Bedankt voor uw bezoek aan www.chinacdoe.com.De browserversie die u gebruikt heeft beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden wij u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, zullen we de site in de tussentijd weergeven zonder stijlen en JavaScript.
Lab-on-a-chip-systemen met mogelijkheden ter plaatse bieden het potentieel voor snelle en nauwkeurige diagnoses en zijn nuttig in omgevingen met beperkte middelen waar biomedische apparatuur en opgeleide professionals niet beschikbaar zijn.Het creëren van een point-of-care-testsysteem dat tegelijkertijd over alle noodzakelijke functies beschikt voor multifunctionele distributie, on-demand vrijgave, betrouwbare prestaties en langdurige opslag van reagentia blijft echter een grote uitdaging.Hier beschrijven we een door een hendel bediende micro-reisschakelaartechnologie die vloeistoffen in elke richting kan manipuleren, een nauwkeurige en proportionele respons op de toegepaste luchtdruk kan bieden en stabiel blijft tegen plotselinge bewegingen en trillingen.Op basis van de technologie beschrijven we ook de ontwikkeling van een polymerasekettingreactiesysteem dat de introductie-, meng- en reactiefuncties van reagentia integreert in één proces, dat een ‘sample-in-antwoord-out’-prestatie realiseert voor alle klinische neusmonsters van 18 patiënten met Influenza en 18 individuele controles, in goede overeenstemming van fluorescentie-intensiteit met standaard polymerasekettingreactie (Pearson-coëfficiënten> 0,9).Op basis van de technologie beschrijven we ook de ontwikkeling van een polymerasekettingreactiesysteem dat de introductie-, meng- en reactiefuncties van reagentia in één proces integreert, waardoor “sample-in-antwoord-out”-prestaties worden bereikt voor alle klinische neusmonsters van 18 patiënten. met influenza en 18 individuele controles, in goede overeenstemming van de fluorescentie-intensiteit met de standaard polymerasekettingreactie (Pearson-coëfficiënten > 0,9).Основываясь на этой технологии, ы т также описываем разработку систеыы полимеразной цепной цепной цепной репной репной репной репной репной репной репной репой ропйй цепной репной € ии Введения реаrukентов, смешивания и ре ции о процессе, чтототоensenч »tr »tr пtr «arm пeursц ücз� ücзц� инических образцов из носа о� 18 пациентов с грипппuiken en 18 apparaten die een goede werking hebben ной цепной реакцией (коэффициенты Пирсона> 0,9).Op basis van deze technologie beschrijven we ook de ontwikkeling van een polymerasekettingreactiesysteem dat de functies van injecteren, mengen en reageren in één enkel proces combineert, waardoor monster-in-respons-uit mogelijk wordt gemaakt voor alle klinische neusspecimens van 18 influenzapatiënten.en 18 individuele controles, in goede overeenstemming met de standaard fluorescentie-intensiteit van de polymerasekettingreactie (Pearson-coëfficiënten> 0,9).Op basis van deze technologie beschrijven we ook de ontwikkeling van een polymerasekettingreactiesysteem dat reagensinjectie-, meng- en reactiefuncties integreert om alle klinische neusmonsters van 18 monsters van neuspatiënten in het monster te analyseren. Influenza en 18 individuele controles, fluorescentie-intensiteit afgestemd goed met de standaard polymerasekettingreactie (Pearson-coëfficiënt> 0,9).Het voorgestelde platform garandeert een betrouwbare automatisering van biomedische analyses en kan zo de commercialisering van een reeks point-of-care-testapparatuur versnellen.
Opkomende ziekten bij de mens, zoals de COVID-19-pandemie van 2020, die het leven van miljoenen mensen heeft geëist, vormen een ernstige bedreiging voor de mondiale gezondheid en de menselijke beschaving1.Vroegtijdige, snelle en nauwkeurige detectie van ziekten is van cruciaal belang om de verspreiding van het virus onder controle te houden en de behandelresultaten te verbeteren.Een kerndiagnostisch ecosysteem gebaseerd op gecentraliseerde laboratoria waar testmonsters naar ziekenhuizen of diagnostische klinieken worden gestuurd en gerund door professionals, beperkt momenteel de toegang voor bijna 5,8 miljard mensen wereldwijd, vooral degenen die in omgevingen met beperkte middelen leven.waar er een gebrek is aan dure biomedische apparatuur en gekwalificeerde specialisten.artsen 2. Er is dus een dringende behoefte aan de ontwikkeling van een goedkoop en gebruiksvriendelijk lab-on-a-chip-systeem met point-of-care-testen (POCT) dat artsen tijdig kan voorzien van diagnostische informatie om weloverwogen diagnosebeslissingen te kunnen nemen. .en behandeling 3.
