Terima kasih kerana melawat www.chinacdoe.com.Versi penyemak imbas yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan menjadikan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Sistem lab-on-a-chip dengan keupayaan di tapak menawarkan potensi untuk diagnosis yang cepat dan tepat dan berguna dalam tetapan terhad sumber di mana peralatan bioperubatan dan profesional terlatih tidak tersedia.Walau bagaimanapun, mewujudkan sistem ujian titik penjagaan yang pada masa yang sama mempunyai semua ciri yang diperlukan untuk pendispensan berbilang fungsi, pelepasan atas permintaan, prestasi yang boleh dipercayai dan penyimpanan reagen jangka panjang kekal sebagai cabaran utama.Di sini kami menerangkan teknologi suis perjalanan mikro yang digerakkan tuas yang boleh memanipulasi cecair ke mana-mana arah, memberikan tindak balas yang tepat dan berkadar kepada tekanan udara yang dikenakan, dan kekal stabil terhadap pergerakan dan getaran secara tiba-tiba.Berdasarkan teknologi, kami juga menerangkan pembangunan sistem tindak balas rantai polimerase yang mengintegrasikan pengenalan reagen, pencampuran dan fungsi tindak balas semua dalam satu proses, yang mencapai prestasi "sampel-dalam-jawab-keluar" untuk semua sampel hidung klinikal daripada 18 pesakit dengan Influenza dan 18 kawalan individu, dalam kesesuaian intensiti pendarfluor yang baik dengan tindak balas rantai polimerase standard (pekali Pearson > 0.9).Berdasarkan teknologi, kami juga menerangkan pembangunan sistem tindak balas rantai polimerase yang mengintegrasikan pengenalan reagen, pencampuran dan fungsi tindak balas semua dalam satu proses, yang mencapai prestasi "sampel-dalam-jawab-keluar" untuk semua sampel hidung klinikal daripada 18 pesakit dengan Influenza dan 18 kawalan individu, dalam kesesuaian intensiti pendarfluor yang baik dengan tindak balas rantai polimerase standard (pekali Pearson > 0.9).Основываясь на этой технологии, мы также описываем разработку системы полимеразной цепной реакции, которая объединяет функции введения реагентов, смешивания и реакции в одном процессе, что обеспечивает выполнение «образец-в-ответ-выход» для всех клинических образцов из носа от 18 пациентов с Грипп и 18 отдельных контролей, в хорошем соответствии интенсивности флуоресреценции со стандартной полимеразпной полимеразноисти Пирсона> 0,9).Berdasarkan teknologi ini, kami juga menerangkan pembangunan sistem tindak balas rantai polimerase yang menggabungkan fungsi menyuntik, mencampur dan bertindak balas dalam satu proses, membolehkan sampel masuk-tindak balas-keluar untuk semua spesimen hidung klinikal daripada 18 pesakit influenza.dan 18 kawalan individu, dalam persetujuan yang baik dengan keamatan pendarfluor tindak balas rantai polimerase standard (pekali Pearson > 0.9).Berdasarkan teknologi ini, kami juga menerangkan pembangunan sistem tindak balas rantai polimerase yang menyepadukan fungsi suntikan, pencampuran dan tindak balas reagen untuk menganalisis semua spesimen hidung klinikal daripada 18 spesimen pesakit hidung dalam sampel. Influenza dan 18 kawalan individu, keamatan pendarfluor dipadankan baik dengan tindak balas rantai polimerase piawai (pekali Pearson > 0.9).Platform yang dicadangkan menjamin automasi analisis bioperubatan yang boleh dipercayai dan dengan itu boleh mempercepatkan pengkomersilan pelbagai peranti ujian tempat penjagaan.
Penyakit manusia yang baru muncul, seperti pandemik COVID-19 2020 yang telah meragut nyawa berjuta-juta orang, menimbulkan ancaman serius kepada kesihatan global dan tamadun manusia1.Pengesanan awal, cepat dan tepat penyakit adalah penting untuk mengawal penyebaran virus dan meningkatkan hasil rawatan.Ekosistem diagnostik teras berdasarkan makmal berpusat di mana sampel ujian dihantar ke hospital atau klinik diagnostik dan dikendalikan oleh profesional kini mengehadkan akses untuk hampir 5.8 bilion orang di seluruh dunia, terutamanya mereka yang tinggal dalam tetapan terhad sumber.di mana terdapat kekurangan peralatan bioperubatan yang mahal dan pakar yang berkelayakan.doktor 2. Oleh itu, terdapat keperluan mendesak untuk membangunkan sistem makmal pada cip yang murah dan mesra pengguna dengan keupayaan ujian titik penjagaan (POCT) yang boleh menyediakan maklumat diagnostik yang tepat pada masanya kepada doktor untuk membuat keputusan diagnosis termaklum. .dan rawatan 3.
Garis panduan Pertubuhan Kesihatan Sedunia (WHO) menyatakan bahawa POCT yang ideal harus berpatutan, mesra pengguna (mudah digunakan dengan latihan minimum), tepat (elakkan negatif palsu atau positif palsu), cepat dan boleh dipercayai (menyediakan sifat kebolehulangan yang baik), dan boleh dihantar ( mampu storan jangka panjang dan sedia untuk pengguna akhir)4.Untuk memenuhi keperluan ini, sistem POCT mesti menyediakan ciri berikut: dos serba boleh untuk mengurangkan campur tangan manual, pelepasan atas permintaan untuk skala pengangkutan reagen untuk keputusan ujian yang tepat, dan prestasi yang boleh dipercayai untuk menahan getaran persekitaran.Pada masa ini, peranti POCT yang paling banyak digunakan ialah jalur aliran sisi5,6 yang terdiri daripada beberapa lapisan membran nitroselulosa berliang yang menolak sejumlah kecil sampel ke hadapan, bertindak balas dengan reagen pra-alih oleh daya kapilari.Walaupun mereka mempunyai kelebihan kos rendah, kemudahan penggunaan dan keputusan pantas, peranti POCT berasaskan jalur aliran hanya boleh digunakan untuk ujian biologi (cth, ujian glukosa7,8 dan ujian kehamilan9,10) tanpa memerlukan analisis berbilang peringkat.tindak balas (cth pemuatan pelbagai reagen, pencampuran, pemultipleksan).Di samping itu, daya penggerak yang mengawal pergerakan bendalir (iaitu, daya kapilari) tidak memberikan ketekalan yang baik, terutamanya antara kelompok, mengakibatkan kebolehulangan yang lemah11 dan menjadikan jalur aliran sisi berguna terutamanya untuk pengesanan yang baik12,13.
Keupayaan pembuatan yang diperluaskan pada skala mikro dan nano telah mewujudkan peluang untuk pembangunan peranti POCT mikrobendalir untuk pengukuran kuantitatif14,15,16,17.Dengan melaraskan sifat antara muka 18, 19 dan geometri saluran 20, 21, 22, daya kapilari dan kadar aliran peranti ini boleh dikawal.Walau bagaimanapun, kebolehpercayaan mereka, terutamanya untuk cecair yang sangat dibasahi, masih tidak boleh diterima kerana ketidaktepatan pembuatan, kecacatan bahan dan kepekaan terhadap getaran persekitaran.Di samping itu, oleh kerana aliran kapilari dicipta pada antara muka cecair-gas, tiada aliran tambahan boleh diperkenalkan, terutamanya selepas mengisi saluran mikrobendalir dengan cecair.Oleh itu, untuk pengesanan yang lebih kompleks, beberapa langkah suntikan sampel mesti dilakukan24,25.
