Мэдээ

Халдварт өвчнийг илрүүлэх уламжлалт оношлогооны стратеги нь тусламж үйлчилгээний цэгийн шинжилгээнд (POCT) тохиромжгүй вандан багаж хэрэгслийг ашиглахыг шаарддаг.Шинээр гарч ирж буй бичил шингэн нь маш жижигрүүлсэн, автоматжуулсан, нэгдсэн технологи бөгөөд хурдан, хямд, үнэн зөв оношилгоо хийх уламжлалт аргуудын боломжит хувилбар юм.Молекулын оношлогооны аргууд нь эмгэг төрүүлэгчийг илрүүлэх хамгийн үр дүнтэй арга болох микрофлюидик төхөөрөмжид өргөн хэрэглэгддэг.Энэхүү тойм нь эрдэм шинжилгээний болон үйлдвэрлэлийн аль алиных нь үүднээс халдварт өвчний бичил шингэнд суурилсан молекулын оношлогооны сүүлийн үеийн дэвшлийг нэгтгэн харуулав.Эхлээд бид дээжийн урьдчилсан боловсруулалт, олшруулалт, дохио унших зэрэг нуклейн хүчлийн чип дээрх ердийн боловсруулалтыг тайлбарлав.Дараа нь дөрвөн төрлийн микрофлюидик платформын шинж чанар, давуу болон сул талуудыг харьцуулна.Дараа нь бид нуклейн хүчлүүдийн үнэмлэхүй хэмжигдэхүүнийг тоон шинжилгээнд ашиглах талаар ярилцах болно.Сонгодог болон сүүлийн үеийн арилжааны бичил шингэнд суурилсан молекул оношлогооны төхөөрөмжүүдийг зах зээлийн өнөөгийн байдлын нотолгоо болгон нэгтгэн дүгнэв.Эцэст нь бид халдварт өвчний микрофлюидик оношлогооны ирээдүйн чиглэлийг санал болгож байна.
Халдварт өвчин нь дэлхий даяар тархсан нян, вирус, шимэгч зэрэг эмгэг төрүүлэгч бичил биетүүдээс үүдэлтэй.Бусад өвчнөөс ялгаатай нь эмгэг төрүүлэгч бичил биетүүд хурдан халдварлаж, тарилга, агаар, усаар дамжин хүн, тэжээвэр амьтдын хооронд тархдаг [1].Халдварт өвчнөөс урьдчилан сэргийлэх нь нийгмийн эрүүл мэндийн чухал арга хэмжээ юм.Халдварт өвчинтэй тэмцэх гурван үндсэн стратеги: (1) халдварын эх үүсвэрийг хянах;(2) дамжуулах замын тасалдал;(3) өртөмтгий популяцийг хамгаалах.Гол стратегиудын дотроос халдварын эх үүсвэртэй тэмцэх нь тав тухтай, хямд өртөгтэй тул хамгийн чухал стратеги гэж тооцогддог.Халдвар авсан хүмүүсийг хурдан оношлох, тусгаарлах, эмчлэх нь маш чухал бөгөөд хурдан, мэдрэмжтэй, үнэн зөв оношилгооны стратеги шаарддаг [2].Халдварт өвчний өнөөгийн оношилгоо нь ихэвчлэн шинж тэмдэг, шинж тэмдгүүдэд суурилсан эмнэлзүйн үзлэг, эсийн өсгөвөр, молекулын оношлогоо зэрэг лабораторийн судалгааг хослуулсан байдаг бөгөөд үүнд бэлтгэгдсэн боловсон хүчин, хөдөлмөр их шаарддаг процедур, үнэтэй шинжилгээний тоног төхөөрөмж шаардлагатай байдаг [3, 4].Халдварт өвчний дэгдэлтээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд орон нутгийн хэмжээнд түргэн шуурхай, хямд, үнэн зөв оношлох, ялангуяа халдварт өвчин түгээмэл бөгөөд хүнд [5] нөөцөөр хязгаарлагдмал бүс нутагт, мөн онц байдлын үед урьдчилан таамаглах боломжгүй, аглаг буйдад буюу байлдааны талбарт эмчилгээ хийх шаардлагатай..эмнэлгийн тусламж үйлчилгээ хязгаарлагдмал [6].Энэ хүрээнд микрофлюидикс нь шингэнийг нарийн зохицуулахад зориулагдсан микро цахилгаан механик системийн технологи, нанотехнологи эсвэл материалын шинжлэх ухааныг хослуулсан технологи юм [7,8,9,10], тусламж үйлчилгээний цэгийг илрүүлэх (POCT) шинэ боломжийг олгодог.) эмнэлэг, лабораторийн гаднах халдварт бодис.Уламжлалт цаг хугацаа шаардсан оношилгоотой харьцуулахад микрофлюидик технологи нь өвчний дэгдэлтийн үед молекулын оношлогоонд зориулж дээж, зардлыг хэмнэдэг.2019 оны коронавирусын өвчний (COVID-19) дэлхийн хэмжээнд тархалт нь амьсгалын замын хүнд хэлбэрийн цочмог хам шинж коронавирус 2 (SARS-CoV-2)-аас үүдэлтэй тул тахал өвчнөөс цаг тухайд нь урьдчилан сэргийлэх, хянахад микрофлюидикийн ач холбогдлыг дахин онцолж байна [11, 12] , 13].Уламжлалт оношилгооноос ялгаатай нь микрофлюидик POCT нь дээж авах цэгийн ойролцоо туршилт хийхийн тулд ширээний анализатороос эхлээд хажуугийн жижиг туршилтын тууз хүртэл жижиг зөөврийн төхөөрөмжүүдийг ашигладаг [14].Эдгээр туршилтууд нь дээжийг хялбаршуулсан эсвэл огт бэлтгэхгүй, дохиог хурдан өсгөх, дохионы мэдрэгчтэй уншилтуудыг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь богино хугацаанд, үнэн зөв үр дүнд хүргэдэг.Бичил шингэнд суурилсан эрүүл мэндийн багаж хэрэгслийн олдоц, олноор нь үйлдвэрлэл нь эмнэлгийн гадна, өвчтөний ойролцоо, тэр байтугай гэртээ ч хэмнэлттэй, шууд оношлогооны хэрэглээг өргөжүүлсэн.
Халдварт өвчнийг оношлох одоо байгаа стратегиудын дотроос молекулын оношлогоо нь хамгийн эмзэг байдаг [15, 16].Нэмж дурдахад молекулын оношлогоо нь ихэвчлэн COVID-19-ийг тасралтгүй илрүүлэх алтан стандарт болгон ашигладаг бөгөөд энэ нь дархлааны хариу урвал эхлэхээс өмнө РНХ эсвэл ДНХ-ийн вирусын өвөрмөц хэсгийг шууд илрүүлэх боломжийг олгодог [17, 18].Одоогийн тоймд бид халдварт өвчний микрофлюид дээр суурилсан молекулын оношлогооны үйл явцын сүүлийн үеийн дэвшлийг академик талаас нь цаашдын үйлдвэрлэлийн хэтийн төлөвийг танилцуулж байна (Зураг 1).Бид нуклейн хүчлийг илрүүлэх гурван үндсэн алхмаас эхэлнэ: чип дээрх дээжийг урьдчилан боловсруулах, нуклейн хүчлийг олшруулах, дохио унших.Дараа нь бид янз бүрийн төрлийн микрофлюид платформуудыг бүтэц, үйл ажиллагаатай нь харьцуулж, өвөрмөц шинж чанарыг (давуу ба сул талууд) харуулсан.Цаашид нуклейн хүчлийн дижитал илрүүлэлтийн талаар ярилцаж, халдварт эмгэг төрүүлэгч молекулыг үнэмлэхүй тоогоор тодорхойлох гурав дахь үеийн технологийн жишээ болгон өгсөн болно.Нэмж дурдахад молекулын оношлогооны микрофлюидик POCT зах зээлийн өнөөгийн байдлыг харуулахын тулд хэд хэдэн ердийн, хамгийн сүүлийн үеийн арилжааны POCT төхөөрөмжийг танилцуулах болно.Мөн бид цаашдын хэрэглээний талаарх алсын хараагаа хэлэлцэж, тайлбарлах болно.
Нуклейн хүчлийг илрүүлэх микрофлюидик чипийн модулиудыг чиг үүргийнхээ дагуу 3 ангилалд (түүж авах, таних, дохио өгөх) хувааж болно [19].Эдгээр модулиудын дотроос дээж авах модуль нь голчлон дээжийн задрал, нуклейн хүчлийн хандыг гүйцэтгэдэг.Мэдрэгч модуль нь голчлон нуклейн хүчлийн дохионы хувиргалт, олшруулалтыг хянадаг.Сигналын модуль нь мэдрэгч модулиар хөрвүүлсэн болон боловсруулсан дохиог илрүүлдэг.Чип дээрх нуклейн хүчлийг илрүүлэх үйл явц дээр үндэслэн бид "оролт ба гаралтын" функцийг хэрэгжүүлэх боломжтой янз бүрийн чипүүдийг нэгтгэн дүгнэх болно.
Нуклейн хүчлийг илрүүлэх эхний алхам бол нуклейн хүчлийн олборлолт, өөрөөр хэлбэл зорилтот нуклейн хүчлийг анхны дээжээс тусгаарлах явдал юм.Нуклейн хүчлийн хандыг бусад молекулын бохирдуулагчаас нуклейн хүчлийг цэвэршүүлэх, нуклейн хүчлийн молекулуудын анхдагч бүтцийн бүрэн бүтэн байдлыг хангах, үр дүнг оновчтой болгох зорилгоор гүйцэтгэдэг.Нуклейн хүчлийн олборлолтод шаардлагатай дээж задрах, нуклейн хүчлийг авах шаардлагатай бөгөөд чанар, үр ашиг нь судалгаа, оношлогооны үр дүнд асар их нөлөө үзүүлдэг.Олборлох явцад ямар нэгэн нарийн гаж нөлөө нь цаашдын илрүүлэлтийг хязгаарлаж болзошгүй.Жишээлбэл, полимеразын гинжин урвал (ПГУ) ба давталтын изотерм олшруулах (LAMP) аргуудыг нуклейн хүчлийг тусгаарлах урвалж дахь этанол, изопропанол зэрэг зарим үлдэгдэл органик уусгагчид дарангуйлдаг [20].Шингэн-шингэн олборлолт ба хатуу фазын олборлолт нь нуклейн хүчлийг тусгаарлах хамгийн түгээмэл аргууд юм [21], гэхдээ шингэн-шингэн олборлолтод ашигладаг урвалжууд нь ихэнх микрофлюидийн чипсийг зэврүүлдэг тул чип дээр шингэн-шингэн хандлах нь маш хязгаарлагдмал байдаг. .Энд бид бичил массив дээр суурилсан хатуу фазын олборлох аргуудыг онцолж, тэдгээрийн давуу болон сул талуудыг харьцуулж үздэг.