De richtlijnen van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) stellen dat een ideale POCT betaalbaar, gebruiksvriendelijk (gemakkelijk te gebruiken met minimale training), accuraat (vermijd valse negatieven of valse positieven), snel en betrouwbaar (goede herhaalbaarheidseigenschappen moet bieden) en leverbaar (geschikt voor langdurige opslag en direct beschikbaar voor eindgebruikers)4.Om aan deze vereisten te voldoen, moeten POCT-systemen de volgende kenmerken bieden: veelzijdige dosering om handmatige interventie te verminderen, on-demand vrijgave om reagenstransport te schalen voor nauwkeurige testresultaten, en betrouwbare prestaties om omgevingstrillingen te weerstaan.Momenteel is het meest gebruikte POCT-apparaat de laterale stroomstrip bestaande uit verschillende lagen poreuze nitrocellulosemembranen die een zeer kleine hoeveelheid monster naar voren duwen en reageren met vooraf geïmmobiliseerde reagentia door capillaire kracht.Hoewel ze het voordeel hebben van lage kosten, gebruiksgemak en snelle resultaten, kunnen op flowstrips gebaseerde POCT-apparaten alleen worden gebruikt voor biologische tests (bijvoorbeeld glucosetests7,8 en zwangerschapstests9,10) zonder dat er analyses in meerdere fasen nodig zijn.reacties (bijv. laden van meerdere reagentia, mengen, multiplexen).Bovendien zorgen de drijvende krachten die de vloeistofbeweging controleren (dat wil zeggen capillaire krachten) niet voor een goede consistentie, vooral tussen batches, wat resulteert in een slechte reproduceerbaarheid11 en waardoor laterale stroombanden vooral nuttig zijn voor goede detectie12,13.
Uitgebreide productiemogelijkheden op micro- en nanoschaal hebben kansen gecreëerd voor de ontwikkeling van microfluïdische POCT-apparaten voor kwantitatieve metingen .Door de eigenschappen van de interface 18, 19 en de geometrie van de kanalen 20, 21, 22 aan te passen, kunnen de capillaire kracht en de stroomsnelheid van deze apparaten worden geregeld.Hun betrouwbaarheid, vooral voor sterk bevochtigde vloeistoffen, blijft echter onaanvaardbaar vanwege fabricageonnauwkeurigheden, materiaalfouten en gevoeligheid voor omgevingstrillingen.Omdat er een capillaire stroom ontstaat op het grensvlak tussen vloeistof en gas, kan er bovendien geen extra stroom worden geïntroduceerd, vooral niet na het vullen van het microfluïdische kanaal met vloeistof.Daarom moeten voor een complexere detectie verschillende stappen van monsterinjectie worden uitgevoerd24,25.
Onder de microfluïdische apparaten zijn centrifugale microfluïdische apparaten momenteel een van de beste oplossingen voor POCT26,27.Het aandrijfmechanisme ervan heeft het voordeel dat de aandrijfkracht kan worden geregeld door het aanpassen van de rotatiesnelheid.Het nadeel is echter dat de middelpuntvliedende kracht altijd naar de buitenrand van het apparaat is gericht, waardoor het moeilijk wordt om de meerstapsreacties te implementeren die nodig zijn voor complexere analyses.Hoewel extra drijvende krachten (bijv. capillairen 28, 29 en vele andere 30, 31, 32, 33, 34, 35) naast de middelpuntvliedende kracht worden geïntroduceerd voor multifunctionele dosering, kan er nog steeds onvoorziene vloeistofoverdracht plaatsvinden omdat deze extra krachten doorgaans van grote omvang zijn. van een grootte lager dan de middelpuntvliedende kracht, waardoor ze alleen effectief zijn over een klein werkingsbereik of niet op aanvraag beschikbaar zijn met vloeistofafgifte.Het integreren van pneumatische manipulaties in centrifugale microfluïdica zoals centrifugale kinetische methoden 36, 37, 38, thermopneumatische methoden 39 en actieve pneumatische methoden 40 is een aantrekkelijk alternatief gebleken.Met de contrafugodynamische benadering worden een extra holte en verbindende microkanalen in het apparaat geïntegreerd voor zowel externe als interne actie, hoewel de pompefficiëntie (in het bereik van 75% tot 90%) sterk afhankelijk is van het aantal pompcycli en de viscositeit van de vloeistof.Bij de thermopneumatische methode zijn het latexmembraan en de vloeistofoverdrachtkamer specifiek ontworpen om de inlaat af te dichten of te heropenen wanneer het opgesloten luchtvolume wordt verwarmd of gekoeld.De verwarmings-/koelingsopstelling introduceert echter trage responsproblemen en beperkt het gebruik ervan in thermogevoelige testen (bijv. amplificatie van de polymerasekettingreactie (PCR).Met een actieve pneumatische aanpak worden op verzoek vrijgave en naar binnen gerichte beweging bereikt door de gelijktijdige toepassing van positieve druk en nauwkeurig afgestemde rotatiesnelheden door hogesnelheidsmotoren.Er zijn andere succesvolle benaderingen waarbij alleen pneumatische actuatoren (positieve druk 41, 42 of negatieve druk 43) en normaal gesloten klepontwerpen worden gebruikt.Door achtereenvolgens druk uit te oefenen in de pneumatische kamer, wordt de vloeistof peristaltisch naar voren gepompt, en de normaal gesloten klep voorkomt het terugstromen van vloeistof als gevolg van peristaltiek, waardoor complexe vloeistofoperaties worden gerealiseerd.Er zijn momenteel echter slechts een beperkt aantal microfluïdische technologieën die complexe vloeistofbewerkingen kunnen uitvoeren in één enkel POCT-apparaat, waaronder multifunctionele distributie, vrijgave op aanvraag, betrouwbare prestaties, langdurige opslag, verwerking van vloeistoffen met een hoge viscositeit, en kosteneffectieve productie.Allemaal tegelijk.Het ontbreken van een functionele werking in meerdere stappen kan ook een van de redenen zijn waarom tot nu toe slechts enkele commerciële POCT-producten zoals Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat en Rhonda met succes op de open markt zijn geïntroduceerd.
