◎ Mikroskakelaars vir veelsydige, betroubare vloeistofhantering op aanvraag

Dankie dat jy www.chinacdoe.com besoek het.Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).In die tussentyd, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.

Lab-op-'n-skyfie-stelsels met vermoëns op die perseel bied die potensiaal vir vinnige en akkurate diagnose en is nuttig in hulpbronbeperkte omgewings waar biomediese toerusting en opgeleide professionele persone nie beskikbaar is nie.Die skep van 'n punt-van-sorg-toetsstelsel wat gelyktydig al die nodige kenmerke het vir multifunksionele reseptering, vrystelling op aanvraag, betroubare werkverrigting en langtermynberging van reagense bly egter 'n groot uitdaging.Hier beskryf ons 'n hefboom-aangedrewe mikro-reisskakelaartegnologie wat vloeistowwe in enige rigting kan manipuleer, presiese en proporsionele reaksie op toegepaste lugdruk kan bied en stabiel bly teen skielike bewegings en vibrasies.Gebaseer op die tegnologie, beskryf ons ook die ontwikkeling van 'n polimerase kettingreaksie sisteem wat reagensinvoer, meng en reaksie funksies alles in een proses integreer, wat 'monster-in-antwoord-uit' prestasie vir alle kliniese neusmonsters van 18 pasiënte met Griep en 18 individuele kontroles, in goeie ooreenstemming van fluoressensie-intensiteit met standaard polimerase-kettingreaksie (Pearson-koëffisiënte > 0.9).Gebaseer op die tegnologie, beskryf ons ook die ontwikkeling van 'n polimerase kettingreaksiesisteem wat reagensinvoer, -menging en reaksiefunksies alles in een proses integreer, wat "monster-in-antwoord-uit" prestasie vir alle kliniese neusmonsters van 18 pasiënte bewerkstellig met Influenza en 18 individuele kontroles, in goeie ooreenstemming van fluoressensie-intensiteit met standaard polimerase-kettingreaksie (Pearson-koëffisiënte > 0.9).Оновываяuc н н этой технологии, ы т тжж оиыыы р рзззо систеы поиееззйййъъййцуутоооффъъъъуутsing ии ведения реагентов, сешивания и р ци в о Een ' (en 18 отдельных контролей, в хорошем соответствии интенсивности флуоресценции со стандартной полимек фициенты Пирсона> 0,9).Gebaseer op hierdie tegnologie, beskryf ons ook die ontwikkeling van 'n polimerase-kettingreaksiestelsel wat die funksies van inspuiting, meng en reaksie in 'n enkele proses kombineer, wat monster-in-reaksie-uit moontlik maak vir alle kliniese neusmonsters van 18 grieppasiënte.en 18 individuele kontroles, in goeie ooreenstemming met die standaard polimerase kettingreaksie fluoressensie intensiteit (Pearson se koëffisiënte > 0.9).Gebaseer op hierdie tegnologie, beskryf ons ook die ontwikkeling van 'n polimerase kettingreaksiestelsel wat reagensinspuiting, -menging en reaksiefunksies integreer om alle kliniese neusmonsters van 18 in-monster nasale pasiëntmonsters te ontleed. Griep en 18 individuele kontroles, fluoressensie-intensiteit ooreenstem goed met standaard polimerase kettingreaksie (Pearson se koëffisiënt > 0.9).Die voorgestelde platform waarborg betroubare outomatisering van biomediese analise en kan dus die kommersialisering van 'n reeks punt-van-sorg-toetstoestelle versnel.
Opkomende menslike siektes, soos die 2020 COVID-19-pandemie wat die lewens van miljoene mense geëis het, hou 'n ernstige bedreiging in vir globale gesondheid en menslike beskawing1.Vroeë, vinnige en akkurate opsporing van siektes is van kritieke belang om die verspreiding van die virus te beheer en behandelingsuitkomste te verbeter.'n Kern diagnostiese ekosisteem gebaseer op gesentraliseerde laboratoriums waar toetsmonsters na hospitale of diagnostiese klinieke gestuur word en deur professionele persone bestuur word, beperk tans toegang vir byna 5,8 miljard mense wêreldwyd, veral diegene wat in hulpbronbeperkte omgewings woon.waar daar 'n gebrek aan duur biomediese toerusting en gekwalifiseerde spesialiste is.klinici 2. Daar is dus 'n dringende behoefte om 'n goedkoop en gebruikersvriendelike laboratorium-op-'n-skyfie-stelsel met punt-van-sorg-toetsing (POCT) vermoë te ontwikkel wat klinici van tydige diagnostiese inligting kan voorsien om ingeligte diagnosebesluite te neem .en behandeling 3.
Die Wêreldgesondheidsorganisasie (WGO) se riglyne bepaal dat 'n ideale POCT bekostigbaar, gebruikersvriendelik moet wees (maklik om te gebruik met minimale opleiding), akkuraat (vermy vals negatiewe of vals positiewe), vinnig en betroubaar (voorsien goeie herhaalbaarheidseienskappe), en aflewerbaar (in staat tot langtermynberging en geredelik beskikbaar vir eindgebruikers)4.Om aan hierdie vereistes te voldoen, moet POCT-stelsels die volgende kenmerke verskaf: veelsydige dosering om handmatige ingryping te verminder, op-aanvraag vrystelling na skaal reagensvervoer vir akkurate toetsresultate, en betroubare werkverrigting om omgewingsvibrasie te weerstaan.Tans is die mees gebruikte POCT-toestel die laterale vloeistrook5,6 wat bestaan ​​uit verskeie lae poreuse nitrosellulose membrane wat 'n baie klein hoeveelheid monster vorentoe stoot, en reageer met vooraf geïmmobiliseerde reagense deur kapillêre krag.Alhoewel hulle die voordeel van lae koste, gebruiksgemak en vinnige resultate het, kan vloeistrook-gebaseerde POCT-toestelle slegs vir biologiese toetse (bv. glukosetoetse7,8 en swangerskapstoetse9,10) gebruik word sonder om multi-stadium ontledings te vereis.reaksies (bv. laai van veelvuldige reagense, vermenging, multipleksing).Daarbenewens bied die dryfkragte wat vloeistofbeweging beheer (dws kapillêre kragte) nie goeie konsekwentheid nie, veral tussen groepe, wat lei tot swak reproduceerbaarheid11 en maak laterale vloeibande hoofsaaklik nuttig vir goeie opsporing12,13.
Uitgebreide vervaardigingsvermoëns op die mikro- en nanoskaal het geleenthede geskep vir die ontwikkeling van mikrofluïdiese POCT-toestelle vir kwantitatiewe metings14,15,16,17.Deur die eienskappe van die koppelvlak 18, 19 en die geometrie van die kanale 20, 21, 22 aan te pas, kan die kapillêre krag en vloeitempo van hierdie toestelle beheer word.Hulle betroubaarheid, veral vir hoogs benatde vloeistowwe, bly egter onaanvaarbaar weens vervaardigingsonakkuraathede, materiaaldefekte en sensitiwiteit vir omgewingsvibrasies.Daarbenewens, aangesien 'n kapillêre vloei by die vloeistof-gas-koppelvlak geskep word, kan geen bykomende vloei ingebring word nie, veral nadat die mikrovloeistofkanaal met vloeistof gevul is.Daarom, vir meer komplekse opsporing, moet verskeie stappe van monsterinspuiting uitgevoer word24,25.