Цахиур нь био нийцтэй, тогтвортой байдал, өөрчлөхөд хялбар байдгаараа нуклейн хүчлүүдтэй нийцдэг субстрат материал юм [22].Хамгийн гол нь цахиур болон бусад материалаар өөрчилсөн тохиолдолд энэхүү нийлмэл материал нь бага рН, давс ихтэй нөхцөлд сөрөг цэнэгтэй нуклейн хүчлийг шингээх, мөн өндөр рН, бага давсны уусмалаар шингээх шинж чанарыг харуулдаг.Энэ үзэгдэл дээр үндэслэн нуклейн хүчлийг цэвэршүүлэх боломжтой.
Цахиурт суурилсан материалуудын янз бүрийн хэлбэрийг нуклейн хүчлийн хандыг микрофлюдицид, тухайлбал цахиурын бөмбөлгүүдийг, нунтаг, бичил фибр шүүлтүүр, цахиурын мембраныг ашигласан [23, 24, 25, 26].Материалын шинж чанараас хамааран цахиур дээр суурилсан материалыг микро схемд янз бүрийн аргаар ашиглаж болно.Жишээлбэл, цахиурын мөхлөг, нунтаг болон арилжааны нано шүүлтүүрийг микрофлюидик чипний нүх сүв эсвэл бичил сувагт байрлуулж, дээжээс нуклейн хүчлийг гаргаж авахад тусалдаг [27, 28, 29].Гадаргууг өөрчилсөн цахиурын мембраныг мөн бага зардлаар эмгэг төрүүлэгчдээс ДНХ-ийг хурдан цэвэрлэхэд ашиглаж болно.Жишээлбэл, Ван нар.[30] Хитозан олигосахаридаар бүрсэн цахиурын мембрантай цэврүүт зуучлалын гинжин хэлхээний солилцоог денатуратжуулах олшруулах урвалыг хослуулснаар 102-108 колони үүсгэгч нэгжийг амжилттай илрүүлсэн олон талын зөөврийн системийг нэвтрүүлсэн.(CFU)/мл Vibrio parahaemolyticus., мөн вирус байгаа нь амархан харагдаж байв.Пауэлл нар.[31] Цахиурт суурилсан бичил массивуудыг дараа нь элэгний С вирус (HCV), хүний ​​дархлал хомсдолын вирус (ХДХВ), Зика вирус, хүний ​​хөхөнцөр вирусыг илрүүлэхэд ашиглаж, РНХ-ийн вирүсийг барьж авах 1.3 мкл эргүүлэгтэй микрореакторыг бүтээсэн.болон in situ өсгөлтийг гүйцэтгэх.Эдгээр аргуудаас гадна гадаргууг өөрчилсөн цахиурын бичил багана нь мөн нуклейн хүчлийг олборлоход гол үүрэг гүйцэтгэдэг, учир нь өөрчлөх материалын геометр болон шинж чанар нь олборлолтын үр ашгийг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.Чен нар.[32] амино-бүрсэн цахиурын бичил багана дээр суурилсан бага концентрацитай РНХ-ийг тусгаарлах микрофлюидик платформыг санал болгосон.Энэхүү бичил шингэн төхөөрөмж нь 0.25 см2 хэмжээтэй микробаганыг цахиурын дэвсгэр дээр нэгтгэж, өндөр гадаргуугийн талбай ба эзэлхүүний харьцааны загвараар олборлолтын үр ашгийг дээшлүүлнэ.Энэхүү дизайны давуу тал нь микрофлюидик төхөөрөмж нь нуклейн хүчлийн олборлолтын үр ашгийг 95% хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой юм.Цахиурт суурилсан эдгээр стратеги нь бага зардлаар нуклейн хүчлийг хурдан тусгаарлах үнэ цэнийг харуулж байна.Микрофлюид чиптэй хослуулан цахиурт суурилсан олборлох стратеги нь нуклейн хүчлийг илрүүлэх үр ашгийг нэмэгдүүлээд зогсохгүй аналитик төхөөрөмжийг жижгэрүүлэх, нэгтгэх ажлыг хөнгөвчлөх боломжтой [20].
Соронзон тусгаарлах аргууд нь гадны соронзон орон байгаа нөхцөлд нуклейн хүчлийг тусгаарлахын тулд соронзон хэсгүүдийг ашигладаг.Түгээмэл хэрэглэгддэг соронзон хэсгүүдэд цахиур, амин болон карбоксилээр бүрсэн Fe3O4 эсвэл γ-Fe2O3 соронзон хэсгүүд орно [33,34,35,36].Цахиурт суурилсан SPE аргуудтай харьцуулахад соронзон хэсгүүдийн ялгарах онцлог нь гадны соронзоор удирдах, удирдахад хялбар байдал юм.
Нуклейн хүчил ба цахиурын хоорондох электростатик харилцан үйлчлэлийг ашиглан өндөр давс, бага рН нөхцөлд нуклейн хүчлүүд цахиураар бүрсэн соронзон хэсгүүдийн гадаргуу дээр шингэдэг бол давс багатай, өндөр рН-ийн нөхцөлд молекулуудыг угааж болно. дахин..Цахиураар бүрсэн соронзон бөмбөлгүүдийг нь соронзон удирдлагатай хөдөлгөөнийг ашиглан их хэмжээний дээжээс (400 мкл) ДНХ гаргаж авах боломжтой болгодог [37].Жагсаал болгон Родригес-Матеос нар.[38] өөр өөр камерт соронзон бөмбөлгүүдийг шилжүүлэхийг хянахын тулд тохируулж болох соронз ашигласан.Цахиураар бүрсэн соронзон хэсгүүдэд үндэслэн LAMP урвуу транскрипцийг илрүүлэх (RT-LAMP) зорилгоор бохир усны дээжээс 470 хувь/мл SARS-CoV-2 геномын РНХ гаргаж авах ба хариуг 1 цагийн дотор унших боломжтой.нүцгэн нүд (Зураг 2a).
Соронзон ба сүвэрхэг материал дээр суурилсан төхөөрөмж.SARS-CoV-2 РНХ илрүүлэх IFAST RT-LAMP бичил шингэн төхөөрөмжийн концепцийн диаграмм ([38]-аас тохируулсан).b Хөхний арчдас нуклейн хүчлийн dSPE-д зориулсан төвөөс зугтах микро төхөөрөмж ([39]-аас тохируулсан).c FTA® карт ашиглан суурилуулсан өөрөө ажилладаг дээж баяжуулах төхөөрөмж ([50]-аас тохируулсан).d Хитозанаар өөрчилсөн Fusion 5 шүүлтүүрийн цаас ([51]-ээс тохируулсан).SARS-CoV-2 хүнд хэлбэрийн амьсгалын замын цочмог хам шинж коронавирус 2, RT-LAMP урвуу транскрипцийн гогцоо зуучлагдсан изотермийн олшруулалт, FTA илрүүлэгч технологийн түншүүд, NA нуклейн хүчил
Эерэг цэнэглэгдсэн соронзон хэсгүүд нь нуклейн хүчлийн фосфатын үндсэн хэсгийг бэхлэхэд тохиромжтой.Давсны тодорхой концентрацитай үед нуклейн хүчлүүдийн сөрөг цэнэгтэй фосфатын бүлгүүд соронзон нийлмэл хэсгүүдийн гадаргуу дээр эерэг цэнэгтэй байж болно.Тиймээс нуклейн хүчлийг гаргаж авахын тулд барзгар гадаргуутай, амин бүлгийн өндөр нягтралтай соронзон нано хэсгүүдийг боловсруулсан.Соронзон салгаж, блоклосны дараа соронзон нано хэсгүүд болон ДНХ-ийн цогцолборыг ПГУ-д шууд ашиглах боломжтой бөгөөд энэ нь нарийн төвөгтэй, цаг хугацаа шаардсан цэвэршүүлэх, ялгаруулах үйлдлүүдийн хэрэгцээг арилгадаг [35].Сөрөг карбоксил бүлгүүдээр бүрсэн соронзон нано бөөмсийг өндөр концентрацитай полиэтилен гликол болон натрийн хлоридын уусмалд шингэсэн нуклейн хүчлүүдийг ялгахад ашигладаг [36].Гадаргууг өөрчилсөн эдгээр соронзон бөмбөлгүүдийн тусламжтайгаар ДНХ-ийн олборлолт нь дараагийн олшруулалттай нийцдэг.Дигнан нар.[39] нуклейн хүчлийг урьдчилан боловсруулахад зориулагдсан автоматжуулсан, зөөврийн төвөөс зугтах микрофлюидик платформыг тодорхойлсон бөгөөд энэ нь техникийн бус ажилтнуудад газар дээр нь ашиглах боломжийг олгодог.Нэмж дурдахад, тусгаарлагдсан ДНХ нь тусламж үйлчилгээний цэгийн нуклейн хүчлийн шинжилгээнд тохиромжтой арга болох LAMP-тай нийцэж байгаа нь тоног төхөөрөмжийн хамгийн бага шаардлага, колориметрийн шинжилгээ хийхэд тохиромжтойг харуулж байна (Зураг 2b).
Соронзон ирмэгийн аргууд нь автоматаар олборлох боломжийг санал болгодог бөгөөд тэдгээрийн зарим нь арилжааны автоматжуулсан нуклейн хүчил олборлогчдод байдаг [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, USA), QIAcube® HT;CapitalBio (Бээжин, Хятад) болон Biomek®;Бекман (Майами, АНУ).), Флорида, АНУ)].Соронзон бөмбөлгүүдийг бичил шингэнтэй хослуулах давуу талыг нуклейн хүчлийг үр ашигтай автоматаар олборлоход ашиглаж болох бөгөөд энэ нь молекулын оношлогооны хөгжлийг ахиулж чадна;Гэсэн хэдий ч соронзон бөмбөлгүүдийг бичил шингэнтэй хослуулах нь соронзон бөмбөлгүүдийг нарийн зохицуулах нарийн төвөгтэй хяналтын системээс ихээхэн хамааралтай хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь арилжааны бүтээгдэхүүний алдартай, том хэмжээтэй, үнэтэй байдаг нь POCT-д соронзон бөмбөлгүүдийг цаашид ашиглах боломжийг хязгаарладаг.