In dit artikel stellen we een pneumatische microfluïdische actuator voor op basis van groene ring microschakelaartechnologie (FAST).FAST combineert alle noodzakelijke eigenschappen tegelijkertijd voor een breed scala aan reagentia, van microliter tot milliliter.FAST bestaat uit elastische membranen, hendels en blokken.Zonder toepassing van luchtdruk kunnen de membranen, hendels en blokken goed gesloten worden en kan de vloeistof binnenin lange tijd bewaard worden.Wanneer de juiste druk wordt uitgeoefend en aangepast aan de lengte van de hendel, zet het membraan uit en duwt de hendel naar de open positie, waardoor er vloeistof doorheen kan stromen.Hierdoor is het multifunctioneel doseren van vloeistoffen in cascade, gelijktijdig, sequentieel of selectief mogelijk.
We hebben een PCR-systeem ontwikkeld dat gebruik maakt van FAST om respons-in-sample-resultaten te genereren voor de detectie van influenza A- en B-virussen (IAV en IBV).We bereikten een lagere detectielimiet (LOD) van 102 kopieën/ml, onze multiplextest toonde specificiteit voor IAV en IBV en maakte pathotypering van het influenzavirus mogelijk.De klinische testresultaten met behulp van het neusuitstrijkje van 18 patiënten en 18 gezonde individuen laten een goede overeenstemming zien in fluorescentie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-coëfficiënten > 0,9).De klinische testresultaten met behulp van het neusuitstrijkje van 18 patiënten en 18 gezonde individuen laten een goede overeenstemming zien in fluorescentie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-coëfficiënten > 0,9).Результаты клинических испытаний с использованием образца мазка из носа от 18 пациентов и 18 здоровых лиц показывают хорошее соответствие интенсивности флуоресценции стандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).De resultaten van klinische onderzoeken met een neusuitstrijkje van 18 patiënten en 18 gezonde individuen laten een goede overeenkomst zien tussen de fluorescentie-intensiteit van standaard RT-PCR (Pearson-coëfficiënten > 0,9).0,9）。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 Er zijn 18 maanden of meer van deze producten beschikbaar 18 verschillende soorten apparaten en apparaten kunnen worden gebruikt -ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).De resultaten van klinische onderzoeken met neusuitstrijkjes van 18 patiënten en 18 gezonde individuen lieten een goede overeenkomst zien tussen de fluorescentie-intensiteit en standaard RT-PCR (Pearson's coëfficiënt > 0,9).De geschatte materiaalkosten van een FAST-POCT-apparaat bedragen ongeveer US$ 1 (aanvullende tabel 1) en kunnen verder worden verlaagd door gebruik te maken van grootschalige productiemethoden (bijvoorbeeld spuitgieten).In feite beschikken FAST-gebaseerde POCT-apparaten over alle noodzakelijke functies die door de WHO zijn voorgeschreven en zijn ze compatibel met nieuwe biochemische testmethoden zoals plasma thermal cycling44, amplificatievrije immunoassays45 en nanobody-functionalisatietests46 die de ruggengraat vormen van POCT-systemen.mogelijkheid.
Op afb.La toont de structuur van het FAST-POCT-platform, dat uit vier vloeistofkamers bestaat: een vooropslagkamer, een mengkamer, een reactiekamer en een afvalkamer.De sleutel tot vloeistofstroomcontrole is het FAST-ontwerp (bestaande uit elastische membranen, hendels en blokken) dat zich in de vooropslagkamer en de mengkamer bevindt.Als pneumatisch bediende methode biedt het FAST-ontwerp nauwkeurige regeling van de vloeistofstroom, inclusief gesloten/open-schakeling, veelzijdige dosering, vloeistofafgifte op aanvraag, betrouwbare werking (bijvoorbeeld ongevoeligheid voor omgevingstrillingen) en langdurige opslag.Het FAST-POCT-platform bestaat uit vier lagen: een steunlaag, een elastische filmlaag, een plastic filmlaag en een deklaag, zoals weergegeven in een vergroot aanzicht in figuur 1b (ook in detail weergegeven in aanvullende figuren S1 en S2 ).Alle kanalen en vloeistoftransportkamers (zoals vooropslag- en reactiekamers) zijn ingebed in PLA (polymelkzuur) substraten variërend van 0,2 mm (dunste deel) tot 5 mm dik.Het elastische filmmateriaal is een 300 µm dik PDMS dat gemakkelijk uitzet als er luchtdruk wordt uitgeoefend vanwege de “dunne dikte” en de lage elasticiteitsmodulus (ongeveer 2,25 MPa47).De polyethyleenfilmlaag is gemaakt van polyethyleentereftalaat (PET) met een dikte van 100 µm om de elastische film te beschermen tegen overmatige vervorming als gevolg van luchtdruk.Overeenkomstig de kamers heeft de substraatlaag hefbomen die via scharnieren met de deklaag (gemaakt van PLA) zijn verbonden om de vloeistofstroom te regelen.De elastische film werd met dubbelzijdig plakband (ARseal 90880) op de steunlaag gelijmd en bedekt met een plastic film.Drie lagen werden op een substraat gemonteerd met behulp van een T-clipontwerp in de deklaag.De T-klem heeft een opening tussen twee poten.Toen de clip in de groef werd gestoken, bogen de twee poten lichtjes, keerden vervolgens terug naar hun oorspronkelijke staat en bonden het deksel en de achterkant stevig vast terwijl ze door de groef gingen (aanvullende afbeelding S1).De vier lagen worden vervolgens geassembleerd met behulp van connectoren.