Antara peranti mikrobendalir, peranti mikrobendalir emparan kini merupakan salah satu penyelesaian terbaik untuk POCT26,27.Mekanisme pemacunya adalah berfaedah kerana daya penggerak boleh dikawal dengan melaraskan kelajuan putaran.Walau bagaimanapun, kelemahannya ialah daya emparan sentiasa diarahkan ke tepi luar peranti, menjadikannya sukar untuk melaksanakan tindak balas berbilang langkah yang diperlukan untuk analisis yang lebih kompleks.Walaupun daya penggerak tambahan (cth kapilari 28, 29 dan lain-lain lagi 30, 31, 32, 33, 34, 35) sebagai tambahan kepada daya emparan diperkenalkan untuk dos pelbagai fungsi, pemindahan cecair yang tidak dijangka masih boleh berlaku kerana daya tambahan ini secara amnya adalah tertib. magnitud lebih rendah daripada daya emparan, menjadikannya hanya berkesan pada julat operasi kecil atau tidak tersedia atas permintaan dengan pelepasan cecair.Menggabungkan manipulasi pneumatik ke dalam mikrobendalir emparan seperti kaedah kinetik emparan 36, 37, 38, kaedah termopneumatik 39 dan kaedah pneumatik aktif 40 telah terbukti sebagai alternatif yang menarik.Dengan pendekatan counterfugodynamic, rongga tambahan dan saluran mikro penyambung disepadukan ke dalam peranti untuk tindakan luaran dan dalaman, walaupun kecekapan pengepamannya (dalam julat dari 75% hingga 90%) sangat bergantung pada bilangan kitaran pengepaman dan kelikatan. daripada cecair.Dalam kaedah termopneumatik, membran lateks dan ruang pemindahan bendalir direka khusus untuk mengelak atau membuka semula salur masuk apabila isipadu udara yang terperangkap dipanaskan atau disejukkan.Walau bagaimanapun, persediaan pemanasan/penyejukan memperkenalkan masalah tindak balas perlahan dan mengehadkan penggunaannya dalam ujian termosensitif (cth, penguatan tindak balas rantai polimerase (PCR).Dengan pendekatan pneumatik yang aktif, pelepasan atas permintaan dan pergerakan masuk dicapai melalui penggunaan serentak tekanan positif dan kelajuan putaran yang dipadankan dengan tepat oleh motor berkelajuan tinggi.Terdapat pendekatan lain yang berjaya menggunakan hanya penggerak pneumatik (tekanan positif 41, 42 atau tekanan negatif 43) dan reka bentuk injap yang biasanya tertutup.Dengan menggunakan tekanan berturut-turut dalam ruang pneumatik, cecair dipam ke hadapan secara peristaltik, dan injap yang biasanya tertutup menghalang aliran balik cecair akibat peristalsis, dengan itu merealisasikan operasi cecair yang kompleks.Walau bagaimanapun, pada masa ini hanya terdapat sebilangan terhad teknologi mikrobendalir yang boleh melaksanakan operasi cecair kompleks dalam satu peranti POCT, termasuk pendispensan berbilang fungsi, pelepasan atas permintaan, prestasi yang boleh dipercayai, penyimpanan jangka panjang, pengendalian cecair kelikatan tinggi, dan pembuatan kos efektif.Semua pada masa yang sama.Kekurangan operasi fungsi berbilang langkah juga mungkin menjadi salah satu sebab mengapa hanya beberapa produk POCT komersial seperti Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat, dan Rhonda telah berjaya diperkenalkan di pasaran terbuka setakat ini.
Dalam kertas ini, kami mencadangkan penggerak mikrofluidik pneumatik berdasarkan teknologi suis mikro gelang hijau (FAST).FAST menggabungkan semua sifat yang diperlukan pada masa yang sama untuk pelbagai reagen dari mikroliter hingga mililiter.FAST terdiri daripada membran elastik, tuas dan blok.Tanpa penggunaan tekanan udara, membran, tuas dan blok boleh ditutup rapat dan cecair di dalamnya boleh disimpan untuk masa yang lama.Apabila tekanan yang sesuai dikenakan dan dilaraskan kepada panjang tuil, diafragma mengembang dan menolak tuil ke kedudukan terbuka, membenarkan bendalir melaluinya.Ini membolehkan pemeteran cecair pelbagai fungsi secara berlata, serentak, berurutan atau selektif.
Kami telah membangunkan sistem PCR menggunakan FAST untuk menjana keputusan tindak balas dalam sampel untuk pengesanan virus influenza A dan B (IAV dan IBV).Kami mencapai had pengesanan (LOD) yang lebih rendah sebanyak 102 salinan/mL, ujian multipleks kami menunjukkan kekhususan untuk IAV dan IBV dan membenarkan patotaip virus influenza.Keputusan ujian klinikal menggunakan sampel swab hidung daripada 18 pesakit dan 18 individu yang sihat menunjukkan keselarasan yang baik dalam intensiti pendarfluor dengan RT-PCR standard (pekali Pearson > 0.9).Keputusan ujian klinikal menggunakan sampel swab hidung daripada 18 pesakit dan 18 individu yang sihat menunjukkan keselarasan yang baik dalam intensiti pendarfluor dengan RT-PCR standard (pekali Pearson > 0.9).Результаты клинических испытаний с использованием образца мазка из носа dari 18 пациентов dan 18 здоровых лицитка по лет нтенсивности флуоресценции стандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).Keputusan ujian klinikal menggunakan sampel swab hidung daripada 18 pesakit dan 18 individu yang sihat menunjukkan persetujuan yang baik antara intensiti pendarfluor RT-PCR standard (pekali Pearson > 0.9).0.9） . . . . . . . . . . . . . . . . Результати клинических испытаний с использованием образцов назальных мазков от 18 пациентов и 18 здоровых лит жду интенсивностью флуоресценции и стандартной ОТ-ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).Keputusan ujian klinikal menggunakan spesimen swab hidung daripada 18 pesakit dan 18 individu sihat menunjukkan persetujuan yang baik antara intensiti pendarfluor dan standard RT-PCR (pekali Pearson > 0.9).Anggaran kos bahan bagi peranti FAST-POCT adalah lebih kurang AS$1 (Jadual Tambahan 1) dan boleh dikurangkan lagi dengan menggunakan kaedah pembuatan berskala besar (cth pengacuan suntikan).Malah, peranti POCT berasaskan FAST mempunyai semua ciri yang diperlukan yang dimandatkan oleh WHO dan serasi dengan kaedah ujian biokimia baharu seperti kitaran haba plasma44, immunoassays45 tanpa amplifikasi dan ujian kefungsian badan nano46 yang merupakan tulang belakang sistem POCT.kemungkinan.
Pada rajah.1a menunjukkan struktur platform FAST-POCT, yang terdiri daripada empat ruang cecair: ruang pra-penyimpanan, ruang campuran, ruang tindak balas dan ruang sisa.Kunci kepada kawalan aliran bendalir ialah reka bentuk FAST (terdiri daripada membran elastik, tuas dan blok) yang terletak di dalam ruang pra-penyimpanan dan ruang pencampuran.Sebagai kaedah yang digerakkan secara pneumatik, reka bentuk FAST menyediakan kawalan aliran bendalir yang tepat, termasuk pensuisan tertutup/terbuka, dos serba boleh, pelepasan cecair atas permintaan, operasi yang boleh dipercayai (cth, ketidakpekaan terhadap getaran persekitaran), dan penyimpanan jangka panjang.Platform FAST-POCT terdiri daripada empat lapisan: lapisan belakang, lapisan filem elastik, lapisan filem plastik dan lapisan penutup, seperti yang ditunjukkan dalam paparan yang diperbesarkan dalam Rajah 1b (juga ditunjukkan secara terperinci dalam Rajah Tambahan S1 dan S2 ).Semua saluran dan ruang pengangkutan bendalir (seperti pra-penyimpanan dan ruang tindak balas) dibenamkan dalam substrat PLA (asid polilaktik) antara 0.2 mm (bahagian paling nipis) hingga 5 mm tebal.Bahan filem elastik ialah PDMS setebal 300 µm yang mudah mengembang apabila tekanan udara dikenakan kerana "ketebalan nipis" dan modulus keanjalannya yang rendah (kira-kira 2.25 MPa47).Lapisan filem polietilena diperbuat daripada polietilena tereftalat (PET) dengan ketebalan 100 µm untuk melindungi filem elastik daripada ubah bentuk yang berlebihan akibat tekanan udara.Sepadan dengan ruang, lapisan substrat mempunyai tuas yang disambungkan ke lapisan penutup (diperbuat daripada PLA) dengan engsel untuk mengawal aliran cecair.Filem elastik itu dilekatkan pada lapisan belakang menggunakan pita pelekat dua sisi (ARseal 90880) dan ditutup dengan filem plastik.Tiga lapisan telah dipasang pada substrat menggunakan reka bentuk T-klip dalam lapisan penutup.Pengapit T mempunyai jurang antara dua kaki.Apabila klip dimasukkan ke dalam alur, kedua-dua kaki dibengkokkan sedikit, kemudian kembali ke keadaan asalnya dan mengikat ketat penutup dan belakang semasa ia melalui alur (Tambahan Rajah S1).Empat lapisan kemudiannya dipasang menggunakan penyambung.
Gambarajah skematik platform yang menggambarkan pelbagai petak fungsi dan ciri FAST.b Diagram diperbesarkan platform FAST-POCT.c Foto platform di sebelah syiling suku dolar AS.
Mekanisme kerja platform FAST-POCT ditunjukkan dalam Rajah 2. Komponen utama ialah blok pada lapisan asas dan engsel pada lapisan penutup, yang menghasilkan reka bentuk gangguan apabila empat lapisan dipasang menggunakan bentuk T. .Apabila tiada tekanan udara dikenakan (rajah 2a), kesesuaian gangguan menyebabkan engsel bengkok dan berubah bentuk, dan daya pengedap dikenakan melalui tuil untuk menekan filem elastik terhadap blok, dan cecair dalam rongga kedap ditakrifkan. sebagai keadaan tertutup.Perlu diingatkan bahawa dalam keadaan ini, tuil dibengkokkan ke luar, seperti yang ditunjukkan dalam pandangan sisi dalam Rajah 2a.Apabila udara dibekalkan (Rajah 2b), membran elastik mengembang ke luar ke arah penutup dan menolak tuil ke atas, sekali gus membuka jurang antara tuil dan blok untuk cecair mengalir ke ruang seterusnya, yang ditakrifkan sebagai keadaan terbuka .Selepas pelepasan tekanan udara, tuil boleh kembali ke kedudukan asalnya dan kekal ketat kerana keanjalan engsel.Video pergerakan tuil dipersembahkan dalam filem tambahan S1.