Өөрчлөгдсөн нитроцеллюлоз шүүлтүүр, Finders Technology Associates (FTA) карт, полиэтерсульфонд суурилсан шүүлтүүрийн цаас, гликанаар бүрсэн материал зэрэг хэд хэдэн сүвэрхэг материалыг нуклейн хүчлийг илрүүлэхэд ашигласан [40, 41, 42, 43, 44].Шилэн цаас гэх мэт сүвэрхэг утаслаг материалыг анх ДНХ-ийг тусгаарлахад урт судалтай ДНХ-ийн молекулуудыг утаснуудаар орооцолдуулж ашигласан.Жижиг нүх сүв нь ДНХ-ийн молекулуудын бие махбодийн хүчтэй хязгаарлалтад хүргэдэг бөгөөд энэ нь ДНХ-ийн олборлолтод эерэгээр нөлөөлдөг.Шилэн цаасны нүхний хэмжээ өөр өөр байдаг тул олборлох үр ашиг нь ДНХ-ийн олшруулалтын хэрэгцээг хангаж чадахгүй байна [45, 46].FTA карт нь шүүх эмнэлгийн салбарт хэрэглэгддэг арилжааны шүүлтүүрийн цаас бөгөөд молекулын оношлогооны бусад салбарт өргөн хэрэглэгддэг.Төрөл бүрийн химийн бодисоор шингээсэн целлюлоз шүүлтүүрийн цаасыг ашиглан дээжинд эсийн мембраныг задлах замаар ялгарсан ДНХ-ийг 2 жил хүртэл задралаас хамгаална.Сүүлийн үед SARS-CoV-2, лейшманиаз, хумхаа зэрэг янз бүрийн эмгэг төрүүлэгчдийг молекулаар илрүүлэх зорилгоор шингээсэн целлюлоз цаасыг бүтээжээ [47,48,49].Тусгаарлагдсан сийвэн дэх ХДХВ нь шууд задрах ба вирусын нуклейн хүчлийг баяжуулах үйлдвэрт суурилуулсан FTA® урсгалын мембранаар баяжуулж, нуклейн хүчлийг үр дүнтэй үйлдвэрлэх боломжийг олгодог [50] (Зураг 2c).FTA карт ашиглан нуклейн хүчлийг илрүүлэх гол асуудал бол гуанидин, изопропанол зэрэг химийн бодисууд дараагийн олшруулалтын урвалыг саатуулдаг явдал юм.Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд бид Fusion 5 хитозанаар өөрчилсөн шүүлтүүрийн цаасыг бүтээсэн бөгөөд энэ нь ДНХ-ийн молекулууд болон фиброз шүүлтүүрийн цаасны биет хоорондын уялдаа холбоо, хитозанаар өөрчилсөн нэгдлүүд дээр ДНХ-ийн электростатик шингээлтийн давуу талуудыг хослуулсан бөгөөд өндөр үр ашигтай нуклейн хүчлийг гаргаж авах боломжийг олгодог. ..шүүлтүүр утас [51] (Зураг 2d).Үүний нэгэн адил Жу нар.[52] Зика вирусын РНХ-ийг хурдан тусгаарлах, илрүүлэхэд зориулсан in situ хялгасан судасны микрофлюидик системд суурилсан хитозанаар өөрчилсөн ПГУ-ын аргыг харуулсан.Читозаны асаах/унтраах шинж чанарт үндэслэн нуклейн хүчлийг холимог лизат/ПГУ-ын орчинд тус тус шингээж/десорбци хийж болно.асаах, унтраах", рН-д хариу үйлдэл үзүүлэх.
Дээр дурьдсанчлан эдгээр стратеги нь янз бүрийн хатуу фазын материалын давуу талыг нэгтгэж, микрофлюдицид нуклейн хүчлийн олборлолтын үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.Практик хэрэглээнд эдгээр материалыг их хэмжээгээр ашиглах нь хэмнэлтгүй бөгөөд эдгээр материалаар нийтлэг материалын гадаргууг зохих ёсоор боловсруулах эсвэл гадаргууг өөрчлөх нь тэдний үйл ажиллагааг хадгалах боломжтой.Тиймээс туршилтын судалгааны дараа эдгээр стратегийг хэрэгжүүлснээр зардлыг бууруулах боломжтой гэж үзэж байна.
Микрофлюидик платформ дээр нуклейн хүчлийн туршилт хийхдээ ихэвчлэн бага хэмжээний дээж (<100 мкл) ашигладаг тул зорилтот нуклейн хүчлүүдийг тодорхой датчикаар олшруулж, доод урсгалыг (оптик, цахилгаан, соронзон) илрүүлэхэд тохиромжтой дохио болгон хувиргах шаардлагатай байдаг [53, 54]. Микрофлюидик платформ дээр нуклейн хүчлийн туршилт хийхдээ ихэвчлэн бага хэмжээний дээж (<100 мкл) ашигладаг тул зорилтот нуклейн хүчлүүдийг тодорхой датчикаар олшруулж, доод урсгалыг (оптик, цахилгаан, соронзон) илрүүлэхэд тохиромжтой дохио болгон хувиргах шаардлагатай байдаг [53, 54]. (< 100 мкл) туршилтын нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформыг ашиглана уу (< 100 мкл). Микрофлюидик платформ дээр нуклейн хүчлийг туршихдаа бага хэмжээний дээжийг (<100 мкл) ихэвчлэн ашигладаг тул зорилтот нуклейн хүчлүүдийг тусгай датчикаар өсгөх шаардлагатай бөгөөд үүнийг дараа нь илрүүлэхэд тохиромжтой дохио (оптик, цахилгаан, соронзон) болгон хувиргах шаардлагатай. [53, 54].微流控 微流控 平台 上 的 核酸 检测 通常 使用 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 使用 扩增 扩增 特定 检测 检测 检测 检测 核酸 检测 核酸 核酸 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 (光学 磁学 下游 检测) 的 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 检测 (53, 53, 54, 54 ]。微流控 微流控 平台 上 的 核酸 检测 使用 使用 (<<需要 探针 探针 探针 扩增 目标 目标 目标 目标, 54, 54, 54, 54, 54, 54, 54, 54 байна ]。 Обнаружение нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформыг ашиглах боломжгүй (<100 мкл), энэ нь шаардлагатай амплификации целевых нуклеиновых кислот с помощик нуклеиновых кислот с помощик магнитофоны 5, 5-р цахилгаан дохиоллын бүсийг ашиглах боломжтой. Микрофлюидик платформ дээр нуклейн хүчлийг илрүүлэхэд ихэвчлэн бага хэмжээний дээж (<100 мкл) ашигладаг бөгөөд энэ нь зорилтот нуклейн хүчлүүдийг тусгай датчик ашиглан дараа дараагийн илрүүлэх дохио болгон хувиргах (оптик, цахилгаан, соронзон) [53, 54] шаарддаг. .Бичил шингэн дэх нуклейн хүчлийг олшруулах нь урвалыг хурдасгаж, илрүүлэх хязгаарыг оновчтой болгож, дээжийн шаардлагыг бууруулж, илрүүлэх нарийвчлалыг сайжруулдаг [55, 56].Сүүлийн жилүүдэд хурдан бөгөөд үнэн зөв илрүүлэхийн ачаар микрофлюитикт нуклейн хүчлийг олшруулах янз бүрийн аргууд, түүний дотор ПГУ болон зарим изотерм олшруулах урвалууд хэрэглэгдэж байна.Энэ хэсэгт микрофлюидик систем дээр суурилсан нуклейн хүчлийг илрүүлэх аргуудыг нэгтгэн дүгнэх болно.
ПГУ нь организмын ДНХ-ийн хуулбарлах үйл явцын загварчлал бөгөөд онолыг өөр газар дэлгэрэнгүй тайлбарласан тул энд ярихгүй.ПГУ нь маш бага хэмжээний зорилтот ДНХ/РНХ-ийг экспоненциал хурдаар олшруулж чаддаг тул ПГУ-ыг нуклейн хүчлийг хурдан илрүүлэх хүчирхэг хэрэгсэл болгодог.Сүүлийн хэдэн арван жилд ПГУ-ын дулааны эргэлтийн системээр тоноглогдсон зөөврийн микрофлюидик төхөөрөмжүүдийг тусламж үйлчилгээний цэгийн оношлогооны хэрэгцээг хангах зорилгоор боловсруулсан [57, 58].Чип дээрх ПГУ-ыг температурын хяналтын янз бүрийн аргуудын дагуу дөрвөн төрөлд (ердийн, тасралтгүй урсгал, орон зайн шилжүүлэлт, конвектив ПГУ) хувааж болно [59].Жишээлбэл, Gee et al.[60] хоолойн арчдасаас SARS-CoV-2, томуугийн А, В вирусыг олон талт илрүүлэх зорилгоор микрофлюидик платформ дээр шууд урвуу транскрипцийн тоон ПГУ (RT-qPCR) аргыг боловсруулсан (Зураг 3a).Парк нар.[61] нимгэн хальсан ПГУ, электрод, хуруугаар ажилладаг полидиметилсилоксан дээр суурилсан микрофлюидик модулийг нэгтгэн эмгэг төрүүлэгчийн шинжилгээний энгийн чип бүтээжээ.Гэсэн хэдий ч энэ хоёр ажил нь ердийн ПГУ-ын нийтлэг дутагдалтай талуудыг агуулдаг.ПГУ нь дулааны эргэлтийг шаарддаг бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийг цаашид жижигрүүлэх, туршилтын хугацааг багасгах боломжийг олгодог.
Тасралтгүй урсгалд суурилсан бичил шингэн ба орон зайд шилжих ПГУ-ыг хөгжүүлэх нь энэ асуудлыг шийдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм.Урт серпентин суваг эсвэл богино шулуун суваг ашиглан тасралтгүй урсгалын ПГУ нь чипээс гадуурх насосоор урьдчилан халаах гурван бүсэд урвалжуудыг идэвхтэй эргэлдүүлж хурдан олшруулж чадна.Энэ ажиллагаа нь янз бүрийн урвалын температур хоорондын шилжилтийн үе шатаас амжилттай зайлсхийж, улмаар туршилтын хугацааг эрс багасгадаг [62] (Зураг 3б).Jung нар өөр нэг судалгаагаар.[63] хэт хурдан ба мультиплекс урвуу транскрипцийн ПГУ-д тогтмол болон урсгалтай ПГУ-ын шинж чанарыг хослуулсан шинэ эргэлтэт ПГУ-ын генетик анализаторыг санал болгосон (Зураг 3c).Нуклейн хүчлийг олшруулахын тулд ПГУ-ын микрочипийг гурван халаалтын блокоор өөр өөр температурт эргүүлнэ: 1. Денатурацийн блок 94°С, 2. 58°С-т зөөлрүүлэх блок, 3. 72°С-т тэлэлтийн блок.
