезанад ва намунаҳои ДНК ва РНК-и фемтомоляриро ба таври худкор муайян мекунад.Чен ва дигарон.[92] амплификацияи ҳамгирошудаи рекомбиназа бо системаи CRISPR-Cas12a дар микрофлюидикҳои марказӣ (расми 5а).Ин кор душвории ҳамгироии ин ду равандро бартараф мекунад, зеро Cas12a метавонад ДНК-и паёмнависиро ҳазм кунад ва раванди амплификацияро боздорад.Илова бар ин, Чен ва дигарон.[92] ба таври илова реагентҳои реаксияро дар назорати микрофлюидикии марказгурез пешакӣ захира кард, то тамоми равандро ба таври худкор анҷом диҳад.Дар кори дигар, Силва ва дигарон.[93] усули ташхисро бидуни тақвияти CRISPR/Cas12a ва смартфон барои ошкор кардани SARS-CoV-2 таҳия кардааст (расми 5б).Ин таҳлил, ки ҳамчун системаи амплификация дар асоси телефони мобилӣ маълум аст, як фермент вобаста ба CRISPR/Cas-ро дар бар мегирад, ки ба визуализатсияи смартфони сигналҳои ҳубобӣ дар каналҳои микрофлюидӣ асос ёфтааст.Муайянкунии ҳассоси камтар аз 50 нусха/мкл кислотаи нуклеин бидуни пурқувваткунии пешакӣ, тамоми раванд аз тазриқи намуна то хондани сигнал ҳамагӣ 71 дақиқаро мегирад.
Усулҳои муайян кардани кислотаи нуклеинӣ дар асоси CRISPR.POCT центрифугаӣ барои ташхиси маҷмӯии молекулавӣ дар асоси CRISPR (мувофиқ аз [92]).b Таҳияи санҷиши CASCADE барои таҳлили смартфони SARS-CoV-2 (мувофиқ аз [93]).Амплификацияи рекомбиназаи RAA, мотиви protospacer ҳамшафати PAM, такрорҳои кӯтоҳи палиндромикии кластерӣ дар фосилаҳои муқаррарӣ, системаи CASCADE бе амплификацияи телефони мобилӣ бо ферментҳои вобаста ба CRISPR/CAS, 1-этил-3-[3-диметиламинопропил] гидрохлориди карбодиимид
Ҳамчун қадами охирин дар муайян кардани кислотаи нуклеинӣ, муайянкунии сигнал мустақиман натиҷаҳои ташхисро инъикос мекунад ва омили муҳими рушди POCT-и муассир, ҳассос ва дақиқ аст.Сигналҳоро бо истифода аз усулҳои гуногун, аз қабили стратегияҳои флуоресцентӣ, электрохимиявӣ, колориметрӣ ва магнитӣ хондан мумкин аст.Дар ин бахш мо асоснокии ҳар як равишро тавсиф мекунем ва ташхиси молекулавии бемориҳои сироятиро дар микрофлюидҳо муқоиса мекунем.
Стратегияҳои ба флуоресцент асосёфта барои ташхиси POCT бемориҳои сироятӣ бо сабаби бартариҳои назарраси ҳассосияти аъло, арзиши паст, осонии амалиёт ва таҳлили нуқтаи нигоҳубин васеъ истифода мешаванд [94, 95].Ин стратегияҳо флюорофорҳои тамғагузориро ба монанди рангҳои флуоресцентӣ ва наноматериалҳо барои эҷоди сигнали ошкоршаванда (такмилдиҳии флуоресцент ё хомӯш кардани) истифода мебаранд.Ин бозёфт нишон медиҳад, ки стратегияҳои бар асоси флуоресцентҳоро метавон ба тамғагузории мустақими флуоресцентӣ, ошкоркунии флуоресценти сигнал ва хомӯш кардани сигнал тақсим кард [96].Муайянкунии бевоситаи тамғаи флуоресцентӣ тамғакоғазҳои махсуси флуоресцентиро барои нишон додани лигандҳои мушаххас истифода мебарад, ки ҳангоми ба таври интихобӣ ба ҳадаф пайваст кардани миқдори муайяни флуорессенсия тавлид мекунанд.Барои муайян кардани флуоресцент дар асоси сигнал, сифати сигнали флуоресцентӣ ба бузургии таваҷҷӯҳ мусбат алоқаманд аст.Шиддати флуоресцент дар сурати мавҷуд набудани ҳадаф ночиз аст ва ҳангоми мавҷуд будани миқдори кофии ҳадаф ошкор мешавад.Баръакс, шиддатнокии флуорессенсия, ки тавассути флуорессенси "сигнал-хомӯш" муайян карда мешавад, ба миқдори ҳадаф мутаносибан мутаносиб аст ва дар аввал ба ҳадди аксар мерасад ва бо афзоиши ҳадаф тадриҷан коҳиш меёбад.Масалан, бо истифода аз механизми ҷудошавии CRISPR-Cas13a, ки аз ҳадаф вобаста аст, Тиан ва дигарон.[97] стратегияи шинохти навро барои ошкор кардани РНК, ки мустақиман транскрипсияи баръаксро мегузаранд, таҳия кард (расми 6а).Ҳангоми пайвастшавӣ ба РНК-ҳои мақсадноки иловагӣ, маҷмааи CRISPR-Cas13-RNA метавонад фаъол карда шавад, ки боиси ҷудошавии трансколлатералӣ тавассути РНК-ҳои ғайримуқаррарии репортер мегардад.Хабарнигори флуоресцентӣ бо тамғаи флюоресцентӣ [флуорофор (F)] аз ҷониби хомӯшкунандаи (Q) солим хомӯш карда мешавад ва ҳангоми ҷудо кардани комплекси фаъолшуда флуоресссия мешавад.
