Kabar

Sastranegara diagnostik tradisional kanggo ndeteksi penyakit infèksius mbutuhake nggunakake instrumen benchtop sing ora cocog kanggo testing point-of-care (POCT).Mikrofluida sing berkembang minangka teknologi miniatur, otomatis, lan terintegrasi sing dadi alternatif potensial kanggo metode tradisional kanggo diagnosa ing situs kanthi cepet, murah, lan akurat.Cara diagnostik molekuler digunakake akeh ing piranti mikrofluida minangka cara sing paling efektif kanggo deteksi patogen.Tinjauan iki nyimpulake kemajuan anyar ing diagnostik molekuler adhedhasar mikrofluida saka penyakit infèksius saka perspektif akademik lan industri.Pisanan, kita njlèntrèhaké pangolahan on-chip khas asam nukleat, kalebu pretreatment sampel, amplifikasi, lan maca sinyal.Karakteristik, kaluwihan lan cacat saka papat jinis platform mikrofluida banjur dibandhingake.Sabanjure, kita bakal ngrembug panggunaan tes digital kanggo kuantifikasi absolut asam nukleat.Piranti diagnostik molekuler berbasis mikrofluida komersial klasik lan anyar diringkes minangka bukti kahanan pasar saiki.Pungkasan, kita ngusulake pituduh mbesuk kanggo diagnosis microfluidic saka penyakit infèksius.
Penyakit infèksius disababaké déning patogen, kalebu bakteri, virus, lan parasit, sing disebar ing saindhenging donya.Ora kaya penyakit liyane, patogen cepet dadi infèksi lan nyebar ing antarane manungsa lan kewan inang liwat inokulasi, media udara lan banyu [1].Nyegah penyakit infèksius penting minangka langkah kesehatan masarakat.Telung strategi utama kanggo nglawan penyakit infèksius: (1) ngontrol sumber infeksi;(2) gangguan saka jalur transmisi;(3) pangayoman populasi rentan.Antarane strategi utama, kontrol sumber infeksi dianggep minangka strategi sing paling penting amarga kepenak lan murah.Diagnosis, isolasi, lan perawatan sing cepet kanggo wong sing kena infeksi kasebut kritis, mbutuhake strategi diagnostik sing cepet, sensitif, lan akurat [2].Diagnosis penyakit infèksi saiki biasane nggabungake pemeriksaan klinis adhedhasar pratandha lan gejala lan studi laboratorium kayata kultur sel lan diagnostik molekuler, sing mbutuhake personel terlatih, prosedur intensif tenaga kerja, lan peralatan uji coba sing larang [3, 4].Nyegah wabah penyakit infèksius mbutuhake diagnosis lokal sing cepet, murah, lan akurat, utamane ing wilayah sing winates sumber daya ing ngendi penyakit infèksius umum lan abot [5], uga perawatan ing ara-ara samun utawa ing medan perang, ing ngendi kahanan darurat ora bisa diprediksi..perawatan medis diwatesi [6].Ing konteks iki, mikrofluida minangka teknologi sing nggabungake teknologi sistem mikroelektromekanik, nanoteknologi, utawa ilmu material kanggo manipulasi cairan sing tepat [7,8,9,10], nyedhiyakake kemungkinan anyar kanggo deteksi titik perawatan (POCT).) agen infèksius ing njaba rumah sakit lan laboratorium.Dibandhingake karo diagnostik sing mbutuhake wektu tradisional, teknologi mikrofluida nawakake conto lan tabungan biaya kanggo diagnosa molekuler sajrone wabah penyakit.Panyebaran global penyakit koronavirus 2019 (COVID-19) disebabake dening sindrom pernapasan akut parah coronavirus 2 (SARS-CoV-2), mula pentinge mikrofluida kanggo nyegah lan ngontrol pandemi sing tepat wektu ditekanake maneh [11, 12]. , 13].Ora kaya diagnostik tradisional, POCT mikrofluida nggunakake piranti portabel cilik wiwit saka analisa benchtop nganti jalur tes sidestream cilik kanggo nyoba ing cedhak titik sampling [14].Tes kasebut nampilake persiapan sampel sing simplistic utawa ora ana, amplifikasi sinyal cepet, lan maca sinyal sensitif sing nyebabake asil sing cendhak lan akurat sajrone sawetara menit.Kasedhiyan lan produksi massal instrumen kesehatan berbasis mikrofluida wis ngembangake aplikasi diagnostik sing efektif lan langsung ing njaba rumah sakit, cedhak pasien, lan malah ing omah.
Antarane strategi sing ana kanggo diagnosa penyakit infèksius, diagnostik molekuler minangka salah sawijining sing paling sensitif [15, 16].Kajaba iku, diagnostik molekuler asring digunakake minangka standar emas kanggo deteksi terus-terusan COVID-19, ngidini deteksi langsung wilayah RNA utawa DNA sing spesifik virus sadurunge wiwitan respon imun [17, 18].Ing review saiki, kita nampilake kemajuan paling anyar ing pangolahan diagnostik molekuler basis microfluidics kanggo penyakit infèksius, saka perspektif akademisi kanggo perspektif industri mangsa (Fig. 1).Kita bakal miwiti karo telung langkah penting ing deteksi asam nukleat: pretreatment sampel on-chip, amplifikasi asam nukleat, lan maca sinyal.Kita banjur mbandhingake macem-macem jinis platform mikrofluida kanthi struktur lan fungsi, nuduhake karakteristik unik (kekuwatan lan kelemahane).Deteksi asam nukleat digital luwih dibahas lan diwenehi minangka conto teknologi generasi katelu kanggo kuantifikasi absolut molekul patogen infèksius.Kajaba iku, sawetara piranti POCT komersial sing khas lan paling anyar bakal ditampilake kanggo nuduhake kahanan pasar POCT mikrofluida saiki kanggo diagnostik molekuler.Kita uga bakal ngrembug lan nerangake visi kita kanggo aplikasi ing mangsa ngarep.
Modul chip mikrofluida kanggo deteksi asam nukleat bisa dipérang dadi telung kategori (sampling, pangenalan, lan sinyal) miturut fungsine [19].Ing antarane modul kasebut, modul sampling utamane nyadari lisis sampel lan ekstraksi asam nukleat.Modul sensor utamane ngontrol konversi lan amplifikasi sinyal asam nukleat.Modul signaling ndeteksi sinyal sing diowahi lan diproses dening modul sensing.Adhedhasar proses ndeteksi asam nukleat ing chip, kita bakal ngringkes macem-macem chip sing bisa mujudake fungsi "input lan output".
Langkah pisanan ing deteksi asam nukleat yaiku ekstraksi asam nukleat, yaiku ngisolasi asam nukleat target saka sampel asli.Ekstraksi asam nukleat ditindakake kanggo ngresiki asam nukleat saka rereged molekul liyane, njamin integritas struktur utama molekul asam nukleat, lan ngoptimalake asil.Ekstraksi asam nukleat mbutuhake lisis sampel sing dibutuhake lan panangkepan asam nukleat, kualitas lan efisiensi sing nduwe pengaruh gedhe ing asil riset lan diagnostik.Sembarang efek sisih subtle sajrone ekstraksi bisa mbatesi deteksi luwih lanjut.Contone, polymerase chain reaction (PCR) lan loop isothermal amplification (LAMP) cara dicegah dening sawetara sisa pelarut organik kayata etanol lan isopropanol ing reagen isolasi asam nukleat [20].Ekstraksi cair-cair lan ekstraksi fase padhet minangka cara sing paling populer kanggo ngisolasi asam nukleat [21], nanging ekstraksi cair-cair ing chip arang banget winates, amarga reagen sing digunakake ing ekstraksi cair-cair nyebabake korosi sebagian besar chip mikrofluida. .Ing kene, kita nyorot metode ekstraksi fase padhet adhedhasar microarray lan mbandhingake kaluwihan lan kekurangane.
Silikon minangka bahan substrat sing cocog karo asam nukleat amarga biokompatibilitas, stabilitas, lan gampang dimodifikasi [22].Sing penting, nalika diowahi nganggo silika utawa bahan liyane, komposit iki nuduhake sifat kanggo nyerap asam nukleat sing muatan negatif ing pH sing sithik, kahanan uyah sing dhuwur nalika diencerake kanthi pH dhuwur, larutan uyah sing sithik.Adhedhasar fenomena iki, bisa ngresiki asam nukleat.