ПГУ-ын бичил шингэн дэх хэрэглээ.Микрофлюидик платформ дээрх dirRT-qPCR-ийн бүдүүвч дүрслэл ([60]-аас тохируулсан).b Серпентин суваг дээр суурилсан тасралтгүй урсгалтай ПГУ-ын бичил массивын бүдүүвч дүрслэл ([62]-аас тохируулсан).c Микрочип, гурван халаалтын блок, шатлагч мотороос бүрдэх эргэлтэт ПГУ-ын генетик анализаторын бүдүүвч дүрслэл ([63]-аас тохируулсан).d Центрифуг ба тохируулгатай термоконвекцийн ПГУ-ын диаграмм ([64]-аас тохируулсан).DirRT-qPCR, шууд тоон урвуу транскрипцийн полимеразын гинжин урвал
Капилляр, гогцоо эсвэл бүр нимгэн ялтсуудыг ашиглан конвекцийн ПГУ нь гадны шахуургагүйгээр байгалийн чөлөөт дулааны конвекцоор нуклейн хүчлийг хурдан өсгөж чаддаг.Жишээлбэл, ПГУ-ын гогцооны бичил сувагт центрифуг хийх замаар дулааны эргэлтийг ашигладаг үйлдвэрлэсэн эргэдэг халаалтын шатанд циклийн олефин полимер бичил шингэн платформыг боловсруулсан [64] (Зураг 3d).Урвалын уусмал нь дулааны конвекцоор хөдөлдөг бөгөөд энэ нь цагираг хэлбэртэй бичил сувагт өндөр ба бага температурыг тасралтгүй солилцдог.Олшруулах процессыг бүхэлд нь 10 минутын дотор 70.5 pg / суваг илрүүлэх хязгаартай хийж болно.
Хүлээгдэж буйгаар хурдан ПГУ нь дээж-хариу молекулын оношлогоо, мультиплекс шинжилгээний бүрэн нэгдсэн системд зориулсан хүчирхэг хэрэгсэл юм.Шуурхай ПГУ нь SARS-CoV-2-ыг илрүүлэхэд шаардагдах хугацааг эрс багасгадаг бөгөөд энэ нь COVID-19 тахлын эсрэг үр дүнтэй тэмцэхэд хувь нэмэр оруулдаг.
ПГУ-д POCT-д тохиромжгүй нарийн төвөгтэй дулааны циклер шаардлагатай.Сүүлийн үед LAMP, рекомбиназа полимеразын олшруулалт (RPA), нуклейн хүчлийн дараалалд суурилсан олшруулалтыг багтаасан боловч үүгээр хязгаарлагдахгүй микрофлюдицид изотерм олшруулах аргуудыг хэрэглэж байна [65,66,67,68].Эдгээр аргуудын тусламжтайгаар нуклейн хүчлийг тогтмол температурт олшруулж, молекулын оношлогоонд зориулж хямд өртөгтэй, өндөр мэдрэмжтэй зөөврийн POCT төхөөрөмжийг бий болгоход тусалдаг.
Өндөр хүчин чадалтай бичил шингэнд суурилсан LAMP шинжилгээ нь халдварт өвчнийг олон удаа илрүүлэх боломжийг олгодог [42, 69, 70, 71].Төвөөс зугтах бичил шингэний системтэй хослуулан LAMP нь нуклейн хүчлийг илрүүлэх автоматжуулалтыг цаашид хөнгөвчлөх боломжтой [69, 72, 73, 74, 75].Spin-and-react SlipChip-ийг LAMP [76] ашиглан олон тооны зэрэгцээ бактерийг нүдээр илрүүлэх зорилгоор бүтээсэн (Зураг 4а).Шинжилгээнд оновчтой LAMP ашиглах үед флюресценцийн дохио-дуу чимээний харьцаа ойролцоогоор 5 дахин их байсан ба илрүүлэх хязгаар нь геномын ДНХ-ийн 7.2 хувь/мкл хүрсэн байна. Түүнчлэн хоол боловсруулах эрхтний таван нийтлэг эмгэг төрүүлэгч, тухайлбал Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis, Vibrio parahaemolyticus-ийг 60 минутын дараа аргад үндэслэн дүрсэлсэн. Түүнчлэн хоол боловсруулах эрхтний таван нийтлэг эмгэг төрүүлэгч, тухайлбал Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis, Vibrio parahaemolyticus-ийг 60 минутын дараа аргад үндэслэн дүрсэлсэн.Түүгээр ч зогсохгүй хоол боловсруулах замын таван нийтлэг бактерийн эмгэг төрүүлэгчид болох Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis, Vibrio parahaemolyticus зэргийг энэ аргыг ашиглан 60 минут хүрэхгүй хугацаанд харуулсан.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 ， 基于 该 方法 在 <60 分钟 内 视化 了 五 种 常见 消化道 细菌病 的 存在 ， 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 HIPТүүнчлэн хоол боловсруулах эрхтний нянгийн нян, гэдэсний савханцар, сальмонелла enterica, fluvius vibrio, vibrio parahaemolyticus зэрэг нийтлэг таван бактерийн халдвар байгаа эсэхийг энэ аргыг ашиглан 60 минут хүрэхгүй хугацаанд дүрсэлсэн.
Бичил шингэн дэх LAMP-ийн давуу тал нь хурдан хариу үйлдэл хийх, жижигрүүлсэн илрүүлэлт юм.Гэсэн хэдий ч урвалын температурын улмаас (ойролцоогоор 70 ° C) LAMP-ийн үед аэрозол үүсэх нь гарцаагүй бөгөөд энэ нь өндөр хуурамч эерэг үр дүнд хүргэдэг.Шинжилгээний өвөрмөц байдал, праймерын дизайн, температурын хяналтыг мөн LAMP-д оновчтой болгох шаардлагатай.Нэмж дурдахад нэг чип дээр олон зорилтот илрүүлэлтийг хэрэгжүүлдэг чипийн загварууд нь маш их үнэ цэнэтэй бөгөөд үүнийг хөгжүүлэх хэрэгтэй.Нэмж дурдахад LAMP нь нэг чипэнд нэгтгэгдсэн олон зориулалттай илрүүлэхэд тохиромжтой бөгөөд энэ нь маш чухал ач холбогдолтой боловч хөгжүүлэх боломж маш их хэвээр байна.
Харьцангуй бага урвалын температур (~37 °C) нь ууршилтын харьцангуй цөөн асуудал үүсгэдэг [77] тул LAMP-ийн өндөр хуурамч эерэг түвшинг RPA-ийн тусламжтайгаар хэсэгчлэн бууруулж болно.RPA системд эсрэг талын хоёр праймер нь рекомбиназтай холбогдон ДНХ-ийн нийлэгжилтийг эхлүүлдэг ба олшруулалтыг 10 минутын дотор хийж болно [78,79,80,81].Тиймээс бүх RPA процесс нь ПГУ эсвэл LAMP-аас хамаагүй хурдан байдаг.Сүүлийн жилүүдэд микрофлюидик технологи нь RPA-ийн хурд, нарийвчлалыг улам сайжруулж байгааг харуулж байна [82,83,84].Жишээлбэл, Liu et al.[85] урвуу транскрипцийн RPA (RT-RPA) болон бүх нийтийн хажуугийн урсгалын туршилтын зурвас илрүүлэх системийг нэгтгэн SARS-CoV-2-ийг хурдан бөгөөд мэдрэмтгий илрүүлэх зорилгоор микрофлюидын нэгдсэн хажуугийн урсгалын полимеразын рекомбиназын олшруулалтын шинжилгээг боловсруулсан.нэг микро шингэн системд .Зураг 4б).Илрүүлэх хязгаар нь 1 хувь/мкл эсвэл 30 хувь/дээж бөгөөд илрүүлэлтийг 30 орчим минутын дотор дуусгах боломжтой.Конг нар.элэгддэг бичил шингэн төхөөрөмж бүтээжээ.[86] RPA ашиглан ХДХВ-1 ДНХ-ийг хурдан бөгөөд шууд илрүүлэхийн тулд биеийн температур болон гар утсанд суурилсан флюресцент илрүүлэх системийг ашигласан (Зураг 4в).Зүүж болох RPA шинжилгээ нь 24 минутын дотор зорилтот дарааллын 100 хувь/мл-ийг илрүүлж, нөөц хязгаарлагдмал орчинд ХДХВ-1-ийн халдвартай нярайг хурдан оношлох асар их боломжийг харуулж байна.
Арчилгааны цэгийн туршилт (POCT) дахь изотермийн олшруулалт.Spin болон урвалын SlipChip-ийг хөгжүүлэх, үйлдвэрлэх.Плазмын гагнуурын дараа дээд ба доод чипсийг самарны багцаар угсарч эцсийн чип үүсгэсэн ([76]-аас тохируулсан).b COVID-19 илрүүлэх MI-IF-RPA системийн бүдүүвч зураг ([85]-аас тохируулсан).c ХДХВ-1 ДНХ-ийг хурдан илрүүлэх зориулалттай зүүж болох RPA тестийн бүдүүвч зураг ([86]-аас тохируулсан).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia савханцар, FAM карбоксифлуоресцеин, хүний ​​дархлал хомсдолын вирус ХДХВ, RPA рекомбиназа полимеразын олшруулалт, LED гэрлийн ялгаруулагч диод-РПА-МИФ-ийн бага зэргийн микроэлементүүд Олшруулалт
Бичил шингэнд суурилсан RPA хурдацтай хөгжиж байгаа хэдий ч чип үйлдвэрлэх зардал, урвалын хэрэглээ хэт өндөр байгаа тул энэ технологийн хүртээмжийг нэмэгдүүлэхийн тулд багасгах шаардлагатай байна.Үүнээс гадна, RPA-ийн өндөр мэдрэмж нь өвөрмөц бус бүтээгдэхүүнийг олшруулахад нөлөөлдөг, ялангуяа бохирдол байгаа тохиолдолд.Эдгээр хязгаарлалтууд нь микрофлюидик систем дэх RPA-ийн хэрэглээнд нөлөөлж, цаашдын оновчлолд хүргэж болзошгүй юм.POCT-д RPA-д суурилсан микрофлюидик стратегийн боломжуудыг сайжруулахын тулд янз бүрийн зорилтод зориулсан сайн боловсруулсан праймер, датчик шаардлагатай.
Cas13 ба Cas12a нь нуклейн хүчлийг санамсаргүй байдлаар задлах чадвартай тул илрүүлэх, оношлох хэрэгсэл болгон хөгжүүлэх боломжтой.Cas13 болон Cas12a нь зорилтот ДНХ эсвэл РНХ-тэй холбогдох үед идэвхждэг.Идэвхжүүлсний дараа уураг нь ойролцоох бусад нуклейн хүчлүүдийг задалж эхэлдэг бөгөөд үүний дараа эмгэг төрүүлэгчийн өвөрмөц нуклейн хүчлийг чиглүүлдэг чиглүүлэгч РНХ нь унтраасан флюресцент датчикийг задалж, флюресцент ялгаруулж чаддаг.Энэ онол дээр үндэслэн Келлнер нар.[87] Cas13-д суурилсан аргыг боловсруулсан [Өвөрмөц өндөр мэдрэмжтэй ферментийн сурвалжлагчийн түгжээг тайлах (SHERLOCK)] ба Broughton et al.[88] Cas12a [CRISPR Trans Reporter targeting DNA endonuclease (DTECR)] дээр суурилсан өөр аргыг боловсруулсан.