A. Gambar rajah skematik dan gambar apabila ditutup.Sekiranya tiada tekanan, tuil menekan membran terhadap blok, dan cecair dimeteraikan.b Dalam keadaan baik.Apabila tekanan dikenakan, membran mengembang dan menolak tuil ke atas, jadi saluran terbuka dan bendalir boleh mengalir.c Tentukan saiz ciri tekanan kritikal.Dimensi ciri termasuk panjang tuil (L), jarak antara gelangsar dan engsel (l) dan ketebalan tonjolan tuil (t).Fs ialah daya pemadatan pada titik pendikit B. q ialah beban teragih seragam pada tuil.Tx* mewakili tork yang dihasilkan oleh tuil berengsel.Tekanan kritikal ialah tekanan yang diperlukan untuk menaikkan tuil dan membuat aliran bendalir.d Keputusan teori dan eksperimen tentang hubungan antara tekanan kritikal dan saiz unsur.n = 6 eksperimen bebas telah dilakukan dan data ditunjukkan sebagai ± sisihan piawai.Data mentah dibentangkan sebagai fail data mentah.
Model analisis berdasarkan teori rasuk telah dibangunkan untuk menganalisis pergantungan Pc tekanan kritikal di mana jurang terbuka pada parameter geometri (contohnya, L ialah panjang tuil, l ialah jarak antara blok dan engsel, S ialah tuil Kawasan sentuhan dengan cecair t ialah ketebalan tonjolan tuil, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2c).Seperti yang diperincikan dalam Nota Tambahan dan Rajah Tambahan S3, jurang terbuka apabila \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), dengan Fs ialah tork \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\) untuk menghapuskan daya yang berkaitan dengan padanan gangguan dan menyebabkan engsel bengkok.Tindak balas eksperimen dan model analitik menunjukkan persetujuan yang baik (Rajah 2d), menunjukkan bahawa tekanan kritikal Pc meningkat dengan peningkatan t/l dan penurunan L, yang mudah dijelaskan oleh model rasuk klasik, iaitu tork meningkat dengan t/Lift .Oleh itu, analisis teori kami dengan jelas menunjukkan bahawa tekanan kritikal boleh dikawal dengan berkesan dengan melaraskan panjang tuil L dan nisbah t/l, yang menyediakan asas penting untuk reka bentuk platform FAST-POCT.
Platform FAST-POCT menyediakan pendispensan berbilang fungsi (ditunjukkan dalam Rajah 3a dengan inset dan eksperimen), yang merupakan ciri terpenting POCT yang berjaya, di mana cecair boleh mengalir ke mana-mana arah dan dalam sebarang susunan (lata, serentak, berjujukan) atau berbilang saluran terpilih mendispens .– fungsi dos.Pada rajah.3a(i) menunjukkan mod dos melata di mana dua atau lebih ruang dilantun menggunakan blok untuk memisahkan pelbagai bahan tindak balas dan tuil untuk mengawal keadaan terbuka dan tertutup.Apabila tekanan dikenakan, cecair mengalir dari ruang atas ke ruang bawah dengan cara lata.Perlu diingatkan bahawa ruang lata boleh diisi dengan bahan kimia basah atau bahan kimia kering seperti serbuk lyophilized.Dalam eksperimen dalam Rajah 3a(i), dakwat merah dari ruang atas mengalir bersama serbuk pewarna biru (kuprum sulfat) ke dalam ruang kedua dan bertukar menjadi biru tua apabila ia sampai ke ruang bawah.Ia juga menunjukkan tekanan kawalan untuk bendalir yang dipam.Begitu juga, apabila satu tuil disambungkan kepada dua ruang, ia menjadi mod suntikan serentak, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.3a(ii), di mana cecair boleh diagihkan secara seragam ke atas dua atau lebih ruang apabila tekanan dikenakan.Oleh kerana tekanan kritikal bergantung pada panjang tuil, panjang tuil boleh dilaraskan untuk mencapai corak suntikan berurutan seperti yang ditunjukkan dalam rajah.3a(iii).Tuas panjang (dengan tekanan kritikal Pc_long) disambungkan ke ruang B dan tuas pendek (dengan tekanan kritikal Pc_short > Pc_long) disambungkan ke ruang A. Apabila tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) digunakan, hanya cecair berwarna merah boleh mengalir ke ruang B dan apabila tekanan dinaikkan kepada P2 (> Pc_short), cecair biru boleh mengalir ke ruang A. Mod suntikan berurutan ini terpakai kepada cecair berbeza yang dipindahkan ke ruang berkaitannya dalam urutan, yang penting untuk POCT yang berjaya. peranti.Tuas panjang (dengan tekanan kritikal Pc_long) disambungkan ke ruang B dan tuas pendek (dengan tekanan kritikal Pc_short > Pc_long) disambungkan ke ruang A. Apabila tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) digunakan, hanya cecair berwarna merah boleh mengalir ke ruang B dan apabila tekanan dinaikkan kepada P2 (> Pc_short), cecair biru boleh mengalir ke ruang A. Mod suntikan berurutan ini terpakai kepada cecair berbeza yang dipindahkan ke ruang berkaitannya dalam urutan, yang penting untuk POCT yang berjaya. peranti.Длинный рычаг (с критическим давлением Pc_long) был соединен с камерой B, а короткий рычаг (с критическим да >вление) ен с камерой A. При приложении давления P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) только жидкость, выделенная красным может течь в камеру B, и когда давление было увеличено до P2 (> Pc_short), синяя жидкость может течь в камеру A. Эот телемим няется к различным жидкостям, последовательно перемещаемым в соответствующие камеры, что имеет решаючяние POST.Tuas panjang (dengan tekanan kritikal Pc_long) disambungkan ke ruang B, dan tuas pendek (dengan tekanan kritikal Pc_short > Pc_long) disambungkan ke ruang A. Apabila tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) digunakan, hanya cecair yang diserlahkan dalam warna merah boleh mengalir ke dalam ruang B, dan apabila tekanan telah ditingkatkan kepada P2 (> Pc_short), cecair biru boleh mengalir ke dalam ruang A. Mod suntikan berurutan ini digunakan untuk cecair berbeza yang dipindahkan secara berurutan ke ruang masing-masing, yang penting. untuk POCT yang berjaya.peranti. Длинный рычаг (критическое давление Pc_long) соединен с камерой B, а короткий рычаг (критическое давление Pc_long) соединен с камерой B, а короткий рычаг (критическое давление Pc_long) pendek > Pc.Lengan panjang (tekanan kritikal Pc_long) disambungkan ke ruang B dan lengan pendek (tekanan kritikal Pc_short > Pc_long) disambungkan ke ruang A.При приложении давления P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) в камеру B может поступать только красная жидкость, а при увеличдолид) еру A может поступать синяя жидкость.Apabila tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) digunakan, hanya cecair merah boleh memasuki ruang B, dan apabila tekanan dinaikkan kepada P2 (> Pc_short), cecair biru boleh memasuki ruang A. Mod suntikan berurutan ini sesuai untuk pemindahan berurutan pelbagai cecair ke dalam ruang masing-masing, yang penting untuk kejayaan operasi peranti POCT.Rajah 3a(iv) menunjukkan mod suntikan terpilih, di mana ruang utama mempunyai pendek (dengan tekanan kritikal Pc_short) dan tuas panjang (dengan tekanan kritikal Pc_long < Pc_short) yang masing-masing disambungkan ke ruang A dan ruang B, sebagai tambahan. ke saluran udara lain yang disambungkan ke ruang B. Untuk memindahkan cecair ke ruang A terlebih dahulu, tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1) dengan P1 + P2 > Pc_short telah digunakan pada peranti pada masa yang sama.Rajah 3a(iv) menunjukkan mod suntikan terpilih, di mana ruang utama mempunyai pendek (dengan tekanan kritikal Pc_short) dan tuas panjang (dengan tekanan kritikal Pc_long < Pc_short) yang masing-masing disambungkan ke ruang A dan ruang B, sebagai tambahan. ke saluran udara lain yang disambungkan ke ruang B. Untuk memindahkan cecair ke ruang A terlebih dahulu, tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1) dengan P1 + P2 > Pc_short telah digunakan pada peranti pada masa yang sama.Pada rajah.3а(iv) показан режим селективного впрыска, при котором основная камера имела короткий (с критическим давлением давлением давлением давлением Pc_short ским давлением Pc_long < Pc_short), которые дополнительно соединялись с камерой A и камерой B соответственно.3a(iv) menunjukkan mod suntikan terpilih, di mana ruang utama mempunyai pendek (dengan tekanan kritikal Pc_short) dan tuas panjang (dengan tekanan kritikal Pc_long < Pc_short), yang juga disambungkan ke ruang A dan ruang B, masing-masing.