Ďakujeme, že ste navštívili stránku www.chinacdoe.com.Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, vykreslíme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Laboratórne systémy na čipe s možnosťami na mieste ponúkajú potenciál pre rýchlu a presnú diagnostiku a sú užitočné v prostredí s obmedzenými zdrojmi, kde nie sú dostupné biomedicínske vybavenie a vyškolení odborníci.Hlavnou výzvou však zostáva vytvorenie testovacieho systému na mieste starostlivosti, ktorý má súčasne všetky potrebné funkcie na multifunkčné dávkovanie, uvoľňovanie na požiadanie, spoľahlivý výkon a dlhodobé skladovanie činidiel.Tu popisujeme technológiu mikrocestovného spínača ovládaného pákou, ktorá dokáže manipulovať s tekutinami v akomkoľvek smere, poskytuje presnú a proporcionálnu odozvu na aplikovaný tlak vzduchu a zostáva stabilná voči náhlym pohybom a vibráciám.Na základe technológie tiež popisujeme vývoj systému polymerázovej reťazovej reakcie, ktorý integruje funkcie zavádzania, miešania a reakcie činidla do jedného procesu, ktorý zabezpečuje výkon „vzorka-do-odpoveď-out“ pre všetky klinické vzorky nosa od 18 pacientov s Chrípka a 18 individuálnych kontrol, v dobrej zhode intenzity fluorescencie so štandardnou polymerázovou reťazovou reakciou (Pearsonove koeficienty > 0,9).Na základe tejto technológie tiež popisujeme vývoj systému polymerázovej reťazovej reakcie, ktorý integruje funkcie zavádzania, miešania a reakcie činidla do jedného procesu, čím sa dosahuje výkon „vzorka-do-odpoveď-výstup“ pre všetky klinické nazálne vzorky od 18 pacientov. s chrípkou a 18 individuálnymi kontrolami, v dobrej zhode intenzity fluorescencie so štandardnou polymerázovou reťazovou reakciou (Pearsonove koeficienty > 0,9).Ос нэ этой тем рзразразразразразразразразраз р к п ф ф íta к ф íta ф ф íta ф ф íta ф ф Ouр ц ф ф ф Ouр ц ф ф ф ф ф Ouр ц ф к к ф ф ф ф ф ф ф ф ф ф ф ф ф ф ц ц ц цй ц ц ц ц к к к к к о о о оtáva na „ ' и 18 отдельных контролей, в хорошем соответствии интенсивности флуоресценций со сортенонз епной реакцией (коэффициенты Пирсона> 0,9).Na základe tejto technológie tiež popisujeme vývoj systému polymerázovej reťazovej reakcie, ktorý kombinuje funkcie vstrekovania, miešania a reakcie v jedinom procese, čo umožňuje odber vzoriek v odozve pre všetky klinické vzorky nosa od 18 pacientov s chrípkou.a 18 individuálnych kontrol, v dobrej zhode so štandardnou intenzitou fluorescencie polymerázovej reťazovej reakcie (Pearsonove koeficienty > 0,9).Na základe tejto technológie tiež popisujeme vývoj systému polymerázovej reťazovej reakcie, ktorý integruje funkcie vstrekovania, miešania a reakcie činidla na analýzu všetkých klinických vzoriek z nosa z 18 vzoriek nosových pacientov vo vzorke. Chrípka a 18 individuálnych kontrol, intenzita fluorescencie sa zhoduje jamka štandardnou polymerázovou reťazovou reakciou (Pearsonov koeficient > 0,9).Navrhovaná platforma zaručuje spoľahlivú automatizáciu biomedicínskej analýzy, a tak môže urýchliť komercializáciu celého radu testovacích zariadení na mieste starostlivosti.
Vznikajúce ľudské choroby, ako napríklad pandémia COVID-19 v roku 2020, ktorá si vyžiadala životy miliónov ľudí, predstavujú vážnu hrozbu pre globálne zdravie a ľudskú civilizáciu1.Včasná, rýchla a presná detekcia chorôb je rozhodujúca pre kontrolu šírenia vírusu a zlepšenie výsledkov liečby.Základný diagnostický ekosystém založený na centralizovaných laboratóriách, kde sa testovacie vzorky posielajú do nemocníc alebo diagnostických kliník a prevádzkujú ich odborníci, v súčasnosti obmedzuje prístup pre takmer 5,8 miliardy ľudí na celom svete, najmä tých, ktorí žijú v prostredí s obmedzenými zdrojmi.kde je nedostatok drahého biomedicínskeho vybavenia a kvalifikovaných odborníkov.lekári 2. Existuje teda naliehavá potreba vyvinúť lacný a užívateľsky prívetivý systém lab-on-a-chip so schopnosťou testovania v mieste starostlivosti (POCT), ktorý môže poskytnúť lekárom včasné diagnostické informácie na prijímanie informovaných rozhodnutí o diagnóze .a liečba 3.
Smernice Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) uvádzajú, že ideálny POCT by mal byť cenovo dostupný, užívateľsky prívetivý (ľahko použiteľný s minimálnym zaškolením), presný (vyhnite sa falošným negatívam alebo falošným pozitívam), rýchly a spoľahlivý (poskytuje dobré opakovateľné vlastnosti) a doručiteľné (schopné dlhodobého skladovania a ľahko dostupné koncovým používateľom)4.Na splnenie týchto požiadaviek musia systémy POCT poskytovať nasledujúce funkcie: všestranné dávkovanie na zníženie ručných zásahov, uvoľňovanie na požiadanie na prepravu činidla na váhu, aby sa dosiahli presné výsledky testov, a spoľahlivý výkon, aby odolali vibráciám prostredia.V súčasnosti je najpoužívanejším zariadením POCT pásik s laterálnym prietokom5,6 pozostávajúci z niekoľkých vrstiev poréznych nitrocelulózových membrán, ktoré posúvajú veľmi malé množstvo vzorky dopredu a reagujú s vopred imobilizovanými činidlami kapilárnou silou.Hoci majú výhodu nízkej ceny, jednoduchosti použitia a rýchlych výsledkov, POCT zariadenia na báze prietokových prúžkov sa môžu použiť len na biologické testy (napr. glukózové testy7,8 a tehotenské testy9,10) bez potreby viacstupňových analýz.reakcie (napr. nanesenie viacerých činidiel, miešanie, multiplexovanie).Okrem toho hnacie sily, ktoré riadia pohyb tekutiny (tj kapilárne sily), nezabezpečujú dobrú konzistenciu, najmä medzi dávkami, čo má za následok zlú reprodukovateľnosť11 a bočné prietokové pásy sú primárne užitočné na dobrú detekciu12,13.
Rozšírené výrobné možnosti na mikro- a nanoúrovni vytvorili príležitosti pre vývoj mikrofluidných POCT zariadení na kvantitatívne merania14,15,16,17.Nastavením vlastností rozhrania 18, 19 a geometrie kanálov 20, 21, 22 možno regulovať kapilárnu silu a prietokovú rýchlosť týchto zariadení.Ich spoľahlivosť, najmä pre vysoko zmáčané kvapaliny, však zostáva neprijateľná z dôvodu nepresností výroby, chýb materiálu a citlivosti na vibrácie prostredia.Okrem toho, keďže sa na rozhraní kvapalina-plyn vytvára kapilárny tok, nemôže byť zavedený žiadny dodatočný tok, najmä po naplnení mikrofluidného kanála kvapalinou.Preto pre komplexnejšiu detekciu je potrebné vykonať niekoľko krokov vstrekovania vzorky24,25.