Macem-macem bentuk bahan basis silika wis digunakake kanggo ekstraksi asam nukleat ing mikrofluida, kayata manik silika, bubuk, saringan mikrofiber, lan membran silika [23, 24, 25, 26].Gumantung ing sifat materi, bahan basis silikon bisa digunakake ing microcircuits kanthi cara sing beda-beda.Contone, granula silika, bubuk, lan nanofilter komersial mung bisa dilebokake ing pori-pori utawa saluran mikro kripik mikrofluida lan mbantu ngekstrak asam nukleat saka conto [27, 28, 29].Membran silika sing diowahi lumahing uga bisa digunakake kanggo ngresiki DNA kanthi cepet saka patogen kanthi biaya murah.Contone, Wang et al.[30] Kanthi nggabungake reaksi amplifikasi denaturasi karo pertukaran rantai sing dimediasi vesikel karo membran silika sing dilapisi karo oligosakarida kitosan, sistem portabel serbaguna dienalake sing kasil ndeteksi 102-108 unit pembentuk koloni.(CFU)/ml Vibrio parahaemolyticus., lan anane virus kasebut gampang katon.Powell et al.[31] Microarrays basis silikon banjur digunakake kanggo ndeteksi virus hepatitis C (HCV), virus immunodeficiency manungsa (HIV), virus Zika, lan papillomavirus manungsa lan propagasi otomatis, kang microreactor tortuous 1,3 μl dikembangaké kanggo nangkep virus RNA.lan nindakake amplifikasi in situ.Saliyane cara kasebut, microcolumns silika sing diowahi lumahing uga nduweni peran kunci ing ekstraksi asam nukleat, amarga geometri lan sifat materi sing diowahi nambah efisiensi ekstraksi.Chen et al.[32] ngusulake platform mikrofluida kanggo ngisolasi RNA konsentrasi rendah adhedhasar microcolumns silikon sing dilapisi amino.Piranti mikrofluida iki nggabungake macem-macem mikropilar 0,25 cm2 ing substrat silikon kanggo entuk efisiensi ekstraksi sing luwih dhuwur liwat desain rasio area permukaan sing dhuwur kanggo volume.Kauntungan saka desain iki yaiku piranti mikrofluida bisa entuk efisiensi ekstraksi asam nukleat nganti 95%.Sastranegara basis silikon iki nduduhake nilai asam nukleat kanthi cepet kanthi biaya murah.Ing kombinasi karo chip microfluidic, strategi ekstraksi basis silikon ora mung bisa nambah efisiensi deteksi asam nukleat, nanging uga nggampangake miniaturisasi lan integrasi piranti analitik [20].
Cara pamisahan magnetik nggunakake partikel magnetik kanggo ngisolasi asam nukleat ing ngarsane medan magnet njaba.Partikel magnetik sing umum digunakake kalebu partikel magnetik Fe3O4 utawa γ-Fe2O3 sing dilapisi silika, amino lan karboksil [33,34,35,36].Fitur sing mbedakake partikel magnetik dibandhingake karo metode SPE adhedhasar silikon yaiku gampang manipulasi lan kontrol karo magnet eksternal.
Nggunakake interaksi elektrostatik antarane asam nukleat lan silika, ing kondisi uyah dhuwur lan pH kurang, asam nukleat diserap ing permukaan partikel magnetik sing dilapisi silika, nalika ing kondisi uyah sing kurang lan pH dhuwur, molekul bisa dicuci. maneh..Manik-manik magnetik sing dilapisi silika ndadekake bisa ngekstrak DNA saka sampel volume gedhe (400 μL) nggunakake gerakan sing dikontrol magnetik [37].Minangka demonstrasi, Rodriguez-Mateos et al.[38] nggunakake wesi sembrani tunable kanggo ngontrol transfer manik Magnetik kanggo kamar beda.Adhedhasar partikel magnetik sing dilapisi silika, 470 salinan/mL RNA genom SARS-CoV-2 bisa diekstrak saka conto banyu limbah kanggo deteksi transkripsi terbalik LAMP (RT-LAMP) lan tanggepan bisa diwaca sajrone 1 jam.mripat wuda (Gbr. 2a).
Piranti adhedhasar bahan magnetik lan keropos.Diagram konseptual piranti mikrofluida IFAST RT-LAMP kanggo deteksi RNA SARS-CoV-2 (diadaptasi saka [38]).b Piranti mikro Centrifugal kanggo dSPE saka asam nukleat swab buccal (diadaptasi saka [39]).c Konsentrator sampel kanthi daya mandiri nggunakake kertu FTA® (diadaptasi saka [50]).d Kertas panyaring Fusion 5 sing diowahi nganggo kitosan (diadaptasi saka [51]).SARS-CoV-2 sindrom pernapasan akut parah coronavirus 2, RT-LAMP reverse transcription loop mediated isothermal amplifikasi, FTA finders technology partners, NA nucleic acid
Partikel magnetik kanthi muatan positif becik kanggo nempelake tulang punggung fosfat saka asam nukleat.Ing konsentrasi uyah tartamtu, gugus fosfat sing muatan negatif saka asam nukleat bisa diisi kanthi positif ing permukaan partikel komposit magnetik.Mulane, nanopartikel magnetik kanthi permukaan kasar lan kapadhetan dhuwur saka gugus amino dikembangake kanggo ekstraksi asam nukleat.Sawise pamisahan lan pamblokiran magnetik, nanopartikel magnetik lan komplek DNA bisa langsung digunakake ing PCR, sing ngilangi kebutuhan kanggo operasi pemurnian lan elusi sing rumit lan akeh wektu [35].Nanopartikel magnetik sing dilapisi karo gugus karboksil negatif uga wis digunakake kanggo misahake asam nukleat sing diserap ing permukaan ing larutan polietilen glikol lan natrium klorida konsentrasi dhuwur [36].Kanthi manik-manik magnetik sing diowahi permukaan iki, ekstraksi DNA kompatibel karo amplifikasi sabanjure.Dignan et al.[39] njlèntrèhaké platform microfluidic centrifugal otomatis lan portabel kanggo pretreatment asam nukleat, ngidini personel non-teknis kanggo nggunakake ing situs.Kajaba iku, kompatibilitas DNA sing diisolasi karo LAMP, cara sing cocog kanggo analisis asam nukleat titik-perawatan, luwih nduduhake syarat peralatan minimal lan kesesuaian kanggo tes kolorimetri (Gambar 2b).
cara manik Magnetik nawakake kamungkinan saka extraction otomatis, sawetara kang ana ing extractors asam nukleat komersial otomatis [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, USA), QIAcube® HT;CapitalBio (Beijing, China) lan Biomek®;Beckman (Miami, USA).), Florida, AS)].Kauntungan saka nggabungake manik-manik magnetik karo mikrofluida bisa digunakake kanggo ekstraksi otomatis asam nukleat sing efisien, sing bisa ningkatake pangembangan diagnostik molekuler;Nanging, kombinasi manik-manik Magnetik karo microfluidics isih gumantung banget ing sistem kontrol Komplek kanggo manipulasi pas manik-manik Magnetik, kang nerangake popularitas produk komersial sing gedhe banget lan larang, kang mbatesi aplikasi luwih saka manik-manik Magnetik ing POCT.