Onder mikrofluïdiese toestelle is sentrifugale mikrofluïdiese toestelle tans een van die beste oplossings vir POCT26,27.Sy aandryfmeganisme is voordelig deurdat die dryfkrag beheer kan word deur die rotasiespoed aan te pas.Die nadeel is egter dat die sentrifugale krag altyd na die buitenste rand van die toestel gerig word, wat dit moeilik maak om die meerstap-reaksies wat nodig is vir meer komplekse ontledings te implementeer.Alhoewel addisionele dryfkragte (bv. kapillêre 28, 29 en vele ander 30, 31, 32, 33, 34, 35) bykomend tot die sentrifugale krag ingevoer word vir multifunksionele dosering, kan onvoorsiene vloeistofoordrag steeds plaasvind omdat hierdie bykomende kragte oor die algemeen ordes is van grootte laer as die sentrifugale krag, wat hulle slegs effektief maak oor klein bedryfsreekse of nie beskikbaar is op aanvraag met vloeistofvrystelling nie.Die inkorporering van pneumatiese manipulasies in sentrifugale mikrofluidika soos sentrifugale kinetiese metodes 36, 37, 38, termopneumatiese metodes 39 en aktiewe pneumatiese metodes 40 het bewys dat dit 'n aantreklike alternatief is.Met die kontrafugodinamiese benadering word 'n bykomende holte en verbindende mikrokanale in die toestel geïntegreer vir beide eksterne en interne aksie, hoewel die pompdoeltreffendheid daarvan (in die reeks van 75% tot 90%) hoogs afhanklik is van die aantal pompsiklusse en die viskositeit van die vloeistof.In die termopneumatiese metode is die latexmembraan en vloeistofoordragkamer spesifiek ontwerp om die inlaat te verseël of te heropen wanneer die vasgevang lugvolume verhit of afgekoel word.Die verhitting/verkoeling-opstelling stel egter stadige reaksieprobleme in en beperk die gebruik daarvan in termosensitiewe toetse (bv. polimerase kettingreaksie (PCR) amplifikasie).Met 'n aktiewe pneumatiese benadering word op-aanvraag vrylating en inwaartse beweging verkry deur die gelyktydige toepassing van positiewe druk en presies ooreenstemmende rotasiespoed deur hoëspoedmotors.Daar is ander suksesvolle benaderings wat slegs pneumatiese aktuators gebruik (positiewe druk 41, 42 of negatiewe druk 43) en normaalweg geslote klepontwerpe.Deur agtereenvolgens druk in die pneumatiese kamer toe te pas, word die vloeistof peristalties vorentoe gepomp, en die normaalweg geslote klep verhoed die terugvloei van vloeistof as gevolg van peristalse, en realiseer sodoende komplekse vloeistofbewerkings.Daar is egter tans slegs 'n beperkte aantal mikrofluïdiese tegnologieë wat komplekse vloeistofbewerkings in 'n enkele POCT-toestel kan uitvoer, insluitend multifunksionele reseptering, vrystelling op aanvraag, betroubare werkverrigting, langtermynberging, hantering van hoëviskositeit vloeistowwe, en koste-effektiewe vervaardiging.Alles op dieselfde tyd.Die gebrek aan 'n multi-stap funksionele werking kan ook een van die redes wees waarom slegs 'n paar kommersiële POCT produkte soos Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat en Rhonda tot op hede suksesvol op die ope mark bekend gestel is.
In hierdie vraestel stel ons 'n pneumatiese mikrofluïdiese aktuator voor wat gebaseer is op groenring-mikroskakelaartegnologie (FAST).FAST kombineer al die nodige eienskappe terselfdertyd vir 'n wye reeks reagense van mikroliter tot milliliter.FAST bestaan ​​uit elastiese membrane, hefbome en blokke.Sonder die toepassing van lugdruk kan die membrane, hefbome en blokke styf toegemaak word en die vloeistof binne-in vir 'n lang tyd gestoor word.Wanneer toepaslike druk toegepas word en by die lengte van die hefboom aangepas word, brei die diafragma uit en druk die hefboom na die oop posisie, sodat vloeistof deurgaan.Dit laat multifunksionele meting van vloeistowwe in 'n kaskade, gelyktydige, opeenvolgende of selektiewe wyse toe.
Ons het 'n PKR-stelsel ontwikkel wat FAST gebruik om reaksie-in-steekproef-resultate te genereer vir die opsporing van griep A- en B-virusse (IAV en IBV).Ons het 'n onderste limiet van opsporing (LOD) van 102 kopieë/ml bereik, ons multiplekstoets het spesifisiteit vir IAV en IBV getoon en griepviruspatotipering toegelaat.Die kliniese toetsresultate met behulp van die neusdeppermonster van 18 pasiënte en 18 gesonde individue toon goeie ooreenstemming in fluoressensie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-koëffisiënte > 0.9).Die kliniese toetsresultate met behulp van die neusdeppermonster van 18 pasiënte en 18 gesonde individue toon goeie ooreenstemming in fluoressensie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-koëffisiënte > 0.9).Результаты клинических испытаний с использованием образца мазка из носа от 18 пациентов en 18 доковых оответствие интенсивности флуоресценции стандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).Die resultate van kliniese proewe met 'n neusdeppermonster van 18 pasiënte en 18 gesonde individue toon goeie ooreenstemming tussen die fluoressensie-intensiteit van standaard RT-PCR (Pearson se koëffisiënte > 0.9).0.9）。。。。。。。。。。。。。... Результаты клинических испытаний с использованием образцов назальных мазков от 18 пациентов en 18 пациентов тветствие между интенсивностью флуоресценции en стандартной ОТ-ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).Die resultate van kliniese proewe met behulp van neusdeppermonsters van 18 pasiënte en 18 gesonde individue het goeie ooreenkoms getoon tussen fluoressensie-intensiteit en standaard RT-PCR (Pearson se koëffisiënt > 0.9).Die beraamde materiaalkoste van 'n FAST-POCT-toestel is ongeveer VS$1 (Aanvullende Tabel 1) en kan verder verminder word deur grootskaalse vervaardigingsmetodes (bv. spuitgiet) te gebruik.Trouens, FAST-gebaseerde POCT-toestelle het al die nodige kenmerke wat deur die WGO opdrag gegee word en is versoenbaar met nuwe biochemiese toetsmetodes soos plasma termiese siklusse44, amplifikasievrye immunotoetse45 en nanoliggaamfunksionaliseringstoetse46 wat die ruggraat van POCT-stelsels is.moontlikheid.
Op fig.1a toon die struktuur van die FAST-POCT-platform, wat uit vier vloeistofkamers bestaan: 'n voorbergingskamer, 'n mengkamer, 'n reaksiekamer en 'n afvalkamer.Die sleutel tot vloeistofvloeibeheer is die FAST-ontwerp (bestaande uit elastiese membrane, hefbome en blokke) wat in die voorbergingskamer en mengkamer geleë is.As 'n pneumaties aangedrewe metode bied die FAST-ontwerp presiese vloeistofvloeibeheer, insluitend geslote/oop skakeling, veelsydige dosering, vloeistofvrystelling op aanvraag, betroubare werking (bv. onsensitiwiteit vir omgewingsvibrasie) en langtermynberging.Die FAST-POCT-platform bestaan ​​uit vier lae: 'n ruglaag, 'n elastiese filmlaag, 'n plastiekfilmlaag en 'n deklaag, soos getoon in 'n vergrote aansig in Fig. 1b (ook getoon in detail in Aanvullende Figure S1 en S2 ).Alle kanale en vloeistofvervoerkamers (soos voorbergings- en reaksiekamers) is ingebed in PLA (polimelksuur) substrate wat wissel van 0,2 mm (dunste deel) tot 5 mm dik.Die elastiese filmmateriaal is 'n 300 µm dik PDMS wat maklik uitsit wanneer lugdruk toegepas word as gevolg van sy "dun dikte" en lae elastisiteitsmodulus (ongeveer 2.25 MPa47).Die poliëtileenfilmlaag is gemaak van poliëtileentereftalaat (PET) met 'n dikte van 100 µm om die elastiese film teen oormatige vervorming as gevolg van lugdruk te beskerm.Ooreenkom met die kamers, het die substraatlaag hefbome wat deur skarniere aan die deklaag (gemaak van PLA) gekoppel is om die vloei van vloeistof te beheer.Die elastiese film is met dubbelzijdige kleefband (ARseal 90880) op die ruglaag vasgeplak en met 'n plastiekfilm bedek.Drie lae is op 'n substraat aanmekaargesit deur 'n T-knip-ontwerp in die deklaag te gebruik.Die T-klem het 'n gaping tussen twee bene.Toe die clip in die groef geplaas is, het die twee bene effens gebuig, dan teruggekeer na hul oorspronklike toestand en die deksel en rugkant styf vasgebind terwyl hulle deur die groef beweeg het (Aanvullende Fig. S1).Die vier lae word dan saamgestel met behulp van verbindings.
Skematiese diagram van die platform wat die verskillende funksionele kompartemente en kenmerke van FAST illustreer.b Vergrote diagram van die FAST-POCT platform.c Foto van die platform langs 'n Amerikaanse kwart dollar muntstuk.
Die werkmeganisme van die FAST-POCT-platform word in Figuur 2 getoon. Die sleutelkomponente is die blokke op die basislaag en die skarniere op die deklaag, wat 'n interferensie-ontwerp tot gevolg het wanneer die vier lae met 'n T-vorm saamgestel word .Wanneer geen lugdruk toegepas word nie (fig. 2a), veroorsaak die interferensiepassing dat die skarnier buig en vervorm, en 'n seëlkrag word deur die hefboom toegepas om die elastiese film teen die blok te druk, en die vloeistof in die seëlholte word gedefinieer as 'n verseëlde toestand.Daar moet kennis geneem word dat in hierdie toestand, die hefboom na buite gebuig is, soos getoon in die syaansig in Fig. 2a.Wanneer lug voorsien word (Fig. 2b), brei die elastiese membraan uit na die deksel toe en stoot die hefboom op, om sodoende 'n gaping tussen die hefboom en die blok oop te maak vir vloeistof om na die volgende kamer te vloei, wat gedefinieer word as 'n oop toestand .Na die vrystelling van lugdruk kan die hefboom terugkeer na sy oorspronklike posisie en styf bly as gevolg van die elastisiteit van die skarnier.Video's van die hefboombewegings word in die aanvullende fliek S1 aangebied.