Schematisch diagram van het platform dat de verschillende functionele compartimenten en kenmerken van FAST illustreert.b Vergroot diagram van het FAST-POCT-platform.c Foto van het platform naast een muntstuk van een Amerikaanse kwartdollar.
Het werkingsmechanisme van het FAST-POCT-platform wordt weergegeven in figuur 2. De belangrijkste componenten zijn de blokken op de basislaag en de scharnieren op de deklaag, wat resulteert in een interferentieontwerp wanneer de vier lagen worden geassembleerd met behulp van een T-vorm. .Wanneer er geen luchtdruk wordt uitgeoefend (fig. 2a), zorgt de perspassing ervoor dat het scharnier buigt en vervormt, en wordt er een afdichtkracht uitgeoefend door de hefboom om de elastische film tegen het blok te drukken, en wordt de vloeistof in de afdichtingsholte gedefinieerd. als een verzegelde staat.Opgemerkt dient te worden dat in deze toestand de hefboom naar buiten gebogen is, zoals weergegeven in het zijaanzicht in figuur 2a.Wanneer lucht wordt toegevoerd (Fig. 2b), zet het elastische membraan naar buiten uit richting het deksel en duwt de hendel omhoog, waardoor een opening ontstaat tussen de hendel en het blok zodat vloeistof naar de volgende kamer kan stromen, die wordt gedefinieerd als een open toestand. .Na het loslaten van de luchtdruk kan de hendel terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie en strak blijven dankzij de elasticiteit van het scharnier.Video's van de hendelbewegingen worden gepresenteerd in de aanvullende film S1.
A. Schematisch diagram en foto's in gesloten toestand.Als er geen druk is, drukt de hendel het membraan tegen het blok en wordt de vloeistof afgedicht.bIn goede staat.Wanneer er druk wordt uitgeoefend, zet het membraan uit en duwt de hendel omhoog, zodat het kanaal opengaat en vloeistof kan stromen.c Bepaal de karakteristieke grootte van de kritische druk.Karakteristieke afmetingen zijn onder meer de lengte van de hendel (L), de afstand tussen de schuif en het scharnier (l) en de dikte van het uitsteeksel van de hendel (t).Fs is de verdichtingskracht op smoorpunt B. q is de gelijkmatig verdeelde belasting op de hendel.Tx* vertegenwoordigt het koppel ontwikkeld door de scharnierende hendel.Kritische druk is de druk die nodig is om de hendel omhoog te brengen en de vloeistof te laten stromen.d Theoretische en experimentele resultaten van de relatie tussen kritische druk en elementgrootte.n = 6 onafhankelijke experimenten werden uitgevoerd en gegevens worden weergegeven als ± standaardafwijking.Ruwe gegevens worden gepresenteerd als onbewerkte gegevensbestanden.
Er is een analytisch model ontwikkeld op basis van de bundeltheorie om de afhankelijkheid van de kritische druk Pc waarbij de opening opengaat, te analyseren van de geometrische parameters (L is bijvoorbeeld de lengte van de hefboom, l is de afstand tussen het blok en de scharnier, S is de hefboom. Het contactgebied met de vloeistof t is de dikte van het uitsteeksel van de hefboom, zoals weergegeven in figuur 2c).Zoals beschreven in de aanvullende opmerkingen en aanvullende afbeelding S3, gaat de opening open wanneer \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), waarbij Fs het koppel is \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\) om de krachten te elimineren die gepaard gaan met een perspassing en ervoor te zorgen dat het scharnier buigt.De experimentele respons en het analytische model vertonen goede overeenstemming (figuur 2d), wat aantoont dat de kritische druk Pc toeneemt met toenemende t/l en afnemende L, wat gemakkelijk kan worden verklaard door het klassieke bundelmodel, dat wil zeggen dat het koppel toeneemt met t/Lift. .Onze theoretische analyse laat dus duidelijk zien dat de kritische druk effectief kan worden gecontroleerd door de hefboomlengte L en de t/l-verhouding aan te passen, wat een belangrijke basis vormt voor het ontwerp van het FAST-POCT-platform.