Sawetara bahan keropos kayata saringan nitroselulosa sing diowahi, kertu Finders Technology Associates (FTA), kertas saringan basis polyethersulfone, lan bahan sing dilapisi glycan uga digunakake kanggo deteksi asam nukleat [40, 41, 42, 43, 44].Bahan fibrosa keropos kayata kertas fibrosa pisanan digunakake kanggo ngisolasi DNA kanthi cara ngikat molekul DNA sing dawa kanthi serat.Pori-pori cilik nyebabake watesan fisik molekul DNA sing kuat, sing nduwe pengaruh positif marang ekstraksi DNA.Amarga ukuran pori kertas serat sing beda, efisiensi ekstraksi ora bisa nyukupi kabutuhan amplifikasi DNA [45, 46].Kertu FTA minangka kertas panyaring komersial sing digunakake ing bidang kedokteran forensik lan akeh digunakake ing bidang diagnostik molekuler liyane.Liwat panggunaan kertas panyaring selulosa sing diresapi karo macem-macem bahan kimia kanggo lyse membran sel ing sampel, DNA sing dirilis dilindhungi saka degradasi nganti 2 taun.Paling anyar, kertas selulosa sing diresapi wis dikembangake kanggo deteksi molekuler macem-macem patogen, kalebu SARS-CoV-2, leishmaniasis, lan malaria [47,48,49].HIV ing plasma sing diisolasi langsung dilisekake, lan asam nukleat virus diperkaya ing membran aliran FTA® sing dibangun ing konsentrator, sing ngidini produksi asam nukleat sing efisien [50] (Gambar 2c).Masalah utama karo deteksi asam nukleat nggunakake kertu FTA yaiku bahan kimia kayata guanidine lan isopropanol nyandhet reaksi amplifikasi sabanjure.Kanggo ngatasi masalah iki, kita dikembangaké Fusion 5 chitosan-dimodifikasi kertas Filter, kang nggabungke kaluwihan saka loro interlacing fisik molekul DNA lan fibrous kertas Filter, lan adsorpsi elektrostatik DNA ing senyawa chitosan-dimodifikasi kanggo entuk Highly efisiensin ekstraksi asam nukleat. ..serat panyaring [51] (Gambar 2d).Kajaba iku, Zhu et al.[52] nduduhake cara PCR sing dimodifikasi chitosan adhedhasar sistem mikrofluida kapiler in situ kanggo isolasi lan deteksi RNA virus Zika kanthi cepet.Asam nukleat bisa adsorbed/desorbed ing medium lysate/PCR campuran, mungguh, adhedhasar sifat switch on/off chitosan.on lan off", responsif kanggo pH.
Kaya kasebut ing ndhuwur, strategi kasebut nggabungake kaluwihan saka macem-macem bahan fase padat lan nambah efisiensi ekstraksi asam nukleat ing mikrofluida.Ing aplikasi praktis, panggunaan bahan kasebut kanthi jumlah akeh ora ekonomis, lan perawatan permukaan sing tepat utawa modifikasi permukaan bahan umum kanthi bahan kasebut uga bisa njaga fungsine.Mulane, diyakini yen implementasine strategi kasebut sawise sinau pilot bisa nyuda biaya.
Pengujian asam nukleat ing platform mikrofluida asring nggunakake volume sampel cilik (<100 µl), mula mbutuhake amplifikasi asam nukleat target kanthi probe khusus kanggo konversi dadi sinyal sing trep kanggo deteksi hilir (optik, listrik, lan magnetik) [53, 54]. Pengujian asam nukleat ing platform mikrofluida asring nggunakake volume sampel cilik (<100 µl), mula mbutuhake amplifikasi asam nukleat target kanthi probe khusus kanggo konversi dadi sinyal sing trep kanggo deteksi hilir (optik, listrik, lan magnetik) [53, 54]. При тестировании нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах часто используются небольшие объемы образцов (< 100 мкл), поэтому требуется амплификация целевых нуклеиновых кислот с помощью специальных зондов для преобразования в сигнал, удобный для последующего обнаружения (оптического, электрического и магнитного) [53, 54]. Nalika nguji asam nukleat ing platform mikrofluida, volume sampel cilik (<100 μL) asring digunakake, saéngga amplifikasi asam nukleat target kanthi probe khusus dibutuhake kanggo ngowahi dadi sinyal sing trep kanggo deteksi sabanjure (optik, listrik, lan magnetik) [53, 54].微流控 平台 上 的 核酸 检测 通常 小样本量 (<100 μ), 因此因此 使用使用 探针 扩增扩增, 以以 为核酸, 以以 为为便于便于便于便于检测 (光学, 电学电学 和和) 的 信号 [53, 54 ].微流控 平台 上 的 核酸 检测 使用使用 ((<100 ]. Обнаружение нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах обычно использует небольшие объемы образцов (<100 мкл), что требует амплификации целевых нуклеиновых кислот с помощью специальных зондов для преобразования в сигналы для последующего обнаружения (оптического, электрического и магнитного) [53, 54]]. Deteksi asam nukleat ing platform mikrofluida biasane nggunakake volume sampel cilik (<100 μl), sing mbutuhake amplifikasi asam nukleat target kanthi probe khusus kanggo ngowahi dadi sinyal kanggo deteksi sabanjure (optik, listrik, lan magnetik) [53, 54]] .Amplifikasi asam nukleat ing mikrofluida uga bisa nyepetake reaksi, ngoptimalake watesan deteksi, nyuda syarat sampel, lan nambah akurasi deteksi [55, 56].Ing taun-taun pungkasan, kanthi realisasi deteksi sing cepet lan akurat, macem-macem cara amplifikasi asam nukleat wis ditrapake ing mikrofluida, kalebu PCR lan sawetara reaksi amplifikasi isotermal.Bagean iki bakal ngringkes cara kanggo deteksi asam nukleat adhedhasar sistem mikrofluida.
PCR minangka simulasi proses replikasi DNA saka organisme, téori sing diterangake kanthi rinci ing papan liya lan ora bakal dibahas ing kene.PCR bisa nggedhekake jumlah cilik saka target DNA/RNA ing tingkat eksponensial, nggawe PCR alat kuat kanggo deteksi cepet saka asam nukleat.Ing dekade pungkasan, akeh piranti mikrofluida portabel sing dilengkapi sistem siklus termal PCR wis dikembangake kanggo nyukupi kabutuhan diagnostik titik-perawatan [57, 58].On-chip PCR bisa dipérang dadi papat jinis (conventional, continuous flow, spatially switched, lan convective PCR) miturut cara kontrol suhu sing beda [59].Contone, Gee et al.[60] ngembangake metode PCR (RT-qPCR) transkripsi terbalik langsung ing platform mikrofluida dhewe kanggo deteksi multipleks virus SARS-CoV-2, influenza A lan B ing sampel swab tenggorokan (Gambar 3a).Park et al.[61] nggawe chip analisis patogen sing prasaja kanthi nggabungake PCR film tipis, elektroda, lan modul mikrofluida berbasis polydimethylsiloxane sing dioperasikake driji.Nanging, loro-lorone karya ngemot kekurangan umum PCR konvensional.PCR mbutuhake siklus termal, sing mbatesi miniaturisasi piranti lan nyuda wektu tes.
Pangembangan aliran terus-terusan adhedhasar microfluidic lan PCR spasi-switched kritis kanggo ngatasi masalah iki.Nggunakake saluran serpentine sing dawa utawa saluran lurus sing cendhak, PCR aliran terus-terusan bisa nyedhiyakake amplifikasi cepet kanthi reagen sirkulasi aktif ing telung zona preheat kanthi pompa mati-chip.Operasi iki kasil ngindhari fase transisi antarane temperatur reaksi sing beda-beda lan kanthi mangkono nyuda wektu tes kanthi signifikan [62] (Gambar 3b).Ing panaliten liyane dening Jung et al.[63] ngusulake analisa genetik PCR rotary anyar sing nggabungake karakteristik PCR tetep lan aliran kanggo PCR transkripsi terbalik ultrafast lan multiplex (Fig. 3c).Kanggo amplifikasi asam nukleat, microchip PCR bakal diputer liwat telung blok pemanas ing suhu sing beda: 1. Blok Denaturasi 94 ° C, 2. Blok Annealing ing 58 ° C, 3. Blok ekspansi ing 72 ° C.
Aplikasi PCR ing mikrofluida.Perwakilan skematis dirRT-qPCR ing platform mikrofluida (diadaptasi saka [60]).b Perwakilan skematis saka microarray PCR aliran terus-terusan adhedhasar saluran serpentine (diadaptasi saka [62]).c Representasi skematis saka analisa genetik PCR rotary, kalebu microchip, telung blok pemanas lan motor stepper (diadaptasi saka [63]).d Diagram PCR thermoconvection kanthi sentrifugasi lan persiyapan (diadaptasi saka [64]).DirRT-qPCR, reaksi berantai polimerase transkripsi terbalik kuantitatif langsung
Nggunakake kapiler lan puteran utawa malah piring tipis, konveksi PCR kanthi cepet bisa nggedhekake asam nukleat kanthi konveksi termal gratis alami tanpa perlu pompa eksternal.Contone, platform microfluidic polimer olefin siklik dikembangake ing tahap pemanasan puteran digawe sing nggunakake siklus termal kanthi sentrifugasi ing microchannel daur ulang PCR [64] (Fig. 3d).Solusi reaksi didorong dening konveksi termal, sing terus-terusan ngganti suhu dhuwur lan kurang ing saluran mikro kanthi struktur annular.Proses amplifikasi kabeh bisa rampung sajrone 10 menit kanthi watesan deteksi 70,5 pg / saluran.