Medzi mikrofluidnými zariadeniami sú v súčasnosti jedným z najlepších riešení pre POCT26,27 odstredivé mikrofluidné zariadenia.Jeho hnací mechanizmus je výhodný v tom, že hnaciu silu je možné ovládať nastavením rýchlosti otáčania.Nevýhodou však je, že odstredivá sila je vždy nasmerovaná k vonkajšiemu okraju zariadenia, čo sťažuje implementáciu viacstupňových reakcií potrebných pre komplexnejšie analýzy.Aj keď sú na multifunkčné dávkovanie okrem odstredivej sily zavedené dodatočné hnacie sily (napr. kapiláry 28, 29 a mnohé ďalšie 30, 31, 32, 33, 34, 35), stále môže dôjsť k nepredvídanému prenosu kvapaliny, pretože tieto dodatočné sily sú vo všeobecnosti príkazy s veľkosťou menšou ako odstredivá sila, vďaka čomu sú účinné iba v malých prevádzkových rozsahoch alebo nie sú dostupné na požiadanie s uvoľňovaním kvapaliny.Začlenenie pneumatických manipulácií do odstredivých mikrofluidiík, ako sú odstredivé kinetické metódy 36, 37, 38, termopneumatické metódy 39 a aktívne pneumatické metódy 40, sa ukázalo ako atraktívna alternatíva.Pri kontrafugodynamickom prístupe je do zariadenia integrovaná ďalšia dutina a spojovacie mikrokanály pre vonkajšie aj vnútorné pôsobenie, hoci jeho čerpacia účinnosť (v rozsahu od 75% do 90%) je vysoko závislá od počtu čerpacích cyklov a viskozity. kvapaliny.Pri termopneumatickej metóde sú latexová membrána a komora na prenos tekutiny špecificky navrhnuté tak, aby utesnili alebo znovu otvorili vstup, keď sa zachytený objem vzduchu ohreje alebo ochladí.Nastavenie ohrevu/chladenia však prináša problémy s pomalou odozvou a obmedzuje jeho použitie v termosenzitívnych testoch (napr. amplifikácia polymerázovej reťazovej reakcie (PCR).Aktívnym pneumatickým prístupom sa dosiahne uvoľnenie na požiadanie a pohyb dovnútra prostredníctvom súčasného použitia pretlaku a presne prispôsobených rýchlostí otáčania pomocou vysokorýchlostných motorov.Existujú aj iné úspešné prístupy využívajúce iba pneumatické pohony (kladný tlak 41, 42 alebo podtlak 43) a konštrukcie normálne uzavretých ventilov.Postupným aplikovaním tlaku v pneumatickej komore sa kvapalina peristalticky čerpá dopredu a normálne uzavretý ventil zabraňuje spätnému toku kvapaliny v dôsledku peristaltiky, čím sa realizujú zložité operácie s kvapalinou.V súčasnosti však existuje len obmedzený počet mikrofluidných technológií, ktoré dokážu vykonávať zložité operácie s kvapalinami v jedinom zariadení POCT, vrátane multifunkčného dávkovania, uvoľňovania na požiadanie, spoľahlivého výkonu, dlhodobého skladovania, manipulácie s kvapalinami s vysokou viskozitou, a nákladovo efektívnu výrobu.Všetko v rovnakom čase.Nedostatok viacstupňovej funkčnej operácie môže byť tiež jedným z dôvodov, prečo bolo doteraz na otvorený trh úspešne uvedených len niekoľko komerčných produktov POCT, ako sú Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat a Rhonda.
V tomto článku navrhujeme pneumatický mikrofluidný pohon založený na technológii mikrospínačov so zeleným krúžkom (FAST).FAST kombinuje všetky potrebné vlastnosti súčasne pre širokú škálu činidiel od mikrolitrov po mililitre.FAST sa skladá z elastických membrán, pák a blokov.Bez použitia tlaku vzduchu môžu byť membrány, páky a bloky tesne uzavreté a kvapalina vo vnútri môže byť dlho skladovaná.Keď sa aplikuje vhodný tlak a upraví sa na dĺžku páky, membrána sa roztiahne a zatlačí páku do otvorenej polohy, čím umožní tekutine prechádzať.To umožňuje multifunkčné dávkovanie kvapalín v kaskáde, simultánne, sekvenčne alebo selektívne.
Vyvinuli sme systém PCR využívajúci FAST na generovanie výsledkov odozvy vo vzorke na detekciu vírusov chrípky A a B (IAV a IBV).Dosiahli sme dolný limit detekcie (LOD) 102 kópií/ml, náš multiplexný test ukázal špecifickosť pre IAV a IBV a umožnil patotypizáciu vírusu chrípky.Výsledky klinického testovania s použitím vzorky výteru z nosa od 18 pacientov a 18 zdravých jedincov vykazujú dobrú zhodu intenzity fluorescencie so štandardnou RT-PCR (Pearsonove koeficienty > 0,9).Výsledky klinického testovania s použitím vzorky výteru z nosa od 18 pacientov a 18 zdravých jedincov vykazujú dobrú zhodu intenzity fluorescencie so štandardnou RT-PCR (Pearsonove koeficienty > 0,9).Результаты клинических испытаний с использованием образца мазка из носа от 18. ревпп лиц показывают хорошее соответствие интенсивности флуоресценции стандартной ОТ-ПиорЦни > 0,9).Výsledky klinických štúdií s použitím vzorky výteru z nosa od 18 pacientov a 18 zdravých jedincov ukazujú dobrú zhodu medzi intenzitou fluorescencie štandardnej RT-PCR (Pearsonove koeficienty > 0,9).0,9）.............. „ тветствие межжу интенсивностюю флуоресценции и с стандартной от -цр (коэиент пирсона> 0,9).Výsledky klinických štúdií s použitím vzoriek výterov z nosa od 18 pacientov a 18 zdravých jedincov ukázali dobrú zhodu medzi intenzitou fluorescencie a štandardnou RT-PCR (Pearsonov koeficient > 0,9).Odhadované náklady na materiál zariadenia FAST-POCT sú približne 1 USD (doplnková tabuľka 1) a možno ich ďalej znížiť použitím metód výroby vo veľkom meradle (napr. vstrekovaním).Zariadenia POCT založené na FAST majú v skutočnosti všetky potrebné funkcie nariadené WHO a sú kompatibilné s novými biochemickými testovacími metódami, ako je plazmové tepelné cyklovanie44, imunotesty bez amplifikácie45 a testy funkcionalizácie nanobody46, ktoré sú základom systémov POCT.možnosť.
Na obr.la znázorňuje štruktúru platformy FAST-POCT, ktorá pozostáva zo štyroch kvapalinových komôr: predskladovacej komory, zmiešavacej komory, reakčnej komory a odpadovej komory.Kľúčom k riadeniu prietoku tekutiny je konštrukcia FAST (pozostávajúca z elastických membrán, pák a blokov) umiestnená v predskladovacej komore a zmiešavacej komore.Konštrukcia FAST ako pneumaticky ovládaná metóda poskytuje presné riadenie prietoku tekutiny, vrátane prepínania uzavreté/otvorené, všestranné dávkovanie, uvoľňovanie tekutiny podľa potreby, spoľahlivú prevádzku (napr. necitlivosť na vibrácie prostredia) a dlhodobé skladovanie.Platforma FAST-POCT pozostáva zo štyroch vrstiev: podkladová vrstva, vrstva elastického filmu, vrstva plastového filmu a krycia vrstva, ako je znázornené vo zväčšenom pohľade na obrázku 1b (podrobne zobrazené aj na doplnkových obrázkoch S1 a S2 ).Všetky kanály a komory na transport tekutín (ako sú predskladovacie a reakčné komory) sú zapustené do substrátov PLA (kyselina polymliečna) s hrúbkou od 0,2 mm (najtenšia časť) do 5 mm.Elastickým filmovým materiálom je PDMS s hrúbkou 300 µm, ktorý sa ľahko rozťahuje pri pôsobení tlaku vzduchu vďaka svojej „tenkej hrúbke“ a nízkemu modulu pružnosti (asi 2,25 MPa47).Vrstva polyetylénovej fólie je vyrobená z polyetyléntereftalátu (PET) s hrúbkou 100 µm na ochranu elastickej fólie pred nadmernou deformáciou vplyvom tlaku vzduchu.V súlade s komorami má vrstva substrátu páky spojené s krycou vrstvou (vyrobenou z PLA) pomocou pántov na ovládanie prietoku kvapaliny.Elastická fólia bola prilepená k zadnej vrstve pomocou obojstrannej lepiacej pásky (ARseal 90880) a pokrytá plastovou fóliou.Tri vrstvy boli zostavené na substráte pomocou dizajnu T-klipy v krycej vrstve.T-svorka má medzeru medzi dvoma nohami.Keď bola spona vložená do drážky, dve nohy sa mierne ohli, potom sa vrátili do svojho pôvodného stavu a tesne zviazali veko a podložku, keď prešli drážkou (doplnkový obrázok S1).Štyri vrstvy sa potom spoja pomocou spojok.