к другому воздушному каналу, соединенному с камерой B. Чтобы сначала передать жидкость в камеру A, к устоленсдулив ение P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1), где P1 + P2 > Pc_short.ke saluran udara lain yang disambungkan ke ruang B. Untuk memindahkan bendalir ke ruang A terlebih dahulu, tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1) secara serentak digunakan pada peranti, di mana P1 + P2 > Pc_short. 3а(iv) показан режим селективного впрыска, когда основная камера имеет короткий стержень (с критическим давл_еним давл_еним (с критическим давлением Pc_long < Pc_short), соединенные с камерой A и камерой B соответственно, и в дополнение к душушозомд друшу подключенному к комнате B.3a(iv) menunjukkan mod suntikan terpilih apabila ruang utama mempunyai batang pendek (tekanan kritikal Pc_short) dan batang panjang (tekanan kritikal Pc_long < Pc_short) masing-masing disambungkan ke ruang A dan ruang B, dan sebagai tambahan kepada laluan udara lain, disambungkan ke bilik B.Oleh itu, P2 menghalang cecair daripada memasuki ruang B;Sementara itu, jumlah tekanan P1 + P2 melebihi tekanan kritikal untuk mengaktifkan tuil yang lebih pendek yang disambungkan ke ruang A untuk membolehkan cecair mengalir ke ruang A. Kemudian, apabila ruang B diperlukan untuk diisi, kita hanya perlu menggunakan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dalam ruang utama untuk mengaktifkan tuas panjang dan membenarkan cecair mengalir ke ruang B. Ia boleh diperhatikan dengan jelas dari masa t = 3 s hingga 9 s bahawa cecair dalam ruang A kekal malar semasa ia meningkat dalam ruang B apabila tekanan P1 dikenakan.Sementara itu, jumlah tekanan P1 + P2 melebihi tekanan kritikal untuk mengaktifkan tuil yang lebih pendek yang disambungkan ke ruang A untuk membolehkan cecair mengalir ke ruang A. Kemudian, apabila ruang B diperlukan untuk diisi, kita hanya perlu menggunakan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dalam ruang utama untuk mengaktifkan tuas panjang dan membenarkan cecair mengalir ke ruang B. Ia boleh diperhatikan dengan jelas dari masa t = 3 s hingga 9 s bahawa cecair dalam ruang A kekal malar semasa ia meningkat dalam ruang B apabila tekanan P1 dikenakan.Между тем, общее давление P1 + P2 превысило критическое давление, чтобы активировать более короткий рычаг, сонечаг, сонечаг волить жидкости течь в камеру A. Затем, когда требуется заполнить камеру B, нам нужно только применить P1 (Pc_long < P1 < P1 ) в основной камере, чтобы активировать длинный рычаг и дать жидкости течь в камеру B. Можно ясно ясно наблюдать , спать 9д идкость в камере A оставалась постоянной, в то время как в камере она увеличивалась.Sementara itu, jumlah tekanan P1 + P2 telah melebihi tekanan kritikal untuk mengaktifkan tuil yang lebih pendek yang disambungkan ke ruang A untuk membolehkan cecair mengalir ke ruang A. Kemudian apabila ruang B perlu diisi, kita hanya perlu menggunakan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short ) dalam ruang utama untuk mengaktifkan tuas panjang dan biarkan cecair mengalir ke dalam ruang B. Ia boleh diperhatikan dengan jelas bahawa antara t = 3 s dan 9 s cecair dalam ruang A kekal malar, manakala dalam ruang ia meningkat.B apabila tekanan P1 dikenakan.Pada masa yang sama, jumlah tekanan P1 + P2 melebihi tekanan kritikal, menggerakkan tuil yang lebih pendek menyambung ruang A, membenarkan bendalir mengalir ke ruang A.Apabila tiba masanya untuk mengisi ruang A, kami hanya menggunakan P1 di ruang utama dan P2 di ruang sekunder.Dengan cara ini, gelagat aliran boleh ditukar secara terpilih antara kamera A dan B. Gelagat aliran bagi empat mod pengedaran berbilang fungsi boleh didapati dalam filem tambahan S2.
a Ilustrasi tugasan pelbagai fungsi, iaitu (i) melata, (ii) serentak, (iii) berurutan, dan (iv) tugasan terpilih.Lengkung mewakili aliran kerja dan parameter bagi empat mod pengedaran ini.b Keputusan ujian penyimpanan jangka panjang dalam air ternyahion dan etanol.n = 5 eksperimen bebas telah dilakukan dan data ditunjukkan sebagai ± sd c.Demonstrasi ujian kestabilan apabila peranti FAST dan peranti injap kapilari (CV) berada dalam (i) keadaan statik dan (ii) bergetar.(iii) Kelantangan vs. masa untuk peranti FAST dan CV pada pelbagai frekuensi sudut.d Penerbitan keputusan ujian atas permintaan untuk (i) peranti FAST dan (ii) peranti CV.(iii) Hubungan antara volum dan masa untuk peranti FAST dan CV menggunakan mod tekanan terputus-putus.Semua bar skala, 1 cm.Data mentah disediakan sebagai fail data mentah.
Penyimpanan jangka panjang reagen ialah satu lagi ciri penting peranti POCT yang berjaya yang akan membolehkan kakitangan yang tidak terlatih mengendalikan berbilang reagen.Walaupun banyak teknologi telah menunjukkan potensinya untuk penyimpanan jangka panjang (cth, 35 mikrodispenser, 48 pek lepuh dan 49 pek kayu), petak penerima khusus diperlukan untuk menampung pakej, yang meningkatkan kos dan kerumitan;tambahan pula, mekanisme penyimpanan ini tidak membenarkan pendispensan atas permintaan dan mengakibatkan pembaziran reagen akibat sisa dalam pembungkusan.Keupayaan penyimpanan jangka panjang telah disahkan dengan menjalankan ujian hayat dipercepatkan menggunakan bahan PMMA mesin CNC kerana kekasarannya yang sedikit dan rintangan kepada resapan gas (Tambahan Rajah S5).Radas ujian telah diisi dengan air ternyahion (air ternyahion) dan 70% etanol (simulasi reagen meruap) pada suhu 65°C selama 9 hari.Kedua-dua air ternyahion dan etanol disimpan menggunakan kerajang aluminium untuk menyekat akses dari atas.Persamaan Arrhenius dan tenaga pengaktifan penembusan yang dilaporkan dalam literatur50,51 digunakan untuk mengira setara masa nyata.Pada rajah.3b menunjukkan keputusan penurunan berat badan purata untuk 5 sampel yang disimpan pada suhu 65°C selama 9 hari, bersamaan dengan 0.30% untuk air ternyahion dan 0.72% untuk 70% etanol selama 2 tahun pada 23°C.
Pada rajah.3c menunjukkan ujian getaran.Memandangkan injap kapilari (CV) ialah kaedah pengendalian bendalir yang paling popular di kalangan peranti POCT28,29 sedia ada, peranti CV 300 µm lebar dan 200 µm dalam digunakan untuk perbandingan.Dapat dilihat bahawa apabila kedua-dua peranti kekal pegun, cecair dalam platform FAST-POCT mengelak dan bendalir dalam peranti CV terkunci disebabkan oleh pengembangan saluran secara tiba-tiba, yang mengurangkan daya kapilari.Walau bagaimanapun, apabila kekerapan sudut penggetar orbit meningkat, bendalir dalam platform FAST-POCT kekal tertutup, tetapi bendalir dalam peranti CV mengalir ke ruang bawah (lihat juga Filem Tambahan S3).Ini menunjukkan bahawa engsel boleh ubah bentuk platform FAST-POCT boleh menggunakan daya mekanikal yang kuat pada modul untuk menutup rapat cecair di dalam ruang.Walau bagaimanapun, dalam peranti CV, cecair dikekalkan disebabkan oleh keseimbangan antara fasa pepejal, udara dan cecair, mewujudkan ketidakstabilan dan getaran boleh mengganggu keseimbangan dan menyebabkan kelakuan aliran yang tidak dijangka.Kelebihan platform FAST-POCT ialah ia menyediakan fungsi yang boleh dipercayai dan mengelakkan kegagalan dengan kehadiran getaran yang biasanya berlaku semasa penghantaran dan operasi.