Сүүлийн жилүүдэд CRISPR дээр суурилсан нуклейн хүчлийг илрүүлэх янз бүрийн аргууд гарч ирсэн [89, 90].Уламжлалт CRISPR-д суурилсан аргууд нь нуклейн хүчлийг олборлох, олшруулах, CRISPR илрүүлэх зэрэг олон процедурын улмаас ихэвчлэн цаг хугацаа, хөдөлмөр их шаарддаг.Шингэнийг агаарт оруулах нь хуурамч эерэг үр дүнгийн магадлалыг нэмэгдүүлдэг.Дээр дурдсан зүйлсийг харгалзан CRISPR-д суурилсан системүүд оновчлол хийх зайлшгүй шаардлагатай байна.
CRISPR-Cas12a болон CRISPR-Cas13a илрүүлэх програмуудад зориулан 24 шинжилгээг зэрэгцүүлэн хийх боломжтой пневматик удирдлагатай микро шингэн платформыг боловсруулсан [91].Энэхүү систем нь нуклейн хүчлийн олшруулалтыг алгасаж, фемтомоляр ДНХ, РНХ дээжийг автоматаар илрүүлдэг флюресценц илрүүлэх төхөөрөмжөөр тоноглогдсон.Чен нар.[92] төвөөс зугтах бичил шингэн дэх CRISPR-Cas12a системтэй нэгдсэн рекомбиназын олшруулалт (Зураг 5а).Cas12a элч ДНХ-г шингээж, олшруулах процессыг дарангуйлж чаддаг тул энэ ажил нь эдгээр хоёр процессыг нэгтгэх хүндрэлийг даван туулж байна.Үүнээс гадна Чен нар.[92] нэмэлтээр бүх процессыг автоматаар дуусгахын тулд урвалын урвалжуудыг төвөөс зугтах микрофлюидик удирдлагад урьдчилан хадгалсан.Өөр нэг бүтээлд Силва нар.[93] SARS-CoV-2-ыг илрүүлэх CRISPR/Cas12a олшруулалтгүй оношлогооны аргыг болон ухаалаг гар утас боловсруулсан (Зураг 5б).Гар утсанд суурилсан олшруулалтгүй систем гэж нэрлэгддэг энэхүү шинжилгээнд микрофлюидик сувгууд дахь каталазын үүсгэсэн бөмбөлөг дохиог ухаалаг гар утасны дүрслэлд суурилсан CRISPR/Cas-аас хамааралтай фермент орно.Урьдчилан олшруулахгүйгээр 50-аас бага хувь/мкл нуклейн хүчлийг мэдрэмтгий илрүүлэх, дээжийг тарихаас эхлээд дохио унших хүртэлх бүх процесс ердөө 71 минут үргэлжилнэ.
CRISPR дээр суурилсан нуклейн хүчлийг илрүүлэх аргууд.CRISPR дээр суурилсан нэгдсэн молекулын оношлогоонд зориулсан төвөөс зугтах POCT ([92]-аас тохируулсан).b SARS-CoV-2-ийн ухаалаг гар утсанд суурилсан шинжилгээ хийх CASCADE тестийг боловсруулах ([93]-аас тохируулсан).RAA рекомбиназын олшруулалт, PAM-ийн зэргэлдээх протоспацерын мотив, CRISPR-ын багцалсан богино палиндромик давталт нь тогтмол давтамжтайгаар, CRISPR/CAS-аас хамааралтай фермент бүхий гар утасны олшруулалтгүй CASCADE систем, 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимид гидрохлорид
Нуклейн хүчлийг илрүүлэх сүүлчийн алхам болох дохио илрүүлэх нь оношлогооны үр дүнг шууд тусгадаг бөгөөд үр ашигтай, мэдрэмжтэй, үнэн зөв POCT-ийг хөгжүүлэхэд чухал хүчин зүйл болдог.Флюресцент, цахилгаан химийн, колориметр, соронзон стратеги гэх мэт янз бүрийн аргыг ашиглан дохиог уншиж болно.Энэ хэсэгт бид арга тус бүрийн үндэслэлийг тайлбарлаж, бичил шингэн дэх халдварт өвчний молекулын оношлогоог харьцуулах болно.
Флюресценцэд суурилсан стратеги нь маш сайн мэдрэмжтэй, хямд өртөгтэй, үйл ажиллагаанд хялбар, тусламж үйлчилгээний цэгийн шинжилгээ зэрэг гайхалтай давуу талуудаас шалтгаалан халдварт өвчний POCT оношлогоонд өргөн хэрэглэгддэг [94, 95].Эдгээр стратеги нь флюресцент будагч бодис, наноматериал зэрэг шошготой флюрофоруудыг ашиглан илрүүлж болох дохиог (флюресценцийг сайжруулах эсвэл унтраах) үүсгэдэг.Энэхүү олдвор нь флюресцентэд суурилсан стратегийг шууд флюресцент тэмдэглэгээ, дохиог асаах, унтраах флюресцент илрүүлэх гэж хувааж болохыг харуулж байна [96].Флюресцент шошгыг шууд илрүүлэх нь зорилтот объектод сонгомол байдлаар холбогдох үед тодорхой хэмжээний флюресцент үүсгэдэг тусгай лигандуудыг шошголохын тулд тусгай флюресцент шошгыг ашигладаг.Дохионд суурилсан флюресцент илрүүлэхийн тулд флюресцент дохионы чанар нь сонирхлын хэмжээтэй эерэг хамааралтай байдаг.Флюресценцийн эрч хүч нь зорилтот байхгүй үед өчүүхэн бөгөөд хангалттай хэмжээний бай байгаа үед илрэх боломжтой.Эсрэгээр, "дохио унтраах" флюресценцээр илрүүлсэн флюресценцийн эрч хүч нь зорилтот хэмжээтэй урвуу хамааралтай бөгөөд эхлээд хамгийн их утгад хүрч, зорилтот хэмжээ томрох тусам аажмаар буурдаг.Жишээ нь, CRISPR-Cas13a зорилтот хамааралтай транс задралын механизмыг ашиглан Tian et al.[97] урвуу транскрипцийг шууд алгасдаг РНХ-ийг илрүүлэх шинэ таних стратеги боловсруулсан (Зураг 6a).Нэмэлт зорилтот РНХ-тэй холбогдонгуут ​​CRISPR-Cas13-РНХ-ийн цогцолбор идэвхжиж, өвөрмөц бус сурвалжлагч РНХ-ээр дамжсан задралыг өдөөж болно.Флюросентээр шошготой сурвалжлагч [флюорофор (F)] нь унтраагч (Q) бүрэн бүтэн байдлаар унтарч, идэвхжүүлсэн цогцолбороор тасарсан үед флюресцент үүсгэдэг.
Цахилгаан химийн илрүүлэлтийн давуу тал нь илрүүлэх хурд өндөр, үйлдвэрлэхэд хялбар, өртөг багатай, зөөвөрлөхөд хялбар, автомат удирдлагатай байдаг.Энэ нь POCT програмуудад зориулсан хүчирхэг аналитик арга юм.Графен талбарт транзистор дээр үндэслэсэн Гао нар.[98] 2 пг/мл илрүүлэх хязгаартай Borrelia burgdorferi бактериас Лаймын өвчний эсрэгтөрөгчийг олон талт илрүүлэх нанобиосенсор бүтээжээ (Зураг 6б).
Колориметрийн шинжилгээг POCT-ийн хэрэглээнд ашигласан бөгөөд зөөврийн байдал, хямд өртөг, бэлтгэхэд хялбар, нүдээр унших зэрэг давуу талуудтай.Колориметрийн илрүүлэлт нь пероксидаз эсвэл пероксидаз төст наноматериалуудын исэлдэлт, наноматериалуудыг нэгтгэх, индикатор будагч бодис нэмэх зэргээр зорилтот нуклейн хүчлүүд байгаа эсэх талаарх мэдээллийг харагдахуйц өнгөний өөрчлөлт болгон хувиргах боломжтой [99, 100, 101].Алтны нано бөөмсийг колориметрийн стратеги боловсруулахад өргөнөөр ашигладаг бөгөөд өнгөний өөрчлөлтийг хурдан бөгөөд мэдэгдэхүйц өдөөх чадвартай тул халдварт өвчнийг газар дээр нь оношлох POCT колориметрийн платформыг хөгжүүлэх сонирхол нэмэгдэж байна [102].Нэгдсэн төвөөс зугтах бичил шингэн төхөөрөмж [103]-ийн тусламжтайгаар бохирдсон сүүний дээжинд хоол хүнсээр дамждаг эмгэг төрүүлэгчдийг 10 бактерийн эсийн түвшинд автоматаар илрүүлж, үр дүнг 65 минутын дотор нүдээр харах боломжтой (Зураг 6в).
Соронзон мэдрэгч техник нь соронзон материалыг ашиглан аналитикийг үнэн зөв илрүүлж чаддаг бөгөөд сүүлийн хэдэн арван жилд POCT хэрэглээг ихээхэн сонирхож байна.Соронзон мэдрэгчийн техник нь өндөр үнэтэй оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс илүү хямд соронзон материал гэх мэт өвөрмөц давуу талуудтай.Гэсэн хэдий ч соронзон орон ашиглах нь илрүүлэх үр ашгийг дээшлүүлж, дээж бэлтгэх хугацааг багасгадаг [104].Түүнчлэн биологийн дээжийн соронзон дэвсгэр дохионы ач холбогдол багатай тул соронзон зондын үр дүн өндөр өвөрмөц байдал, мэдрэмжтэй, дохио-дуу чимээний харьцаа өндөр байгааг харуулж байна [105].Шарма нар.соронзон хонгилын уулзвар дээр суурилсан био мэдрэгчийг зөөврийн микрочип платформд нэгтгэсэн.[106] эмгэг төрүүлэгчийг олон талт илрүүлэхэд зориулагдсан (Зураг 6d).Биосенсорууд нь эмгэг төрүүлэгчдээс тусгаарлагдсан субнаномоляр нуклейн хүчлийг мэдрэмтгий байдлаар илрүүлдэг.
Дохио илрүүлэх ердийн арга.Cas13a-ийн гиперлокалчлагдсан илрүүлэлтийн тухай ойлголт ([97]-аас тохируулсан).b Graphene nanobiosensor FET-ийг Lyme GroES scFv-тэй хослуулан ([98]-аас тохируулсан).c Төвөөс зугтах бичил шингэн чип дэх хүнсний гаралтай эмгэг төрүүлэгчийг олон талт илрүүлэх колориметрийн заалт: зорилтот эмгэг төрүүлэгчтэй №1 ба №3 дээж, зорилтот эмгэг төрүүлэгчгүй №2, 4, 5-р дээж ([103]-аас тохируулсан) .d Соронзон хонгилын уулзвар дээр суурилсан био мэдрэгч, үүнд платформ, суурилуулсан хаах өсгөгч, хяналтын хэсэг, дохио үүсгэх/худалдан авах тэжээлийн хангамж ([106]-аас тохируулсан).GFET Graphene FET, Escherichia coli, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA полиметил метакрилат
Дээрх илрүүлэх аргуудын маш сайн шинж чанарыг үл харгалзан тэдгээр нь сул талуудтай хэвээр байна.Эдгээр аргуудыг харьцуулсан болно (хүснэгт 1), үүнд дэлгэрэнгүй мэдээлэл бүхий зарим програмууд (давуу болон сул талууд).