Schematický diagram platformy znázorňujúci rôzne funkčné oddelenia a vlastnosti FAST.b Zväčšený diagram platformy FAST-POCT.c Fotografia plošiny vedľa mince štvrťdolára.
Pracovný mechanizmus platformy FAST-POCT je znázornený na obrázku 2. Kľúčovými komponentmi sú bloky na základnej vrstve a pánty na krycej vrstve, čo má za následok interferenčný dizajn, keď sú štyri vrstvy zostavené pomocou tvaru T. .Keď nie je aplikovaný žiadny tlak vzduchu (obr. 2a), presahové uloženie spôsobí ohyb a deformáciu závesu a cez páku sa aplikuje tesniaca sila, ktorá pritlačí elastickú fóliu proti bloku a kvapalina v dutine tesnenia je definovaná ako zapečatený stav.Je potrebné poznamenať, že v tomto stave je páka ohnutá smerom von, ako je znázornené v bočnom pohľade na obr. 2a.Keď je privádzaný vzduch (obr. 2b), elastická membrána sa roztiahne smerom von ku krytu a tlačí páku nahor, čím sa otvára medzera medzi pákou a blokom pre prúdenie tekutiny do ďalšej komory, čo je definovaný ako otvorený stav .Po uvoľnení tlaku vzduchu sa páka môže vrátiť do pôvodnej polohy a zostať tesná vďaka pružnosti závesu.Videá pohybov páky sú uvedené v doplnkovom filme S1.
A. Schematický diagram a fotografie v zatvorenom stave.Pri absencii tlaku páka tlačí membránu proti bloku a kvapalina je utesnená.b V dobrom stave.Keď sa použije tlak, membrána sa roztiahne a tlačí páku nahor, takže kanál sa otvorí a tekutina môže prúdiť.c Určite charakteristickú veľkosť kritického tlaku.Medzi charakteristické rozmery patrí dĺžka páky (L), vzdialenosť medzi posúvačom a závesom (l) a hrúbka výstupku páky (t).Fs je zhutňovacia sila v bode škrtiacej klapky B. q je rovnomerne rozložené zaťaženie páky.Tx* predstavuje krútiaci moment vyvíjaný sklopnou pákou.Kritický tlak je tlak potrebný na zdvihnutie páky a zabezpečenie prietoku tekutiny.d Teoretické a experimentálne výsledky vzťahu medzi kritickým tlakom a veľkosťou prvku.Uskutočnilo sa n = 6 nezávislých experimentov a údaje sú uvedené ako ± štandardná odchýlka.Nespracované údaje sú prezentované ako súbory s nespracovanými údajmi.
Analytický model založený na teórii lúča bol vyvinutý na analýzu závislosti kritického tlaku Pc, pri ktorom sa medzera otvára, od geometrických parametrov (napríklad L je dĺžka páky, l je vzdialenosť medzi blokom a záves, S je páka Kontaktná plocha s kvapalinou t je hrúbka výstupku páky , ako je znázornené na obr. 2c).Ako je podrobne uvedené v doplnkových poznámkach a doplnkovom obrázku S3, medzera sa otvorí, keď \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), kde Fs je krútiaci moment \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\), aby ste eliminovali sily spojené s presahom a spôsobili ohnutie závesu.Experimentálna odozva a analytický model vykazujú dobrú zhodu (obr. 2d), čo ukazuje, že kritický tlak Pc sa zvyšuje so zvyšujúcou sa t/l a klesajúcou L, čo sa dá ľahko vysvetliť klasickým modelom lúča, tj krútiaci moment sa zvyšuje s t/Lift .Naša teoretická analýza teda jasne ukazuje, že kritický tlak možno efektívne kontrolovať úpravou dĺžky páky L a pomeru t/l, čo poskytuje dôležitý základ pre návrh platformy FAST-POCT.
Platforma FAST-POCT poskytuje multifunkčné dávkovanie (zobrazené na obrázku 3a s vložkou a experimentom), čo je najdôležitejšia vlastnosť úspešného POCT, kde tekutiny môžu prúdiť v akomkoľvek smere a v akomkoľvek poradí (kaskádové, simultánne, sekvenčné) alebo selektívne viackanálové dávkovanie .- funkcia dávkovania.Na obr.3a(i) znázorňuje kaskádový režim dávkovania, v ktorom sú dve alebo viac komôr kaskádovo usporiadané pomocou blokov na oddelenie rôznych reaktantov a páky na ovládanie otvoreného a uzavretého stavu.Keď sa aplikuje tlak, kvapalina prúdi z hornej do dolnej komory kaskádovým spôsobom.Treba poznamenať, že kaskádové komory môžu byť naplnené mokrými chemikáliami alebo suchými chemikáliami, ako sú lyofilizované prášky.V experimente na obr. 3a(i) prúdi červený atrament z hornej komory spolu s práškom modrého farbiva (síran meďnatý) do druhej komory a keď dosiahne dolnú komoru, zmení sa na tmavomodrú.Zobrazuje tiež riadiaci tlak pre čerpanú kvapalinu.Podobne, keď je jedna páka pripojená k dvom komorám, stáva sa režimom simultánneho vstrekovania, ako je znázornené na obr.3a(ii), v ktorom môže byť kvapalina rovnomerne rozdelená do dvoch alebo viacerých komôr, keď je aplikovaný tlak.Pretože kritický tlak závisí od dĺžky páky, možno dĺžku páky nastaviť tak, aby sa dosiahol sekvenčný vzor vstrekovania, ako je znázornené na obr.3a(iii).Dlhá páka (s kritickým tlakom Pc_long) bola pripojená ku komore B a krátka páka (s kritickým tlakom Pc_short > Pc_long) bola pripojená ku komore A. Keďže bol aplikovaný tlak P1 (Pc_long < P1 < Pc_short), iba kvapalina bola červená môže prúdiť do komory B a keď sa tlak zvýši na P2 (> Pc_short), modrá kvapalina môže prúdiť do komory A. Tento režim sekvenčného vstrekovania sa vzťahuje na rôzne kvapaliny, ktoré sa postupne prenášajú do príslušných komôr, čo je rozhodujúce pre úspešný POCT zariadenie.Dlhá páka (s kritickým tlakom Pc_long) bola pripojená ku komore B a krátka páka (s kritickým tlakom Pc_short > Pc_long) bola pripojená ku komore A. Keďže bol aplikovaný tlak P1 (Pc_long < P1 < Pc_short), iba kvapalina bola červená môže prúdiť do komory B a keď sa tlak zvýši na P2 (> Pc_short), modrá kvapalina môže prúdiť do komory A. Tento režim sekvenčného vstrekovania sa vzťahuje na rôzne kvapaliny, ktoré sa postupne prenášajú do príslušných komôr, čo je rozhodujúce pre úspešný POCT zariadenie.Длинный ычаг (с критическим давлением PC_long) оединен с камерой A. при приложении давления p1 (pc_long
a Ilustrácia multifunkčného priradenia, tj (i) kaskádové, (ii) simultánne, (iii) sekvenčné a (iv) selektívne priradenie.Krivky predstavujú pracovný tok a parametre týchto štyroch distribučných režimov.b Výsledky testov dlhodobého skladovania v deionizovanej vode a etanole.Uskutočnilo sa n = 5 nezávislých experimentov a údaje sú uvedené ako ± sd c.Ukážky testu stability, keď zariadenie FAST a zariadenie s kapilárnym ventilom (CV) boli v (i) statickom a (ii) vibračnom stave.(iii) Objem vs. čas pre zariadenia FAST a CV pri rôznych uhlových frekvenciách.d Zverejnenie výsledkov testov na požiadanie pre (i) zariadenie FAST a (ii) zariadenie CV.(iii) Vzťah medzi objemom a časom pre zariadenia FAST a CV používajúce režim prerušovaného tlaku.Všetky stupnice, 1 cm.Nespracované údaje sa poskytujú ako súbory s nespracovanými údajmi.