Бартарии муайянкунии электрохимиявӣ суръати баланди муайянкунӣ, истеҳсоли осон, арзиши паст, интиқоли осон ва идоракунии автоматӣ мебошад.Ин як усули пурқуввати таҳлилӣ барои барномаҳои POCT мебошад.Дар асоси транзисторҳои саҳроии графен Гао ва дигарон.[98] як нанобиосенсорро барои мултиплекс муайян кардани антигенҳои бемории Лайма аз бактерияҳои Borrelia burgdorferi бо маҳдудияти муайянкунии 2 pg/mL таҳия кардааст (расми 6б).
Таҳлилҳои колориметрӣ дар барномаҳои POCT истифода шудаанд, ки аз бартариҳои интиқол, арзиши паст, осонии омодагӣ ва хониши визуалӣ баҳра мебаранд.Муайянкунии колориметрӣ метавонад оксидшавии наноматериалҳои пероксидаза ё ба пероксидаза монанд, ҷамъшавии наноматериалҳо ва илова кардани рангҳои индикаторро барои табдил додани маълумот дар бораи мавҷудияти кислотаҳои нуклеинҳои мақсаднок ба тағйироти намоёни ранг истифода барад [99, 100, 101].Қобили зикр аст, ки нанозарраҳои тиллоӣ дар таҳияи стратегияҳои колориметрӣ ба таври васеъ истифода мешаванд ва аз сабаби қобилияти онҳо барои ба вуҷуд овардани тағироти зуд ва назарраси ранг, таваҷҷӯҳ ба таҳияи платформаҳои колориметрии POCT барои ташхиси in situ бемориҳои сироятӣ зиёд мешавад [102].Бо дастгоҳи ҳамгирошудаи центрифугаи микрофлюидӣ [103], микроорганизмҳои ғизоӣ дар намунаҳои шири олудашуда метавонанд ба таври худкор дар сатҳи 10 ҳуҷайраҳои бактериявӣ ошкор карда шаванд ва натиҷаҳоро дар давоми 65 дақиқа ба таври визуалӣ хондан мумкин аст (расми 6c).
Усулҳои ҳассосии магнитӣ метавонанд таҳлилҳоро бо истифода аз маводи магнитӣ дақиқ муайян кунанд ва дар даҳсолаҳои охир ба барномаҳои POCT таваҷҷӯҳи зиёд вуҷуд дорад.Усулҳои ҳассосии магнитӣ баъзе бартариҳои беназир доранд, ба монанди маводи магнитии арзон, на ҷузъҳои гаронбаҳои оптикӣ.Бо вуҷуди ин, истифодаи майдони магнитӣ самаранокии муайянкуниро беҳтар мекунад ва вақти тайёр кардани намунаро кам мекунад [104].Илова бар ин, натиҷаҳои санҷиши магнитӣ хосият, ҳассосият ва таносуби баланди сигнал ба садоро аз сабаби ночиз будани сигнали пасзаминаи магнитии намунаҳои биологӣ нишон медиҳанд [105].Шарма ва дигарон.ба як платформаи микрочипи сайёри биосенсори пайванди нақби магнитӣ муттаҳид карда шуд.[106] барои муайянкунии мултиплексии патогенҳо (расми 6d).Биосенсорҳо кислотаҳои нуклеинҳои субнаномоляриро, ки аз патогенҳо ҷудо карда шудаанд, ҳассос муайян мекунанд.
Усули маъмулии муайянкунии сигнал.Консепсияи кашфи гиперлокализатсияшудаи Cas13a (аз [97] мутобиқ карда шудааст).б Нанобиосенсори графен FET дар якҷоягӣ бо Lyme GroES scFv (мувофиқ аз [98]).в Нишондодҳои колориметрӣ барои муайян кардани мултиплекси микрофлюидикии микрофлюидикии центрифуга: намунаҳои № 1 ва № 3 бо патогенҳои мақсаднок ва намунаҳои № 2, № 4 ва № 5 бидуни патогенҳои мавриди ҳадаф (мувофиқ аз [103]) .d Биосенсор дар асоси гузаргоҳи нақби магнитӣ, аз ҷумла платформа, пурқувваткунандаи блоки дарунсохт, воҳиди идоракунӣ ва таъминоти барқ барои тавлид/ба даст овардани сигнал (мувофиқ аз [106]).GFET Graphene FET, Escherichia coli, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA полиметилметакрилат
Сарфи назар аз хусусиятҳои аълои усулҳои дар боло зикршуда, онҳо ҳанӯз ҳам камбудиҳо доранд.Ин усулҳо муқоиса карда мешаванд (ҷадвали 1), аз ҷумла баъзе замимаҳо бо тафсилот (ҷиҳатҳои мусбӣ ва муқобил).