Kaya sing dikarepake, PCR cepet minangka alat sing kuat kanggo sistem analisis molekuler respon sampel lan analisis multipleks sing terintegrasi.PCR kanthi cepet nyuda wektu sing dibutuhake kanggo ndeteksi SARS-CoV-2, sing nyumbang kanggo ngontrol pandemik COVID-19 sing efektif.
PCR mbutuhake siklus termal kompleks sing ora cocok kanggo POCT.Paling anyar, teknik amplifikasi isotermal wis ditrapake kanggo mikrofluida, kalebu nanging ora winates ing LAMP, amplifikasi polimerase rekombinasi (RPA), lan amplifikasi adhedhasar urutan asam nukleat [65,66,67,68].Kanthi teknik kasebut, asam nukleat digedhekake ing suhu konstan, nggampangake nggawe piranti POCT portabel sing murah lan sensitif banget kanggo diagnosa molekuler.
Tes LAMP adhedhasar microfluidics dhuwur ngidini deteksi macem-macem penyakit infèksius [42, 69, 70, 71].Ing kombinasi karo sistem microfluidic centrifugal, LAMP bisa luwih nggampangake otomatisasi deteksi asam nukleat [69, 72, 73, 74, 75].Spin-and-react SlipChip dikembangake kanggo deteksi visual saka macem-macem bakteri paralel nggunakake LAMP [76] (Fig. 4a).Nalika nggunakake LAMP sing dioptimalake ing tes, rasio sinyal-kanggo-noise fluoresensi kira-kira 5 kali lipat, lan watesan deteksi tekan 7.2 salinan / μl DNA genom. Kajaba iku, anane limang patogen bakteri pencernaan sing umum, kalebu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis lan Vibrio parahaemolyticus, digambarake adhedhasar metode ing <60 menit. Kajaba iku, anane limang patogen bakteri pencernaan sing umum, kalebu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis lan Vibrio parahaemolyticus, digambarake adhedhasar metode ing <60 menit.Kajaba iku, anane limang patogen bakteri umum ing saluran pencernaan, kalebu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis lan Vibrio parahaemolyticus, digambarake nggunakake metode iki kurang saka 60 menit.此外, 基于基于该 方法 在 <60 分钟 内 可 视化 五 原体 的种 常见 细菌病 原体 的 存在, 包括包括 芽孢杆菌, 大大 芽孢杆菌, 大大, 肠肠 氏氏, 河流河流 和和 菌.此外, 基于基于 方法 在 <60 分钟 内 视化 了 五 的 的种 消化道 细菌病 的 存在 的 存在 存在 存在 的 存在弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 HIPKajaba iku, anane limang patogen gastrointestinal bakteri umum, kalebu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvius, lan Vibrio parahaemolyticus, digambarake nggunakake metode iki kurang saka 60 menit.
Kaluwihan LAMP ing mikrofluida kalebu, antara liya, respon cepet lan deteksi miniatur.Nanging, amarga suhu reaksi (sekitar 70 ° C), aerosol mesthi diasilake sajrone LAMP, nyebabake tingkat positif palsu sing dhuwur.Spesifisitas tes, desain primer, lan kontrol suhu uga kudu dioptimalake kanggo LAMP.Kajaba iku, desain chip sing ngleksanakake sawetara deteksi target ing chip siji duwe nilai gedhe lan kudu dikembangake.Kajaba iku, LAMP cocok kanggo deteksi multi-tujuan sing terintegrasi ing siji chip, sing penting banget, nanging isih akeh ruang kanggo pangembangan.
Tingkat positif palsu LAMP sing dhuwur bisa dikurangi sebagian karo RPA, amarga suhu reaksi sing relatif kurang (~37 °C) nyebabake masalah penguapan sing relatif sithik [77].Ing sistem RPA, rong primer sing ngelawan miwiti sintesis DNA kanthi ngiket rekombinasi lan amplifikasi bisa rampung sajrone 10 menit [78,79,80,81].Mulane, kabeh proses RPA luwih cepet tinimbang PCR utawa LAMP.Ing taun-taun pungkasan, teknologi microfluidic wis ditampilake kanggo nambah kacepetan lan akurasi RPA [82,83,84].Contone, Liu et al.[85] ngembangake tes amplifikasi polimerase rekombinasi aliran lateral terintegrasi mikrofluida kanggo deteksi cepet lan sensitif SARS-CoV-2 kanthi nggabungake RPA transkripsi terbalik (RT-RPA) lan sistem deteksi jalur uji aliran lateral universal.menyang sistem mikrofluida tunggal.Gambar 4b).Watesan deteksi yaiku 1 salinan/µl utawa 30 salinan/sampel, lan deteksi bisa rampung sajrone 30 menit.Kong et al.wis ngembangake piranti mikrofluida sing bisa dipakai.[86] nggunakake suhu awak lan sistem deteksi fluoresensi adhedhasar ponsel kanggo ndeteksi DNA HIV-1 kanthi cepet lan langsung nggunakake RPA (Gambar 4c).Tes RPA sing bisa dipakai ndeteksi 100 salinan/mL saka urutan target sajrone 24 menit, nuduhake potensial gedhe kanggo diagnosis cepet bayi sing kena infeksi HIV-1 ing setelan winates sumber daya.
Amplifikasi isotermal ing pengujian titik perawatan (POCT).Pangembangan lan produksi spin lan reaksi SlipChip.Sawise welding plasma, Kripik ndhuwur lan ngisor padha nglumpuk karo pesawat saka perkakas kanggo mbentuk chip final (diadaptasi saka [76]).b Skema sistem MI-IF-RPA kanggo deteksi COVID-19 (diadaptasi saka [85]).c Skema tes RPA sing bisa dipakai kanggo deteksi DNA HIV-1 kanthi cepet (diadaptasi saka [86]).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM carboxyfluorescein, human immunodeficiency virus HIV, RPA rekombinasi polimerase amplifikasi, LED light emitting diode, MI-IF-RPA Microfluidics F Polylow Remerated Integrated Amplifikasi
RPA berbasis mikrofluida berkembang kanthi cepet, nanging biaya produksi chip lan konsumsi reaksi dhuwur banget lan kudu dikurangi kanggo nambah kasedhiyan teknologi iki.Kajaba iku, sensitivitas dhuwur saka RPA bisa mengaruhi amplifikasi produk non-spesifik, utamane yen ana kontaminasi.Watesan kasebut bisa mengaruhi aplikasi RPA ing sistem mikrofluida lan entuk optimasi luwih lanjut.Primer lan probe sing dirancang kanthi apik kanggo macem-macem target uga dibutuhake kanggo nambah kemungkinan strategi mikrofluida berbasis RPA ing POCT.
Cas13 lan Cas12a nduweni kemampuan kanggo mecah asam nukleat kanthi acak lan kanthi mangkono bisa dikembangake minangka alat deteksi lan diagnostik.Cas13 lan Cas12a diaktifake nalika ngiket menyang target DNA utawa RNA, masing-masing.Sawise diaktifake, protein wiwit mecah asam nukleat liyane sing cedhak, lan banjur nuntun RNA sing ngarahake asam nukleat spesifik patogen bisa mecah probe fluoresensi sing dipateni lan ngeculake fluoresensi.Adhedhasar teori kasebut, Kellner et al.[87] ngembangake metode basis Cas13 [Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter Unlocking (SHERLOCK)], lan Broughton et al.[88] ngembangake pendekatan liyane adhedhasar Cas12a [CRISPR Trans Reporter nargetake DNA endonuclease (DTECR)].