Dlhodobé skladovanie činidiel je ďalšou dôležitou vlastnosťou úspešného zariadenia POCT, ktoré umožní neškolenému personálu manipulovať s viacerými činidlami.Zatiaľ čo mnohé technológie preukázali svoj potenciál na dlhodobé skladovanie (napr. 35 mikrodávkovačov, 48 blistrových balení a 49 tyčinkových balení), na uloženie balenia je potrebná samostatná prijímacia priehradka, čo zvyšuje náklady a zložitosť;okrem toho tieto skladovacie mechanizmy neumožňujú dávkovanie na požiadanie a vedú k plytvaniu činidiel v dôsledku zvyškov v balení.Schopnosť dlhodobého skladovania bola overená vykonaním zrýchleného testu životnosti s použitím CNC-obrábaného materiálu PMMA kvôli jeho miernej drsnosti a odolnosti voči prestupu plynu (doplnkový obrázok S5).Testovacie zariadenie bolo naplnené deionizovanou vodou (deionizovaná voda) a 70 % etanolom (simulujúce prchavé činidlá) pri 65 °C počas 9 dní.Deionizovaná voda aj etanol sa skladovali pomocou hliníkovej fólie, aby sa zablokoval prístup zhora.Na výpočet ekvivalentu v reálnom čase sa použila Arrheniova rovnica a penetračná aktivačná energia uvedená v literatúre50,51.Na obr.3b ukazuje priemerné výsledky straty hmotnosti pre 5 vzoriek skladovaných pri 65 °C počas 9 dní, čo zodpovedá 0,30 % pre deionizovanú vodu a 0,72 % pre 70 % etanol počas 2 rokov pri 23 °C.
Na obr.3c znázorňuje vibračný test.Keďže kapilárny ventil (CV) je najobľúbenejšou metódou manipulácie s tekutinou spomedzi existujúcich zariadení POCT28,29, na porovnanie sa použilo zariadenie CV so šírkou 300 µm a hĺbkou 200 µm.Je vidieť, že keď obe zariadenia zostanú nehybné, tekutina v platforme FAST-POCT sa utesní a tekutina v zariadení CV sa zablokuje v dôsledku náhleho rozšírenia kanála, čo znižuje kapilárne sily.Keď sa však uhlová frekvencia orbitálneho vibrátora zvyšuje, tekutina v platforme FAST-POCT zostáva utesnená, ale tekutina v zariadení CV prúdi do spodnej komory (pozri tiež doplnkový film S3).To naznačuje, že deformovateľné pánty platformy FAST-POCT môžu aplikovať silnú mechanickú silu na modul, aby tesne uzavreli kvapalinu v komore.V zariadeniach CV sa však kvapalina zadržiava v dôsledku rovnováhy medzi tuhou, vzduchovou a kvapalnou fázou, čo vytvára nestabilitu a vibrácie môžu narušiť rovnováhu a spôsobiť neočakávané správanie prúdenia.Výhodou platformy FAST-POCT je, že poskytuje spoľahlivú funkčnosť a zabraňuje poruchám v prítomnosti vibrácií, ktoré sa zvyčajne vyskytujú počas dodávky a prevádzky.
Ďalšou dôležitou vlastnosťou platformy FAST-POCT je jej uvoľnenie na požiadanie, čo je kľúčová požiadavka na kvantitatívnu analýzu.Na obr.3d porovnáva vydanie platformy FAST-POCT na požiadanie a zariadenia CV.Z obr.3d(iii) vidíme, že zariadenie FAST rýchlo reaguje na tlakový signál.Keď bol na platformu FAST-POCT aplikovaný tlak, tekutina tiekla, keď sa tlak uvoľnil, tok sa okamžite zastavil (obr. 3d(i)).Túto činnosť možno vysvetliť rýchlym elastickým návratom závesu, ktorý stlačí páku späť proti bloku, čím sa komora uzavrie.Kvapalina však naďalej prúdila v zariadení CV, čo nakoniec viedlo k neočakávanému objemu tekutiny približne 100 ul po uvoľnení tlaku (obrázok 3d (ii) a doplnkový film S4).To možno vysvetliť vymiznutím kapilárneho efektu pri úplnom zvlhčení CV po prvej injekcii.
Schopnosť manipulovať s kvapalinami s rôznou zmáčavosťou a viskozitou v rovnakom zariadení zostáva výzvou pre aplikácie POCT.Zlá zmáčavosť môže viesť k netesnostiam alebo inému neočakávanému prietokovému správaniu v kanáloch a na prípravu vysoko viskóznych kvapalín 52 sú často potrebné pomocné zariadenia, ako sú vortexové mixéry, odstredivky a filtre.Testovali sme vzťah medzi kritickým tlakom a vlastnosťami tekutiny (so širokým rozsahom zmáčavosti a viskozity).Výsledky sú uvedené v tabuľke 1 a videu S5.Je vidieť, že kvapaliny s rôznou zmáčavosťou a viskozitou môžu byť utesnené v komore a keď sa použije tlak, môžu sa do susednej komory preniesť aj kvapaliny s viskozitou až 5500 cP, čo umožňuje detegovať vzorky s vysokou viskozita (tj spútum, veľmi viskózna vzorka používaná na diagnostiku respiračných ochorení).
Kombináciou vyššie uvedených multifunkčných dávkovacích zariadení je možné vyvinúť širokú škálu POCT zariadení na báze FAST.Príklad je znázornený na obrázku 1. Zariadenie obsahuje predskladovaciu komoru, zmiešavaciu komoru, reakčnú komoru a odpadovú komoru.Činidlá môžu byť skladované v predskladovacej komore dlhší čas a potom vypustené do zmiešavacej komory.Pri správnom tlaku môžu byť zmiešané reaktanty selektívne prenesené do odpadovej komory alebo reakčnej komory.