Бо рушди микрофлюидика, системаҳои микроэлектромеханикӣ, нанотехнология ва материалшиносӣ, истифодаи микросхемаҳои микрофлюидӣ барои ошкор кардани бемориҳои сироятӣ пайваста пеш меравад [55,96,107,108].Манипуляцияи дақиқи таҷҳизоти миниётуравӣ ва моеъҳо ба дақиқии ташхис ва камхарҷ мусоидат мекунад.Аз ин рӯ, барои рушди минбаъда, кӯшишҳо барои оптимизатсия ва такмил додани чипҳо анҷом дода шуданд, ки дар натиҷа микросхемаҳои гуногуни микрофлюидӣ бо сохтор ва вазифаҳои гуногун ба вуҷуд омаданд.Дар ин ҷо мо ба таври мухтасар якчанд намудҳои маъмули платформаҳои микрофлюидиро муаррифӣ мекунем ва хусусиятҳои онҳоро муқоиса мекунем (тарафдор ва манфи).Илова бар ин, аксари мисолҳои дар зер овардашуда асосан ба мубориза бо SARS-CoV-2 нигаронида шудаанд.
LOCCҳо маъмултарин системаҳои мураккаби таҳлилии миниатюрӣ мебошанд ва амалиёти онҳо аз сӯзандору ва омодасозии намунаҳо, назорати ҷараён ва муайянкунии моеъ хеле миниатюрӣ, ҳамгироӣ, автоматӣ ва параллелизатсияшуда мебошанд [109, 110].Моеъҳо тавассути геометрияи бодиққат тарҳрезишуда ва таъсири мутақобилаи бисёр эффектҳои физикӣ, аз қабили градиентҳои фишор, амали капиллярӣ, электродинамика, майдонҳои магнитӣ ва мавҷҳои акустикӣ идора карда мешаванд [111].LOCC бартариҳои аълоро дар скрининги баландсифат ва муайянкунии сершумор бо суръати тези таҳлил, андозаи хурди намуна, истеъмоли ками нерӯ ва самаранокии баланди идоракунӣ ва амалиёт нишон медиҳад;Аммо, дастгоҳҳои LOCC хеле нозук ва истеҳсол, бастабандӣ ва интерфейс мебошанд.Бо вуҷуди ин, мултиплекссозӣ ва истифодаи такрорӣ ба мушкилоти зиёд дучор меоянд [96].Дар муқоиса бо дигар платформаҳо, LOCC аз нигоҳи ҳадди аксар гуногунии барномаҳо ва беҳтарин мутобиқати технология бартариҳои беназир дорад, аммо нуқсонҳои он низ аёнанд, яъне мураккабии баланд ва такрорпазирии суст.Вобастагӣ аз насосҳои беруна, ки аксаран калонҳаҷм ва гарон ҳастанд, истифодаи онҳоро дар POCT боз ҳам маҳдуд мекунад.
Ҳангоми сар задани COVID-19, LOCC таваҷҷӯҳи зиёд гирифт.Дар айни замон, якчанд микросхемаҳои нав мавҷуданд, ки якчанд технологияро муттаҳид мекунанд.Масалан, смартфонҳо ҳоло ҳамчун дастгоҳҳои сайёри таҳлилӣ васеъ истифода мешаванд ва барои ҳамгироии LOCC потенсиали бузург доранд.Сун ва дигарон.[21] чипи микрофлюидиро сохтааст, ки имкон медиҳад, ки пайдарпайии мушаххаси кислотаи нуклеини панҷ патоген, аз ҷумла SARS-CoV-2, бо истифода аз LAMP мултипликатсия карда шавад ва онҳоро тавассути смартфон дар давоми 1 соат пас аз анҷоми реаксия таҳлил кард.Мисоли дигар, Sundah et al.[112] як гузариши молекулавӣ [амплификацияи каталитикӣ тавассути гузариши ҳолати гузариши молекулавӣ (CATCH)] барои ошкор кардани мустақим ва ҳассос ҳадафҳои SARS-CoV-2 RNA бо истифода аз смартфонҳо офаридааст. CATCH бо LOCC-и сайёр мувофиқ аст ва ба иҷрои аъло ноил мешавад (тақрибан 8 нусхаи РНК/мкл; <1 соат дар ҳарорати хонагӣ) [112]. CATCH бо LOCC-и сайёр мувофиқ аст ва ба иҷрои аъло ноил мешавад (тақрибан 8 нусхаи РНК/мкл; <1 соат дар ҳарорати хонагӣ) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC и обеспечивает превосходную производительность (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 ч при комнатной температурае) [112]. CATCH бо LOCC-и сайёр мувофиқ аст ва гузариши аълоро таъмин мекунад (тақрибан 8 нусхаи РНК/мкл; <1 соат дар ҳарорати хонагӣ) [112]. CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时2）[1][1] CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时2）[1][1] CATCH совместим бо портативными LOCC ва обладает пешбурди истеҳсоли истеҳсолот (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 соат барои комнатной ҳароратие) [112]. CATCH бо LOCC-ҳои сайёр мувофиқ аст ва иҷрои аъло дорад (тақрибан 8 нусхаи РНК/мкл; <1 соат дар ҳарорати хонагӣ) [112].Илова бар ин, дастгоҳҳои LOCC барои ташхиси молекулавӣ инчунин баъзе қувваҳои ҳаракаткунанда, аз қабили вакуум, дарозӣ ва майдонҳои барқро истифода мебаранд.Канг ва дигарон.[113] дар вақти воқеӣ, наноплазма дар чип ПТР-ро барои ташхиси зуд ва миқдории COVID-19 дар саҳро бо истифода аз чипи вакуумии моеъи ПТР намоиш дод.Ли ва дигарон.[114] баъдан як чипи микрофлюидии ба дарозӣ идорашавандаро таҳия кард, ки имкон дод ташхиси COVID-19.