Микрофлюидикс, микро цахилгаан механик систем, нано технологи, материал судлал хөгжихийн хэрээр халдварт өвчнийг илрүүлэх микрофлюидик чипийн хэрэглээ байнга ахисаар байна [55,96,107,108].Бяцхан төхөөрөмж, шингэнийг нарийн зохицуулах нь оношилгооны нарийвчлал, хэмнэлттэй байдалд хувь нэмэр оруулдаг.Тиймээс цаашдын хөгжлийг хангахын тулд чипүүдийг оновчтой болгох, шинэчлэх хүчин чармайлт гаргаснаар янз бүрийн бүтэц, функц бүхий янз бүрийн микрофлюид чипүүд бий болсон.Энд бид хэд хэдэн нийтлэг төрлийн микрофлюидик платформуудыг товч танилцуулж, тэдгээрийн шинж чанарыг харьцуулж (давуу ба сул талууд).Нэмж дурдахад доор жагсаасан жишээнүүдийн ихэнх нь SARS-CoV-2-тэй тэмцэхэд голлон анхаардаг.
LOCC нь хамгийн түгээмэл жижигрүүлсэн нарийн төвөгтэй аналитик систем бөгөөд тэдгээрийн үйл ажиллагаа нь дээж шахах, бэлтгэх, урсацыг хянах, шингэн илрүүлэх зэрэгт маш жижигрүүлсэн, нэгдмэл, автоматжуулсан, зэрэгцүүлсэн байдаг [109, 110].Шингэнийг нарийн зохион бүтээсэн геометр, даралтын градиент, хялгасан судасны үйл ажиллагаа, электродинамик, соронзон орон, акустик долгион гэх мэт олон физик эффектүүдийн харилцан үйлчлэлээр зохицуулдаг [111].LOCC нь хурдан дүн шинжилгээ хийх хурд, жижиг түүврийн хэмжээ, бага эрчим хүчний зарцуулалт, удирдлагын болон үйл ажиллагааны өндөр үр ашигтай зэрэг өндөр хүчин чадалтай скрининг болон олон илрүүлэлтийн маш сайн давуу талыг харуулж байна;Гэсэн хэдий ч LOCC төхөөрөмжүүд нь маш нарийн бөгөөд үйлдвэрлэл, сав баглаа боодол, интерфейс юм.Гэсэн хэдий ч, мультиплекс болон дахин ашиглах нь асар их бэрхшээлтэй тулгардаг [96].Бусад платформуудтай харьцуулахад LOCC нь хэрэглээний олон талт байдал, хамгийн сайн технологийн нийцтэй байдлын хувьд өвөрмөц давуу талтай боловч сул тал нь бас тодорхой, тухайлбал өндөр төвөгтэй, давтагдах чадвар муутай байдаг.Гадны шахуургын хамаарал нь ихэвчлэн том хэмжээтэй, үнэтэй байдаг нь POCT-д ашиглахыг улам бүр хязгаарладаг.
COVID-19-ийн дэгдэлтийн үеэр LOCC маш их анхаарал хандуулсан.Үүний зэрэгцээ хэд хэдэн технологийг хослуулсан хэд хэдэн шинэ чип бий.Жишээлбэл, ухаалаг гар утсыг зөөврийн аналитик төхөөрөмж болгон өргөн ашиглаж байгаа бөгөөд LOCC-ийг нэгтгэх асар их боломжтой.Sun et al.[21] LAMP ашиглан SARS-CoV-2 зэрэг таван эмгэг төрүүлэгчийн тодорхой нуклейн хүчлийн дарааллыг олон талт болгох боломжийг олгодог микрофлюидик чип бүтээж, хариу үйлдэл дууссанаас хойш 1 цагийн дотор ухаалаг утсаараа шинжилгээ хийсэн.Өөр нэг жишээ болгон Sundah et al.[112] ухаалаг гар утсыг ашиглан SARS-CoV-2 РНХ-ийн зорилтуудыг шууд бөгөөд мэдрэмтгий илрүүлэх зорилгоор молекулын шилжүүлэгчийг [молекулын шилжилтийн төлөвийн унтраалга (CATCH) ашиглан каталитик олшруулалтыг] бүтээжээ. CATCH нь зөөврийн LOCC-тэй нийцдэг бөгөөд өндөр гүйцэтгэлтэй (ойролцоогоор 8 РНХ хуулбар/мкл; өрөөний температурт < 1 цаг) [112]. CATCH нь зөөврийн LOCC-тэй нийцдэг бөгөөд өндөр гүйцэтгэлтэй (ойролцоогоор 8 РНХ хуулбар/мкл; өрөөний температурт < 1 цаг) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC и обеспечивает превосходную производительность (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 ч при комнатной температуре) [112]. CATCH нь зөөврийн LOCC-тэй нийцдэг бөгөөд маш сайн дамжуулах чадварыг хангадаг (ойролцоогоор 8 РНХ хуулбар/мкл; өрөөний температурт < 1 цаг) [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 с портативными LOCC и обладает превосходной производительностью (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 цаг комнатной температуре) [112]. CATCH нь зөөврийн LOCC-тэй нийцдэг бөгөөд маш сайн гүйцэтгэлтэй (ойролцоогоор 8 РНХ хуулбар/мкл; өрөөний температурт < 1 цаг) [112].Нэмж дурдахад молекулын оношлогоонд зориулсан LOCC төхөөрөмжүүд нь вакуум, суналт, цахилгаан орон зэрэг зарим хөдөлгөгч хүчийг ашигладаг.Канг нар.[113] вакуум плазмоник шингэн ПГУ-ын чип ашиглан хээрийн нөхцөлд COVID-19-ийг хурдан бөгөөд тоон оношлох бодит цагийн, хэт хурдан чип дээрх наноплазмын ПГУ-ыг үзүүлэв.Ли нар.[114] дараа нь сунадаг микрофлюидик чипийг бүтээсэн нь COVID-19-ийг оношлох боломжийг олгосон.Уг платформ нь дээжийг чанарын хувьд эерэг эсвэл сөрөг эсэхийг тодорхойлохын тулд RT-LAMP өсгөлтийн системийг ашигладаг.Үүний дараа Рамачандран нар.[115] бичил шингэнд хэрэгжүүлсэн сонгомол ион фокуслах арга болох изотахофорез (ITP) ашиглан цахилгаан талбайн зохих градиентийг олж авсан.ITP-ийн тусламжтайгаар хамар залгиурын түүхий арчдасаас авсан зорилтот РНХ-ийг автоматаар цэвэршүүлэх боломжтой.Дараа нь Рамачандран нар.[115] Энэхүү ITP цэвэршүүлэлтийг ITP сайжруулсан LAMP болон CRISPR шинжилгээтэй хослуулснаар хүний ​​хамар залгиурын арчдас болон эмнэлзүйн сорьцонд SARS-CoV-2 35 минутын дотор илэрсэн.Үүнээс гадна шинэ санаанууд байнга гарч ирдэг.Жадхав нар.[116] босоо чиглэлтэй алт/мөнгө бүрсэн нүүрстөрөгчийн нано хоолой эсвэл нэг удаагийн цахилгаан ээрсэн микро/нано хоолойнуудыг агуулсан микрофлюидик төхөөрөмжтэй хослуулан гадаргууг сайжруулсан Раман спектроскопи дээр суурилсан оношлогооны схемийг санал болгосон.Мембран функциональ суурилуулсан шүүлтүүрийн бичил суваг нь нэг удаагийнх юм.Энэхүү төхөөрөмж нь шүлс, хамар залгиур, нулимс зэрэг биеийн янз бүрийн шингэнээс вирусыг шингээдэг.Тиймээс вирусын титр нь элбэг бөгөөд Раман гарын үсгээр вирусыг нарийн тодорхойлох боломжтой.
LOAD нь микро бүтэцтэй субстратыг эргүүлдэг давтамжийн протоколоор бүх процессыг удирддаг төвөөс зугтах микрофлюидик платформ юм [110].LOAD төхөөрөмж нь төвөөс зугтах хүчийг чухал хөдөлгөгч хүч болгон ашигладаг онцлогтой.Шингэнүүд нь хялгасан судас, Эйлер, Кориолис хүчний үйлчлэлд өртдөг.Центрифугийн төхөөрөмжийг ашиглан шинжилгээг шингэний радиаль байрлалаас дотогш чиглэсэн байрлалаас тасралтгүй шингэн горимд хийж, нэмэлт гадна хоолой, шахуурга, идэвхжүүлэгч, идэвхтэй хавхлагын хэрэгцээг арилгадаг.Товчхондоо, нэг хяналтын арга нь үйл ажиллагааг хялбаршуулдаг.Ачааллын төвөөс ижил зайд байгаа ижил бичил шингэн суваг дахь шингэнд үйлчлэх хүч нь тэнцүү бөгөөд энэ нь сувгийн бүтцийг давтах боломжтой болгодог.Тиймээс LOAD тоног төхөөрөмж нь ердийн LOCC төхөөрөмжөөс илүү энгийн бөгөөд илүү хэмнэлттэй дизайн хийх, үйлдвэрлэхэд илүү хэмнэлттэй байдаг бол урвалууд нь бие даасан, зэрэгцээ байдаг;Гэсэн хэдий ч төвөөс зугтах төхөөрөмжийн механик хүч чадал өндөр тул боломжтой чипний материал хязгаарлагдмал, бага хэмжээний эзэлхүүн нь хүндрэлтэй байдаг.машин руу.Үүний зэрэгцээ ихэнх LOAD төхөөрөмжүүд нь зөвхөн нэг удаагийн хэрэглээнд зориулагдсан байдаг бөгөөд энэ нь том хэмжээний илрүүлэхэд үнэтэй байдаг [96, 117, 118, 119].