A. Skematiese diagram en foto's wanneer gesluit.In die afwesigheid van druk, druk die hefboom die membraan teen die blok, en die vloeistof word verseël.b In goeie toestand.Wanneer druk toegepas word, sit die membraan uit en druk die hefboom op, sodat die kanaal oopgaan en vloeistof kan vloei.c Bepaal die kenmerkende grootte van die kritieke druk.Kenmerkende afmetings sluit in die lengte van die hefboom (L), die afstand tussen die skuifbalk en die skarnier (l) en die dikte van die hefboomuitsteeksel (t).Fs is die verdigtingskrag by smoorpunt B. q is die eenvormig verspreide las op die hefboom.Tx* verteenwoordig die wringkrag wat deur die skarnierhefboom ontwikkel word.Kritiese druk is die druk wat nodig is om die hefboom op te lig en die vloeistof te laat vloei.d Teoretiese en eksperimentele resultate van die verband tussen kritieke druk en elementgrootte.n = 6 onafhanklike eksperimente is uitgevoer en data word as ± standaardafwyking getoon.Rou data word as rou datalêers aangebied.
'n Analitiese model gebaseer op die balkteorie is ontwikkel om die afhanklikheid van die kritieke druk Pc waarteen die gaping oopmaak op die meetkundige parameters te ontleed (byvoorbeeld, L is die lengte van die hefboom, l is die afstand tussen die blok en die skarnier, S is die hefboom Die kontakarea met die vloeistof t is die dikte van die hefboomuitsteeksel, soos getoon in Fig. 2c).Soos uiteengesit in die aanvullende notas en aanvullende figuur S3, maak die gaping oop wanneer \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), waar Fs die wringkrag is \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\) om die kragte wat verband hou met 'n interferensiepassing uit te skakel en die skarnier te laat buig.Die eksperimentele respons en die analitiese model toon goeie ooreenstemming (Fig. 2d), wat toon dat die kritiese druk Pc toeneem met toenemende t/l en dalende L, wat maklik verklaar word deur die klassieke balkmodel, maw die wringkrag neem toe met t /Lift .Ons teoretiese analise toon dus duidelik dat die kritieke druk effektief beheer kan word deur die hefboomlengte L en die t/l-verhouding aan te pas, wat 'n belangrike basis bied vir die ontwerp van die FAST-POCT-platform.
Die FAST-POCT-platform bied multifunksionele reseptering (getoon in Figuur 3a met insetsel en eksperiment), wat die belangrikste kenmerk van suksesvolle POCT is, waar vloeistowwe in enige rigting en in enige volgorde (kaskade, gelyktydig, opeenvolgend) of selektiewe multikanaal kan vloei uitdeel .– doseerfunksie.Op fig.3a(i) toon 'n kaskade-doseermodus waarin twee of meer kamers in kaskade gebruik word deur blokke te gebruik om die verskillende reaktante te skei en 'n hefboom om die oop en geslote toestande te beheer.Wanneer druk toegepas word, vloei die vloeistof van die boonste na die onderste kamer op 'n kaskade wyse.Daar moet kennis geneem word dat die kaskadekamers gevul kan word met nat chemikalieë of droë chemikalieë soos gevriesdroogde poeiers.In die eksperiment in Fig. 3a(i), vloei die rooi ink uit die boonste kamer saam met die blou kleurstofpoeier (kopersulfaat) in die tweede kamer en word donkerblou wanneer dit die onderste kamer bereik.Dit wys ook die beheerdruk vir die vloeistof wat gepomp word.Net so, wanneer een hefboom aan twee kamers gekoppel is, word dit die gelyktydige inspuitmodus, soos in fig.3a(ii), waarin die vloeistof eenvormig oor twee of meer kamers versprei kan word wanneer druk toegepas word.Aangesien die kritieke druk afhang van die lengte van die hefboom, kan die lengte van die hefboom aangepas word om 'n opeenvolgende inspuitpatroon te verkry soos in fig.3a(iii).'n Lang hefboom (met kritieke druk Pc_long) is aan kamer B gekoppel en 'n kort hefboom (met kritieke druk Pc_short > Pc_long) is aan kamer A gekoppel. Aangesien druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) toegepas is, is slegs die vloeistof in rooi kan na kamer B vloei en wanneer die druk verhoog is na P2 (> Pc_short), kan die blou vloeistof na kamer A vloei. Hierdie opeenvolgende inspuitmodus is van toepassing op verskillende vloeistowwe wat in volgorde na hul verwante kamers oorgedra word, wat van kritieke belang is vir 'n suksesvolle POCT toestel.'n Lang hefboom (met kritieke druk Pc_long) is aan kamer B gekoppel en 'n kort hefboom (met kritieke druk Pc_short > Pc_long) is aan kamer A gekoppel. Aangesien druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) toegepas is, is slegs die vloeistof in rooi kan na kamer B vloei en wanneer die druk verhoog is na P2 (> Pc_short), kan die blou vloeistof na kamer A vloei. Hierdie opeenvolgende inspuitmodus is van toepassing op verskillende vloeistowwe wat in volgorde na hul verwante kamers oorgedra word, wat van kritieke belang is vir 'n suksesvolle POCT toestel.Длинный рычаг (с критическим давлением Pc_long) был соединен с камерой B, а короткий рычаг (с критечем Pc_long) инен с камерой A. При приложении давления P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) только жидкость, выделенная красным может камеру B, и когда давление было увеличено до P2 (> Pc_short), синяя жидкость может течь в камеру Эжоледско а применяется к различным жидкостям, последовательно перемещаемым в соответствующие камеры, чато имеще шной POCT.'n Lang hefboom (met kritieke druk Pc_long) is aan kamer B gekoppel, en 'n kort hefboom (met kritieke druk Pc_short > Pc_long) is aan kamer A gekoppel. Wanneer druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) toegepas word, word slegs die vloeistof uitgelig in rooi kan in kamer B vloei, en wanneer die druk verhoog is tot P2 (> Pc_short), kan die blou vloeistof in kamer A vloei. Hierdie opeenvolgende inspuitmodus word toegepas op verskillende vloeistowwe wat opeenvolgend na die onderskeie kamers oorgedra word, wat krities is vir suksesvolle POCT.toestel. Длинный рычаг (критическое давление pc_long) соединен с керой b, а короткий рычаг (критичччееее сее се сllong) рой A.Die lang arm (kritiese druk Pc_long) is gekoppel aan kamer B en die kort arm (kritiese druk Pc_short > Pc_long) is gekoppel aan kamer A.При приложении давления P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) in камеру ort) в камеру A может поступать синяя жидкость.Wanneer druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) toegepas word, kan slegs rooi vloeistof kamer B binnegaan, en wanneer druk verhoog word na P2 (> Pc_short), kan blou vloeistof kamer A binnegaan. Hierdie opeenvolgende inspuitmodus is geskik vir opeenvolgende oordrag van verskeie vloeistowwe in die onderskeie kamers in, wat van kritieke belang is vir die suksesvolle werking van die POCT-toestel.Figuur 3a(iv) demonstreer die selektiewe inspuitmodus, waar die hoofkamer 'n kort (met kritieke druk Pc_short) en 'n lang hefboom (met kritieke druk Pc_long < Pc_short) gehad het wat bykomend aan onderskeidelik kamer A en kamer B gekoppel was. na 'n ander lugkanaal gekoppel aan kamer B. Om eers die vloeistof na kamer A oor te dra, is druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) en P2 (P2 > P1) met P1 + P2 > Pc_short terselfdertyd op die toestel toegepas.Figuur 3a(iv) demonstreer die selektiewe inspuitmodus, waar die hoofkamer 'n kort (met kritieke druk Pc_short) en 'n lang hefboom (met kritieke druk Pc_long < Pc_short) gehad het wat bykomend aan onderskeidelik kamer A en kamer B gekoppel was. na 'n ander lugkanaal gekoppel aan kamer B. Om eers die vloeistof na kamer A oor te dra, is druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) en P2 (P2 > P1) met P1 + P2 > Pc_short terselfdertyd op die toestel toegepas.Op fig.3а(iv) показан режим селективного впрыска, при котором основная камера имела короткий (с критическим давын критическим) (met критическим давлением Pc_long < Pc_short), которые дополнительно соединялись с камерой A en камерой B соответстветствет.3a(iv) toon die selektiewe inspuitmodus, waarin die hoofkamer 'n kort (met kritieke druk Pc_short) en 'n lang hefboom (met kritieke druk Pc_long < Pc_short) gehad het, wat addisioneel onderskeidelik met kamer A en kamer B verbind was.