Платформа системаи пурқувваткунии RT-LAMP-ро барои муайян кардани сифатан мусбат ё манфӣ будани намуна истифода мебарад.Баъдан, Рамачандран ва дигарон.[115] бо истифода аз изотахофорез (ITP), як усули интихобии фокускунии ионҳо, ки дар микрофлюидҳо амалӣ карда мешавад, градиентҳои мувофиқи майдони барқро ба даст оварданд.Бо ITP, РНК-и мақсаднок аз намунаҳои тампони бинии ҳомила ба таври худкор тоза карда мешавад.Сипас Рамачандран ва дигарон.[115] Якҷоя кардани ин поксозии ITP бо таҳлилҳои мукаммалшудаи LAMP ва CRISPR SARS-CoV-2-ро дар тампончаи бинии инсон ва намунаҳои клиникӣ дар тӯли тақрибан 35 дақиқа муайян карданд.Илова бар ин, идеяҳои нав мунтазам пайдо мешаванд.Ядхав ва дигарон.[116] нақшаи ташхисро дар асоси спектроскопияи сатҳи мукаммалшудаи Раман дар якҷоягӣ бо дастгоҳи микрофлюидӣ пешниҳод кард, ки дорои нанотубаҳои амудӣ нигаронидашудаи тилло/нуқрапӯши карбон ё микро/нанотубаҳои якдафъаинаи электрикӣ мебошанд.Микроканалҳои филтрҳои дарунсохташудаи мембрана якдафъаина мебошанд.Таҷҳизот вирусҳоро аз моеъҳои гуногуни бадан/эксудасияҳо, аз қабили оби даҳон, бинӣ ва ашк адсорб мекунад.Ҳамин тариқ, титри вирус фаровон аст ва вирусро бо имзои Раман дақиқ муайян кардан мумкин аст.
LOAD платформаи микрофлюидикии центрифуга мебошад, ки дар он тамоми равандҳо тавассути протоколи басомад, ки субстрати микросохториро давр мезананд, идора карда мешаванд [110].Дастгоҳи LOAD бо истифода аз қувваи марказгурез ҳамчун қувваи муҳими пешбаранда тавсиф карда мешавад.Моеъҳо инчунин ба қувваҳои капиллярӣ, Эйлер ва Кориолис дучор мешаванд.Бо истифода аз дастгоҳи центрифуга, таҳлилҳо дар кори доимии моеъ аз радиалӣ ба дарун ба мавқеи беруна анҷом дода мешаванд, ки эҳтиёҷ ба қубурҳои иловагии беруна, насосҳо, фаъолкунандаҳо ва клапанҳои фаъолро бартараф мекунад.Хулоса, усули ягонаи идоракунй корро осон мекунад.Қувваҳое, ки ба моеъ дар як канали микрофлюидӣ дар ҳамон масофаи аз маркази боркунӣ таъсир мерасонанд, баробаранд, ки ин имкон медиҳад сохтори канал такрор шавад.Ҳамин тариқ, таҷҳизоти LOAD нисбат ба таҷҳизоти муқаррарии LOCC тарҳрезӣ ва истеҳсол соддатар ва сарфакоронатар аст, дар ҳоле ки реаксияҳо асосан мустақил ва параллелӣ мебошанд;вале аз сабаби кувваи баланди механикии тачхизоти марказгурез, материалхои чип мавчуда махдуд ва хачми хурд душвор аст.ба мошин.Дар баробари ин, аксари дастгоҳҳои LOAD танҳо барои истифодаи якдафъаина тарҳрезӣ шудаанд, ки барои ошкор кардани миқёси калон қимат аст [96, 117, 118, 119].
Дар даҳсолаҳои охир, LOAD, ки яке аз дастгоҳҳои ояндадори микрофлюидӣ ҳисобида мешавад, аз ҷониби муҳаққиқон ва истеҳсолкунандагон таваҷҷуҳи зиёд пайдо кардааст.Ҳамин тариқ, LOAD қабули васеъ пайдо карда, барои ташхиси молекулавии патогенҳои сироятӣ [120, 121, 122, 123, 124], махсусан дар давраи хуруҷи COVID-19 истифода шудааст.Масалан, дар охири соли 2020, Ҷи ва дигарон.[60] як таҳлили мустақими RT-qPCR барои ошкоркунии зуд ва автоматии мувозии SARS-CoV-2 ва сироятҳои зукоми А ва В дар намунаҳои тампончаи гулӯ нишон дод.Баъд Xiong ва дигарон.[74] платформаи микрофлюидикии дискоидшудаи LAMP-ро барои зуд, дақиқ ва ҳамзамон ошкор кардани ҳафт коронавируси роҳи нафасии инсон, аз ҷумла SARS-CoV-2, дар давоми 40 дақиқа пешниҳод кард.Дар аввали соли 2021, де Оливейра ва дигарон.[73] як чипи микрофлюидии центрифугаии полистироли тонерро намоиш дод, ки бо ротатори нӯги ангуштон дастӣ идора карда мешавад, барои ташхиси молекулавии RT-LAMP COVID-19.Баъдан, Дигнан ва дигарон.[39] як дастгоҳи автоматишудаи центрифугаи сайёрро барои тоза кардани РНК SARS-CoV-2 мустақиман аз қисмҳои тампончаи бука пешниҳод кард.Медвед ва дигарон.[53] як системаи намунагирии аэрозолҳои SARS-CoV-2-ро бо микросхемаи флуоресценти микрофлюоресентии гардиши хурд бо маҳдудияти муайянкунии 10 нусха/мкл ва ҳадди ақали давра 15 дақиқа пешниҳод кард.Суарес ва дигарон.[75] ба наздикӣ дар бораи таҳияи платформаи ҳамгирошудаи микрофлюидии центрифугаии модулӣ барои ошкор кардани мустақими РНК SARS-CoV-2 дар намунаҳои тампончаи аз гармӣ ғайрифаъолшудаи бинии ҳалқум бо истифода аз LAMP гузориш дод.Ин мисолҳо бартариҳо ва ваъдаҳои бузурги LOAD дар ташхиси молекулавии COVID-19-ро нишон медиҳанд.