Het FAST-POCT-platform biedt multifunctionele distributie (weergegeven in figuur 3a met inzet en experiment), wat het belangrijkste kenmerk is van succesvolle POCT, waarbij vloeistoffen in elke richting en in elke volgorde (cascade, gelijktijdig, opeenvolgend) of selectief via meerdere kanalen kunnen stromen. verstrekking.– doseerfunctie.Op afb.Figuur 3a(i) toont een gecascadeerde doseringsmodus waarin twee of meer kamers in cascade worden geschakeld met behulp van blokken om de verschillende reactanten te scheiden en een hefboom om de open en gesloten toestanden te regelen.Wanneer er druk wordt uitgeoefend, stroomt de vloeistof in cascade van de bovenste naar de onderste kamer.Opgemerkt moet worden dat de cascadekamers gevuld kunnen worden met natte chemicaliën of droge chemicaliën zoals gelyofiliseerde poeders.In het experiment in figuur 3a(i) stroomt de rode inkt uit de bovenste kamer samen met het blauwe kleurstofpoeder (kopersulfaat) naar de tweede kamer en wordt donkerblauw wanneer deze de onderste kamer bereikt.Het toont ook de stuurdruk voor de verpompte vloeistof.Op dezelfde manier wordt, wanneer één hendel met twee kamers is verbonden, de modus voor gelijktijdige injectie gebruikt, zoals weergegeven in figuur 2.3a(ii), waarin de vloeistof onder druk gelijkmatig over twee of meer kamers kan worden verdeeld.Omdat de kritische druk afhangt van de lengte van de hendel, kan de lengte van de hendel worden aangepast om een opeenvolgend injectiepatroon te verkrijgen, zoals weergegeven in afb.3a(iii).Een lange hendel (met kritische druk Pc_long) was verbonden met kamer B en een korte hendel (met kritische druk Pc_short > Pc_long) was verbonden met kamer A. Omdat druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) werd uitgeoefend, werd alleen de vloeistof in rood weergegeven. kan naar kamer B stromen en wanneer de druk wordt verhoogd naar P2 (> Pc_short), kan de blauwe vloeistof naar kamer A stromen. Deze sequentiële injectiemodus is van toepassing op verschillende vloeistoffen die achtereenvolgens naar de bijbehorende kamers worden overgebracht, wat cruciaal is voor een succesvolle POCT apparaat.Een lange hendel (met kritische druk Pc_long) was verbonden met kamer B en een korte hendel (met kritische druk Pc_short > Pc_long) was verbonden met kamer A. Omdat druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) werd uitgeoefend, werd alleen de vloeistof in rood weergegeven. kan naar kamer B stromen en wanneer de druk wordt verhoogd naar P2 (> Pc_short), kan de blauwe vloeistof naar kamer A stromen. Deze sequentiële injectiemodus is van toepassing op verschillende vloeistoffen die achtereenvolgens naar de bijbehorende kamers worden overgebracht, wat cruciaal is voor een succesvolle POCT apparaat.Klik op de knop Pc_long om op de knop B te klikken, en op de knop Pc давлением Pc_short > Pc_long) был соединен с камерой A. При приложении давления P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) только, выделенная красным может течь in Klik op B en klik op P2 (> Pc_short), klik op de knop A. Klik op deze knop Zorg ervoor dat u de juiste temperatuur hebt bereikt Als u een apparaat gebruikt, kunt u een POCT-apparaat gebruiken.Een lange hendel (met kritische druk Pc_long) was verbonden met kamer B, en een korte hendel (met kritische druk Pc_short > Pc_long) was verbonden met kamer A. Wanneer druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) wordt uitgeoefend, wordt alleen de gemarkeerde vloeistof weergegeven. in het rood kan naar kamer B stromen, en wanneer de druk is verhoogd naar P2 (> Pc_short), kan de blauwe vloeistof naar kamer A stromen. Deze sequentiële injectiemodus wordt toegepast op verschillende vloeistoffen die achtereenvolgens naar de respectieve kamers worden overgebracht, wat van cruciaal belang is voor een succesvolle POCT.apparaat. Sluit het programma Pc_long aan op het apparaat B en gebruik het programma Pc_short > Pc_long) соединен с камерой A.De lange arm (kritische druk Pc_long) is verbonden met kamer B en de korte arm (kritische druk Pc_short > Pc_long) is verbonden met kamer A.Als u P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) wilt gebruiken, kunt u de knop B gebruiken om deze te gebruiken еличении давления до P2 (> Pc_short) in камеру Een может поступать синяя жидкость.Wanneer druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) wordt toegepast, kan alleen rode vloeistof kamer B binnendringen, en wanneer de druk wordt verhoogd naar P2 (> Pc_short), kan blauwe vloeistof kamer A binnenkomen. Deze sequentiële injectiemodus