Ing taun-taun pungkasan, macem-macem cara kanggo deteksi asam nukleat adhedhasar CRISPR wis muncul [89, 90].Cara adhedhasar CRISPR konvensional asring mbutuhake wektu lan tenaga kerja amarga macem-macem prosedur kalebu ekstraksi asam nukleat, amplifikasi lan deteksi CRISPR.Paparan cairan menyang udara bisa nambah kemungkinan asil positif palsu.Amarga ing ndhuwur, sistem basis CRISPR mbutuhake optimalisasi.
Platform mikrofluida sing dikontrol pneumatik sing bisa nindakake analisis 24 kanthi paralel wis dikembangake kanggo aplikasi deteksi CRISPR-Cas12a lan CRISPR-Cas13a [91].Sistem kasebut dilengkapi piranti deteksi fluoresensi sing ngliwati amplifikasi asam nukleat lan kanthi otomatis ndeteksi sampel DNA lan RNA femtomolar.Chen et al.[92] amplifikasi rekombinasi terintegrasi karo sistem CRISPR-Cas12a ing mikrofluida sentrifugal (Gambar 5a).Karya iki ngatasi kesulitan nggabungake rong proses kasebut amarga Cas12a bisa nyerna DNA utusan lan nyegah proses amplifikasi.Kajaba iku, Chen et al.[92] Kajaba iku, reagen reaksi wis disimpen ing kontrol mikrofluida sentrifugal kanggo ngrampungake kabeh proses kanthi otomatis.Ing karya liyane, Silva et al.[93] ngembangake cara diagnostik tanpa amplifikasi CRISPR/Cas12a lan smartphone kanggo ndeteksi SARS-CoV-2 (Gambar 5b).Tes iki, sing dikenal minangka sistem bebas amplifikasi adhedhasar ponsel, kalebu enzim sing gumantung CRISPR/Cas sing adhedhasar visualisasi smartphone sinyal gelembung sing digawe katalase ing saluran mikrofluida.Deteksi sensitif kurang saka 50 salinan/µl asam nukleat tanpa pra-amplifikasi, kabeh proses saka injeksi sampel nganti maca sinyal mung butuh 71 menit.
Cara deteksi asam nukleat adhedhasar CRISPR.POCT sentrifugal kanggo diagnostik molekuler terpadu adhedhasar CRISPR (diadaptasi saka [92]).b Pangembangan tes CASCADE kanggo analisis basis smartphone SARS-CoV-2 (diadaptasi saka [93]).Amplifikasi RAA recombinase, motif protospacer PAM, CRISPR clustered short palindromic repeats in regular intervals, CASCADE system without cell phone amplification with CRISPR/CAS-dependent enzymes, 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride EDC
Minangka langkah pungkasan ing deteksi asam nukleat, deteksi sinyal langsung nggambarake asil diagnostik lan minangka faktor kritis ing pangembangan POCT sing efisien, sensitif, lan akurat.Sinyal bisa diwaca kanthi nggunakake macem-macem cara kayata strategi fluoresensi, elektrokimia, kolorimetri lan magnetik.Ing bagean iki, kita njlèntrèhaké alesan kanggo saben pendekatan lan mbandhingaké diagnostik molekular penyakit infèksius ing microfluidics.
Sastranegara adhedhasar fluoresensi digunakake akeh kanggo diagnostik POCT saka penyakit infèksius amarga kaluwihan sing luar biasa saka sensitivitas sing apik, biaya murah, gampang operasi, lan analisis titik-perawatan [94, 95].Strategi kasebut nggunakake fluorofor berlabel kayata pewarna fluoresensi lan bahan nano kanggo nggawe sinyal sing bisa dideteksi (peningkatan fluoresensi utawa quenching).Temuan iki nuduhake yen strategi adhedhasar fluoresensi bisa dipérang dadi label fluoresensi langsung, signal-on, lan deteksi fluoresensi sinyal-mati [96].Deteksi label fluoresensi langsung nggunakake label fluoresensi khusus kanggo menehi label ligan tartamtu sing ngasilake jumlah fluoresensi tartamtu nalika diikat kanthi selektif menyang target.Kanggo deteksi fluoresensi adhedhasar sinyal, kualitas sinyal fluoresensi ana hubungane positif karo gedhene kapentingan.Intensitas fluoresensi bisa diabaikan yen ora ana target lan bisa dideteksi nalika jumlah target sing cukup.Kosok baline, intensitas fluoresensi sing dideteksi dening fluoresensi "sinyal-mati" berbanding lurus karo jumlah target, wiwitane tekan nilai maksimal lan mboko sithik mudhun nalika target digedhekake.Contone, nggunakake mekanisme trans-cleavage gumantung CRISPR-Cas13a target, Tian et al.[97] ngembangake strategi pangenalan novel kanggo ndeteksi RNA sing ngliwati transkripsi mbalikke langsung (Gambar 6a).Sawise ngiket RNA target pelengkap, kompleks CRISPR-Cas13-RNA bisa diaktifake, nyebabake pembelahan transcollateral dening RNA reporter non-spesifik.Reporter kanthi label fluoresensi [fluorophore (F)] dipateni dening quencher (Q) utuh lan fluoresces nalika dibelah dening kompleks sing diaktifake.
Kauntungan saka deteksi elektrokimia yaiku kacepetan deteksi dhuwur, produksi gampang, biaya murah, gampang digawa lan kontrol otomatis.Iki minangka cara analitis sing kuat kanggo aplikasi POCT.Adhedhasar graphene transistor efek lapangan Gao et al.[98] ngembangaken nanobiosensor kanggo deteksi multiplex antigen penyakit Lyme saka bakteri Borrelia burgdorferi kanthi watesan deteksi 2 pg / mL (Gambar 6b).
Tes colorimetric wis digunakake ing aplikasi POCT, entuk manfaat saka kaluwihan portabilitas, biaya murah, gampang nyiyapake, lan maca visual.Deteksi kolorimetri bisa nggunakake oksidasi peroksidase utawa nanomaterial kaya peroksidase, agregasi nanomaterial, lan tambahan pewarna indikator kanggo ngowahi informasi babagan anané asam nukleat target dadi owah-owahan warna sing katon [99, 100, 101].Notabene, nanopartikel emas digunakake kanthi wiyar ing pangembangan strategi kolorimetri, lan amarga kemampuane kanggo ngindhuksi owah-owahan warna sing cepet lan signifikan, ana minat sing tambah akeh kanggo pangembangan platform kolorimetrik POCT kanggo diagnosis penyakit infèksius in situ [102].Kanthi piranti microfluidic centrifugal terintegrasi [103], patogen sing ditularake panganan ing conto susu sing kontaminasi bisa dideteksi kanthi otomatis ing tingkat 10 sel bakteri, lan asil bisa diwaca kanthi visual sajrone 65 menit (Gambar 6c).
Teknik sensing magnetik kanthi akurat bisa ndeteksi analit nggunakake bahan magnetik, lan ana minat sing signifikan ing aplikasi POCT ing dekade pungkasan.Teknik sensing magnetik duwe sawetara kaluwihan unik kayata bahan magnetik sing murah tinimbang komponen optik sing larang.Nanging, panggunaan medan magnet nambah efisiensi deteksi lan nyuda wektu persiapan sampel [104].Kajaba iku, asil probing magnetik nuduhake spesifisitas, sensitivitas, lan rasio sinyal-kanggo-noise sing dhuwur amarga sinyal latar mburi magnetik sing ora pati penting saka sampel biologi [105].Sharma et al.Integrasi biosensor adhedhasar terowongan magnetik menyang platform microchip portabel.[106] kanggo deteksi multipleks patogen (Gambar 6d).Biosensor kanthi sensitif ndeteksi asam nukleat subnanomolar sing diisolasi saka patogen.
Cara deteksi sinyal sing khas.Konsep deteksi hyperlocalized saka Cas13a (diadaptasi saka [97]).b Graphene nanobiosensor FET ing kombinasi karo Lyme GroES scFv (diadaptasi saka [98]).c Indikasi kolorimetri kanggo deteksi multiplex patogen bawaan panganan ing chip mikrofluida sentrifugal: Sampel No. 1 lan No. 3 kanthi patogen target, lan sampel No. 2, No. 4 lan No. 5 tanpa patogen target (diadaptasi saka [103]) .d Biosensor adhedhasar persimpangan terowongan magnetik, kalebu platform, amplifier pamblokiran sing dibangun, unit kontrol, lan sumber daya kanggo ngasilake sinyal / akuisisi (diadaptasi saka [106]).GFET Graphene FET, Escherichia coli, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA polimetil metakrilat
Senadyan karakteristik sing apik saka metode deteksi ing ndhuwur, dheweke isih duwe kekurangan.Cara kasebut dibandhingake (tabel 1), kalebu sawetara aplikasi kanthi rincian (pro lan kontra).