Соли 1945 Мюллер ва Клегг [125] бори аввал каналҳои микрофлюидиро дар рӯи коғаз бо истифода аз коғази филтр ва парафин пешниҳод карданд.Дар соли 2007, гурӯҳи Whitesides [126] аввалин платформаи коғазии функсионалӣ барои санҷиши сафеда ва глюкозаро таъсис дод.Когаз ба субстрати идеалии микрофлюидикхо табдил ёфтааст.Коғаз дорои хосиятҳои хос аст, аз қабили гидрофилӣ ва сохтори ковокӣ, мутобиқати аълои биологӣ, вазни сабук, чандирӣ, пӯшиш, арзиши паст, осонии истифода ва роҳат.µPAD-ҳои классикӣ аз сохторҳои гидрофиликӣ/гидрофобӣ иборатанд, ки дар субстратҳои коғазӣ сохта шудаанд.Вобаста аз сохтори сеченака, μPAD-ҳоро ба дученака (2D) ва сеченака (3D) μPAD тақсим кардан мумкин аст.2D μPADҳо бо роҳи ташаккул додани сарҳадҳои гидрофобӣ барои ташаккул додани каналҳои микрофлюидӣ истеҳсол карда мешаванд, дар ҳоле ки 3D μPADҳо одатан аз қабатҳои коғази микрофлюидикии 2D, баъзан тавассути печонидани коғаз, техникаи лағжиш, каналҳои кушода ва чопи 3D сохта мешаванд [96].Моеъҳои обӣ ё биологӣ дар μPAD асосан тавассути қувваи капиллярӣ бидуни манбаи берунаи нерӯи барқ назорат карда мешаванд, ки ба нигаҳдории пешакии реагентҳо, коркарди намунаҳо ва муайянкунии мултиплекс мусоидат мекунанд.Бо вуҷуди ин, назорати дақиқи ҷараён ва муайянкунии мултиплекс бо суръати нокифояи ошкор, ҳассосият ва истифодаи такрорӣ халал мерасонад [96, 127, 128, 129, 130].
Ҳамчун платформаи ғайриоддии микрофлюидӣ, μPAD барои ташхиси молекулавии бемориҳои сироятӣ ба монанди HCV, HIV ва SARS-CoV-2 ба таври васеъ тарғиб ва таҳия шудааст [131, 132].Барои муайян кардани интихобӣ ва ҳассос HCV, Tengam et al.[133] биосенсори наверо дар асоси коғази флуоресцентӣ бо истифода аз проби хеле мушаххаси кислотаи нуклеинӣ дар асоси пептид пирролидинил таҳия кардааст.Кислотаҳои нуклеинӣ дар коғази қисман оксидшудаи селлюлоза тавассути алкилизатсияи редуктивӣ байни гурӯҳҳои аминокислотаҳо ва гурӯҳҳои алдегидҳо ба таври ковалентӣ иммобилизатсия карда мешаванд ва муайянкунӣ ба флуоресцентсия асос ёфтааст.Ин сигналҳоро гаҷети махсус сохташуда бо камераи флуоресцентии портативӣ дар якҷоягӣ бо камераи телефони мобилӣ хондан мумкин аст.Баъдан, Лу ва дигарон.[134] як электроди фасеҳи коғазӣ дар асоси композитҳои чаҳорчӯбаи никель/тиллоӣ/нанотубаҳои карбон/поливинилӣ-органиметаллӣ барои муайян кардани ҳадафи ВИЧ тавассути гибридизатсияи ДНК бо истифода аз кабуди метилен ҳамчун нишондиҳандаи оксидшавии ДНК тарҳрезӣ кардааст.Чанде пеш, Чоудури ва дигарон.[135] як тарҳи фарзияи платформаи санҷиши нуқтаи нигоҳубини µPAD-ро бо истифода аз гилроки хоми бемор дар якҷоягӣ бо LAMP ва технологияи тасвирии сайёр барои муайян кардани таҳлили COVID-19 пешниҳод кард.