Satu lagi ciri penting platform FAST-POCT ialah keluaran atas permintaannya, yang merupakan keperluan utama untuk analisis kuantitatif.Pada rajah.3d membandingkan keluaran atas permintaan platform FAST-POCT dan peranti CV.Daripada rajah.3d(iii) kita melihat bahawa peranti FAST bertindak balas dengan cepat kepada isyarat tekanan.Apabila tekanan dikenakan pada platform FAST-POCT, bendalir mengalir, apabila tekanan dilepaskan, aliran berhenti serta-merta (Rajah 3d(i)).Tindakan ini boleh dijelaskan oleh pengembalian cepat anjal engsel, yang menekan tuil kembali ke blok, menutup ruang.Walau bagaimanapun, bendalir terus mengalir dalam peranti CV, akhirnya menghasilkan isipadu bendalir yang tidak dijangka kira-kira 100 µl selepas tekanan dilepaskan (Rajah 3d(ii) dan Filem Tambahan S4).Ini boleh dijelaskan dengan hilangnya kesan penyepitan kapilari apabila CV lengkap selepas suntikan pertama.
Keupayaan untuk mengendalikan cecair dengan kebolehbasahan dan kelikatan yang berbeza-beza dalam peranti yang sama kekal sebagai cabaran untuk aplikasi POCT.Kebolehbasahan yang lemah boleh menyebabkan kebocoran atau kelakuan aliran lain yang tidak dijangka dalam saluran, dan peralatan sampingan seperti pembancuh vorteks, emparan dan penapis selalunya diperlukan untuk menyediakan cecair yang sangat likat 52 .Kami menguji hubungan antara tekanan kritikal dan sifat bendalir (dengan pelbagai kebolehbasahan dan kelikatan).Keputusan ditunjukkan dalam Jadual 1 dan Video S5.Ia boleh dilihat bahawa cecair kebolehbasahan dan kelikatan yang berbeza boleh dimeteraikan di dalam ruang, dan apabila tekanan dikenakan, walaupun cecair dengan kelikatan sehingga 5500 cP boleh dipindahkan ke ruang bersebelahan, menjadikannya mungkin untuk mengesan sampel dengan tinggi. kelikatan (iaitu kahak, sampel yang sangat likat digunakan untuk diagnosis penyakit pernafasan).
Dengan menggabungkan peranti pendispensan pelbagai fungsi di atas, pelbagai jenis peranti POCT berasaskan FAST boleh dibangunkan.Satu contoh ditunjukkan dalam Rajah 1. Loji itu mengandungi ruang pra-penyimpanan, ruang campuran, ruang tindak balas dan ruang sisa.Reagen boleh disimpan di dalam ruang pra-penyimpanan untuk jangka masa yang lama dan kemudian dilepaskan ke dalam ruang pencampuran.Dengan tekanan yang betul, bahan tindak balas campuran boleh dipindahkan secara selektif ke ruang sisa atau ruang tindak balas.
Oleh kerana pengesanan PCR ialah standard emas untuk mengesan patogen seperti H1N1 dan COVID-19 dan melibatkan berbilang langkah tindak balas, kami menggunakan platform FAST-POCT untuk pengesanan PCR sebagai aplikasi.Pada rajah.4 menunjukkan proses ujian PCR menggunakan platform FAST-POCT.Mula-mula, reagen eluting, reagen microbead magnet, larutan basuh A, dan larutan basuh W masing-masing dipipet ke dalam ruang pra-penyimpanan E, M, W1 dan W2.Peringkat penjerapan RNA ditunjukkan dalam rajah.4a dan adalah seperti berikut: (1) apabila tekanan P1 (=0.26 bar) dikenakan, sampel bergerak ke dalam ruang M dan dilepaskan ke dalam ruang campuran.(2) Tekanan udara P2 (= 0.12 bar) dibekalkan melalui port A yang disambungkan ke bahagian bawah ruang pembancuh.Walaupun beberapa kaedah bancuhan telah menunjukkan potensinya dalam mencampurkan cecair pada platform POCT (cth bancuhan serpentin 53, bancuhan rawak 54 dan batch batch 55), kecekapan dan keberkesanan bancuhannya masih tidak memuaskan.Ia menggunakan kaedah pencampuran gelembung, di mana udara dimasukkan ke dalam bahagian bawah ruang pencampuran untuk mencipta buih dalam cecair, selepas itu pusaran yang kuat boleh mencapai pencampuran lengkap dalam beberapa saat.Eksperimen pencampuran gelembung telah dijalankan dan hasilnya dibentangkan dalam Rajah Tambahan S6.Ia boleh dilihat bahawa apabila tekanan 0.10 bar digunakan, pencampuran lengkap mengambil masa kira-kira 8 saat.Dengan meningkatkan tekanan kepada 0.20 bar, pencampuran lengkap dicapai dalam kira-kira 2 saat.Kaedah untuk mengira kecekapan pencampuran dibentangkan dalam bahagian Kaedah.(3) Gunakan magnet rubidium untuk mengekstrak manik, kemudian tekan P3 (= 0.17 bar) melalui port P untuk memindahkan reagen ke dalam ruang sisa.Pada rajah.4b,c menunjukkan langkah-langkah pencucian untuk membuang kekotoran daripada sampel seperti berikut: (1) Larutan pencuci A dari ruang W1 dibuang ke dalam ruang bancuhan tekanan P1.(2) Kemudian lakukan proses bancuhan buih.(3) Larutan pencuci A dipindahkan ke ruang cecair sisa, dan manik mikro dalam ruang pencampuran ditarik keluar oleh magnet.Mencuci W (Rajah 4c) adalah serupa dengan mencuci A (Rajah 4b).Perlu diingatkan bahawa setiap langkah pencucian A dan W dilakukan dua kali.Rajah 4d menunjukkan langkah-langkah elusi untuk mengelusi RNA daripada manik;langkah pengenalan elusi dan pencampuran adalah sama seperti langkah penjerapan dan pencucian RNA yang diterangkan di atas.Apabila reagen elusi dipindahkan ke dalam ruang tindak balas PCR di bawah tekanan P3 dan P4 (=0.23 bar), tekanan kritikal dicapai untuk mengelak lengan ruang tindak balas PCR.Begitu juga, tekanan P4 juga membantu mengelak laluan ke ruang sisa.Oleh itu, semua reagen elusi diagihkan sama rata di antara empat ruang tindak balas PCR untuk memulakan tindak balas PCR multipleks.Prosedur di atas dibentangkan dalam Filem Tambahan S6.
Dalam langkah penjerapan RNA, sampel dimasukkan ke dalam salur masuk M dan disuntik ke dalam ruang pencampuran bersama-sama dengan larutan manik yang disimpan sebelum ini.Selepas mencampur dan mengeluarkan butiran, reagen diagihkan ke dalam ruang sisa.b dan c langkah mencuci, masukkan pelbagai reagen basuh yang telah disimpan sebelumnya ke dalam ruang adunan, dan selepas mencampur dan mengeluarkan manik, pindahkan reagen ke ruang cecair sisa.d Langkah elusi: Selepas memperkenalkan reagen elusi, pencampuran dan pengekstrakan manik, reagen dipindahkan ke ruang tindak balas PCR.Lengkung menunjukkan aliran kerja dan parameter berkaitan pelbagai peringkat.Tekanan ialah tekanan yang dikenakan melalui ruang individu.Isipadu ialah isipadu cecair dalam ruang adunan.Semua bar skala ialah 1 cm.Data mentah disediakan sebagai fail data mentah.
Prosedur ujian PCR telah dilakukan dan Rajah Tambahan S7 membentangkan profil terma termasuk 20 minit masa transkripsi terbalik dan 60 minit masa kitaran haba (95 dan 60 ° C), dengan satu kitaran haba ialah 90 s (Filem Tambahan S7)..FAST-POCT memerlukan lebih sedikit masa untuk menyelesaikan satu kitaran haba (90 saat) daripada RT-PCR konvensional (180 saat untuk satu kitaran haba).Ini boleh dijelaskan oleh nisbah luas permukaan kepada isipadu yang tinggi dan inersia terma rendah kebuk tindak balas mikro-PCR.Permukaan ruang ialah 96.6 mm2 dan isipadu ruang ialah 25 mm3, menjadikan nisbah permukaan kepada isipadu lebih kurang 3.86.Seperti yang dilihat dalam Rajah Tambahan S10, kawasan ujian PCR platform kami mempunyai alur pada panel belakang, menjadikan bahagian bawah ruang PCR setebal 200 µm.Pad elastik konduktif terma dilekatkan pada permukaan pemanasan pengawal suhu, memastikan sentuhan ketat dengan bahagian belakang kotak ujian.Ini mengurangkan inersia haba platform dan meningkatkan kecekapan pemanasan/penyejukan.Semasa kitaran haba, parafin yang tertanam dalam platform cair dan mengalir ke dalam ruang tindak balas PCR, bertindak sebagai pengedap untuk mengelakkan penyejatan reagen dan pencemaran alam sekitar (lihat Filem Tambahan S8).