Kanthi pangembangan mikrofluida, sistem mikroelektromekanik, nanoteknologi lan ilmu material, panggunaan chip mikrofluida kanggo ndeteksi penyakit infèksius terus maju [55,96,107,108].Manipulasi peralatan lan cairan miniatur sing tepat nyumbang kanggo akurasi diagnostik lan efektifitas biaya.Mulane, kanggo pangembangan luwih, wis efforts kanggo ngoptimalake lan upgrade Kripik, asil ing macem-macem Kripik microfluidic karo struktur lan fungsi beda.Ing kene kita ngenalake sawetara jinis platform mikrofluida sing umum lan mbandhingake karakteristike (pro lan kontra).Kajaba iku, umume conto ing ngisor iki fokus utamane kanggo nglawan SARS-CoV-2.
LOCC minangka sistem analitis kompleks miniatur sing paling umum lan operasine miniatur banget, terintegrasi, otomatis lan paralel saka injeksi lan persiapan sampel, kontrol aliran lan deteksi cairan [109, 110].Cairan dimanipulasi liwat geometri sing dirancang kanthi teliti lan interaksi saka akeh efek fisik kayata gradien tekanan, aksi kapiler, elektrodinamika, medan magnet lan gelombang akustik [111].LOCC nuduhake kaluwihan banget ing screening throughput dhuwur lan macem-macem deteksi, kanthi kacepetan analisis cepet, ukuran sampel cilik, konsumsi daya kurang, lan efisiensi manajemen lan operasi sing dhuwur;Nanging, piranti LOCC banget alus, lan manufaktur, packaging, lan interfacing.Nanging, multiplexing lan nggunakake maneh ngadhepi kesulitan gedhe [96].Dibandhingake karo platform liyane, LOCC nduweni kaluwihan unik babagan keragaman aplikasi maksimal lan kompatibilitas teknologi sing paling apik, nanging kekurangane uga jelas, yaiku kerumitan sing dhuwur lan keterulang sing kurang.Katergantungan ing pompa eksternal, sing asring gedhe lan larang, luwih mbatesi panggunaan ing POCT.
Sajrone wabah COVID-19, LOCC entuk akeh perhatian.Ing wektu sing padha, ana sawetara chip anyar sing nggabungake sawetara teknologi.Contone, smartphone saiki akeh digunakake minangka piranti analytics portabel lan duweni potensi gedhe kanggo integrasi LOCC.Sun et al.[21] nggawe chip mikrofluida sing ngidini multiplexing urutan asam nukleat spesifik saka limang patogen, kalebu SARS-CoV-2, nggunakake LAMP lan dianalisis nggunakake smartphone sajrone 1 jam sawise reaksi rampung.Minangka conto liyane, Sundah et al.[112] nggawe saklar molekuler [amplifikasi katalitik dening saklar negara transisi molekul (CATCH)] kanggo deteksi langsung lan sensitif target RNA SARS-CoV-2 nggunakake smartphone. CATCH kompatibel karo LOCC portabel lan entuk kinerja sing unggul (kira-kira 8 salinan RNA / μl; <1 jam ing suhu kamar) [112]. CATCH kompatibel karo LOCC portabel lan entuk kinerja sing unggul (kira-kira 8 salinan RNA / μl; <1 jam ing suhu kamar) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC и обеспечивает превосходную производительность (примерно 8 копий РНК/мклт; CATCH kompatibel karo LOCC portabel lan nyedhiyakake throughput sing apik banget (kira-kira 8 salinan RNA / µl; <1 jam ing suhu kamar) [112]. CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时）[112]. CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时）[112]. CATCH совместим с портативными LOCC и обладает превосходной производительностью (contoh 8 копий РНК/мкпл; < 1 копий РНК/мкпл; CATCH kompatibel karo LOCC portabel lan nduweni kinerja sing apik banget (kira-kira 8 salinan RNA / µl; <1 jam ing suhu kamar) [112].Kajaba iku, piranti LOCC kanggo diagnosa molekuler uga nggunakake sawetara tenaga pendorong kayata vakum, regangan, lan medan listrik.Kang et al.[113] nuduhake PCR nanoplasma-on-a-chip ultra-cepet lan cepet kanggo diagnosis COVID-19 kanthi cepet lan kuantitatif ing lapangan nggunakake chip PCR Cairan plasmonik vakum.Li et al.[114] banjur ngembangake chip mikrofluida sing didorong stretch sing bisa diagnosa COVID-19.Platform kasebut nggunakake sistem amplifikasi RT-LAMP kanggo nemtokake manawa sampel kualitatif positif utawa negatif.Salajengipun, Ramachandran et al.[115] entuk gradien medan listrik sing cocog nggunakake isotachophoresis (ITP), teknik fokus ion selektif sing ditindakake ing mikrofluida.Kanthi ITP, target RNA saka sampel swab nasopharyngeal mentah bisa diresiki kanthi otomatis.Banjur Ramachandran et al.[115] Nggabungake pemurnian ITP iki karo LAMP sing ditingkatake ITP lan tes CRISPR ndeteksi SARS-CoV-2 ing swab nasofaring manungsa lan spesimen klinis sajrone udakara 35 menit.Kajaba iku, gagasan anyar terus berkembang.Jadhav et al.[116] ngusulake skema diagnostik adhedhasar spektroskopi Raman sing ditingkatake permukaan kanthi kombinasi karo piranti mikrofluida sing ngemot nanotube karbon sing dilapisi emas / perak sing orientasi vertikal utawa mikro / nanotube electrospun.Saluran mikro saringan sing difungsiake membran bisa digunakake.Piranti kasebut nyerap virus saka macem-macem cairan / eksudasi awak kayata saliva, nasofaring lan luh.Mangkono, titer virus akeh banget lan virus kasebut bisa diidentifikasi kanthi akurat kanthi tandha Raman.
LOAD minangka platform microfluidic centrifugal ing ngendi kabeh proses dikontrol dening protokol frekuensi sing muter substrat mikrostruktur [110].Piranti LOAD ditondoi kanthi nggunakake gaya sentrifugal minangka tenaga pendorong sing penting.Cairan uga kena pengaruh kapiler, gaya Euler lan Coriolis.Nggunakake piranti centrifuge, analisa ditindakake ing operasi cairan sing terus-terusan saka radial mlebu menyang posisi njaba, ngilangi kabutuhan tabung eksternal tambahan, pompa, aktuator, lan katup aktif.Ing cendhak, cara kontrol siji nyederhanakake operasi.Pasukan sing tumindak ing cairan ing saluran mikrofluida sing padha ing jarak sing padha saka pusat beban padha, sing ndadekake bisa mbaleni struktur saluran.Mangkono, peralatan LOAD luwih prasaja lan luwih ekonomis kanggo desain lan Pabrik saka peralatan LOCC conventional, nalika reaksi umumé sawijining lan parallelized;Nanging, amarga kekuatan mechanical dhuwur saka peralatan centrifugal, kasedhiya materi chip diwatesi lan volume cilik angel.menyang mobil.Ing wektu sing padha, umume piranti LOAD dirancang kanggo panggunaan siji, sing larang kanggo deteksi skala gedhe [96, 117, 118, 119].