Санҷишҳои ҷараёни паҳлӯӣ моеъҳоро тавассути қувваҳои капиллярӣ роҳнамоӣ мекунанд ва ҳаракати моеъро тавассути тар кардан ва хусусиятҳои субстратҳои ковок ё микроструктураи назорат мекунанд.Дастгоҳҳои ҷараёнҳои паҳлӯӣ аз намуна, конъюгат, инкубатор ва детектор ва ҷойпӯшҳои абсорбент иборатанд.Молекулаҳои кислотаи нуклеинӣ дар LFA пайвандҳои мушаххасеро эътироф мекунанд, ки дар макони ҳатмӣ пешакӣ нигоҳ дошта мешаванд ва ҳамчун комплексҳо мепайванданд.Вақте ки моеъ аз плитаҳои инкубатсия ва детектор мегузарад, комплексҳо аз ҷониби молекулаҳои дастгиркунӣ, ки дар хатҳои санҷишӣ ва назорат ҷойгиранд, гирифта мешаванд ва натиҷаҳоеро нишон медиҳанд, ки онҳоро мустақиман ба чашми бараҳна хондан мумкин аст.Одатан, LFA-ро дар 2-15 дақиқа анҷом додан мумкин аст, ки нисбат ба кашфи анъанавӣ тезтар аст.Аз сабаби механизми махсус, LFA чанд амалиётро талаб мекунад ва таҷҳизоти иловагиро талаб намекунад, ки онро барои истифодабарандагон хеле осон мекунад.Истеҳсол ва миниатюрӣ кардан осон аст ва арзиши субстратҳои коғазӣ арзонтар аст.Аммо он танњо барои тањлили сифатї истифода мешавад ва муайянкунии миќдорї хеле мушкил аст ва ќобилияти мултиплексї ва гузаранда хеле мањдуд аст ва дар як ваќт танњо як кислотаи нокифояи нуклеинро метавон муайян кард [96,110,127].
Гарчанде ки аксари барномаҳои LFA ба иммуноассайҳо нигаронида шудаанд, истифодаи LFA барои ташхиси молекулавӣ дар микросхемаҳои микрофлюидӣ низ самаранок ва маъмул аст [136].Дар мавриди вируси гепатити В, ВИЧ ва SARS-CoV-2 LFA Gong ва дигарон.[137] платформаи табдили нанозаррачаи LFA-ро пешниҳод кард ва гуногунҷанбаи ин платформаи миниатюрӣ ва сайёрро тавассути ошкор кардани ҳассос ва миқдории ҳадафҳои сершумор ба монанди кислотаи нуклеинӣ HBV нишон дод.Гайр аз ин, Фу ва дигарон.[138] LFA-и навро дар асоси спектроскопияи рӯизаминии Раман барои таҳлили миқдории ДНК-и ВИЧ-1 дар консентратсияи паст нишон дод.Барои зуд ва ҳассос ошкор кардани SARS-CoV-2, Лю ва дигарон.[85] таҳлили ҷараёни паҳлуии RPA-и микрофлюидиро тавассути омезиши RT-RPA ва системаи универсалии муайянкунии ҷараёни паҳлуӣ ба як системаи ягонаи микрофлюидӣ таҳия кардааст.
Татбиқи платформаҳои гуногуни микрофлюидӣ вобаста ба таҳқиқоти мушаххас бо истифода аз имкониятҳо ва бартариҳои платформаҳо фарқ мекунад.Бо клапанҳо, насосҳо ва каналҳои дастрас, LOCC платформаи мукаммалтарин барои гуногунрангии барномаҳо ва ҳамоҳангӣ бо фазои бузургтарин барои рушд мебошад.Аз ин рӯ, мо умедворем ва тавсия медиҳем, ки таҳқиқоти навтарин дар LOCC ҳамчун кӯшиши аввал гузаронида шаванд ва шароитҳо оптимизатсия карда шаванд.Илова бар ин, дар система усулҳои самараноктар ва дақиқтар кашф ва истифода мешаванд.LOAD дар назорати дақиқи моеъҳо аз дастгоҳҳои мавҷудаи LOCC бартарӣ дорад ва бартариҳои беназирро дар дискҳои ягона тавассути қувваи марказӣ бидуни ниёз ба дискҳои беруна нишон медиҳад, дар ҳоле ки посухҳои параллелӣ метавонанд алоҳида ва ҳамоҳанг карда шаванд.Ҳамин тариқ, LOAD дар оянда платформаи асосии микрофлюидӣ бо амалиёти камтари дастӣ ва технологияҳои баркамол ва автоматикунонидашуда мегардад.Платформаи µPAD бартариҳои LOCC ва маводҳои коғазро барои ташхиси арзиши ками яккарата муттаҳид мекунад.Аз ин рӯ, рушди оянда бояд ба технологияҳои қулай ва мукаммал равона карда шавад.Илова бар ин, LFA барои ошкор кардани чашми бараҳна мувофиқ буда, ваъда медиҳад, ки истеъмоли намунаҳоро коҳиш медиҳад ва ошкоркуниро суръат мебахшад.Муқоисаи муфассали платформа дар ҷадвали 2 нишон дода шудааст.