is geschikt voor opeenvolgende overdracht van verschillende vloeistoffen in de respectieve kamers, wat cruciaal is voor de succesvolle werking van het POCT-apparaat.Figuur 3a(iv) demonstreert de selectieve injectiemodus, waarbij de hoofdkamer een korte (met kritische druk Pc_short) en een lange hefboom (met kritische druk Pc_long <Pc_short) had die bovendien waren verbonden met respectievelijk kamer A en kamer B. naar een ander luchtkanaal verbonden met kamer B. Om de vloeistof eerst naar kamer A over te brengen, werden tegelijkertijd druk P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) en P2 (P2 > P1) met P1 + P2 > Pc_short op het apparaat uitgeoefend.Figuur 3a(iv) demonstreert de selectieve injectiemodus, waarbij de hoofdkamer een korte (met kritische druk Pc_short) en een lange hefboom (met kritische druk Pc_long
a Illustratie van multifunctionele toewijzing, dwz (i) trapsgewijze, (ii) gelijktijdige, (iii) sequentiële en (iv) selectieve toewijzing.De curven vertegenwoordigen de workflow en parameters van deze vier distributiemodi.b Resultaten van langdurige opslagtests in gedeïoniseerd water en ethanol.n = 5 onafhankelijke experimenten werden uitgevoerd en gegevens worden weergegeven als ± sd c.Stabiliteitstestdemonstraties waarbij het FAST-apparaat en het capillaire klep (CV)-apparaat zich in (i) statische en (ii) trillende toestanden bevonden.(iii) Volume versus tijd voor FAST- en CV-apparaten bij verschillende hoekfrequenties.d Publicatie van testresultaten op aanvraag voor (i) FAST-apparaat en (ii) CV-apparaat.(iii) Relatie tussen volume en tijd voor FAST- en CV-apparaten die gebruik maken van de intermitterende drukmodus.Alle schaalbalken, 1 cm.Ruwe gegevens worden aangeleverd als onbewerkte gegevensbestanden.
Langdurige opslag van reagentia is een ander belangrijk kenmerk van een succesvol POCT-apparaat waarmee ongetraind personeel met meerdere reagentia kan omgaan.Hoewel veel technologieën hun potentieel voor langdurige opslag hebben aangetoond (bijvoorbeeld 35 microdispensers, 48 blisterverpakkingen en 49 stickverpakkingen), is er een speciaal ontvangstcompartiment nodig om de verpakking te huisvesten, wat de kosten en complexiteit verhoogt;bovendien maken deze opslagmechanismen geen on-demand-dosering mogelijk en resulteren ze in verspilling van reagentia als gevolg van restjes in de verpakking.De opslagcapaciteit op lange termijn werd geverifieerd door een versnelde levensduurtest uit te voeren met behulp van CNC-gefreesd PMMA-materiaal vanwege de lichte ruwheid en weerstand tegen gaspermeatie (aanvullende figuur S5).Het testapparaat werd gedurende 9 dagen bij 65°C gevuld met gedeïoniseerd water (gedeïoniseerd water) en 70% ethanol (wat vluchtige reagentia simuleert).Zowel gedeïoniseerd water als ethanol werden opgeslagen met behulp van aluminiumfolie om de toegang van bovenaf te blokkeren.De Arrhenius-vergelijking en de penetratie-activeringsenergie gerapporteerd in de literatuur werden gebruikt om het real-time equivalent te berekenen.Op afb.Figuur 3b toont de gemiddelde gewichtsverliesresultaten voor 5 monsters die gedurende 9 dagen bij 65°C zijn bewaard, wat overeenkomt met 0,30% voor gedeïoniseerd water en 0,72% voor 70% ethanol gedurende 2 jaar bij 23°C.
Op afb.3c toont de trillingstest.Omdat de capillaire klep (CV) de meest populaire vloeistofbehandelingsmethode is onder de bestaande POCT28,29-apparaten, werd ter vergelijking een CV-apparaat van 300 µm breed en 200 µm diep gebruikt.Het is te zien dat wanneer beide apparaten stationair blijven, de vloeistof in het FAST-POCT-platform afdicht en de vloeistof in het CV-apparaat vastloopt als gevolg van de plotselinge uitzetting van het kanaal, waardoor de capillaire krachten worden verminderd.Naarmate de hoekfrequentie van de orbitale vibrator echter toeneemt, blijft de vloeistof in het FAST-POCT-platform afgedicht, maar stroomt de vloeistof in het CV-apparaat naar de onderste kamer (zie ook aanvullende film S3).Dit suggereert dat de vervormbare scharnieren van het FAST-POCT-platform een sterke mechanische kracht op de module kunnen uitoefenen om de vloeistof in de kamer goed af te sluiten.Bij CV-apparaten wordt echter vloeistof vastgehouden vanwege de balans tussen de vaste, lucht- en vloeistoffase, waardoor instabiliteit ontstaat, en trillingen kunnen de balans verstoren en onverwacht stromingsgedrag veroorzaken.Het voordeel van het FAST-POCT-platform is dat het betrouwbare functionaliteit biedt en storingen in de aanwezigheid van trillingen vermijdt die gewoonlijk optreden tijdens levering en gebruik.