кдругому воздушному каналу, соединенному с камерой B. Чтобы сначала передать жидкость в камерон A, камур вали давление P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) en P2 (P2 > P1), где P1 + P2 > Pc_short.na 'n ander lugkanaal wat aan kamer B gekoppel is. Om eers vloeistof na kamer A oor te dra, is drukke P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) en P2 (P2 > P1) gelyktydig op die toestel toegepas, waar P1 + P2 > Pc_short. 3 (iv) показан режим селективного впрыска, когда основная камера имет короткий с сйиилллллллллиииииииииииииииии Ek Ek is ный стержень (с кosk зздшном каналу, подключенному к комнате B.3a(iv) toon die selektiewe inspuitmodus wanneer die hoofkamer 'n kort stingel (kritiese druk Pc_short) en 'n lang stingel (kritiese druk Pc_long < Pc_short) het wat onderskeidelik aan kamer A en kamer B gekoppel is, en bykomend tot 'n ander luggang, gekoppel aan kamer B.Dus, P2 verhoed dat vloeistof kamer B binnegaan;intussen het die totale druk P1 + P2 die kritieke druk oorskry om die korter hefboom wat aan kamer A gekoppel is te aktiveer om die vloeistof na kamer A toe te laat vloei. Dan, wanneer kamer B gevul moes word, hoef ons net P1 toe te pas (Pc_long < P1 < Pc_short) in die hoofkamer om die lang hefboom te aktiveer en die vloeistof na kamer B toe te laat vloei. Dit kan duidelik waargeneem word vanaf tyd t = 3 s tot 9 s dat die vloeistof in kamer A konstant gebly het terwyl dit in kamer toegeneem het B wanneer druk P1 toegepas is.intussen het die totale druk P1 + P2 die kritieke druk oorskry om die korter hefboom wat aan kamer A gekoppel is te aktiveer om die vloeistof na kamer A toe te laat vloei. Dan, wanneer kamer B gevul moes word, hoef ons net P1 toe te pas (Pc_long < P1 < Pc_short) in die hoofkamer om die lang hefboom te aktiveer en die vloeistof na kamer B toe te laat vloei. Dit kan duidelik waargeneem word vanaf tyd t = 3 s tot 9 s dat die vloeistof in kamer A konstant gebly het terwyl dit in kamer toegeneem het B wanneer druk P1 toegepas is.Между тем, общее давление P1 + P2 превысило критическое давление, чтобы активировать более короткий рычаг, соединенный с камерой A, чтобы позволить жидкости течь в камеру A. Затем, когда требуется заполнить камеру B, нам нужно только применить P1 (Pc_long < P1 < Pc_short ) в основной камере, чтобы активировать длинный рычаг и дать жидкости течь в камеру B. Можно ясно 3 tot 9 van жидкость в камере A оставалась постоянной, в то время как в камере она увеличивалась.Intussen het die totale druk P1 + P2 die kritieke druk oorskry om 'n korter hefboom wat aan kamer A gekoppel is te aktiveer om vloeistof in kamer A te laat vloei. Wanneer kamer B dan gevul moet word, hoef ons net P1 toe te pas (Pc_long < P1) < Pc_short ) in die hoofkamer om die lang hefboom te aktiveer en die vloeistof in kamer B te laat vloei. Dit kan duidelik waargeneem word dat tussen t = 3 s en 9 s die vloeistof in kamer A konstant gebly het, terwyl dit in kamer toegeneem het.B wanneer druk P1 toegepas word.Terselfdertyd oorskry die totale druk P1 + P2 die kritieke druk, wat die korter hefboomverbindingskamer A in werking stel, wat vloeistof in kamer A laat vloei.Wanneer dit tyd is om kamer A te vul, pas ons eenvoudig P1 in die hoofkamer en P2 in die sekondêre kamer toe.Op hierdie manier kan die vloeigedrag selektief gewissel word tussen kameras A en B. Die vloeigedrag van die vier multifunksionele verspreidingsmodusse kan in die aanvullende fliek S2 gevind word.
'n Illustrasie van multifunksionele opdrag, dws (i) kaskade, (ii) gelyktydige, (iii) sekwensiële en (iv) selektiewe opdrag.Die krommes verteenwoordig die werkvloei en parameters van hierdie vier verspreidingsmodusse.b Resultate van langtermynopbergingstoetse in gedeïoniseerde water en etanol.n = 5 onafhanklike eksperimente is uitgevoer en data word as ± sd c getoon.Stabiliteitstoetsdemonstrasies wanneer die FAST-toestel en die kapillêre klep (CV) toestel in (i) statiese en (ii) vibrerende toestande was.(iii) Volume teenoor tyd vir FAST en CV toestelle by verskeie hoekfrekwensies.d Publikasie van toetsresultate op aanvraag vir (i) FAST toestel en (ii) CV toestel.(iii) Verwantskap tussen volume en tyd vir FAST- en CV-toestelle wat intermitterende drukmodus gebruik.Alle skaalstawe, 1 cm.Rou data word as rou datalêers verskaf.
Langtermynberging van reagense is nog 'n belangrike kenmerk van 'n suksesvolle POCT-toestel wat onopgeleide personeel sal toelaat om veelvuldige reagense te hanteer.Terwyl baie tegnologieë hul potensiaal vir langtermynberging getoon het (bv. 35 mikrodispensers, 48 ​​blisterpakkies en 49 stokpakkies), is 'n toegewyde ontvangskompartement nodig om die pakket te akkommodeer, wat koste en kompleksiteit verhoog;verder maak hierdie bergingsmeganismes nie voorsiening op aanvraag moontlik nie en lei tot vermorsing van reagense as gevolg van oorskiet in die verpakking.Langtermynbergingsvermoë is geverifieer deur 'n versnelde lewensduurtoets uit te voer met behulp van CNC-gemasjineerde PMMA-materiaal as gevolg van die geringe grofheid en weerstand teen gaspermeasie (Aanvullende Figuur S5).Die toetsapparaat is gevul met gedeïoniseerde water (gedeïoniseerde water) en 70% etanol (simuleer vlugtige reagense) by 65°C vir 9 dae.Beide gedeïoniseerde water en etanol is met behulp van aluminiumfoelie gestoor om toegang van bo af te blokkeer.Die Arrhenius-vergelyking en penetrasie-aktiveringsenergie wat in die literatuur gerapporteer is50,51 is gebruik om die intydse ekwivalent te bereken.Op fig.3b toon die gemiddelde gewigsverliesresultate vir 5 monsters wat vir 9 dae by 65°C gestoor is, gelykstaande aan 0.30% vir gedeïoniseerde water en 0.72% vir 70% etanol oor 2 jaar by 23°C.
Op fig.3c toon die vibrasietoets.Aangesien die kapillêre klep (CV) die gewildste vloeistofhanteringsmetode onder bestaande POCT28,29-toestelle is, is 'n CV-toestel 300 µm breed en 200 µm diep vir vergelyking gebruik.Dit kan gesien word dat wanneer beide toestelle stilstaan, die vloeistof in die FAST-POCT-platform seël en die vloeistof in die CV-toestel sluit as gevolg van die skielike uitbreiding van die kanaal, wat kapillêre kragte verminder.Soos die orbitale vibrator se hoekfrekwensie egter toeneem, bly die vloeistof in die FAST-POCT-platform verseël, maar die vloeistof in die CV-toestel vloei in die onderste kamer in (sien ook Aanvullende Film S3).Dit dui daarop dat die vervormbare skarniere van die FAST-POCT-platform 'n sterk meganiese krag op die module kan uitoefen om die vloeistof in die kamer styf toe te maak.In CV-toestelle word vloeistof egter behou as gevolg van die balans tussen die vaste-, lug- en vloeistoffase, wat onstabiliteit skep, en vibrasies kan die balans versteur en onverwagte vloeigedrag veroorsaak.Die voordeel van die FAST-POCT-platform is dat dit betroubare funksionaliteit bied en mislukkings vermy in die teenwoordigheid van vibrasies wat gewoonlik tydens aflewering en werking voorkom.