Pretože detekcia PCR je zlatým štandardom na detekciu patogénov, ako sú H1N1 a COVID-19 a zahŕňa viaceré reakčné kroky, na detekciu PCR sme ako aplikáciu použili platformu FAST-POCT.Na obr.4 ukazuje proces testovania PCR pomocou platformy FAST-POCT.Najprv sa elučné činidlo, činidlo na magnetické mikroguľôčky, premývací roztok A a premývací roztok W napipetovali do predskladovacích komôr E, M, W1 a W2.Štádiá adsorpcie RNA sú znázornené na obr.4a a sú nasledovné: (1) keď sa použije tlak P1 (= 0,26 bar), vzorka sa presunie do komory M a vypustí sa do zmiešavacej komory.(2) Tlak vzduchu P2 (= 0,12 bar) sa privádza cez port A pripojený k spodnej časti zmiešavacej komory.Hoci množstvo metód miešania preukázalo svoj potenciál pri miešaní kvapalín na platformách POCT (napr. serpentínové miešanie 53, náhodné miešanie 54 a dávkové miešanie 55), ich účinnosť a účinnosť miešania stále nie sú uspokojivé.Používa metódu miešania bublín, pri ktorej sa vzduch zavádza do spodnej časti miešacej komory, aby sa v kvapaline vytvorili bubliny, po ktorých môže silný vír dosiahnuť úplné premiešanie v priebehu niekoľkých sekúnd.Uskutočnili sa experimenty s miešaním bublín a výsledky sú uvedené na doplnkovom obrázku S6.Je zrejmé, že pri použití tlaku 0,10 bar trvá úplné premiešanie asi 8 sekúnd.Zvýšením tlaku na 0,20 bar sa dosiahne úplné premiešanie za približne 2 sekundy.Metódy na výpočet účinnosti miešania sú uvedené v časti Metódy.(3) Na extrahovanie guľôčok použite rubídiový magnet, potom natlakujte P3 (= 0,17 bar) cez port P, aby sa reagencie presunuli do odpadovej komory.Na obr.4b,c znázorňuje premývacie kroky na odstránenie nečistôt zo vzorky nasledovne: (1) Premývací roztok A z komory W1 sa vypustí do tlakovej zmiešavacej komory P1.(2) Potom vykonajte proces miešania bublín.(3) Premývací roztok A sa prenesie do komory na odpadovú kvapalinu a mikroguľôčky v zmiešavacej komore sa vytiahnu magnetom.Premývanie W (obr. 4c) bolo podobné ako premývanie A (obr. 4b).Je potrebné poznamenať, že každý premývací krok A a W sa uskutočnil dvakrát.Obrázok 4d ukazuje elučné kroky na elúciu RNA z guľôčok;kroky elúcie a miešania sú rovnaké ako kroky adsorpcie RNA a premývania opísané vyššie.Keď sa elučné činidlá prenesú do reakčnej komory PCR pod tlakom P3 a P4 (= 0,23 bar), dosiahne sa kritický tlak na utesnenie ramena reakčnej komory PCR.Podobne tlak P4 tiež pomáha utesniť priechod do odpadovej komory.Všetky elučné činidlá boli teda rovnomerne rozdelené medzi štyri reakčné komory PCR, aby sa iniciovali multiplexné reakcie PCR.Vyššie uvedený postup je uvedený v doplnkovom filme S6.
V kroku adsorpcie RNA sa vzorka zavedie do vstupu M a vstrekne sa do zmiešavacej komory spolu s predtým uloženým roztokom guľôčok.Po zmiešaní a odstránení granúl sa činidlá rozdelia do odpadovej komory.b a c premývacích krokov, zaveďte do zmiešavacej komory rôzne vopred uložené premývacie činidlá a po zmiešaní a odstránení guľôčok preneste činidlá do komory na odpadovú kvapalinu.d Krok elúcie: Po zavedení elučných činidiel, zmiešaní a extrakcii guľôčok sa činidlá prenesú do reakčnej komory PCR.Krivky zobrazujú pracovný tok a súvisiace parametre rôznych fáz.Tlak je tlak vyvíjaný cez jednotlivé komory.Objem je objem kvapaliny v zmiešavacej komore.Všetky stupnice majú 1 cm.Nespracované údaje sa poskytujú ako súbory s nespracovanými údajmi.
Uskutočnil sa postup testovania PCR a doplnkový obrázok S7 predstavuje tepelné profily vrátane 20 minút času reverznej transkripcie a 60 minút času tepelného cyklu (95 a 60 ° C), pričom jeden tepelný cyklus je 90 s (doplnkový film S7)..FAST-POCT vyžaduje menej času na dokončenie jedného tepelného cyklu (90 sekúnd) ako konvenčná RT-PCR (180 sekúnd na jeden tepelný cyklus).To možno vysvetliť vysokým pomerom plochy povrchu k objemu a nízkou tepelnou zotrvačnosťou reakčnej komory mikro-PCR.Povrch komory je 96,6 mm2 a objem komory je 25 mm3, takže pomer povrchu k objemu je približne 3,86.Ako je vidieť na doplnkovom obrázku S10, testovacia oblasť PCR našej platformy má drážku na zadnom paneli, vďaka čomu má spodná časť komory PCR hrúbku 200 μm.K vyhrievacej ploche regulátora teploty je pripevnená tepelne vodivá elastická podložka, ktorá zabezpečuje tesný kontakt so zadnou stranou testovacej skrinky.Tým sa znižuje tepelná zotrvačnosť plošiny a zlepšuje sa účinnosť vykurovania/chladenia.Počas tepelného cyklovania sa parafín vložený do platformy topí a prúdi do reakčnej komory PCR, pričom pôsobí ako tesniaci prostriedok, aby sa zabránilo odparovaniu činidla a kontaminácii životného prostredia (pozri doplnkový film S8).
Všetky vyššie opísané detekčné procesy PCR boli plne automatizované pomocou na mieru vyrobeného prístroja FAST-POCT, ktorý pozostával z naprogramovanej jednotky na kontrolu tlaku, jednotky magnetickej extrakcie, jednotky na kontrolu teploty a jednotky na zachytávanie a spracovanie fluorescenčného signálu.Je potrebné poznamenať, že na izoláciu RNA sme použili platformu FAST-POCT a potom sme na porovnanie použili extrahované vzorky RNA na reakcie PCR pomocou systému FAST-POCT a stolného systému PCR.Výsledky boli takmer rovnaké, ako sú znázornené na doplnkovom obrázku S8.Operátor vykoná jednoduchú úlohu: zavedie vzorku do M-komory a vloží plošinu do prístroja.Výsledky kvantitatívneho testu sú k dispozícii približne za 82 minút.Podrobné informácie o nástrojoch FAST-POCT nájdete na doplnkovom obrázku.C9, C10 a C11.
Chrípka spôsobená vírusmi chrípky A (IAV), B (IBV), C (ICV) a D (IDV) je bežným globálnym fenoménom.Z nich IAV a IBV sú zodpovedné za najťažšie prípady a sezónne epidémie, infikujú 5 – 15 % svetovej populácie, spôsobujú 3 – 5 miliónov závažných prípadov a spôsobujú 290 000 – 650 000 úmrtí ročne.Ochorenia dýchacích ciest56,57.Včasná diagnostika IAV a IB je nevyhnutná na zníženie morbidity a súvisiacej ekonomickej záťaže.Spomedzi dostupných diagnostických techník sa reverzná transkriptázová polymerázová reťazová reakcia (RT-PCR) považuje za najcitlivejšiu, najšpecifickejšiu a najpresnejšiu (> 99 %)58,59.Spomedzi dostupných diagnostických techník sa reverzná transkriptázová polymerázová reťazová reakcia (RT-PCR) považuje za najcitlivejšiu, najšpecifickejšiu a najpresnejšiu (> 99 %)58,59.Среди доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с оОратия с обратнов ЦР) считается наиболее чувствительной, специфичной и точной (> 99%)58,59.Spomedzi dostupných diagnostických metód sa za najcitlivejšiu, najšpecifickejšiu a najpresnejšiu (> 99 %) považuje reverzná transkriptázová polymerázová reťazová reakcia (RT-PCR)58,59. Из доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с оОтионой оОтратной Р) считается наиболее чувствительной, специфичной и точной (>99%)58,59.Z dostupných diagnostických metód sa za najcitlivejšiu, najšpecifickejšiu a najpresnejšiu (>99 %) považuje reverzná transkriptázová polymerázová reťazová reakcia (RT-PCR)58,59.Tradičné metódy RT-PCR však vyžadujú opakované pipetovanie, miešanie, dávkovanie a prenos tekutiny, čo obmedzuje ich použitie odborníkmi v prostrediach s obmedzenými zdrojmi.Tu sa platforma FAST-POCT použila na PCR detekciu IAV a IBV, aby sa získala ich spodná hranica detekcie (LOD).Okrem toho boli IAV a IBV multiplexované na rozlíšenie medzi rôznymi patotypmi naprieč druhmi, čo poskytuje sľubnú platformu pre genetickú analýzu a schopnosť presne liečiť chorobu.