Een ander belangrijk kenmerk van het FAST-POCT-platform is de on-demand release, wat een belangrijke vereiste is voor kwantitatieve analyse.Op afb.3d vergelijkt de on-demand release van het FAST-POCT-platform en het CV-apparaat.Vanaf afb.3d(iii) zien we dat het FAST-apparaat snel reageert op het druksignaal.Toen er druk werd uitgeoefend op het FAST-POCT-platform, stroomde de vloeistof, toen de druk werd opgeheven, stopte de stroom onmiddellijk (Fig. 3d (i)).Deze actie kan worden verklaard door de snelle elastische terugkeer van het scharnier, waardoor de hendel terug tegen het blok wordt gedrukt, waardoor de kamer wordt gesloten.Er bleef echter vloeistof in het CV-apparaat stromen, wat uiteindelijk resulteerde in een onverwacht vloeistofvolume van ongeveer 100 µl nadat de druk was opgeheven (Figuur 3d(ii) en aanvullende film S4).Dit kan worden verklaard door het verdwijnen van het capillaire pinning-effect bij volledige bevochtiging van de CV na de eerste injectie.
Het vermogen om vloeistoffen met verschillende bevochtigbaarheid en viscositeit in hetzelfde apparaat te verwerken blijft een uitdaging voor POCT-toepassingen.Een slechte bevochtigbaarheid kan leiden tot lekkages of ander onverwacht stromingsgedrag in de kanalen, en aanvullende apparatuur zoals vortexmixers, centrifuges en filters zijn vaak nodig om zeer viskeuze vloeistoffen te bereiden 52 .We hebben de relatie tussen kritische druk en vloeistofeigenschappen getest (met een breed scala aan bevochtigbaarheid en viscositeit).De resultaten worden getoond in Tabel 1 en Video S5.Het is te zien dat vloeistoffen met verschillende bevochtigbaarheid en viscositeit in de kamer kunnen worden afgedicht, en wanneer er druk wordt uitgeoefend, kunnen zelfs vloeistoffen met een viscositeit tot 5500 cP naar de aangrenzende kamer worden overgebracht, waardoor het mogelijk wordt monsters met hoge concentraties te detecteren. viscositeit (dat wil zeggen sputum, een zeer stroperig monster dat wordt gebruikt voor de diagnose van luchtwegaandoeningen).
Door bovenstaande multifunctionele dispensers te combineren, kan een breed scala aan op FAST gebaseerde POCT-apparaten worden ontwikkeld.Een voorbeeld wordt getoond in Figuur 1. De installatie bevat een vooropslagkamer, een mengkamer, een reactiekamer en een afvalkamer.Reagentia kunnen gedurende langere tijd in de vooropslagkamer worden opgeslagen en vervolgens in de mengkamer worden afgevoerd.Met de juiste druk kunnen de gemengde reactanten selectief worden overgebracht naar een afvalkamer of een reactiekamer.
Omdat PCR-detectie de gouden standaard is voor het detecteren van ziekteverwekkers zoals H1N1 en COVID-19 en meerdere reactiestappen omvat, hebben we het FAST-POCT-platform voor PCR-detectie als toepassing gebruikt.Op afb.Figuur 4 toont het PCR-testproces met behulp van het FAST-POCT-platform.Eerst werden het elutiereagens, het magnetische microkralenreagens, de wasoplossing A en de wasoplossing W respectievelijk in de vooropslagkamers E, M, W1 en W2 gepipetteerd.De stadia van RNA-adsorptie worden getoond in Fig.4a en zijn als volgt: (1) wanneer druk P1 (=0,26 bar) wordt uitgeoefend, beweegt het monster naar kamer M en wordt afgevoerd naar de mengkamer.(2) Luchtdruk P2 (= 0,12 bar) wordt geleverd via poort A die is aangesloten op de bodem van de mengkamer.Hoewel een aantal mengmethoden hun potentieel hebben aangetoond bij het mengen van vloeistoffen op POCT-platforms (bijvoorbeeld serpentinemengen 53, willekeurig mengen 54 en batchmengen 55), zijn hun mengefficiëntie en effectiviteit nog steeds niet bevredigend.Het maakt gebruik van de bellenmengmethode, waarbij lucht in de bodem van de mengkamer wordt geïntroduceerd om bellen in de vloeistof te creëren, waarna de krachtige vortex binnen enkele seconden een volledige menging kan bereiken.Er werden experimenten met het mengen van bellen uitgevoerd en de resultaten worden gepresenteerd in aanvullende figuur S6.Te zien is dat bij een druk van 0,10 bar het volledige mengen ongeveer 8 seconden duurt.Door de druk te verhogen naar 0,20 bar wordt een volledige menging in ongeveer 2 seconden bereikt.Methoden voor het berekenen van de mengefficiëntie worden gepresenteerd in de sectie Methoden.(3) Gebruik een rubidiummagneet om de korrels eruit te halen en breng vervolgens P3 (= 0,17 bar) onder druk via poort P om de reagentia naar de afvalkamer te verplaatsen.Op afb.4b,c toont de wasstappen om onzuiverheden uit het monster te verwijderen als volgt: (1) De wasoplossing A uit de kamer W1 wordt afgevoerd naar de drukmengkamer P1.(2) Voer vervolgens het bellenmengproces uit.(3) De wasoplossing A wordt overgebracht naar de afvalvloeistofkamer en de microkralen in de mengkamer worden door de magneet eruit getrokken.Wassen W (Fig. 4c) was vergelijkbaar met wassen A (Fig. 4b).Opgemerkt dient te worden dat elke wasstap A en W tweemaal werd uitgevoerd.Figuur 4d toont de elutiestappen om het RNA uit de kralen te elueren;de elutie- en mengintroductiestappen zijn dezelfde als de hierboven beschreven RNA-adsorptie- en wasstappen.Terwijl de elutiereagentia onder druk P3 en P4 (=0,23 bar) naar de PCR-reactiekamer worden overgebracht, wordt de kritische druk bereikt om de arm van de PCR-reactiekamer af te dichten.Op dezelfde manier helpt de P4-druk ook om de doorgang naar de afvalkamer af te dichten.Alle elutiereagentia werden dus gelijkmatig verdeeld over de vier PCR-reactiekamers om de multiplex-PCR-reacties te initiëren.De bovenstaande procedure wordt gepresenteerd in aanvullende film S6.