Сүүлийн хэдэн арван жилд хамгийн ирээдүйтэй бичил шингэн төхөөрөмжүүдийн нэг гэж тооцогддог LOAD нь судлаачид болон үйлдвэрлэгчдийн анхаарлыг ихээхэн татаж байна.Ийнхүү LOAD нь өргөнөөр хүлээн зөвшөөрөгдөж, халдварт өвчин үүсгэгч [120, 121, 122, 123, 124], ялангуяа COVID-19 дэгдэлтийн үед молекулын оношлогоонд ашиглагдаж байна.Жишээлбэл, 2020 оны сүүлээр Ji et al.[60] хоолойны сорьцонд SARS-CoV-2 болон томуугийн А, В халдварыг хурдан бөгөөд автоматжуулсан зэрэгцээ илрүүлэх шууд RT-qPCR шинжилгээг үзүүлсэн.Дараа нь Xiong нар.[74] SARS-CoV-2 зэрэг хүний ​​​​амьсгалын замын долоон коронавирусыг 40 минутын дотор хурдан, үнэн зөв, нэгэн зэрэг илрүүлэхэд зориулсан LAMP-тэй нэгдсэн дискоид микрофлюидик платформыг танилцуулсан.2021 оны эхээр де Оливейра нар.[73] нь COVID-19-ийн RT-LAMP молекулын оношлогоонд зориулж хурууны үзүүрээр эргүүлэгчээр удирддаг полистирол хорны төвөөс зугтах микрофлюидик чипийг үзүүлэв.Дараа нь Dignan et al.[39] SARS-CoV-2 РНХ-ийг амны хөндийн арчдасаас шууд цэвэрлэх зориулалттай автомат зөөврийн центрифугийн микро төхөөрөмжийг танилцуулсан.Медвед нар.[53] SARS-CoV-2 аэрозолийн дээж авах системийг 10 хувь/мкл илрүүлэх хязгаартай, хамгийн бага мөчлөгийн босго нь 15 минут, жижиг эзэлхүүнтэй эргэдэг микрофлюресцент чиптэй санал болгосон.Суарез нар.[75] саяхан LAMP ашиглан халуунд идэвхгүй хамар залгиурын арчдасаас SARS-CoV-2 РНХ-ийг шууд илрүүлэх модульчлагдсан төвөөс зугтах микрофлюидик платформыг хөгжүүлсэн тухай мэдээлсэн.Эдгээр жишээнүүд нь COVID-19-ийн молекулын оношлогоонд LOAD-ийн асар их ашиг тус, амлалтыг харуулж байна.
1945 онд Мюллер ба Клегг [125] анх шүүлтүүрийн цаас, парафин ашиглан бичил шингэний сувгийг цаасан дээр гаргажээ.2007 онд Whitesides групп [126] уураг, глюкозын шинжилгээнд зориулсан анхны функциональ цаасан платформыг бүтээжээ.Цаас нь бичил шингэний хамгийн тохиромжтой субстрат болсон.Уг цаас нь ус шингээх, сүвэрхэг бүтэцтэй, маш сайн био нийцтэй, хөнгөн жинтэй, уян хатан, эвхэгддэг, хямд өртөгтэй, хэрэглэхэд хялбар, тав тухтай байдал зэрэг өвөрмөц шинж чанартай байдаг.Сонгодог µPAD нь цаасан субстрат дээр баригдсан гидрофиль/гидрофобик бүтэцээс бүрддэг.Гурван хэмжээст бүтцээс хамааран μPAD-ийг хоёр хэмжээст (2D) ба гурван хэмжээст (3D) μPAD гэж хувааж болно.2D µPAD нь гидрофобын хил хязгаарыг үүсгэн бичил шингэн суваг үүсгэх замаар үйлдвэрлэгддэг бол 3D µPAD нь ихэвчлэн 2 хэмжээст бичил шингэн цаасны давхаргуудаар, заримдаа цаас нугалах, гулсуулах техник, задгай суваг, 3D хэвлэх замаар бүтээгддэг [96].μPAD дээрх усан буюу биологийн шингэнийг үндсэндээ гадны тэжээлийн эх үүсвэргүйгээр хялгасан судасны хүчээр удирдаж, урвалжуудыг урьдчилан хадгалах, дээжтэй харьцах, мультиплекс илрүүлэх зэрэг үйл ажиллагааг хөнгөвчилдөг.Гэвч илрүүлэх хурд, мэдрэмж, дахин ашиглах чадвар хангалтгүй зэргээс шалтгаалан урсгалын үнэн зөв хяналт болон мультиплекс илрүүлэхэд саад болдог [96, 127, 128, 129, 130].
Ер бусын микрофлюидик платформ болохын хувьд μPAD нь HCV, ХДХВ, SARS-CoV-2 [131, 132] зэрэг халдварт өвчний молекулын оношлогоонд зориулж өргөнөөр сурталчилж, хөгжүүлсэн.ХСВ-ийг сонгомол, мэдрэмтгий илрүүлэхийн тулд Tengam et al.[133] пирролидинил пептид дээр суурилсан өндөр өвөрмөц нуклейн хүчлийн датчик ашиглан флюресцент цаасан дээр суурилсан шинэ био мэдрэгчийг бүтээжээ.Нуклейн хүчлүүд нь амин бүлгүүд болон альдегидийн бүлгүүдийн хооронд бууруулагч алкилизаци хийх замаар хэсэгчлэн исэлдсэн целлюлозын цаасан дээр ковалент байдлаар хөдөлгөөнгүй болдог ба илрүүлэлт нь флюресцент дээр суурилдаг.Эдгээр дохиог гар утасны камертай хослуулан зөөврийн флюресцент камер бүхий тусгайлан хийсэн гаджетаар уншиж болно.Дараа нь Лу нар.[134] ДНХ-ийн исэлдэлтийн индикатор болгон метилен цэнхэрийг ашиглан ДНХ-ийн эрлийзжүүлэлтээр ХДХВ-ийн зорилтыг илрүүлэх зорилгоор никель/алтны нано хэсгүүд/нүүрстөрөгчийн нано хоолой/поливинил спиртийн органик металл хүрээний нийлмэл материалд суурилсан цаасан дээр суурилсан уян электродыг зохион бүтээсэн.Сүүлийн үед Chowdury et al.[135] нь COVID-19 аналит илрүүлэх зорилгоор LAMP болон зөөврийн дүрслэлийн технологитой хослуулан өвчтөний түүхий шүлсийг ашиглан тусламж үйлчилгээний цэгийн µPAD шинжилгээнд зориулсан платформын загварыг танилцуулсан.
Хажуугийн урсгалын туршилт нь шингэнийг хялгасан судасны хүчээр удирдаж, сүвэрхэг эсвэл бичил бүтэцтэй субстратын чийгшүүлэх чадвар, шинж чанараар шингэний хөдөлгөөнийг хянадаг.Хажуугийн урсгалын төхөөрөмжүүд нь дээж, коньюгат, инкубатор ба илрүүлэгч, шингээгч дэвсгэр зэргээс бүрдэнэ.LFA дахь нуклейн хүчлийн молекулууд нь холбох газарт урьдчилан хадгалагдсан тусгай холбогч бодисуудыг таньж, цогцолбор хэлбэрээр холбогддог.Шингэн нь инкубацийн болон илрүүлэх ялтсуудаар дамжин өнгөрөхөд туршилт, хяналтын шугам дээр байрлах барих молекулууд цогцолборыг барьж, нүцгэн нүдээр шууд унших боломжтой үр дүнг харуулдаг.Ерөнхийдөө LFA нь 2-15 минутын дотор хийгддэг бөгөөд энэ нь уламжлалт нээлтээс хурдан юм.Тусгай механизмын ачаар LFA нь цөөн тооны ажиллагаа шаарддаг бөгөөд нэмэлт тоног төхөөрөмж шаарддаггүй бөгөөд энэ нь хэрэглэгчдэд ээлтэй болгодог.Үүнийг үйлдвэрлэх, жижигрүүлэхэд хялбар, цаасан дээр суурилсан субстратын өртөг бага байдаг.Гэсэн хэдий ч энэ нь зөвхөн чанарын шинжилгээнд ашиглагддаг бөгөөд тоон илрүүлэх нь маш хэцүү бөгөөд олон талт хүчин чадал, дамжуулах чадвар нь маш хязгаарлагдмал бөгөөд нэг удаад зөвхөн нэг хангалттай нуклейн хүчлийг илрүүлэх боломжтой [96,110,127].
Хэдийгээр LFA-ийн ихэнх хэрэглээ нь дархлаа судлалын шинжилгээнд чиглэгддэг ч микрофлюидик чип дэх молекулын оношлогоонд LFA ашиглах нь үр дүнтэй бөгөөд түгээмэл байдаг [136].Гепатит В вирусын хувьд ХДХВ болон SARS-CoV-2 LFA Gong et al.[137] нь HBV нуклейн хүчил зэрэг олон зорилтот хандлагыг мэдрэмтгий болон тоон аргаар илрүүлэх замаар жижгэрүүлсэн, зөөврийн платформын олон талт байдлыг харуулсан.Үүнээс гадна Фу нар.[138] бага концентрацитай ХДХВ-1 ДНХ-ийн тоон шинжилгээнд зориулж гадаргууг сайжруулсан Раман спектроскопи дээр суурилсан шинэ LFA-г үзүүлэв.SARS-CoV-2-ийг хурдан бөгөөд мэдрэмтгий илрүүлэхийн тулд Liu et al.[85] RT-RPA болон бүх нийтийн хажуугийн урсгал илрүүлэх системийг нэг микрофлюидик системд нэгтгэн микрофлюидик нэгдсэн RPA хажуугийн урсгалын шинжилгээг боловсруулсан.
Төрөл бүрийн бичил шингэн платформуудын хэрэглээ нь платформуудын боломж, давуу талыг бүрэн ашиглан тодорхой судалгаанаас хамаарч өөр өөр байдаг.Хямд үнэтэй хавхлага, шахуурга, суваг бүхий LOCC нь програмын олон талт байдал, харилцан уялдаатай байх хамгийн өргөн хүрээг хамарсан платформ бөгөөд хөгжүүлэхэд хамгийн том өрөө юм.Тиймээс бид хамгийн сүүлийн үеийн судалгааг LOCC дээр эхний оролдлого болгон хийж, нөхцөлийг оновчтой болгохыг зөвлөж байна.Үүнээс гадна илүү үр дүнтэй, үнэн зөв аргуудыг олж, системд ашиглах төлөвтэй байна.LOAD нь одоо байгаа LOCC төхөөрөмжүүдийн шингэнийг нарийн хянах чадвартай бөгөөд гаднах хөтчийг ашиглах шаардлагагүй төвөөс зугтах хүчээр нэг хөтөч дээр өвөрмөц давуу талыг харуулдаг бол зэрэгцээ хариу үйлдэл нь салангид, синхрончлогдсон байж болно.Тиймээс ирээдүйд LOAD нь гар ажиллагаа багатай, илүү боловсронгуй, автоматжуулсан технологи бүхий үндсэн микрофлюидик платформ болох болно.µPAD платформ нь LOCC болон цаасан дээр суурилсан материалын ашиг тусыг хослуулсан бөгөөд хямд өртөгтэй, нэг удаагийн оношлогоонд зориулагдсан.Тиймээс ирээдүйн хөгжил нь тохиромжтой, сайн батлагдсан технологид анхаарлаа хандуулах ёстой.Нэмж дурдахад LFA нь нүцгэн нүдээр илрүүлэхэд маш тохиромжтой бөгөөд дээжийн хэрэглээг багасгаж, илрүүлэлтийг хурдасгана гэж амлаж байна.Платформын нарийвчилсан харьцуулалтыг 2-р хүснэгтэд үзүүлэв.