Nog 'n belangrike kenmerk van die FAST-POCT-platform is die vrystelling daarvan op aanvraag, wat 'n sleutelvereiste vir kwantitatiewe analise is.Op fig.3d vergelyk die vrystelling op aanvraag van die FAST-POCT-platform en die CV-toestel.Uit fig.3d(iii) sien ons dat die FAST-toestel vinnig op die druksein reageer.Wanneer druk op die FAST-POCT-platform toegepas is, het die vloeistof gevloei, toe die druk vrygestel is, het die vloei dadelik gestop (Fig. 3d(i)).Hierdie aksie kan verklaar word deur die vinnige elastiese terugkeer van die skarnier, wat die hefboom terug teen die blok druk en die kamer toemaak.Vloeistof het egter voortgegaan om in die CV-toestel te vloei, wat uiteindelik gelei het tot 'n onverwagte vloeistofvolume van ongeveer 100 µl nadat druk vrygestel is (Figuur 3d(ii) en Supplementary Movie S4).Dit kan verklaar word deur die verdwyning van die kapillêre vaspen effek na volledige benatting van die CV na die eerste inspuiting.
Die vermoë om vloeistowwe van verskillende benatbaarheid en viskositeit in dieselfde toestel te hanteer, bly 'n uitdaging vir POCT-toepassings.Swak benatbaarheid kan lei tot lekkasies of ander onverwagte vloeigedrag in die kanale, en bykomende toerusting soos draaikolkmengers, sentrifuges en filters word dikwels benodig om hoogs viskose vloeistowwe voor te berei 52 .Ons het die verband tussen kritieke druk en vloeistof eienskappe getoets (met 'n wye reeks benatbaarheid en viskositeit).Die resultate word in Tabel 1 en Video S5 getoon.Dit kan gesien word dat vloeistowwe van verskillende benatbaarheid en viskositeit in die kamer verseël kan word, en wanneer druk toegepas word, kan selfs vloeistowwe met 'n viskositeit van tot 5500 cP na die aangrensende kamer oorgedra word, wat dit moontlik maak om monsters met hoë viskositeit (dws sputum, 'n baie viskose monster wat gebruik word vir die diagnose van respiratoriese siektes).
Deur bogenoemde multifunksionele resepteringstoestelle te kombineer, kan 'n wye reeks FAST-gebaseerde POCT-toestelle ontwikkel word.'n Voorbeeld word in Figuur 1 getoon. Die aanleg bevat 'n vooropbergingskamer, 'n mengkamer, 'n reaksiekamer en 'n afvalkamer.Reagense kan vir lang tydperke in die voorbergingskamer gestoor word en dan in die mengkamer afgegooi word.Met die regte druk kan die gemengde reaktante selektief na 'n afvalkamer of 'n reaksiekamer oorgedra word.
Omdat PCR-opsporing die goue standaard is vir die opsporing van patogene soos H1N1 en COVID-19 en veelvuldige reaksiestappe behels, het ons die FAST-POCT-platform vir PCR-opsporing as 'n toepassing gebruik.Op fig.4 toon die PCR-toetsproses met behulp van die FAST-POCT-platform.Eerstens is die eluerende reagens, magnetiese mikrokraalreagens, wasoplossing A en wasoplossing W onderskeidelik in voorafbergingskamers E, M, W1 en W2 gepipetteer.Die stadiums van RNA-adsorpsie word in fig.4a en is soos volg: (1) wanneer druk P1 (=0.26 bar) toegepas word, beweeg die monster na kamer M en word in die mengkamer afgevoer.(2) Lugdruk P2 (= 0.12 bar) word voorsien deur poort A wat aan die onderkant van die mengkamer gekoppel is.Alhoewel 'n aantal mengmetodes hul potensiaal getoon het in die meng van vloeistowwe op POCT-platforms (bv. serpentynmenging 53, ewekansige vermenging 54 en bondelmenging 55), is hul mengdoeltreffendheid en doeltreffendheid steeds nie bevredigend nie.Dit neem die borrelmengmetode aan, waarin lug in die bodem van die mengkamer ingebring word om borrels in die vloeistof te skep, waarna die kragtige draaikolk binne sekondes volledige vermenging kan bereik.Borrelmengeksperimente is uitgevoer en die resultate word in Aanvullende Figuur S6 aangebied.Dit kan gesien word dat wanneer 'n druk van 0,10 bar toegepas word, volledige vermenging ongeveer 8 sekondes neem.Deur die druk tot 0,20 bar te verhoog, word volledige vermenging in ongeveer 2 sekondes bereik.Metodes vir die berekening van mengdoeltreffendheid word in die Metodes-afdeling aangebied.(3) Gebruik 'n rubidiummagneet om die krale te onttrek, druk dan P3 (= 0.17 bar) deur poort P om die reagense in die afvalkamer in te skuif.Op fig.4b,c toon die wasstappe om onsuiwerhede uit die monster te verwyder soos volg: (1) Die wasoplossing A uit die kamer W1 word in die drukmengkamer P1 afgevoer.(2) Doen dan die borrelmengproses.(3) Die wasoplossing A word na die afvalvloeistofkamer oorgedra, en die mikrokrale in die mengkamer word deur die magneet uitgetrek.Was W (Fig. 4c) was soortgelyk aan wasgoed A (Fig. 4b).Daar moet kennis geneem word dat elke wasstap A en W twee keer uitgevoer is.Figuur 4d toon die elueringsstappe om die RNA uit die krale te elueer;die eluerings- en menginleidingstappe is dieselfde as die RNA-adsorpsie- en wasstappe hierbo beskryf.Soos die elueringsreagense onder drukke P3 en P4 (=0.23 bar) na die PCR-reaksiekamer oorgedra word, word die kritieke druk bereik om die arm van die PCR-reaksiekamer te seël.Net so help die P4-druk ook om die deurgang na die afvalkamer te verseël.Dus, alle elueringsreagense is eweredig tussen die vier PCR-reaksiekamers versprei om die multipleks PCR-reaksies te inisieer.Die bogenoemde prosedure word in Supplementary Movie S6 aangebied.
In die RNA-adsorpsiestap word die monster in die inlaat M ingebring en saam met die voorheen gestoor kraaloplossing in die mengkamer ingespuit.Nadat die korrels gemeng en verwyder is, word die reagense in die afvalkamer versprei.b en c wasstappe, voer verskeie vooraf gestoor wasreagense in die mengkamer in, en nadat die krale gemeng en verwyder is, dra die reagense na die afvalvloeistofkamer oor.d Elueringsstap: Nadat die elueringsreagense ingebring is, vermenging en kraalekstraksie, word die reagense na die PCR-reaksiekamer oorgeplaas.Die krommes toon die werkvloei en verwante parameters van die verskillende stadiums.Druk is die druk wat deur die individuele kamers uitgeoefen word.Volume is die volume vloeistof in die mengkamer.Alle skaalstawe is 1 cm.Rou data word as rou datalêers verskaf.
'n PCR-toetsprosedure is uitgevoer en Aanvullende Figuur S7 bied termiese profiele aan, insluitend 20 minute se omgekeerde transkripsietyd en 60 minute van termiese siklustyd (95 en 60 °C), met een termiese siklus wat 90 s is (Supplementary Movie S7)..FAST-POCT benodig minder tyd om een ​​termiese siklus (90 sekondes) te voltooi as konvensionele RT-PCR (180 sekondes vir een termiese siklus).Dit kan verklaar word deur die hoë oppervlakte tot volume verhouding en die lae termiese traagheid van die mikro-PKR reaksie kamer.Die kameroppervlak is 96,6 mm2 en die kamervolume is 25 mm3, wat die oppervlak tot volume verhouding ongeveer 3,86 maak.Soos gesien in Aanvullende Figuur S10, het die PCR-toetsarea van ons platform 'n groef op die agterpaneel, wat die onderkant van die PCR-kamer 200 µm dik maak.'n Termies geleidende elastiese kussing is aan die verwarmingsoppervlak van die temperatuurbeheerder geheg, wat stywe kontak met die agterkant van die toetsboks verseker.Dit verminder die termiese traagheid van die platform en verbeter die verhitting/verkoelingsdoeltreffendheid.Tydens termiese siklusse smelt die paraffien wat in die platform ingebed is en vloei in die PCR-reaksiekamer in, wat dien as 'n seëlmiddel om reagensverdamping en omgewingsbesoedeling te voorkom (sien Aanvullende film S8).
Alle PCR-opsporingsprosesse hierbo beskryf is ten volle geoutomatiseer deur gebruik te maak van 'n pasgemaakte FAST-POCT-instrument, bestaande uit 'n geprogrammeerde drukbeheereenheid, 'n magnetiese ekstraksie-eenheid, 'n temperatuurbeheereenheid en 'n fluoresserende seinopvang- en verwerkingseenheid.Let wel, ons het die FAST-POCT-platform vir RNA-isolasie gebruik en dan die onttrekte RNA-monsters vir PCR-reaksies gebruik met behulp van die FAST-POCT-stelsel en desktop PCR-stelsel vir vergelyking.Die resultate was amper dieselfde as getoon in Aanvullende Figuur S8.Die operateur voer 'n eenvoudige taak uit: voer die monster in die M-kamer in en plaas die platform in die instrument.Kwantitatiewe toetsresultate is binne ongeveer 82 minute beskikbaar.Gedetailleerde inligting oor FAST-POCT-gereedskap kan in die aanvullende figuur gevind word.C9, C10 en C11.