Na obr.5a ukazuje výsledky HAV PCR testovania s použitím 150 ul purifikovanej vírusovej RNA ako vzorky.Na obr.5a(i) ukazuje, že pri koncentrácii HAV 106 kópií/ml môže intenzita fluorescencie (ARn) dosiahnuť 0,830, a keď sa koncentrácia zníži na 102 kópií/ml, ARn môže stále dosiahnuť 0,365, čo zodpovedá vyššej hodnote prázdnej negatívnej kontrolnej skupiny (0,002), asi 100-krát vyššie.Na kvantifikáciu založenú na šiestich nezávislých experimentoch sa vytvorila lineárna kalibračná krivka medzi logaritmickou koncentráciou a prahom cyklu (Ct) IAV (obr. 5a(ii)), R2 = 0,993, v rozsahu 102-106 kópií/ml.výsledky sú v dobrej zhode s konvenčnými metódami RT-PCR.Na obr.5a(iii) ukazuje fluorescenčné obrázky výsledkov testu po 40 cykloch platformy FAST-POCT.Zistili sme, že platforma FAST-POCT dokáže detekovať HAV už pri 102 kópiách/ml.Tradičná metóda však nemá hodnotu Ct 102 kópií/ml, čo z nej robí LOD približne 103 kópií/ml.Predpokladali sme, že to môže byť spôsobené vysokou účinnosťou miešania bublín.Testovacie experimenty PCR sa uskutočnili na purifikovanej IAV RNA na vyhodnotenie rôznych metód miešania, vrátane miešania pretrepaním (rovnaká metóda miešania ako pri bežnej prevádzke RT-PCR), miešania vo fľaštičke (táto metóda, 3 s pri 0,12 bar) a bez miešania ako kontrolná skupina ..Výsledky nájdete na doplnkovom obrázku S12.Je možné vidieť, že pri vyššej koncentrácii RNA (106 kópií/ml) sú hodnoty Ct rôznych metód miešania takmer rovnaké ako pri miešaní bublín.Keď koncentrácia RNA klesla na 102 kópií/ml, zmes pretrepávania a kontroly nemali žiadne hodnoty Ct, zatiaľ čo metóda bublinkovej zmesi stále poskytovala hodnotu Ct 36,9, čo bolo pod prahom Ct 38. Výsledky ukazujú dominantnú charakteristiku miešania vezikúl, čo bolo preukázané aj v inej literatúre, čo môže tiež vysvetliť, prečo je citlivosť platformy FAST-POCT o niečo vyššia ako konvenčná RT-PCR.Na obr.5b ukazuje výsledky PCR analýzy purifikovaných vzoriek IBV RNA v rozsahu od 101 do 106 kópií/ml.Výsledky boli podobné ako pri IAV teste, dosiahli sa R2 = 0,994 a LOD 102 kópií/ml.
PCR analýza vírusu chrípky A (IAV) s koncentráciami IAV v rozmedzí od 106 do 101 kópií/ml s použitím TE pufra ako negatívnej kontroly (NC).(i) Krivka fluorescencie v reálnom čase.(ii) Lineárna kalibračná krivka medzi logaritmickou koncentráciou IAV RNA a prahom cyklu (Ct) pre FAST a konvenčné testovacie metódy.(iii) IAV FAST-POCT fluorescenčný obraz po 40 cykloch.b, PCR detekcia vírusu chrípky B (IBV) s (i) fluorescenčným spektrom v reálnom čase.(ii) Lineárna kalibračná krivka a (iii) FAST-POCT IBV fluorescenčný obraz po 40 cykloch.Spodná hranica detekcie (LOD) pre IAV a IBV s použitím platformy FAST-POCT bola 102 kópií/ml, čo je menej ako pri konvenčných metódach (103 kópií/ml).c Výsledky multiplexných testov pre IAV a IBV.GAPDH sa použil ako pozitívna kontrola a TE pufor sa použil ako negatívna kontrola, aby sa zabránilo možnej kontaminácii a amplifikácii pozadia.Je možné rozlíšiť štyri rôzne typy vzoriek: (1) negatívne vzorky len GAPDH („IAV-/IBV-“);(2) infekcia IAV („IAV+/IBV-“) s IAV a GAPDH;(3) infekcia IBV („IAV-/IBV+“) s IBV a GAPDH;(4) Infekcia IAV/IBV („IAV+/IBV+“) s IAV, IBV a GAPDH.Bodkovaná čiara predstavuje prahovú čiaru.n = 6 bolo uskutočnených biologicky nezávislých experimentov, údaje sú uvedené ako ± štandardná odchýlka.Nespracované údaje sú prezentované ako súbory s nespracovanými údajmi.
Na obr.5c ukazuje výsledky testu multiplexovania pre IAV/IBV.Tu sa použil vírusový lyzát ako roztok vzorky namiesto purifikovanej RNA a štyri priméry pre IAV, IBV, GAPDH (pozitívna kontrola) a TE pufor (negatívna kontrola) sa pridali do štyroch rôznych reakčných komôr platformy FAST-POCT.Používajú sa tu pozitívne a negatívne kontroly, aby sa zabránilo možnej kontaminácii a zvýrazneniu pozadia.Testy boli rozdelené do štyroch skupín: (1) GAPDH-negatívne vzorky („IAV-/IBV-“);(2) IAV-infikované („IAV+/IBV-“) oproti IAV a GAPDH;(3) IBV-.infikovaný ("IAV-") -/IBV+") IBV a GAPDH;(4) IAV/IBV („IAV+/IBV+“) infekcia IAV, IBV a GAPDH.Na obr.5c ukazuje, že keď boli aplikované negatívne vzorky, intenzita fluorescencie ARn pozitívnej kontrolnej komory bola 0,860 a ARn IAV a IBV bola podobná negatívnej kontrole (0,002).Pre skupiny IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ a IAV+/IBV+ kamery IAV/GAPDH, IBV/GAPDH a IAV/IBV/GAPDH vykazovali významnú intenzitu fluorescencie, zatiaľ čo ostatné kamery dokonca vykazovali intenzitu fluorescencie na pozadí. úroveň 40 po tepelnom cyklovaní.Z vyššie uvedených testov platforma FAST-POCT ukázala vynikajúcu špecifickosť a umožnila nám súčasne patotypizovať rôzne vírusy chrípky.
Na potvrdenie klinickej použiteľnosti FAST-POCT sme testovali 36 klinických vzoriek (vzorky výterov z nosa) od pacientov s IB (n=18) a kontrol bez IB (n=18) (obrázok 6a).Informácie o pacientovi sú uvedené v doplnkovej tabuľke 3. Stav infekcie IB bol nezávisle potvrdený a protokol štúdie bol schválený prvou pridruženou nemocnicou univerzity Zhejiang (Hangzhou, Zhejiang).Každá vzorka pacientov bola rozdelená do dvoch kategórií.Jeden bol spracovaný pomocou FAST-POCT a druhý bol spracovaný pomocou stolného systému PCR (SLAN-96P, Čína).Oba testy používajú rovnaké purifikačné a detekčné súpravy.Na obr.6b ukazuje výsledky FAST-POCT a konvenčnej reverznej transkripčnej PCR (RT-PCR).Porovnali sme intenzitu fluorescencie (FAST-POCT) s -log2(Ct), kde Ct je prah cyklu pre konvenčnú RT-PCR.Medzi týmito dvoma metódami bola dobrá zhoda.FAST-POCT a RT-PCR ukázali silnú pozitívnu koreláciu s hodnotou Pearsonovho pomeru (r) 0,90 (obrázok 6b).Potom sme hodnotili diagnostickú presnosť FAST-POCT.Distribúcie intenzity fluorescencie (FL) pre pozitívne a negatívne vzorky boli poskytnuté ako nezávislé analytické meranie (obr. 6c).Hodnoty FL boli signifikantne vyššie u pacientov s IB ako u kontrol (****P = 3,31 × 10-19; obojstranný t-test) (obr. 6d).Ďalej boli vynesené krivky prevádzkových charakteristík prijímača IBV (ROC).Zistili sme, že diagnostická presnosť bola veľmi dobrá, s plochou pod krivkou 1 (obr. 6e).Upozorňujeme, že z dôvodu povinného objednávania masiek v Číne kvôli COVID-19 od roku 2020 sme neidentifikovali pacientov s IBD, takže všetky pozitívne klinické vzorky (tj vzorky výterov z nosa) boli len na IBV.