Semua proses pengesanan PCR yang diterangkan di atas telah diautomatikkan sepenuhnya menggunakan instrumen FAST-POCT yang dibuat tersuai, yang terdiri daripada unit kawalan tekanan terprogram, unit pengekstrakan magnet, unit kawalan suhu dan unit penangkapan dan pemprosesan isyarat pendarfluor.Nota, kami menggunakan platform FAST-POCT untuk pengasingan RNA dan kemudian menggunakan sampel RNA yang diekstrak untuk tindak balas PCR menggunakan sistem FAST-POCT dan sistem PCR desktop untuk perbandingan.Keputusannya hampir sama seperti yang ditunjukkan dalam Rajah Tambahan S8.Pengendali menjalankan tugas mudah: memperkenalkan sampel ke dalam ruang M dan memasukkan platform ke dalam instrumen.Keputusan ujian kuantitatif tersedia dalam masa kira-kira 82 minit.Maklumat terperinci tentang alat FAST-POCT boleh didapati dalam angka tambahan.C9, C10 dan C11.
Influenza yang disebabkan oleh virus influenza A (IAV), B (IBV), C (ICV) dan D (IDV) adalah fenomena global yang biasa.Daripada jumlah ini, IAV dan IBV bertanggungjawab untuk kes yang paling teruk dan wabak bermusim, menjangkiti 5-15% daripada populasi dunia, menyebabkan 3-5 juta kes teruk dan menyebabkan 290,000-650,000 kematian setiap tahun.Penyakit pernafasan56,57.Diagnosis awal IAV dan IB adalah penting untuk mengurangkan morbiditi dan beban ekonomi yang berkaitan.Antara teknik diagnostik yang ada, tindak balas rantai polimerase transkripase terbalik (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik dan tepat (>99%)58,59.Antara teknik diagnostik yang ada, tindak balas rantai polimerase transkripase terbalik (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik dan tepat (>99%)58,59.Среди доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (ОТ-ПЦер слести) специфичной и точной (> 99%)58,59.Antara kaedah diagnostik yang ada, tindak balas rantai polimerase transkripase terbalik (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik dan tepat (> 99%)58,59. Из доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (ОТ-ПЦР) считат специфичной и точной (>99%)58,59.Daripada kaedah diagnostik yang ada, tindak balas rantai polimerase transkriptase terbalik (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik dan tepat (>99%)58,59.Walau bagaimanapun, kaedah RT-PCR tradisional memerlukan pemipetan berulang, pencampuran, pendispensan dan pemindahan cecair, mengehadkan penggunaannya oleh profesional dalam tetapan terhad sumber.Di sini, platform FAST-POCT telah digunakan untuk pengesanan PCR IAV dan IBV, masing-masing, untuk mendapatkan had pengesanan yang lebih rendah (LOD).Di samping itu, IAV dan IBV telah dimultiplekskan untuk mendiskriminasi antara patotaip yang berbeza merentas spesies, menyediakan platform yang menjanjikan untuk analisis genetik dan keupayaan untuk merawat penyakit dengan tepat.
Pada rajah.5a menunjukkan keputusan ujian PCR HAV menggunakan 150 µl RNA virus yang telah dimurnikan sebagai sampel.Pada rajah.5a(i) menunjukkan bahawa pada kepekatan HAV 106 salinan/ml, keamatan pendarfluor (ΔRn) boleh mencapai 0.830, dan apabila kepekatan dikurangkan kepada 102 salinan/ml, ΔRn masih boleh mencapai 0.365, yang sepadan dengan lebih tinggi daripada itu. daripada kumpulan kawalan negatif kosong (0.002), kira-kira 100 kali lebih tinggi.Untuk kuantifikasi berdasarkan enam eksperimen bebas, lengkung penentukuran linear dijana antara kepekatan log dan ambang kitaran (Ct) IAV (Rajah 5a(ii)), R2 = 0.993, antara 102-106 salinan/mL.hasilnya adalah dalam persetujuan yang baik dengan kaedah RT-PCR konvensional.Pada rajah.5a(iii) menunjukkan imej pendarfluor keputusan ujian selepas 40 kitaran platform FAST-POCT.Kami mendapati bahawa platform FAST-POCT boleh mengesan HAV serendah 102 salinan/mL.Walau bagaimanapun, kaedah tradisional tidak mempunyai nilai Ct pada 102 salinan/mL, menjadikannya LOD kira-kira 103 salinan/mL.Kami membuat hipotesis bahawa ini mungkin disebabkan oleh kecekapan tinggi pencampuran gelembung.Eksperimen ujian PCR telah dilakukan pada RNA IAV yang telah dimurnikan untuk menilai pelbagai kaedah pencampuran, termasuk pencampuran goncang (kaedah pencampuran yang sama seperti dalam operasi RT-PCR konvensional), pencampuran vial (kaedah ini, 3 s pada 0.12 bar) dan tiada pencampuran sebagai kumpulan kawalan ..Hasilnya boleh didapati dalam Rajah Tambahan S12.Ia boleh dilihat bahawa pada kepekatan RNA yang lebih tinggi (106 salinan/mL), nilai Ct kaedah pencampuran yang berbeza adalah hampir sama dengan pencampuran gelembung.Apabila kepekatan RNA menurun kepada 102 salinan/mL, campuran goncang dan kawalan tidak mempunyai nilai Ct, manakala kaedah campuran gelembung masih memberikan nilai Ct 36.9, iaitu di bawah ambang Ct 38. Keputusan menunjukkan ciri pencampuran yang dominan vesikel, yang juga telah ditunjukkan dalam kesusasteraan lain, yang mungkin juga menjelaskan mengapa sensitiviti platform FAST-POCT sedikit lebih tinggi daripada RT-PCR konvensional.Pada rajah.5b menunjukkan keputusan analisis PCR sampel RNA IBV yang telah disucikan antara 101 hingga 106 salinan/ml.Keputusan adalah serupa dengan ujian IAV, mencapai R2 = 0.994 dan LOD sebanyak 102 salinan/mL.
analisis PCR virus influenza A (IAV) dengan kepekatan IAV antara 106 hingga 101 salinan/mL menggunakan penimbal TE sebagai kawalan negatif (NC).(i) Keluk pendarfluor masa nyata.(ii) Lengkung penentukuran linear antara kepekatan RNA IAV logaritma dan ambang kitaran (Ct) untuk kaedah ujian PANTAS dan konvensional.(iii) IAV FAST-POCT imej pendarfluor selepas 40 kitaran.b, pengesanan PCR virus influenza B (IBV) dengan (i) spektrum pendarfluor masa nyata.(ii) Lengkung penentukuran linear dan (iii) imej pendarfluor IBV FAST-POCT selepas 40 kitaran.Had rendah pengesanan (LOD) untuk IAV dan IBV menggunakan platform FAST-POCT ialah 102 salinan/mL, iaitu lebih rendah daripada kaedah konvensional (103 salinan/mL).c Keputusan ujian berganda untuk IAV dan IBV.GAPDH digunakan sebagai kawalan positif dan penimbal TE digunakan sebagai kawalan negatif untuk mengelakkan kemungkinan pencemaran dan amplifikasi latar belakang.Empat jenis sampel berbeza boleh dibezakan: (1) Sampel negatif GAPDH sahaja (“IAV-/IBV-”);(2) Jangkitan IAV (“IAV+/IBV-”) dengan IAV dan GAPDH;(3) Jangkitan IBV (“IAV-/IBV+”) dengan IBV dan GAPDH;(4) Jangkitan IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) dengan IAV, IBV dan GAPDH.Garis putus-putus mewakili garis ambang.n = 6 eksperimen bebas biologi telah dilakukan, data ditunjukkan sebagai ± sisihan piawai.Data mentah dibentangkan sebagai fail data mentah.
Pada rajah.5c menunjukkan keputusan ujian pemultipleksan untuk IAV/IBV.Di sini, lisat virus digunakan sebagai penyelesaian sampel sebagai ganti RNA yang telah disucikan, dan empat primer untuk IAV, IBV, GAPDH (kawalan positif) dan penampan TE (kawalan negatif) telah ditambah kepada empat ruang tindak balas berbeza platform FAST-POCT.Kawalan positif dan negatif digunakan di sini untuk mengelakkan kemungkinan pencemaran dan peningkatan latar belakang.Ujian dibahagikan kepada empat kumpulan: (1) sampel GAPDH-negatif (“IAV-/IBV-”);(2) Dijangkiti IAV (“IAV+/IBV-”) berbanding IAV dan GAPDH;(3) IBV-.dijangkiti (“IAV-”) -/IBV+”) IBV dan GAPDH;(4) Jangkitan IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) dengan IAV, IBV dan GAPDH.Pada rajah.5c menunjukkan bahawa apabila sampel negatif digunakan, keamatan pendarfluor ΔRn ruang kawalan positif ialah 0.860, dan ΔRn IAV dan IBV adalah serupa dengan kawalan negatif (0.002).Untuk kumpulan IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ dan IAV+/IBV+, kamera IAV/GAPDH, IBV/GAPDH dan IAV/IBV/GAPDH masing-masing menunjukkan keamatan pendarfluor yang ketara, manakala kamera lain menunjukkan keamatan pendarfluor pada latar belakang tahap 40 selepas kitaran haba.Daripada ujian di atas, platform FAST-POCT menunjukkan kekhususan yang luar biasa dan membolehkan kami patotaip virus influenza yang berbeza secara serentak.