Griep wat veroorsaak word deur influensa A (IAV), B (IBV), C (ICV) en D (IDV) virusse is 'n algemene wêreldwye verskynsel.Hiervan is IAV en IBV verantwoordelik vir die ernstigste gevalle en seisoenale epidemies, wat 5-15% van die wêreld se bevolking besmet, wat 3-5 miljoen ernstige gevalle veroorsaak en jaarliks ​​290,000-650,000 sterftes veroorsaak.Respiratoriese siektes56,57.Vroeë diagnose van IAV en IB is noodsaaklik om morbiditeit en gepaardgaande ekonomiese las te verminder.Onder beskikbare diagnostiese tegnieke word die omgekeerde transkriptase polimerase kettingreaksie (RT-PCR) as die mees sensitiewe, spesifieke en akkurate (>99%) beskou 58,59.Onder beskikbare diagnostiese tegnieke word die omgekeerde transkriptase polimerase kettingreaksie (RT-PCR) as die mees sensitiewe, spesifieke en akkurate (>99%) beskou 58,59.Среди доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (Ретабсой) тельной, специфичной и точной (> 99%)58,59.Onder die beskikbare diagnostiese metodes word omgekeerde transkriptase polimerase kettingreaksie (RT-PCR) as die mees sensitiewe, spesifieke en akkurate (> 99%) beskou 58,59. Из доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (ОТеППЦЦР) льной, специфичной и точной (>99%)58,59.Van die beskikbare diagnostiese metodes word omgekeerde transkriptase polimerase kettingreaksie (RT-PCR) as die mees sensitiewe, spesifieke en akkurate (>99%) beskou 58,59.Tradisionele RT-PCR-metodes vereis egter herhaalde pipettering, vermenging, reseptering en oordrag van vloeistof, wat die gebruik daarvan deur professionele persone in hulpbronbeperkte omgewings beperk.Hier is die FAST-POCT platform gebruik vir PKR opsporing van IAV en IBV, onderskeidelik, om hul onderste limiet van opsporing (LOD) te verkry.Daarbenewens is IAV en IBV vermenigvuldig om te onderskei tussen verskillende patotipes oor spesies heen, wat 'n belowende platform bied vir genetiese analise en die vermoë om die siekte akkuraat te behandel.
Op fig.5a toon die resultate van HAV PCR-toetsing deur 150 µl gesuiwerde virale RNA as 'n monster te gebruik.Op fig.5a(i) toon dat by 'n HAV-konsentrasie van 106 kopieë/ml, die fluoressensie-intensiteit (ΔRn) 0.830 kan bereik, en wanneer die konsentrasie tot 102 kopieë/ml verminder word, kan ΔRn steeds 0.365 bereik, wat ooreenstem met hoër as dit van die leë negatiewe kontrolegroep (0,002), ongeveer 100 keer hoër.Vir kwantifisering gebaseer op ses onafhanklike eksperimente, is 'n lineêre kalibrasiekurwe gegenereer tussen logkonsentrasie en siklusdrempel (Ct) van IAV (Fig. 5a(ii)), R2 = 0.993, wat wissel van 102-106 kopieë/mL.die resultate stem goed ooreen met konvensionele RT-PCR metodes.Op fig.5a(iii) toon fluoresserende beelde van toetsresultate na 40 siklusse van die FAST-POCT platform.Ons het gevind dat die FAST-POCT-platform HAV so laag as 102 kopieë/ml kan opspoor.Die tradisionele metode het egter nie 'n Ct-waarde op 102 kopieë/ml nie, wat dit 'n LOD van ongeveer 103 kopieë/ml maak.Ons het veronderstel dat dit te wyte kan wees aan die hoë doeltreffendheid van borrelvermenging.PKR-toetseksperimente is op gesuiwerde IAV-RNA uitgevoer om verskeie mengmetodes te evalueer, insluitende skudmengsel (dieselfde mengmetode as in konvensionele RT-PCR-werking), flesmengsel (hierdie metode, 3 s by 0.12 bar) en geen vermenging as 'n kontrolegroep ..Die resultate kan gevind word in Aanvullende Figuur S12.Daar kan gesien word dat by 'n hoër RNA-konsentrasie (106 kopieë/ml) die Ct-waardes van die verskillende mengmetodes amper dieselfde is as vir borrelmenging.Toe die RNA-konsentrasie tot 102 kopieë/ml gedaal het, het die skudmengsel en kontroles geen Ct-waardes gehad nie, terwyl die borrelmengselmetode steeds 'n Ct-waarde van 36.9 gegee het, wat onder die Ct-drempel van 38 was. Die resultate toon 'n dominante mengeienskap vesikels, wat ook in ander literatuur gedemonstreer is, wat ook kan verklaar waarom die sensitiwiteit van die FAST-POCT platform effens hoër is as konvensionele RT-PCR.Op fig.5b toon die resultate van PCR-analise van gesuiwerde IBV-RNA-monsters wat wissel van 101 tot 106 kopieë/ml.Die resultate was soortgelyk aan die IAV-toets, met 'n R2 = 0.994 en 'n LOD van 102 kopieë/ml.
'n PKR-analise van influensa A-virus (IAV) met IAV-konsentrasies wat wissel van 106 tot 101 kopieë/ml met behulp van TE-buffer as 'n negatiewe kontrole (NC).(i) Intydse fluoressensiekurwe.(ii) Lineêre kalibrasiekurwe tussen logaritmiese IAV RNA-konsentrasie en siklusdrempel (Ct) vir VINNIGE en konvensionele toetsmetodes.(iii) IAV FAST-POCT fluoresserende beeld na 40 siklusse.b, PCR-opsporing van influensa B-virus (IBV) met (i) intydse fluoressensiespektrum.(ii) Lineêre kalibrasiekurwe en (iii) FAST-POCT IBV fluoressensiebeeld na 40 siklusse.Die onderste limiet van opsporing (LOD) vir IAV en IBV met behulp van die FAST-POCT platform was 102 kopieë/ml, wat laer is as konvensionele metodes (103 kopieë/ml).c Multiplekstoetsresultate vir IAV en IBV.GAPDH is as 'n positiewe kontrole gebruik en TE-buffer is as 'n negatiewe kontrole gebruik om moontlike kontaminasie en agtergrondversterking te voorkom.Vier verskillende monstertipes kan onderskei word: (1) GAPDH-net negatiewe monsters (“IAV-/IBV-”);(2) IAV-infeksie (“IAV+/IBV-”) met IAV en GAPDH;(3) IBV-infeksie (“IAV-/IBV+”) met IBV en GAPDH;(4) IAV/IBV-infeksie (“IAV+/IBV+”) met IAV, IBV en GAPDH.Die stippellyn verteenwoordig die drempellyn.n = 6 biologies onafhanklike eksperimente is uitgevoer, data word as ± standaardafwyking getoon.Rou data word as rou datalêers aangebied.
Op fig.5c toon die resultate van die multiplekseringstoets vir IAV/IBV.Hier is viruslisaat as 'n monsteroplossing in die plek van gesuiwerde RNA gebruik, en vier primers vir IAV, IBV, GAPDH (positiewe beheer) en TE-buffer (negatiewe beheer) is by vier verskillende reaksiekamers van die FAST-POCT-platform gevoeg.Positiewe en negatiewe kontroles word hier gebruik om moontlike kontaminasie en agtergrondverbetering te voorkom.Die toetse is in vier groepe verdeel: (1) GAPDH-negatiewe monsters (“IAV-/IBV-”);(2) IAV-geïnfekteerde (“IAV+/IBV-”) teenoor IAV en GAPDH;(3) IBV-.besmette (“IAV-”) -/IBV+”) IBV en GAPDH;(4) IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) infeksie met IAV, IBV en GAPDH.Op fig.5c toon dat wanneer negatiewe monsters toegedien is, die fluoressensie-intensiteit ΔRn van die positiewe kontrolekamer 0.860 was, en die ΔRn van IAV en IBV was soortgelyk aan die negatiewe kontrole (0.002).Vir die IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ en IAV+/IBV+ groepe het die IAV/GAPDH, IBV/GAPDH en IAV/IBV/GAPDH kameras onderskeidelik beduidende fluoressensie intensiteit getoon, terwyl die ander kameras selfs fluoressensie intensiteit op 'n agtergrond getoon het vlak van 40 na termiese fietsry.Uit die toetse hierbo het die FAST-POCT-platform uitstaande spesifisiteit getoon en ons toegelaat om gelyktydig verskillende griepvirusse te patotipeer.