Дижитал шинжилгээ нь дээжийг олон микрореакторуудад хуваадаг бөгөөд тус бүр нь тодорхой тооны зорилтот молекулуудыг агуулдаг [139, 140].Дижитал шинжилгээ нь тасралтгүй үе шатанд биш микрон масштабын тасалгаанд олон мянган параллель биохимийн туршилтуудыг нэгэн зэрэг, дангаар нь хийх замаар үнэмлэхүй хэмжигдэхүүнийг гүйцэтгэхэд ихээхэн давуу талыг санал болгодог.Уламжлалт бичил шингэнтэй харьцуулахад тасалгааны урвалууд нь дээжийн эзэлхүүнийг бууруулж, урвалын үр ашгийг нэмэгдүүлж, суваг, шахуурга, хавхлага, авсаархан загвар шаардлагагүйгээр бусад аналитик аргуудтай хялбар нэгтгэх боломжтой [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147].Эс, нуклейн хүчил болон бусад тоосонцор, молекул зэрэг урвалж, дээж зэрэг уусмалыг жигд, үнэн зөв ялгахын тулд дижитал шинжилгээнд дараах хоёр аргыг ашигладаг: (1) шингэний интерфейсийн тогтворгүй байдлыг ашиглан дусал эмульс;(2) массивын хуваалтыг төхөөрөмжийн геометрийн хязгаарлалтаар гүйцэтгэдэг.Нэгдүгээр аргын хувьд бичил суваг дахь урвалж, дээж агуулсан дуслуудыг ко-гүйдэл, хөндлөн урсгал, урсгалын фокус, үе шаттай эмульсжилт, микро сувгийн эмульсжилт, мембраныг наалдамхай зүсэх хүч, сувгийн өөрчлөлттэй эмульсжүүлэх зэрэг идэвхгүй аргуудаар үүсгэж болно.нутагшуулах [143, 145, 146, 148, 149] эсвэл идэвхтэй аргуудыг [150, 151] ашиглан цахилгаан, соронзон, дулааны болон механик удирдлагаар нэмэлт эрчим хүчийг нэвтрүүлдэг.Сүүлчийн аргын хувьд бичил шингэн камер дахь шингэний эзэлхүүний хамгийн сайн жигд байдлыг бичил нүх, гадаргуугийн массив гэх мэт ижил хэмжээтэй орон зайн бүтцийг хадгалах замаар хуваалцдаг [152,153,154].Дуслууд нь дижитал микрофлюидик (DMF) дээр суурилсан электродын массив дээр үүсгэж, удирдаж болох гол урсгалын хэсгүүд юм.Диэлектрикийг цахилгаанаар чийглэх нь дуслыг нарийн зохицуулах, шингэний хэлбэрийг хянах, янз бүрийн талаас дамжих тэгш бус цахилгаан дохиог хянах боломжийг олгодог тул диэлектрикийг цахилгаанжуулах нь хамгийн сайн судлагдсан DMF онолуудын нэг юм [141, 144].DMF дахь дусалтай хийх үндсэн үйлдлүүд нь ангилах, хуваах, нэгтгэх [151, 155, 156] бөгөөд үүнийг шинжилгээний янз бүрийн салбарт, ялангуяа молекул илрүүлэх [157, 158, 159] ашиглаж болно.
Дижитал нуклейн хүчлийн илрүүлэлт нь ердийн ПГУ болон тоон бодит цагийн ПГУ-ын (qPCR) дараах гурав дахь үеийн молекул оношилгооны технологи бөгөөд өндөр хүчин чадалтай дараалал, шингэний биопситой зэрэгцэн оршдог.Сүүлийн хорин жилд дижитал нуклейн хүчлүүд халдварт эмгэг төрүүлэгчдийн молекулын оношлогооны салбарт эрчимтэй хөгжиж байна [160, 161, 162].Дижитал нуклейн хүчлийн илрүүлэлтийн үнэмлэхүй хэмжигдэхүүн нь зорилтот дараалал бүр тусдаа тасалгаанд орох магадлал ижил байхын тулд дээж болон урвалжуудыг тус тусад нь савлахаас эхэлдэг.Онолын хувьд хэсэг бүрт олон зорилтот дараалал оноож болно, эсвэл бие даасан бичил урвалын систем байхгүй байж болно.Дээр тайлбарласан янз бүрийн мэдрэгч механизмын тусламжтайгаар тодорхой босгоос дээш дохио үүсгэдэг микробын зорилтот дараалал бүхий тасалгаануудыг энгийн нүдээр эсвэл машинаар харж, эерэг гэж тэмдэглэдэг бол босгоос доогуур дохио үүсгэдэг бусад тасалгаануудыг эерэг гэж тэмдэглэдэг. .сөрөг байдаг бөгөөд энэ нь хэсэг бүрийн дохиог логик болгодог.Тиймээс, үүссэн тасалгааны тоо болон урвалын дараа эерэг үр дүнгийн хурдыг тооцоолсноор туршилтын дээжийн эх хувийг Пуассоны тархалтын томъёог ашиглан ердийн тоон шинжилгээнд шаардлагатай стандарт муруй шаардлагагүйгээр тааруулж болно. qPCR байдлаар.[163] Уламжлалт молекулын оношлогооны аргуудтай харьцуулахад дижитал нуклейн хүчлийг илрүүлэх нь илүү өндөр автоматжуулалт, шинжилгээний хурд, мэдрэмж өндөр, урвалжууд бага, бохирдол багатай, дизайн, үйлдвэрлэл илүү хялбар байдаг.Эдгээр шалтгааны улмаас SARS-CoV-2-ын эгзэгтэй дэгдэлтийн үеэр молекулын оношлогоонд дижитал шинжилгээ, ялангуяа дусалд суурилсан аргуудыг ашиглах, олшруулах болон дохио унших аргуудыг хослуулан сайн судалжээ.Жишээлбэл, Yin et al.[164] бичил шингэн чип дэх SARS-CoV-2 дахь ORF1ab, N, RNase P генийг илрүүлэхийн тулд дусал дижитал болон хурдан ПГУ-ын аргуудыг хослуулсан.Тус систем нь 115 секундын дотор эерэг дохиог тодорхойлж чадсан нь ердийн ПГУ-аас хурдан бөгөөд тусламж үйлчилгээний цэгийг илрүүлэхэд үр дүнтэй болохыг харуулж байна (Зураг 7а).Донг нар.[165], Sow et al.[157], Чен нар.[166] болон Alteri et al.[167] мөн дусал дижитал ПГУ-ыг (ddPCR) ашиглан бичил шингэн системд SARS-CoV-2-ыг илрүүлэхийн тулд гайхалтай үр дүнд хүрсэн.Илрүүлэх түвшинг цаашид сайжруулахын тулд Shen et al.[168] ddPCR-д суурилсан чип дүрслэлийг зураг оёх техник ашиглахгүйгээр 15 секундын дотор хийж чадсан нь ddPCR технологийн процессыг лаборатороос хэрэглээ хүртэл хурдасгасан.Зөвхөн ПГУ гэх мэт дулааны олшруулах аргуудыг ашигладаггүй, мөн урвалын нөхцөл, хурдан хариу үйлдлийг хялбаршуулахын тулд изотерм олшруулах аргыг ашигладаг.Лу нар.[71] нэг алхамаар өндөр нягтралтай янз бүрийн хэмжээтэй дусал үүсгэж, дижитал LAMP ашиглан SARS-CoV-2 нуклейн хүчлийн хэмжээг тодорхойлох чадвартай, дуслын шинжилгээнд зориулсан SlipChip-ийг боловсруулсан (Зураг 7б).Хурдацтай хөгжиж буй технологийн хувьд CRISPR нь нэмэлт нуклейн хүчлийн толбо шаардлагагүйгээр тохиромжтой колориметрийн дүрслэлээр дамжуулан дижитал нуклейн хүчлийг илрүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.Ackerman et al.нуклейн хүчлийн олон талт үнэлгээнд зориулсан комбинатор матрицын урвалыг боловсруулсан.[158] бичил цооногийн шинжилгээнд CRISPR-Cas13-д суурилсан нуклейн хүчил илрүүлэх урвалж агуулсан дуслуудаас SARS-CoV-2 зэрэг хүнтэй холбоотой 169 вирус илрүүлсэн (Зураг 7в).Нэмж дурдахад изотермийн олшруулалт болон CRISPR технологийг нэг системд ашиглаж, хоёулангийнх нь ашиг тусыг нэгтгэж болно.Парк нар.[169] CRISPR/Cas12a дижитал шинжилгээг нэг үе шаттай RT-RPA дээр тулгуурлан ялгаж авсан болон дулаанаар устгасан SARS-CoV-2-г илрүүлэх зорилгоор арилжааны микрофлюидик чип дээр бүтээсэн бөгөөд дохионы дэвсгэр дээр илүү богино, өндөр мэдрэгчтэй. цаг хугацааны харьцаа., илүү өргөн динамик хүрээ, илүү сайн мэдрэмжтэй (Зураг 7d).Эдгээр жишээнүүдийн зарим тайлбарыг 3-р хүснэгтэд үзүүлэв.
Нуклейн хүчлийг илрүүлэх ердийн дижитал платформ.a Шуурхай дижитал ПГУ-ын ажлын урсгал нь дээж бэлтгэх, урвалын хольцыг хуваарилах, олшруулах процесс, зорилтот хэмжилт ([164]-аас тохируулсан) гэсэн дөрвөн үндсэн үе шатаас бүрдэнэ.b Өндөр нягтралд дусал үүсэх SlipChip дуслын шинжилгээг харуулсан схем ([71]-ээс тохируулсан).c CARMEN-Cas ажлын урсгалын диаграм13 ([158]-аас тохируулсан).d Нэг саванд CRISPR/Cas ашиглан дижитал вирус илрүүлэх дэвшилтэт тойм ([169]-аас тохируулсан).Тосон доторх ус, полидиметилсилоксан PDMS, ПГУ-ын полимеразын гинжин урвал, DAQ мэдээлэл цуглуулах, PID пропорциональ интеграл дериватив, мультиплекс нуклейн хүчлийн үнэлгээний CARMEN комбинатор матрицын урвал, SARS-CoV-2, амьсгалын замын цочмог цочмог хам шинж, коронавирус2, RT Урвуу транскриптаза рекомбиназа полимераз-RPA, S/B дохионы ар талд олшруулалт