Ing dekade pungkasan, LOAD, sing dianggep minangka salah sawijining piranti mikrofluida sing paling njanjeni, wis entuk perhatian akeh saka peneliti lan pabrikan.Mangkono, LOAD wis ditampa kanthi wiyar lan wis digunakake kanggo diagnostik molekuler patogen infèksius [120, 121, 122, 123, 124], utamane nalika wabah COVID-19.Contone, ing pungkasan taun 2020, Ji et al.[60] nduduhake tes langsung RT-qPCR kanggo deteksi paralel kanthi cepet lan otomatis saka infeksi SARS-CoV-2 lan influenza A lan B ing spesimen swab tenggorokan.Banjur Xiong et al.[74] nampilake platform mikrofluida discoid sing terintegrasi LAMP kanggo deteksi kanthi cepet, akurat, lan simultan saka pitu coronavirus pernapasan manungsa, kalebu SARS-CoV-2, sajrone 40 menit.Ing awal 2021, de Oliveira et al.[73] nuduhake chip microfluidic centrifugal toner polystyrene, sing dioperasikake kanthi manual nganggo rotator pucuk driji, kanggo diagnosis molekuler RT-LAMP COVID-19.Salajengipun, Dignan et al.[39] nampilake microdevice centrifuge portabel otomatis kanggo pemurnian RNA SARS-CoV-2 langsung saka bagean swab buccal.Medved et al.[53] ngusulake sistem sampling aerosol SARS-CoV-2 inline kanthi chip fluoresensi mikrofluida puteran volume cilik kanthi watesan deteksi 10 salinan/μL lan ambang siklus minimal 15 menit.Suarez et al.[75] bubar nglaporake pangembangan platform mikrofluida sentrifugal modular terpadu kanggo deteksi langsung RNA SARS-CoV-2 ing conto swab nasopharyngeal sing ora aktif panas nggunakake LAMP.Conto kasebut nuduhake mupangat lan janji LOAD sing apik ing diagnostik molekuler COVID-19.
Ing taun 1945 Muller lan Clegg [125] pisanan nampilake saluran mikrofluida ing kertas nggunakake kertas saring lan parafin.Ing taun 2007, grup Whitesides [126] nggawe platform kertas fungsional pisanan kanggo tes protein lan glukosa.Kertas wis dadi substrat becik kanggo mikrofluida.Kertas kasebut nduweni sifat sing ana kayata hidrofilik lan struktur keropos, biokompatibilitas sing apik, bobot entheng, keluwesan, lipatan, biaya murah, gampang digunakake lan kepenak.µPAD klasik kalebu struktur hidrofilik/hidrofobik sing dibangun ing substrat kertas.Gumantung saka struktur telung dimensi, μPAD bisa dipérang dadi μPAD rong dimensi (2D) lan telung dimensi (3D).µPAD 2D diprodhuksi kanthi mbentuk wates hidrofobik kanggo mbentuk saluran mikrofluida, dene µPAD 3D biasane digawe saka tumpukan lapisan kertas mikrofluida 2D, kadhangkala kanthi cara lempitan kertas, teknik slip, saluran terbuka, lan pencetakan 3D [96].Cairan banyu utawa biologi ing μPAD utamane dikontrol dening gaya kapiler tanpa sumber daya eksternal, nggampangake pra-simpenan reagen, penanganan sampel, lan deteksi multipleks.Nanging, kontrol aliran akurat lan deteksi multiplex diganggu dening kacepetan deteksi, sensitivitas, lan reusability sing ora cukup [96, 127, 128, 129, 130].
Minangka platform mikrofluida sing ora biasa, μPAD wis akeh dipromosikan lan dikembangake kanggo diagnosis molekuler penyakit infèksius kayata HCV, HIV, lan SARS-CoV-2 [131, 132].Kanggo deteksi HCV sing selektif lan sensitif, Tengam et al.[133] ngembangake biosensor novel adhedhasar kertas neon nggunakake probe asam nukleat sing spesifik adhedhasar peptida pyrrolidinyl.Asam nukleat diimobilisasi sacara kovalen ing kertas selulosa sing sebagian teroksidasi kanthi alkilasi reduktif antarane gugus amino lan gugus aldehida, lan deteksi adhedhasar fluoresensi.Sinyal kasebut bisa diwaca dening gadget sing digawe khusus kanthi kamera neon portabel sing digabungake karo kamera ponsel.Salajengipun, Lu et al.[134] ngrancang elektroda fleksibel adhedhasar kertas adhedhasar nanopartikel nikel/emas/karbon nanotube/polivinil alkohol kerangka organologam komposit kanggo deteksi target HIV kanthi hibridisasi DNA nggunakake metilen biru minangka indikator redoks DNA.Paling anyar, Chowdury et al.[135] nampilake desain platform hipotetis kanggo tes µPAD titik perawatan nggunakake saliva pasien mentah kanthi kombinasi LAMP lan teknologi pencitraan portabel kanggo deteksi analit COVID-19.
Tes aliran lateral nuntun cairan kanthi gaya kapiler lan ngontrol gerakan cairan kanthi sifat wettability lan karakteristik substrat keropos utawa mikrostruktur.Piranti aliran lateral kalebu sampel, konjugat, inkubator lan deteksi, lan bantalan penyerap.Molekul asam nukleat ing LFA ngenali pengikat spesifik sing wis disimpen ing situs ikatan lan diikat minangka komplek.Nalika cairan kasebut ngliwati piring inkubasi lan deteksi, kompleks kasebut dijupuk dening molekul panangkepan sing ana ing garis tes lan kontrol, nuduhake asil sing bisa diwaca langsung menyang mata telanjang.Biasane, LFA bisa rampung ing 2-15 menit, sing luwih cepet tinimbang panemuan tradisional.Amarga mekanisme khusus, LFA mbutuhake sawetara operasi lan ora mbutuhake peralatan tambahan, sing ndadekake banget pangguna-loropaken.Iku gampang kanggo Pabrik lan miniaturize, lan biaya substrat adhedhasar kertas luwih murah.Nanging, mung digunakake kanggo analisis kualitatif, lan deteksi kuantitatif angel banget, lan kemampuan multiplexing lan throughput banget winates, lan mung siji asam nukleat cukup bisa dideteksi ing wektu [96,110,127].
Sanajan umume aplikasi LFA fokus ing immunoassays, panggunaan LFA kanggo diagnostik molekuler ing chip microfluidic uga efektif lan populer [136].Ing kasus virus hepatitis B, HIV lan SARS-CoV-2 LFA Gong et al.[137] ngusulake platform LFA nanopartikel konversi munggah lan nduduhake fleksibilitas platform miniatur lan portabel iki liwat deteksi sensitif lan kuantitatif saka macem-macem target kayata asam nukleat HBV.Kajaba iku, Fu et al.[138] nduduhake LFA novel adhedhasar spektroskopi Raman sing ditingkatake permukaan kanggo analisis kuantitatif DNA HIV-1 kanthi konsentrasi sing sithik.Kanggo deteksi SARS-CoV-2 kanthi cepet lan sensitif, Liu et al.[85] ngembangake analisis aliran lateral RPA terintegrasi mikrofluida kanthi nggabungake RT-RPA lan sistem deteksi aliran lateral universal dadi sistem mikrofluida tunggal.
Aplikasi saka macem-macem platform microfluidic beda-beda gumantung saka pasinaon tartamtu, njupuk kauntungan saka kemampuan lan kaluwihan saka platform.Kanthi katup, pompa lan saluran sing terjangkau, LOCC minangka platform paling lengkap kanggo macem-macem aplikasi lan interoperabilitas kanthi ruang paling gedhe kanggo pangembangan.Mula, kita ngarep-arep lan nyaranake supaya studi paling anyar ditindakake ing LOCC minangka upaya pertama lan supaya kahanan kasebut dioptimalake.Kajaba iku, cara sing luwih efisien lan akurat bakal ditemokake lan digunakake ing sistem kasebut.LOAD unggul ing kontrol cairan sing tepat saka piranti LOCC sing ana lan nduduhake kaluwihan unik ing drive tunggal kanthi gaya sentrifugal tanpa mbutuhake drive eksternal, dene respon paralel bisa kapisah lan disinkronake.Mangkono, ing mangsa ngarep, LOAD bakal dadi platform mikrofluida utama kanthi operasi manual sing kurang lan teknologi sing luwih diwasa lan otomatis.Platform µPAD nggabungake keuntungan saka LOCC lan bahan adhedhasar kertas kanggo diagnosa panggunaan siji sing murah.Mula, pangembangan mangsa ngarep kudu fokus marang teknologi sing trep lan mapan.Kajaba iku, LFA uga cocog kanggo deteksi mripat wuda, janji bakal nyuda konsumsi sampel lan nyepetake deteksi.Perbandingan platform rinci ditampilake ing Tabel 2.