Om die kliniese toepaslikheid van FAST-POCT te bekragtig, het ons 36 kliniese monsters (neusdeppermonsters) van IB-pasiënte (n=18) en nie-IB-kontroles (n=18) getoets (Figuur 6a).Pasiëntinligting word in Aanvullende Tabel 3 aangebied. IB-infeksiestatus is onafhanklik bevestig en die studieprotokol is deur Zhejiang Universiteit Eerste Geaffilieerde Hospitaal (Hangzhou, Zhejiang) goedgekeur.Elke steekproef van pasiënte is in twee kategorieë verdeel.Een is verwerk met behulp van FAST-POCT en die ander is verwerk met behulp van 'n rekenaar PCR-stelsel (SLAN-96P, China).Beide toetse gebruik dieselfde suiwerings- en opsporingstelle.Op fig.6b toon die resultate van FAST-POCT en konvensionele omgekeerde transkripsie PCR (RT-PCR).Ons het die fluoressensie-intensiteit (FAST-POCT) vergelyk met -log2(Ct), waar Ct die siklusdrempel vir konvensionele RT-PCR is.Daar was goeie ooreenstemming tussen die twee metodes.FAST-POCT en RT-PCR het 'n sterk positiewe korrelasie getoon met 'n Pearson se verhouding (r) waarde van 0.90 (Figuur 6b).Ons het toe die diagnostiese akkuraatheid van FAST-POCT beoordeel.Fluoresensie intensiteit (FL) verspreidings vir positiewe en negatiewe monsters is verskaf as 'n onafhanklike analitiese maatstaf (Fig. 6c).FL-waardes was aansienlik hoër in IB-pasiënte as in kontroles (****P = 3.31 × 10-19; tweestert-t-toets) (Fig. 6d).Vervolgens is IBV ontvanger bedryfskenmerke (ROC) kurwes geplot.Ons het gevind dat die diagnostiese akkuraatheid baie goed was, met 'n area onder die kurwe van 1 (Fig. 6e).Neem asseblief kennis dat as gevolg van verpligte maskerbestelling in China as gevolg van COVID-19 vanaf 2020, ons nie pasiënte met IBD geïdentifiseer het nie, dus was alle positiewe kliniese monsters (dws neusdeppermonsters) slegs vir IBV.
Kliniese studie-ontwerp.'n Totaal van 36 monsters, insluitend 18 pasiëntmonsters en 18 nie-griepkontroles, is ontleed deur die FAST-POCT platform en konvensionele RT-PCR te gebruik.b Evalueer die analitiese konsekwentheid tussen FAST-POCT PCR en konvensionele RT-PCR.Die resultate was positief gekorreleer (Pearson r = 0.90).c Fluoresensie-intensiteitsvlakke in 18 IB-pasiënte en 18 kontroles.d In IB-pasiënte (+) was FL-waardes aansienlik hoër as in die kontrolegroep (-) (****P = 3.31 × 10-19; tweekantige t-toets; n = 36).Vir elke vierkantige plot verteenwoordig die swart merker in die middel die mediaan, en die onderste en boonste lyne van die blokkie verteenwoordig onderskeidelik die 25ste en 75ste persentiele.Die snorbaarde strek tot die minimum en maksimum datapunte, wat nie as uitskieters beskou word nie.e ROC-kromme.Die stippellyn d verteenwoordig die drempelwaarde wat uit die ROC-analise beraam is.Die AUC vir IBV is 1. Rou data word as rou datalêers verskaf.
In hierdie artikel bied ons FAST aan, wat die eienskappe het wat nodig is vir 'n ideale POCT.Die voordele van ons tegnologie sluit in: (1) Veelsydige dosering (kaskade, gelyktydig, sekwensieel en selektief), vrystelling op aanvraag (vinnige en proporsionele vrystelling van toegepaste druk) en betroubare werking (vibrasie teen 150 grade) (2) langtermynberging (2 jaar van versnelde toetsing, gewigsverlies ongeveer 0,3%);(3) die vermoë om met vloeistowwe te werk met 'n wye reeks benatbaarheid en viskositeit (viskositeit tot 5500 cP);(4) Ekonomies (Geskatte materiaalkoste van die FAST-POCT PCR-toestel is ongeveer VS$1).Deur multifunksionele dispensers te kombineer, is 'n geïntegreerde FAST-POCT-platform vir PCR-opsporing van griep A- en B-virusse gedemonstreer en toegepas.FAST-POCT neem net 82 minute.Die kliniese toetse met 36 neusdeppermonsters het goeie konkordansie in fluoressensie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-koëffisiënte > 0.9) getoon.Die kliniese toetse met 36 neusdeppermonsters het goeie konkordansie in fluoressensie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-koëffisiënte > 0.9) getoon.(Kliniese toetse met 36 masjiene is beskikbaar vir 'n oplossing vir aanlyn-tegnologie эффициенты Пирсона > 0,9).Kliniese toetse met 36 monsters van neusdeppers het goeie ooreenstemming met die fluoressensie-intensiteit van standaard RT-PCR (Pearson se koëffisiënte > 0.9) getoon. RT-PCR (Клинические испытания 36 образцов мазков из носа показали хорошее совпадение интенсивности флуоресанци эффициент Пирсона > 0,9).Kliniese toetsing van 36 neusdeppermonsters het goeie ooreenstemming van fluoressensie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson se koëffisiënt > 0.9) getoon.In parallel met hierdie werk het verskeie opkomende biochemiese metodes (bv. plasma termiese siklusse, amplifikasievrye immunotoetse en nanoliggaamfunksionaliseringstoetse) hul potensiaal in POCT getoon.Weens die gebrek aan 'n ten volle geïntegreerde en robuuste POCT-platform vereis hierdie metodes egter onvermydelik aparte voorverwerkingsprosedures (bv. RNA-isolasie44, incubation45 en washing46), wat die huidige werk verder aanvul met hierdie metodes om gevorderde POCT-funksies te implementeer met die vereiste parameters.haal-in-antwoord-uitset prestasie.In hierdie werk, alhoewel die lugpomp wat gebruik word om die FAST-klep te aktiveer, klein genoeg is om in 'n bankinstrument geïntegreer te word (Fig. S9, S10), verbruik dit steeds aansienlike krag en genereer geraas.In beginsel kan kleiner vormfaktor pneumatiese pompe vervang word deur ander maniere, soos die gebruik van elektromagnetiese krag of vingeraandrywing.Verdere verbeterings kan byvoorbeeld die aanpassing van kits vir verskillende en spesifieke biochemiese toetse insluit, deur nuwe opsporingsmetodes te gebruik wat nie verhitting/verkoelingstelsels benodig nie, en sodoende 'n gereedskapvrye POCT-platform vir PCR-toepassings verskaf.Ons glo dat, aangesien die FAST-platform 'n manier bied om vloeistowwe te manipuleer, ons glo dat die voorgestelde FAST-tegnologie die potensiaal bied om 'n gemeenskaplike platform te skep, nie net vir biomediese toetsing nie, maar ook vir omgewingsmonitering, toetsing van voedselkwaliteit, materiaal en dwelmsintese ..
Die versameling en gebruik van menslike neusdeppermonsters is goedgekeur deur die Etiese Komitee van Zhejiang Universiteit Eerste Geaffilieerde Hospitaal (IIT20220330B).36 neusdeppermonsters is ingesamel, wat 16 volwassenes < 30 jaar oud, 7 volwassenes > 40 jaar oud en 19 mans, 17 vroue, betrek het.36 neusdeppermonsters is ingesamel, wat 16 volwassenes < 30 jaar oud, 7 volwassenes > 40 jaar oud en 19 mans, 17 vroue, betrek het.Было собрано 36 образцов мазков из носа, в которых приняли участие 16 взрослых < 30 лет, 7 меслыш en 17 Junie.Ses-en-dertig neusdeppermonsters is versamel van 16 volwassenes < 30 jaar oud, 7 volwassenes ouer as 40 jaar, 19 mans en 17 vroue.Demografiese data word in Aanvullende Tabel 3 aangebied. Ingeligte toestemming is van alle deelnemers verkry.Alle deelnemers is vermoedelik griep gehad en is vrywillig sonder vergoeding getoets.