Dizajn klinickej štúdie.Celkovo 36 vzoriek, vrátane 18 vzoriek od pacientov a 18 nechrípkových kontrol, sa analyzovalo pomocou platformy FAST-POCT a konvenčnej RT-PCR.b Posúďte analytickú konzistenciu medzi FAST-POCT PCR a konvenčnou RT-PCR.Výsledky boli pozitívne korelované (Pearson r = 0,90).c Hladiny intenzity fluorescencie u 18 pacientov s IB a 18 kontrol.d U pacientov s IB (+) boli hodnoty FL významne vyššie ako v kontrolnej skupine (-) (****P = 3,31 × 10-19; obojstranný t-test; n = 36).Pre každý štvorcový graf predstavuje čierna značka v strede medián a spodná a horná čiara rámčeka predstavuje 25. a 75. percentil.Fúzy siahajú k minimálnym a maximálnym dátovým bodom, ktoré sa nepovažujú za odľahlé hodnoty.e ROC krivka.Bodkovaná čiara d predstavuje prahovú hodnotu odhadnutú z ROC analýzy.AUC pre IBV je 1. Nespracované údaje sa poskytujú ako súbory s nespracovanými údajmi.
V tomto článku predstavujeme FAST, ktorý má vlastnosti potrebné pre ideálny POCT.Medzi výhody našej technológie patrí: (1) Všestranné dávkovanie (kaskádové, simultánne, sekvenčné a selektívne), uvoľňovanie na požiadanie (rýchle a proporcionálne uvoľnenie aplikovaného tlaku) a spoľahlivá prevádzka (vibrácie pri 150 stupňoch) (2) dlhodobé skladovanie (2 roky zrýchleného testovania, strata hmotnosti asi 0,3 %);(3) schopnosť pracovať s kvapalinami so širokým rozsahom zmáčavosti a viskozity (viskozita do 5500 cP);(4) Ekonomické (odhadované náklady na materiál zariadenia FAST-POCT PCR sú približne 1 USD).Kombináciou multifunkčných dávkovačov bola demonštrovaná a aplikovaná integrovaná FAST-POCT platforma na PCR detekciu vírusov chrípky A a B.FAST-POCT trvá len 82 minút.Klinické testy s 36 vzorkami nazálnych výterov preukázali dobrú zhodu intenzity fluorescencie so štandardnou RT-PCR (Pearsonove koeficienty > 0,9).Klinické testy s 36 vzorkami nazálnych výterov preukázali dobrú zhodu intenzity fluorescencie so štandardnou RT-PCR (Pearsonove koeficienty > 0,9).Клинические тесты с 36 образцами мазков из носа показали хорошее соответствисиовествие инестине тандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).Klinické testy s 36 vzorkami nazálnych výterov preukázali dobrú zhodu s intenzitou fluorescencie štandardnej RT-PCR (Pearsonove koeficienty > 0,9). RT-PCR Клинические испытания 36 образцов мазков из носа показали хорошее совпаденисеворне инене со стандартной ОТ-ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).Klinické testovanie 36 vzoriek nazálnych výterov ukázalo dobrú zhodu intenzity fluorescencie so štandardnou RT-PCR (Pearsonov koeficient > 0,9).Súbežne s touto prácou ukázali svoj potenciál v POCT rôzne vznikajúce biochemické metódy (napr. plazmové tepelné cyklovanie, imunotesty bez amplifikácie a testy funkcionalizácie nanobody).Vzhľadom na nedostatok plne integrovanej a robustnej platformy POCT však tieto metódy nevyhnutne vyžadujú samostatné postupy predbežného spracovania (napr. izolácia RNA44, inkubácia45 a premývanie46), čo ďalej dopĺňa súčasnú prácu s týmito metódami na implementáciu pokročilých funkcií POCT s požadované parametre.fetch-in-response-output performance.V tejto práci, hoci je vzduchové čerpadlo používané na aktiváciu ventilu FAST dostatočne malé na to, aby sa dalo integrovať do stolného prístroja (obr. S9, S10), stále spotrebúva značné množstvo energie a vytvára hluk.V zásade môžu byť pneumatické čerpadlá menšieho tvaru nahradené inými prostriedkami, ako je použitie elektromagnetickej sily alebo ovládanie prstom.Ďalšie vylepšenia môžu zahŕňať napríklad prispôsobenie súprav pre rôzne a špecifické biochemické testy pomocou nových metód detekcie, ktoré nevyžadujú vykurovacie/chladiace systémy, čím sa poskytuje platforma POCT bez použitia nástrojov pre aplikácie PCR.Veríme, že vzhľadom na to, že platforma FAST poskytuje spôsob, ako manipulovať s tekutinami, veríme, že navrhovaná technológia FAST predstavuje potenciál na vytvorenie spoločnej platformy nielen pre biomedicínske testovanie, ale aj pre monitorovanie životného prostredia, testovanie kvality potravín, syntézu materiálov a liekov. ..
Odber a používanie vzoriek ľudských nosových výterov schválila Etická komisia prvej pridruženej nemocnice univerzity Zhejiang (IIT20220330B).Odobralo sa 36 vzoriek nazálnych výterov, z ktorých bolo 16 dospelých <30 rokov, 7 dospelých > 40 rokov a 19 mužov, 17 žien.Odobralo sa 36 vzoriek nazálnych výterov, z ktorých bolo 16 dospelých <30 rokov, 7 dospelých > 40 rokov a 19 mužov, 17 žien.Было собрано 36 образцов мазков из носа, в которых приняли участие 16 взрослытх, < 30 0 лет, 19 мужчин a 17 женщин.Odobralo sa 36 vzoriek nazálnych výterov od 16 dospelých vo veku < 30 rokov, 7 dospelých starších ako 40 rokov, 19 mužov a 17 žien.Demografické údaje sú uvedené v doplnkovej tabuľke 3. Od všetkých účastníkov sa získal informovaný súhlas.Všetci účastníci boli podozriví z chrípky a boli testovaní dobrovoľne bez náhrady.
FAST základňa a veko sú vyrobené z kyseliny polymliečnej (PLA) a vytlačené 3D tlačiarňou Ender 3 Pro (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).Obojstranná páska bola zakúpená od Adhesives Research, Inc. Model 90880. PET film s hrúbkou 100 um bol zakúpený od McMaster-Carr.Lepidlo aj PET film boli narezané pomocou rezačky Silhouette Cameo 2 od Silhouette America, Inc. Elastická fólia je vyrobená z materiálu PDMS vstrekovaním.Najprv sa pomocou laserového systému vyrezal 200 µm hrubý PET rám a prilepil sa na 3 mm hrubú PMMA fóliu pomocou 100 µm obojstrannej lepiacej pásky.Prekurzor PDMS (Sylgard 184; Časť A: Časť B = 10:1, Dow Corning) sa potom nalial do formy a na odstránenie prebytku PDMS sa použila sklenená tyčinka.Po vytvrdnutí pri 70 °C počas 3 hodín bolo možné z formy odlúpnuť 300 μm hrubý PDMS film.