Analisis digital mbagi sampel dadi pirang-pirang mikroreaktor, sing saben ngemot jumlah molekul target sing diskret [139, 140].Tes digital nawakake kaluwihan sing signifikan kanggo nindakake jumlah absolut kanthi nindakake ewu eksperimen biokimia paralel kanthi bebarengan lan kanthi individu ing kompartemen skala mikron tinimbang ing fase sing terus-terusan.Dibandhingake karo mikrofluida tradisional, reaksi kompartemen bisa nyuda volume sampel, nambah efisiensi reaksi, lan gampang digabungake karo metode analitis liyane tanpa mbutuhake saluran, pompa, katup, lan desain kompak [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147] .Rong cara ing ngisor iki digunakake ing tes digital kanggo entuk pamisahan sing seragam lan akurat saka solusi, kalebu reagen lan conto kayata sel, asam nukleat, lan partikel utawa molekul liyane: (1) nyelehake emulsi sing ngeksploitasi ketidakstabilan antarmuka cair;(2) divisi array ditindakake kanthi watesan geometris piranti kasebut.Ing cara kapisan, tetesan sing ngemot reagen lan conto ing saluran mikro bisa digawe kanthi cara pasif kayata co-current, crossflow, fokus aliran, emulsifikasi bertahap, emulsifikasi microchannel, lan membran liwat gaya geser kenthel lan emulsifikasi kanthi owah-owahan saluran.lokalisasi [143, 145, 146, 148, 149] utawa nggunakake cara aktif [150, 151], sing ngenalake energi tambahan liwat kontrol listrik, magnetik, termal lan mekanik.Ing pendekatan sing terakhir, keseragaman volume cairan paling apik ing kamar mikrofluida dituduhake kanthi njaga struktur spasial kanthi ukuran sing padha, kayata micropits lan susunan permukaan [152,153,154].Utamane, tetesan minangka bagean aliran utama sing uga bisa diasilake lan dimanipulasi ing susunan elektroda adhedhasar mikrofluida digital (DMF).Electrowetting dielektrik minangka salah sawijining teori DMF sing paling ditliti, amarga electrowetting dielektrik ngidini manipulasi sing tepat saka tetes individu, ngontrol wujud sinyal listrik cair lan asimetris sing ngliwati sisi sing beda [141, 144].Operasi utama karo tetesan ing DMF kalebu ngurutake, pamisah, lan gabung [151, 155, 156], sing bisa ditrapake ing macem-macem bidang analisis, utamane ing deteksi molekuler [157, 158, 159].
Deteksi asam nukleat digital minangka teknologi diagnostik molekuler generasi katelu sawise PCR konvensional lan PCR wektu nyata kuantitatif (qPCR), sejajar karo urutan throughput dhuwur lan biopsi cair.Ing rong dekade pungkasan, asam nukleat digital wis dikembangake kanthi cepet ing bidang diagnostik molekuler patogen infèksius [160, 161, 162].Kuantifikasi mutlak deteksi asam nukleat digital diwiwiti kanthi ngemas conto lan reagen menyang kompartemen individu kanggo mesthekake yen saben urutan target nduweni kemungkinan sing padha kanggo mlebu saben kompartemen individu.Secara teoritis, saben bagean bisa diwenehi pirang-pirang urutan target, utawa ora ana sistem microreaction independen.Liwat macem-macem mekanisme sensing sing diterangake ing ndhuwur, kompartemen kanthi urutan target mikroba sing ngasilake sinyal ing ndhuwur ambang tartamtu bisa digambarake kanthi mripat langsung utawa mesin lan diwenehi label positif, dene kompartemen liyane sing ngasilake sinyal ing ngisor ambang kasebut diwenehi label positif. .negatif, kang nggawe sinyal kanggo saben bagean boolean.Mangkono, kanthi ngitung jumlah kompartemen sing digawe lan tingkat asil positif sawise reaksi, salinan asli saka conto tes bisa dicocogake nggunakake rumus distribusi Poisson tanpa perlu kurva standar, sing dibutuhake kanggo analisis kuantitatif rutin kayata. minangka qPCR.[163] Dibandhingake karo metode diagnostik molekuler tradisional, deteksi asam nukleat digital nduweni tingkat otomatisasi sing luwih dhuwur, kecepatan lan sensitivitas analisis sing luwih dhuwur, reagen sing luwih sithik, kontaminasi sing luwih murah, lan desain lan manufaktur sing luwih gampang.Amarga alasan kasebut, panggunaan tes digital, utamane metode berbasis drop, kanggo diagnostik molekuler, nggabungake teknik amplifikasi lan maca sinyal, wis diteliti kanthi apik sajrone wabah kritis SARS-CoV-2.Contone, Yin et al.[164] gabungan cara digital droplet lan PCR cepet kanggo ndeteksi gen ORF1ab, N, lan RNase P ing SARS-CoV-2 ing chip mikrofluida.Utamane, sistem kasebut bisa ngenali sinyal positif sajrone 115 detik, sing luwih cepet tinimbang PCR konvensional, sing nuduhake efektifitas ing deteksi titik perawatan (Gambar 7a).Dong et al.[165], Sow et al.[157], Chen et al.[166] lan Alteri et al.[167] uga ngetrapake PCR digital droplet (ddPCR) kanggo ndeteksi SARS-CoV-2 ing sistem mikrofluida kanthi asil sing nyengsemake.Kanggo luwih nambah tingkat deteksi, Shen et al.[168] entuk pencitraan chip adhedhasar ddPCR sajrone 15 detik tanpa nggunakake teknik jahitan gambar, nyepetake proses teknologi ddPCR saka laboratorium menyang aplikasi.Ora mung cara amplifikasi termal kayata PCR sing ditrapake, nanging uga cara amplifikasi isotermal digunakake kanggo nyederhanakake kahanan reaksi lan respon cepet.Lu et al.[71] ngembangake SlipChip kanggo analisis tetesan, sing bisa ngasilake tetesan saka macem-macem ukuran kanthi kapadhetan dhuwur ing siji langkah lan ngitung asam nukleat SARS-CoV-2 nggunakake LAMP digital (Gambar 7b).Minangka teknologi sing berkembang kanthi cepet, CRISPR uga bisa nduweni peran penting ing deteksi asam nukleat digital liwat pencitraan kolorimetri sing trep tanpa perlu noda asam nukleat tambahan.Ackerman et al.ngembangake reaksi matriks kombinatorial kanggo evaluasi multipleks asam nukleat.[158] ndeteksi 169 virus sing ana gandhengane karo manungsa, kalebu SARS-CoV-2, ing tetesan sing ngemot reagen deteksi asam nukleat berbasis CRISPR-Cas13 ing uji microwell (Gambar 7c).Kajaba iku, amplifikasi isotermal lan teknologi CRISPR bisa digunakake ing sistem sing padha kanggo nggabungake keuntungan saka loro kasebut.Park et al.[169] Uji digital CRISPR/Cas12a dikembangake ing chip mikrofluida komersial kanggo ndeteksi SARS-CoV-2 sing diekstrak lan dipateni panas adhedhasar RT-RPA siji-tataran kanthi deteksi sinyal-kanggo-latar mburi sing luwih cendhek lan luwih dhuwur. rasio wektu., rentang dinamis sing luwih akeh lan sensitivitas sing luwih apik (Gambar 7d).Sawetara katrangan saka conto kasebut diwenehi ing Tabel 3.
Platform digital khas kanggo deteksi asam nukleat.a Alur kerja PCR digital kanthi cepet dumadi saka patang langkah kunci: persiapan sampel, distribusi campuran reaksi, proses amplifikasi, lan kuantifikasi target (diadaptasi saka [164]).b Skema sing nuduhake analisis tetesan SlipChip kanggo pembentukan tetesan kanthi kapadhetan dhuwur (diadaptasi saka [71]).c diagram alur kerja CARMEN-Cas13 (diadaptasi saka [158]).d Ringkesan deteksi virus digital canggih kanthi CRISPR/Cas ing siji pot (diadaptasi saka [169]).W/O water-in-oil, polydimethylsiloxane PDMS, PCR polymerase chain reaction, DAQ data collection, PID proportional integral derivative, CARMEN combinatorial matrix reaction for multiplex nucleic acid evaluation, SARS-CoV-2, sindrom pernapasan akut parah, coronavirus 2 , RT Amplifikasi saka reverse transcriptase recombinase polymerase-RPA, sinyal S/B ing latar mburi