Die FAST-basis en deksel is gemaak van polimelksuur (PLA) en gedruk deur Ender 3 Pro 3D-drukker (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).Dubbelzijdige kleefband is by Adhesives Research, Inc. Model 90880 gekoop. PET-film 100 µm dik is by McMaster-Carr gekoop.Beide die gom en die PET film is gesny met behulp van die Silhouette Cameo 2 snyer van Silhouette America, Inc. Die elastiese film word gemaak van PDMS materiaal deur spuitgiet.Eerstens is 'n 200 µm dik PET-raam met 'n laserstelsel gesny en aan 'n 3 mm dik PMMA-vel vasgegom met 100 µm dubbelzijdige kleefband.Die PDMS-voorloper (Sylgard 184; Deel A: Deel B = 10:1, Dow Corning) is dan in die vorm gegooi en 'n glasstaaf is gebruik om oortollige PDMS te verwyder.Nadat die 300 μm dik PDMS-film vir 3 uur by 70° C. gehard is, kon die vorm van die vorm afgeskil word.
Foto's vir veelsydige verspreiding, op-aanvraag publisering en betroubare werkverrigting word geneem met 'n hoëspoedkamera (Sony AX700 1000 fps).Die orbitaalskudder wat in die betroubaarheidstoets gebruik is, is by SCILOGEX (SCI-O180) gekoop.Die lugdruk word deur 'n lugkompressor opgewek, en verskeie digitale presisiedrukreguleerders word gebruik om die drukwaarde aan te pas.Die vloeigedragtoetsproses is soos volg.'n Voorafbepaalde hoeveelheid vloeistof is in die toetstoestel ingespuit en 'n hoëspoedkamera is gebruik om die vloeigedrag op te teken.Stilbeelde is dan geneem uit video's van die vloeigedrag op vaste tye, en die oorblywende area is bereken met behulp van Image-Pro Plus sagteware, wat dan vermenigvuldig is met die kamera diepte om die volume te bereken.Besonderhede van die vloeigedragtoetsstelsel kan gevind word in Aanvullende Figuur S4.
Spuit 50 µl mikrokrale en 100 µl gedeïoniseerde water in die flessie-mengtoestel.Gemengde werkverrigtingfoto's is elke 0.1 sekondes met 'n hoëspoedkamera geneem teen druk van 0.1 bar, 0.15 bar en 0.2 bar.Pikselinligting tydens die vermengingsproses kan van hierdie beelde verkry word met behulp van fotoverwerkingsagteware (Photoshop CS6).En mengdoeltreffendheid kan bereik word met die volgende Vergelyking 53.
waar M die mengdoeltreffendheid is, N die totale aantal monsterpiksels is, en ci en \(\bar{c}\) die genormaliseerde en verwagte genormaliseerde konsentrasies is.Mengdoeltreffendheid wissel van 0 (0%, ongegemeng) tot 1 (100%, volledig gemeng).Die resultate word in Aanvullende Figuur S6 getoon.
Intydse RT-PCR-stel vir IAV en IBV, insluitend IAV- en IBV-RNA-monsters (kat.nr. RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, China), Tris-EDTA-buffer (TE-buffernr. B541019 , Sangon Biotech, China), Positiewe Beheer RNA Suiwering Kit (Deel No. Z-ME-0010, Liferiver, China) en GAPDH Solution (Deel No. M591101, Sangon Biotech, China) is kommersieel beskikbaar.Die RNA-suiweringstel bevat 'n bindende buffer, was A, was W, eluent, magnetiese mikrokrale en 'n akriel draer.IAV- en IBV-intydse RT-PCR-stelle sluit IFVA-nukleïensuur PCR-opsporingsmengsel en RT-PCR-ensiem in.Voeg 6 µl AcrylCarrier en 20 µl magnetiese krale by 500 µl bindbufferoplossing, skud goed en berei dan die kraaloplossing voor.Voeg 21 ml etanol by wassings A en W, skud goed om oplossings van onderskeidelik gewasse A en W te verkry.Daarna is 18 µl fluoresserende PCR-mengsel met IFVA-nukleinsuur en 1 µl RT-PCR-ensiem by 1 µl TE-oplossing gevoeg, geskud en vir 'n paar sekondes gesentrifugeer, wat 20 µl IAV- en IBV-primers verkry het.
Volg die volgende RNA-suiweringsprosedure: (1) RNA-adsorpsie.Pipetteer 526 µl van die korreloplossing in 'n 1,5 ml sentrifugeerbuis en voeg 150 µl monster by, skud dan die buis 10 keer met die hand op en af.Dra 676 µl van die mengsel oor na die affiniteitskolom en sentrifugeer by 1.88 x 104 g vir 60 sekondes.Daaropvolgende dreine word dan weggegooi.(2) Die eerste fase van was.Voeg 500 µl wasoplossing A by die affiniteitskolom, sentrifugeer by 1.88 x 104 g vir 40 s, en gooi die gebruikte oplossing weg.Hierdie wasproses is twee keer herhaal.(3) die tweede fase van was.Voeg 500 µl wasoplossing W by die affiniteitskolom, sentrifugeer by 1.88×104 g vir 15 s en gooi die gebruikte oplossing weg.Hierdie wasproses is twee keer herhaal.(4) Eluering.Voeg 200 µl eluaat by die affiniteitskolom en sentrifugeer by 1.88 x 104 g vir 2 min.(5) RT-PKR: Die eluaat is in 20 μl van die onderlaagoplossing in 'n PKR-buis ingespuit, dan is die buis in 'n intydse PKR-toetsapparaat (SLAN-96P) geplaas om die RT-PKR-proses uit te voer.Die hele opsporingsproses neem ongeveer 140 minute (20 minute vir RNA-suiwering en 120 minute vir PCR-opsporing).
526 µl kraaloplossing, 1000 µl wasoplossing A, 1000 µl wasoplossing W, 200 µl eluaat en 20 µl onderlaagoplossing is voorlopig bygevoeg en in kamers M, W1, W2, E en PCR-opsporingskamers gestoor.Platform samestelling.Daarna is 150 µl van die monster in kamer M gepipetteer en die FAST-POCT-platform is in die toetsinstrument geplaas wat in Aanvullende Figuur S9 getoon word.Na ongeveer 82 minute was die toetsuitslae beskikbaar.
Tensy anders vermeld, word alle toetsresultate as gemiddelde ± SD aangebied na 'n minimum van ses herhalings met slegs die FAST-POCT platform en biologies onafhanklike monsters.Geen data is van die ontleding uitgesluit nie.Die eksperimente is nie lukraak nie.Die navorsers was nie blind vir groeptake tydens die eksperiment nie.
Vir meer inligting oor studie-ontwerp, sien die Natuurnavorsingsverslag-abstrak wat aan hierdie artikel gekoppel is.
Data wat die resultate van hierdie studie ondersteun, is beskikbaar in Aanvullende Inligting.Hierdie artikel verskaf die oorspronklike data.
Chagla, Z. & Madhukar, P. COVID-19-versterkers in ryk lande sal entstowwe vir almal vertraag.Chagla, Z. & Madhukar, P. COVID-19-versterkers in ryk lande sal entstowwe vir almal vertraag.Chagla, Z. en Madhukar, P. COVID-19-versterkers in ryk lande sal entstowwe vir almal vertraag.Chagla, Z. en Madhukar, P. COVID-19 herinenting in ryk lande sal inenting vir almal vertraag.Nasionale medisyne.27, 1659–1665 (2021).
Faust, L. et al.SARS-CoV-2-toetsing in lae- en middelinkomstelande: beskikbaarheid en bekostigbaarheid in die private gesondheidsorgsektor.mikrobiese infeksie.22, 511–514 (2020).
Wêreld- Gesondheidsorganisasie.Wêreldwye voorkoms en voorkoms van geselekteerde geneesbare seksueel oordraagbare infeksies: 'n oorsig en ramings.Genève: WGO, WHO/HIV_AIDS/2 https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/66818/WHO_HIV_AIDS_2001.02.pdf (2001).
Fenton, EM et al.Veelvuldige 2D-gevormde syvloei-toetsstroke.ASS aansoek.alma mater.Inter Milaan.1, 124–129 (2009).
Schilling, KM et al.Volledig ingeslote mikrofluïdiese papiergebaseerde ontledingstoestel.anus.Chemies.84, 1579–1585 (2012).
Lapenter, N. et al.Mededingende papiergebaseerde immunochromatografie tesame met ensiem-gemodifiseerde elektrodes maak voorsiening vir draadlose monitering en elektrochemiese bepaling van urinêre kotinien.Sensors 21, 1659 (2021).
Zhu, X. et al.Kwantifisering van siektebiomerkers met 'n veelsydige nanosiem-geïntegreerde laterale vloeistofplatform met behulp van 'n glukometer.biologiese sensor.Bio-elektronika.126, 690–696 (2019).
Boo, S. et al.Swangerskapstoetsstrook vir die opsporing van patogene bakterieë deur gebruik te maak van konkanavalien A-mens choriongonadotropien-Cu3(PO4)2 hibriede nanoblomme, magnetiese skeiding en slimfoonlesing.Mikrorekenaar.Tydskrif.185, 464 (2018).