Untuk mengesahkan kebolehgunaan klinikal FAST-POCT, kami menguji 36 spesimen klinikal (spesimen swab hidung) daripada pesakit IB (n=18) dan kawalan bukan-IB (n=18) (Rajah 6a).Maklumat pesakit dibentangkan dalam Jadual Tambahan 3. Status jangkitan IB telah disahkan secara bebas dan protokol kajian telah diluluskan oleh Hospital Gabungan Pertama Universiti Zhejiang (Hangzhou, Zhejiang).Setiap sampel pesakit dibahagikan kepada dua kategori.Satu diproses menggunakan FAST-POCT dan satu lagi diproses menggunakan sistem PCR desktop (SLAN-96P, China).Kedua-dua ujian menggunakan kit penulenan dan pengesanan yang sama.Pada rajah.6b menunjukkan keputusan FAST-POCT dan PCR transkripsi terbalik konvensional (RT-PCR).Kami membandingkan keamatan pendarfluor (FAST-POCT) dengan -log2(Ct), dengan Ct ialah ambang kitaran untuk RT-PCR konvensional.Terdapat persetujuan yang baik antara kedua-dua kaedah.FAST-POCT dan RT-PCR menunjukkan korelasi positif yang kuat dengan nilai nisbah Pearson (r) 0.90 (Rajah 6b).Kami kemudian menilai ketepatan diagnostik FAST-POCT.Taburan intensiti pendarfluor (FL) untuk sampel positif dan negatif telah disediakan sebagai ukuran analisis bebas (Rajah 6c).Nilai FL jauh lebih tinggi dalam pesakit IB berbanding dalam kawalan (**** P = 3.31 × 10-19; ujian-t dua ekor) (Rajah 6d).Seterusnya, lengkung ciri pengendalian penerima (ROC) IBV telah diplot.Kami mendapati bahawa ketepatan diagnostik adalah sangat baik, dengan kawasan di bawah lengkung 1 (Rajah 6e).Sila ambil perhatian bahawa disebabkan pesanan topeng wajib di China akibat COVID-19 setakat 2020, kami belum mengenal pasti pesakit IBD, jadi semua spesimen klinikal positif (iaitu, spesimen sapuan hidung) adalah untuk IBV sahaja.
Reka bentuk kajian klinikal.Sebanyak 36 sampel, termasuk 18 sampel pesakit dan 18 kawalan bukan influenza, telah dianalisis menggunakan platform FAST-POCT dan RT-PCR konvensional.b Menilai ketekalan analitik antara PCR FAST-POCT dan RT-PCR konvensional.Keputusan berkorelasi positif (Pearson r = 0.90).c Tahap keamatan pendarfluor dalam 18 pesakit IB dan 18 kawalan.d Dalam pesakit IB (+), nilai FL jauh lebih tinggi daripada kumpulan kawalan (-) (**** P = 3.31 × 10-19; ujian t dua ekor; n = 36).Untuk setiap plot persegi, penanda hitam di tengah mewakili median, dan garis bawah dan atas kotak masing-masing mewakili persentil ke-25 dan ke-75.Misai memanjang ke titik data minimum dan maksimum, yang tidak dianggap sebagai outlier.e lengkung ROC.Garis putus-putus d mewakili nilai ambang yang dianggarkan daripada analisis ROC.AUC untuk IBV ialah 1. Data mentah disediakan sebagai fail data mentah.
Dalam artikel ini, kami membentangkan FAST, yang mempunyai ciri-ciri yang diperlukan untuk POCT yang ideal.Kelebihan teknologi kami termasuk: (1) Dos serba boleh (lata, serentak, berurutan dan selektif), pelepasan atas permintaan (pelepasan pantas dan berkadar tekanan dikenakan) dan operasi yang boleh dipercayai (getaran pada 150 darjah) (2) penyimpanan jangka panjang (2 tahun ujian dipercepatkan, penurunan berat badan kira-kira 0.3%);(3) keupayaan untuk bekerja dengan cecair dengan pelbagai kebolehbasahan dan kelikatan (kelikatan sehingga 5500 cP);(4) Jimat (Anggaran kos bahan peranti FAST-POCT PCR ialah lebih kurang AS$1).Dengan menggabungkan dispenser pelbagai fungsi, platform FAST-POCT bersepadu untuk pengesanan PCR virus influenza A dan B telah ditunjukkan dan digunakan.FAST-POCT hanya mengambil masa 82 minit.Ujian klinikal dengan 36 sampel swab hidung menunjukkan keselarasan yang baik dalam intensiti pendarfluor dengan RT-PCR standard (pekali Pearson > 0.9).Ujian klinikal dengan 36 sampel swab hidung menunjukkan keselarasan yang baik dalam intensiti pendarfluor dengan RT-PCR standard (pekali Pearson > 0.9).Клинические тесты с 36 образцами мазков из носа показали хорошее соответвие интенсивности флуоресценциТТТА иенты Пирсона > 0,9).Ujian klinikal dengan 36 sampel swab hidung menunjukkan persetujuan yang baik dengan intensiti pendarfluor RT-PCR standard (pekali Pearson > 0.9).RT-PCR Клинические испытания 36 образцов мазков из носа показали хорошее совпадение интенсивности флуоресценцни сТТТТО ициент Пирсона > 0,9).Ujian klinikal ke atas 36 spesimen swab hidung menunjukkan persetujuan yang baik keamatan pendarfluor dengan standard RT-PCR (pekali Pearson > 0.9).Selari dengan kerja ini, pelbagai kaedah biokimia yang baru muncul (cth, kitaran haba plasma, immunoassay tanpa amplifikasi, dan ujian kefungsian badan nano) telah menunjukkan potensinya dalam POCT.Walau bagaimanapun, disebabkan kekurangan platform POCT yang bersepadu dan mantap sepenuhnya, kaedah ini tidak dapat tidak memerlukan prosedur pra-pemprosesan yang berasingan (cth, pengasingan RNA44, inkubasi45 dan pencucian46), yang melengkapkan lagi kerja semasa dengan kaedah ini untuk melaksanakan fungsi POCT lanjutan dengan parameter yang diperlukan.prestasi ambil-dalam-tindak balas-output.Dalam kerja ini, walaupun pam udara yang digunakan untuk mengaktifkan injap FAST cukup kecil untuk disepadukan ke dalam instrumen atas bangku (Rajah S9, S10), ia masih menggunakan kuasa yang ketara dan menghasilkan bunyi.Pada dasarnya, pam pneumatik faktor bentuk yang lebih kecil boleh digantikan dengan cara lain, seperti penggunaan daya elektromagnet atau penggerak jari.Penambahbaikan selanjutnya mungkin termasuk, sebagai contoh, menyesuaikan kit untuk ujian biokimia yang berbeza dan khusus, menggunakan kaedah pengesanan baharu yang tidak memerlukan sistem pemanasan/penyejukan, sekali gus menyediakan platform POCT tanpa alat untuk aplikasi PCR.Kami percaya bahawa memandangkan platform FAST menyediakan cara untuk memanipulasi cecair, kami percaya bahawa teknologi FAST yang dicadangkan membentangkan potensi untuk mencipta platform biasa bukan sahaja untuk ujian bioperubatan, tetapi juga untuk pemantauan alam sekitar, ujian kualiti makanan, sintesis bahan dan ubat. ..
Pengumpulan dan penggunaan spesimen swab hidung manusia telah diluluskan oleh Jawatankuasa Etika Hospital Gabungan Pertama Universiti Zhejiang (IIT20220330B).36 sampel swab hidung telah dikumpul, melibatkan 16 dewasa < 30 tahun, 7 dewasa > 40 tahun, dan 19 lelaki, 17 perempuan.36 sampel swab hidung telah dikumpul, melibatkan 16 dewasa < 30 tahun, 7 dewasa > 40 tahun, dan 19 lelaki, 17 perempuan.Было собрано 36 образцов мазков из носа, в которых приняли участие 16 взрослых < 30 лет, 7 взрослых 40 стар енщин.Tiga puluh enam spesimen swab hidung telah dikumpul daripada 16 dewasa < 30 tahun, 7 dewasa berumur lebih 40 tahun, 19 lelaki dan 17 wanita.Data demografi dibentangkan dalam Jadual Tambahan 3. Persetujuan termaklum diperoleh daripada semua peserta.Semua peserta disyaki menghidap influenza dan diuji secara sukarela tanpa pampasan.