Fotografie pre všestrannú distribúciu, publikovanie na požiadanie a spoľahlivý výkon sa snímajú pomocou vysokorýchlostného fotoaparátu (Sony AX700 1000 fps).Orbitálna trepačka použitá v teste spoľahlivosti bola zakúpená od SCILOGEX (SCI-O180).Tlak vzduchu je generovaný vzduchovým kompresorom a na nastavenie hodnoty tlaku sa používa niekoľko digitálnych presných regulátorov tlaku.Proces testovania správania toku je nasledujúci.Do testovacieho zariadenia sa vstreklo vopred určené množstvo tekutiny a na zaznamenanie prietoku sa použila vysokorýchlostná kamera.Statické snímky sa potom odobrali z videí správania toku v stanovených časoch a zostávajúca plocha sa vypočítala pomocou softvéru Image-Pro Plus, ktorý sa potom vynásobil hĺbkou kamery, aby sa vypočítal objem.Podrobnosti o systéme testovania správania toku možno nájsť na doplnkovom obrázku S4.
Do zariadenia na miešanie liekoviek vstreknite 50 µl mikroguľôčok a 100 µl deionizovanej vody.Fotografie so zmiešaným výkonom boli snímané vysokorýchlostnou kamerou každých 0,1 sekundy pri tlakoch 0,1 baru, 0,15 baru a 0,2 baru.Informácie o pixeloch počas procesu prelínania je možné získať z týchto obrázkov pomocou softvéru na spracovanie fotografií (Photoshop CS6).A účinnosť miešania možno dosiahnuť pomocou nasledujúcej rovnice 53.
kde M je účinnosť miešania, N je celkový počet pixelov vzorky a ci a \(\bar{c}\) sú normalizované a očakávané normalizované koncentrácie.Účinnosť miešania sa pohybuje od 0 (0 %, nezmiešané) do 1 (100 %, úplne premiešané).Výsledky sú uvedené na doplnkovom obrázku S6.
Súprava RT-PCR v reálnom čase pre IAV a IBV vrátane vzoriek RNA IAV a IBV (kat. č. RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, Čína), Tris-EDTA pufor (TE pufor č. B541019 , Sangon Biotech, Čína), Positive Control RNA Purification Kit (časť č. Z-ME-0010, Liferiver, Čína) a roztok GAPDH (časť č. M591101, Sangon Biotech, Čína) sú komerčne dostupné.Súprava na čistenie RNA obsahuje väzbový pufor, premývací roztok A, premývací roztok W, eluent, magnetické mikroguľôčky a akrylový nosič.Súpravy IAV a IBV RT-PCR v reálnom čase zahŕňajú detekčnú zmes nukleovej kyseliny IFVA pre PCR a enzým RT-PCR.Pridajte 6 µl AcrylCarrier a 20 µl magnetických guľôčok do 500 µl roztoku väzbového pufra, dobre pretrepte a potom pripravte roztok guľôčok.Pridajte 21 ml etanolu k premývaniu A a W, dobre pretrepte, aby ste získali roztoky premývania A a W.Potom sa 18 ul fluorescenčnej PCR zmesi s IFVA nukleovou kyselinou a 1 ul RT-PCR enzýmu pridalo k 1 ul TE roztoku, pretrepávali a centrifugovali niekoľko sekúnd, čím sa získalo 20 ul IAV a IBV primérov.
Postupujte podľa nasledujúceho postupu čistenia RNA: (1) Adsorpcia RNA.Napipetujte 526 µl roztoku peliet do 1,5 ml centrifugačnej skúmavky a pridajte 150 µl vzorky, potom skúmavku 10-krát ručne pretrepte nahor a nadol.Preneste 676 ul zmesi do afinitnej kolóny a centrifugujte pri 1,88 x 104 g počas 60 sekúnd.Nasledujúce odtoky sa potom vyhodia.(2) Prvá fáza prania.Pridajte 500 µl premývacieho roztoku A do afinitnej kolóny, odstreďujte pri 1,88 x 104 g počas 40 s a použitý roztok zlikvidujte.Tento premývací proces sa opakoval dvakrát.(3) druhá fáza prania.Pridajte 500 µl premývacieho roztoku W do afinitnej kolóny, centrifugujte pri 1,88 x 104 g počas 15 s a použitý roztok zlikvidujte.Tento premývací proces sa opakoval dvakrát.(4) Elúcia.Pridajte 200 ul eluátu do afinitnej kolóny a centrifugujte pri 1,88 x 104 g počas 2 minút.(5) RT-PCR: Eluát sa vstrekol do 20 μl roztoku priméru v skúmavke PCR, potom sa skúmavka umiestnila do testovacieho prístroja PCR v reálnom čase (SLAN-96P), aby sa uskutočnil proces RT-PCR.Celý proces detekcie trvá približne 140 minút (20 minút na purifikáciu RNA a 120 minút na detekciu PCR).
Predbežne sa pridalo 526 ul roztoku guľôčok, 1 000 ul premývacieho roztoku A, 1 000 ul premývacieho roztoku W, 200 ul eluátu a 20 ul roztoku primeru a uložili sa do komôr M, W1, W2, E a PCR detekčných komôr.Montáž plošiny.Potom sa 150 ul vzorky napipetovalo do komory M a platforma FAST-POCT sa vložila do testovacieho prístroja zobrazeného na doplnkovom obrázku S9.Po približne 82 minútach boli k dispozícii výsledky testu.
Pokiaľ nie je uvedené inak, všetky výsledky testov sú prezentované ako priemer ± SD po minimálne šiestich replikátoch iba s použitím platformy FAST-POCT a biologicky nezávislých vzoriek.Z analýzy neboli vylúčené žiadne údaje.Experimenty nie sú náhodné.Vedci neboli počas experimentu slepí voči skupinovým úlohám.
Ďalšie informácie o dizajne štúdie nájdete v abstrakte Správy o výskume prírody, ktorý je prepojený s týmto článkom.
Údaje podporujúce výsledky tejto štúdie sú dostupné v doplnkových informáciách.Tento článok poskytuje pôvodné údaje.
Chagla, Z. & Madhukar, P. Posilňovacie dávky COVID-19 v bohatých krajinách oddialia očkovanie pre všetkých.Chagla, Z. & Madhukar, P. Posilňovacie dávky COVID-19 v bohatých krajinách oddialia očkovanie pre všetkých.Chagla, Z. a Madhukar, P. Posilňovacie dávky COVID-19 v bohatých krajinách odložia vakcíny pre každého.Čagla, Z. a Madhukar, P. Preočkovanie proti COVID-19 v bohatých krajinách odloží očkovanie pre všetkých.Národná medicína.27, 1659 – 1665 (2021).
Faust, L. a kol.Testovanie SARS-CoV-2 v krajinách s nízkymi a strednými príjmami: dostupnosť a cenová dostupnosť v súkromnom sektore zdravotnej starostlivosti.mikrobiálnej infekcie.22, 511 – 514 (2020).
Svetová zdravotnícka organizácia.Globálna prevalencia a incidencia vybraných liečiteľných sexuálne prenosných infekcií: prehľad a odhady.Ženeva: WHO, WHO/HIV_AIDS/2 https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/66818/WHO_HIV_AIDS_2001.02.pdf (2001).
Fenton, EM a kol.Viacnásobné 2D tvarované bočné prietokové testovacie prúžky.Aplikácia ASS.Alma mater.Inter Miláno.1, 124-129 (2009).
Schilling, KM a kol.Plne uzavreté mikrofluidné analytické zariadenie na papieri.konečník.Chemický.84, 1579 – 1585 (2012).
Lapenter, N. a kol.Konkurenčná papierová imunochromatografia spojená s elektródami modifikovanými enzýmami umožňuje bezdrôtové monitorovanie a elektrochemické stanovenie kotinínu v moči.Senzory 21, 1659 (2021).
Zhu, X. a kol.Kvantifikácia biomarkerov choroby pomocou všestrannej nanozýmovej integrovanej platformy laterálnej tekutiny pomocou glukometra.biologický senzor.Bioelektronika.126, 690 – 696 (2019).
Boo, S. a kol.Tehotenský testovací prúžok na detekciu patogénnych baktérií pomocou hybridných nanokvetov konkavalínu A-ľudského chorionického gonadotropínu-Cu3(PO4)2, magnetickej separácie a čítania pomocou smartfónu.Mikropočítač.Časopis.185, 464 (2018).