Таҳлилҳои рақамӣ намунаро ба бисёр микрореакторҳо тақсим мекунанд, ки ҳар яки онҳо миқдори дискретии молекулаҳои ҳадафро дар бар мегиранд [139, 140].Таҳлилҳои рақамӣ барои анҷом додани миқдори мутлақ тавассути иҷрои ҳазорон таҷрибаҳои параллели биохимиявӣ ҳамзамон ва ба таври инфиродӣ дар қисмҳои миқёси микрон, на дар марҳилаи муттасил бартариҳои назаррас пешкаш мекунанд.Дар муқоиса бо микрофлюидикҳои анъанавӣ, реаксияҳои бахш метавонанд ҳаҷми намунаро кам кунанд, самаранокии реаксияро зиёд кунанд ва бидуни ниёз ба каналҳо, насосҳо, клапанҳо ва тарҳҳои паймон ба осонӣ бо дигар усулҳои таҳлилӣ муттаҳид шаванд [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147].Ду усули зерин дар таҳлилҳои рақамӣ барои ноил шудан ба ҷудошавии яксон ва дақиқи маҳлулҳо, аз ҷумла реагентҳо ва намунаҳо ба монанди ҳуҷайраҳо, кислотаҳои нуклеинӣ ва дигар зарраҳо ё молекулаҳо истифода мешаванд: (1) эмульсияҳои партофт, ки аз ноустувории интерфейси моеъ истифода мебаранд;(2) тақсимоти массив бо маҳдудиятҳои геометрии дастгоҳ амалӣ карда мешавад.Дар усули аввал, қатраҳои дорои реактивҳо ва намунаҳо дар микроканалҳо метавонанд бо усулҳои ғайрифаъол, аз қабили ко-ҷараён, ҷараён, фокускунии ҷараён, эмульсификацияи марҳилавӣ, эмульсификацияи микроканал ва мембранаҳо тавассути қувваҳои ҷаббида ва эмульсия бо тағирёбии канал эҷод карда шаванд.маҳаллисозӣ [143, 145, 146, 148, 149] ё бо истифода аз усулҳои фаъол [150, 151], ки энергияи иловагиро тавассути назорати электрикӣ, магнитӣ, гармӣ ва механикӣ ҷорӣ мекунанд.Дар равиши охирин, якрангии беҳтарини ҳаҷми моеъ дар камераҳои микрофлюидӣ тавассути нигоҳ доштани сохторҳои фазоии як андоза, ба монанди микропитҳо ва массивҳои рӯизаминӣ тақсим карда мешавад [152,153,154].Қобили зикр аст, ки қатраҳо қисмҳои асосии ҷараён мебошанд, ки онҳоро инчунин дар массивҳои электродҳо дар асоси микрофлюидикҳои рақамӣ (DMF) тавлид ва идора кардан мумкин аст.Электрометизатсияи диэлектрикҳо яке аз назарияҳои беҳтарини омӯхташудаи ДМФ ба шумор меравад, зеро обшавии электромагнитҳои диэлектрикҳо барои коркарди дақиқи қатраҳои алоҳида, идора кардани шакли моеъ ва сигналҳои электрикии асимметрӣ, ки аз паҳлӯҳои гуногун мегузарад, имкон медиҳад [141, 144].Амалиётҳои асосӣ бо қатраҳо дар DMF ҷудокунӣ, тақсимкунӣ ва якҷоякуниро дар бар мегиранд [151, 155, 156], ки онҳоро метавон дар соҳаҳои гуногуни таҳлил, махсусан дар детекторияи молекулавӣ татбиқ кард [157, 158, 159].
Муайянкунии рақамии кислотаи нуклеинӣ як технологияи насли сеюми ташхиси молекулавӣ аст, ки пас аз PCR анъанавӣ ва миқдорӣ дар вақти воқеӣ (qPCR) дар баробари пайдарпайии баландсуръат ва биопсияи моеъ мебошад.Дар ду даҳсолаи охир кислотаҳои нуклеинҳои рақамӣ дар соҳаи ташхиси молекулавии патогенҳои сироятӣ босуръат инкишоф ёфтанд [160, 161, 162].Миқдори мутлақи муайянкунии рақамии кислотаи нуклеинӣ аз бастабандии намунаҳо ва реагентҳо ба қисмҳои алоҳида оғоз меёбад, то боварӣ ҳосил кунад, ки ҳар як пайдарпаии мақсаднок эҳтимолияти якхелаи ворид шудан ба ҳар як қисмати алоҳида дошта бошад.Аз ҷиҳати назариявӣ, ба ҳар як бахш метавонад пайдарпаии сершумори мақсаднок таъин карда шавад ё системаи микрореаксияи мустақил вуҷуд надошта бошад.Тавассути механизмҳои гуногуни ҳассос, ки дар боло тавсиф шудаанд, қисмҳои дорои пайдарпаии ҳадафҳои микробҳо, ки сигналҳоро аз ҳадди муайян тавлид мекунанд, метавонанд бо чашми бараҳна ё тавассути мошин тасвир карда шаванд ва ҳамчун мусбат нишон дода шаванд, дар ҳоле ки қисмҳои дигаре, ки сигналҳоро аз ҳадди ниҳоӣ тавлид мекунанд, ҳамчун мусбат нишон дода мешаванд. .манфӣ, ки сигналро барои ҳар як бахш мантиқӣ мекунанд.Ҳамин тариқ, тавассути ҳисоб кардани шумораи қисмҳои сохташуда ва суръати натиҷаҳои мусбӣ пас аз реаксия, нусхаҳои аслии намунаҳои санҷиширо метавон бо истифода аз формулаи тақсимоти Пуассон бидуни зарурати каҷи стандартӣ, ки барои таҳлилҳои муқаррарии миқдорӣ зарур аст, мувофиқат кард. ҳамчун qPCR.