Tapak dan penutup FAST diperbuat daripada asid polilaktik (PLA) dan dicetak oleh pencetak 3D Ender 3 Pro (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).Pita dua sisi telah dibeli daripada Adhesives Research, Inc. Model 90880. Filem PET setebal 100 µm dibeli daripada McMaster-Carr.Kedua-dua pelekat dan filem PET dipotong menggunakan pemotong Silhouette Cameo 2 dari Silhouette America, Inc. Filem elastik diperbuat daripada bahan PDMS melalui pengacuan suntikan.Pertama, bingkai PET setebal 200 µm dipotong menggunakan sistem laser dan dilekatkan pada kepingan PMMA setebal 3 mm menggunakan pita pelekat dua sisi 100 µm.Pendahulu PDMS (Sylgard 184; Bahagian A: Bahagian B = 10:1, Dow Corning) kemudian dituangkan ke dalam acuan dan batang kaca digunakan untuk mengeluarkan lebihan PDMS.Selepas pengawetan pada 70° C. selama 3 jam, filem PDMS setebal 300 μm boleh dikupas daripada acuan.
Foto untuk pengedaran serba boleh, penerbitan atas permintaan dan prestasi yang boleh dipercayai diambil dengan kamera berkelajuan tinggi (Sony AX700 1000 fps).Goncang orbit yang digunakan dalam ujian kebolehpercayaan telah dibeli daripada SCILOGEX (SCI-O180).Tekanan udara dijana oleh pemampat udara, dan beberapa pengawal selia tekanan ketepatan digital digunakan untuk melaraskan nilai tekanan.Proses ujian tingkah laku aliran adalah seperti berikut.Jumlah cecair yang telah ditetapkan telah disuntik ke dalam peranti ujian dan kamera berkelajuan tinggi digunakan untuk merakam kelakuan aliran.Imej pegun kemudian diambil daripada video gelagat aliran pada masa tetap, dan kawasan selebihnya dikira menggunakan perisian Image-Pro Plus, yang kemudiannya didarab dengan kedalaman kamera untuk mengira volum.Butiran sistem ujian tingkah laku aliran boleh didapati dalam Rajah Tambahan S4.
Suntikan 50 µl microbeads dan 100 µl air ternyahion ke dalam alat pembancuh vial.Gambar prestasi bercampur diambil dengan kamera berkelajuan tinggi setiap 0.1 saat pada tekanan 0.1 bar, 0.15 bar dan 0.2 bar.Maklumat piksel semasa proses pengadunan boleh diperoleh daripada imej ini menggunakan perisian pemprosesan foto (Photoshop CS6).Dan kecekapan pencampuran boleh dicapai dengan Persamaan 53 berikut.
dengan M ialah kecekapan pencampuran, N ialah jumlah bilangan piksel sampel, dan ci dan \(\bar{c}\) ialah kepekatan ternormal dan dijangka ternormal.Kecekapan pencampuran berjulat daripada 0 (0%, tidak bercampur) hingga 1 (100%, bercampur sepenuhnya).Keputusan ditunjukkan dalam Rajah Tambahan S6.
Kit RT-PCR masa nyata untuk IAV dan IBV, termasuk sampel IAV dan IBV RNA (cat. no. RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, China), Tris-EDTA buffer (TE buffer no. B541019 , Sangon Biotech, China), Kit Pemurnian RNA Kawalan Positif (No. Bahagian Z-ME-0010, Liferiver, China) dan Penyelesaian GAPDH (No. Bahagian M591101, Sangon Biotech, China) tersedia secara komersial.Kit penulenan RNA termasuk penimbal pengikat, basuh A, basuh W, eluen, mikrobead magnetik dan pembawa akrilik.Kit RT-PCR masa nyata IAV dan IBV termasuk campuran pengesanan PCR asid nukleik IFVA dan enzim RT-PCR.Tambah 6 µl AcrylCarrier dan 20 µl manik magnet kepada 500 µl larutan penimbal pengikat, goncang dengan baik dan kemudian sediakan larutan manik.Tambah 21 ml etanol untuk mencuci A dan W, goncang dengan baik untuk mendapatkan larutan pencuci A dan W, masing-masing.Kemudian, 18 µl campuran PCR pendarfluor dengan asid nukleik IFVA dan 1 µl enzim RT-PCR ditambah kepada 1 µl larutan TE, digoncang dan disentrifugasi selama beberapa saat, memperoleh 20 µl primer IAV dan IBV.
Ikuti prosedur penulenan RNA berikut: (1) Penjerapan RNA.Pipet 526 µl larutan pelet ke dalam tiub empar 1.5 ml dan tambah 150 µl sampel, kemudian goncangkan tiub secara manual ke atas dan ke bawah sebanyak 10 kali.Pindahkan 676 µl campuran ke lajur afiniti dan sentrifuge pada 1.88 x 104 g selama 60 saat.Longkang berikutnya kemudiannya dibuang.(2) Peringkat pertama mencuci.Tambah 500 µl larutan pencuci A pada lajur pertalian, sentrifuge pada 1.88 x 104 g selama 40 saat, dan buang larutan yang telah habis.Proses mencuci ini diulang dua kali.(3) peringkat kedua mencuci.Tambah 500 µl larutan pencuci W pada lajur pertalian, sentrifuge pada 1.88×104 g selama 15 s dan buang larutan yang telah habis.Proses mencuci ini diulang dua kali.(4) Elusi.Tambah 200 µl eluat ke dalam lajur afiniti dan sentrifuge pada 1.88 x 104 g selama 2 minit.(5) RT-PCR: eluat disuntik ke dalam 20 μl larutan primer dalam tiub PCR, kemudian tiub itu diletakkan dalam radas ujian PCR masa nyata (SLAN-96P) untuk menjalankan proses RT-PCR.Keseluruhan proses pengesanan mengambil masa kira-kira 140 minit (20 minit untuk penulenan RNA dan 120 minit untuk pengesanan PCR).
526 µl larutan manik, 1000 µl larutan pencuci A, 1000 µl larutan pencuci W, 200 µl eluat dan 20 µl larutan primer telah ditambah dan disimpan secara awal di dalam ruang M, W1, W2, E dan PCR.Pemasangan platform.Kemudian, 150 µl sampel telah dipipet ke dalam ruang M dan platform FAST-POCT dimasukkan ke dalam instrumen ujian yang ditunjukkan dalam Rajah Tambahan S9.Selepas kira-kira 82 minit, keputusan ujian telah tersedia.
Melainkan dinyatakan sebaliknya, semua keputusan ujian dibentangkan sebagai min ± SD selepas sekurang-kurangnya enam ulangan menggunakan hanya platform FAST-POCT dan sampel bebas biologi.Tiada data dikecualikan daripada analisis.Percubaan tidak rawak.Para penyelidik tidak buta terhadap tugas kumpulan semasa eksperimen.
Untuk maklumat lanjut tentang reka bentuk kajian, lihat abstrak Laporan Penyelidikan Alam yang dipautkan kepada artikel ini.
Data yang menyokong keputusan kajian ini boleh didapati dalam Maklumat Tambahan.Artikel ini menyediakan data asal.
Chagla, Z. & Madhukar, P. Penggalak COVID-19 di negara kaya akan menangguhkan vaksin untuk semua.Chagla, Z. & Madhukar, P. Penggalak COVID-19 di negara kaya akan menangguhkan vaksin untuk semua.Chagla, Z. dan Madhukar, P. Penggalak COVID-19 di negara kaya akan menangguhkan vaksin untuk semua orang.Chagla, Z. dan Madhukar, P. Pengemasan semula COVID-19 di negara kaya akan menangguhkan vaksinasi untuk semua orang.Perubatan kebangsaan.27, 1659–1665 (2021).
Faust, L. et al.Ujian SARS-CoV-2 di negara berpendapatan rendah dan sederhana: ketersediaan dan kemampuan dalam sektor penjagaan kesihatan swasta.jangkitan mikrob.22, 511–514 (2020).
Pertubuhan Kesihatan Dunia.Kelaziman global dan kejadian jangkitan seksual yang boleh diubati terpilih: semakan dan anggaran.Geneva: WHO, WHO/HIV_AIDS/2 https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/66818/WHO_HIV_AIDS_2001.02.pdf (2001).
Fenton, EM et al.Berbilang jalur ujian aliran sisi acuan 2D.aplikasi ASS.almamater.Inter Milan.1, 124–129 (2009).
Schilling, KM et al.Peranti analisis berasaskan kertas mikrobendalir tertutup sepenuhnya.dubur.bahan kimia.84, 1579–1585 (2012).
Lapenter, N. et al.Inokromatografi berasaskan kertas yang kompetitif ditambah dengan elektrod diubah suai enzim membolehkan pemantauan tanpa wayar dan penentuan elektrokimia kotinine kencing.Penderia 21, 1659 (2021).
Zhu, X. et al.Mengukur biomarker penyakit dengan platform cecair sisi bersepadu nanozim serba boleh menggunakan glukometer.penderia biologi.Bioelektronik.126, 690–696 (2019).
Boo, S. et al.Jalur ujian kehamilan untuk pengesanan bakteria patogen menggunakan concanavalin A-human chorionic gonadotropin-Cu3(PO4)2 hybrid nanoflowers, pengasingan magnet dan bacaan telefon pintar.Mikrokomputer.Majalah.185, 464 (2018).