[163] Дар муқоиса бо усулҳои анъанавии ташхиси молекулавӣ, кашфи рақамии кислотаи нуклеинӣ дараҷаи баландтари автоматизатсия, суръат ва ҳассосияти баландтари таҳлил, камтар реагентҳо, ифлосшавии камтар ва тарҳрезӣ ва истеҳсоли соддатар дорад.Бо ин сабабҳо, истифодаи таҳлилҳои рақамӣ, махсусан усулҳои ба қатра асосёфта, барои ташхиси молекулавӣ, омезиши усулҳои амплификация ва хондани сигнал, дар давраи хуруҷи интиқодии SARS-CoV-2 хуб омӯхта шудааст.Масалан, Йин ва дигарон.[164] усулҳои рақамии қатраӣ ва босуръати PCR-ро барои муайян кардани генҳои ORF1ab, N ва RNase P дар SARS-CoV-2 дар чипи микрофлюидӣ муттаҳид кардааст.Қобили зикр аст, ки система тавонист дар давоми 115 сония сигнали мусбатро муайян кунад, ки нисбат ба PCR анъанавӣ тезтар аст, ки самаранокии онро дар муайянкунии нуқтаи нигоҳубин нишон медиҳад (Расми 7а).Донг ва дигарон.[165], Соу ва дигарон.[157], Чен ва дигарон.[166] ва Алтери ва дигарон.[167] инчунин PCR-и рақамии қатраро (ddPCR) барои муайян кардани SARS-CoV-2 дар системаи микрофлюидӣ бо натиҷаҳои таъсирбахш истифода бурд.Барои боз ҳам беҳтар кардани сатҳи ошкоркунӣ, Шен ва дигарон.[168] ба тасвири чипи бар асоси ddPCR дар муддати камтар аз 15 сония бидуни истифодаи усулҳои дӯхтани тасвир ноил гардид, ки раванди технологияи ddPCRро аз лаборатория то татбиқ суръат бахшид.Барои содда кардани шароити реаксия ва аксуламали зуд на танҳо усулҳои тақвияти гармидиҳӣ ба монанди PCR истифода мешаванд, балки усулҳои изотермикии амплификация низ истифода мешаванд.Лу ва дигарон.[71] SlipChip-ро барои таҳлили қатраҳо таҳия кардааст, ки қодир аст қатраҳои андозаҳои гуногунро дар зичии баланд дар як қадам тавлид кунад ва миқдори кислотаҳои нуклеинҳои SARS-CoV-2-ро бо истифода аз LAMP рақамӣ муайян кунад (Расми 7б).Ҳамчун технологияи босуръат рушдёбанда, CRISPR инчунин метавонад дар муайянкунии рақамии кислотаи нуклеинӣ тавассути тасвири қулайи колориметрӣ бидуни ниёз ба доғҳои иловагии кислотаи нуклеинӣ нақши муҳим бозад.Аккерман ва дигарон.реаксияи матритсаи комбинаториро барои баҳодиҳии мултиплексии кислотаҳои нуклеинӣ таҳия намуд.[158] 169 вируси марбут ба инсон, аз ҷумла SARS-CoV-2, дар қатраҳое, ки дорои реагентҳои муайянкунандаи кислотаи нуклеинӣ дар асоси CRISPR-Cas13 мебошанд, дар таҳлили микроэлементҳо ошкор карданд (Расми 7c).Илова бар ин, амплификацияи изотермикӣ ва технологияи CRISPR метавонад дар як система истифода шавад, то манфиатҳои ҳардуро муттаҳид созад.Парк ва дигарон.[169] Таҳлили рақамии CRISPR/Cas12a дар чипи микрофлюидикии тиҷоратӣ барои ошкор кардани SARS-CoV-2-и истихроҷшуда ва аз гармӣ кушташуда дар асоси як марҳилаи RT-RPA бо муайянкунии кӯтоҳтар ва баландтари сигнал ба замина таҳия шудааст. таносуби вақт., диапазони васеътари динамикӣ ва ҳассосияти беҳтар (расми 7d).Баъзе тавсифи ин мисолҳо дар ҷадвали 3 оварда шудаанд.
Платформаи маъмулии рақамӣ барои муайян кардани кислотаи нуклеинӣ.a Ҷараёни кории босуръати рақамии ПТР аз чор марҳилаи асосӣ иборат аст: омодасозии намуна, тақсимоти омехтаи реаксия, раванди пурқувваткунӣ ва миқдори ҳадаф (мувофиқ аз [164]).б Схемати нишон додани таҳлили қатраҳои SlipChip барои ташаккули қатраҳо дар зичии баланд (мувофиқ аз [71]).в Диаграммаи ҷараёни кори КАРМЕН-Кас13 (аз [158] мутобиқ карда шудааст).d Баррасии мукаммали кашфи вирусҳои рақамӣ бо CRISPR/Cas дар як деги (мувофиқ аз [169]).W/O об дар равған, полидиметилсилоксан PDMS, реаксияи занҷири полимеразии ПТР, ҷамъоварии маълумотҳои DAQ, ҳосилаи мутаносиби интегралии PID, реаксияи матритсаи CARMEN барои арзёбии мултиплексии кислотаи нуклеинӣ, SARS-CoV-2, синдроми шадиди роҳи нафас, коронавирус2, RT Амплификацияи транскриптазаи баръакси рекомбиназа полимераз-RPA, сигнали S/B дар замина
Вақти фиристодан: сентябр-15-2022