In de RNA-adsorptiestap wordt het monster in de inlaat M gebracht en samen met de eerder opgeslagen pareloplossing in de mengkamer geïnjecteerd.Na het mengen en verwijderen van de korrels worden de reagentia in de afvalkamer verdeeld.b en c wasstappen, breng verschillende vooraf opgeslagen wasreagentia in de mengkamer en breng de reagentia na het mengen en verwijderen van de kralen over naar de afvalvloeistofkamer.d Elutiestap: Na het inbrengen van de elutiereagentia, het mengen en de parelextractie worden de reagentia overgebracht naar de PCR-reactiekamer.De curven tonen de workflow en gerelateerde parameters van de verschillende fasen.Druk is de druk die door de afzonderlijke kamers wordt uitgeoefend.Volume is het vloeistofvolume in de mengkamer.Alle schaalbalken zijn 1 cm.Ruwe gegevens worden aangeleverd als onbewerkte gegevensbestanden.
Er werd een PCR-testprocedure uitgevoerd en aanvullende figuur S7 presenteert thermische profielen inclusief 20 minuten omgekeerde transcriptietijd en 60 minuten thermische cyclustijd (95 en 60 ° C), waarbij één thermische cyclus 90 seconden bedraagt (aanvullende film S7)..FAST-POCT heeft minder tijd nodig om één thermische cyclus te voltooien (90 seconden) dan conventionele RT-PCR (180 seconden voor één thermische cyclus).Dit kan worden verklaard door de hoge verhouding tussen oppervlak en volume en de lage thermische traagheid van de micro-PCR-reactiekamer.Het kameroppervlak is 96,6 mm2 en het kamervolume is 25 mm3, waardoor de verhouding tussen oppervlak en volume ongeveer 3,86 is.Zoals te zien is in aanvullende figuur S10, heeft het PCR-testgebied van ons platform een groef op het achterpaneel, waardoor de bodem van de PCR-kamer 200 µm dik is.Op het verwarmingsoppervlak van de temperatuurregelaar is een thermisch geleidend elastisch kussen bevestigd, dat nauw contact met de achterkant van de testbox garandeert.Dit vermindert de thermische traagheid van het platform en verbetert de verwarmings-/koelingsefficiëntie.Tijdens thermische cycli smelt de paraffine ingebed in het platform en stroomt deze in de PCR-reactiekamer, waar hij als afdichtingsmiddel fungeert om verdamping van reagentia en omgevingsverontreiniging te voorkomen (zie aanvullende film S8).
Alle hierboven beschreven PCR-detectieprocessen werden volledig geautomatiseerd met behulp van een op maat gemaakt FAST-POCT-instrument, bestaande uit een geprogrammeerde drukcontrole-eenheid, een magnetische extractie-eenheid, een temperatuurcontrole-eenheid en een eenheid voor het opvangen en verwerken van fluorescente signalen.Merk op dat we het FAST-POCT-platform voor RNA-isolatie hebben gebruikt en vervolgens de geëxtraheerde RNA-monsters voor PCR-reacties hebben gebruikt met behulp van het FAST-POCT-systeem en het desktop-PCR-systeem ter vergelijking.De resultaten waren bijna hetzelfde als weergegeven in aanvullende figuur S8.De operator voert een eenvoudige taak uit: brengt het monster in de M-kamer en plaatst het platform in het instrument.Kwantitatieve testresultaten zijn beschikbaar in ongeveer 82 minuten.Gedetailleerde informatie over FAST-POCT-tools is te vinden in de aanvullende figuur.C9, C10 en C11.
Griep veroorzaakt door influenza A (IAV), B (IBV), C (ICV) en D (IDV) virussen is een veel voorkomend wereldwijd fenomeen.Hiervan zijn IAV en IBV verantwoordelijk voor de ernstigste gevallen en seizoensepidemieën, waarbij 5 tot 15% van de wereldbevolking wordt geïnfecteerd, 3 tot 5 miljoen ernstige gevallen worden veroorzaakt en jaarlijks 290.000 tot 650.000 doden vallen.Luchtwegaandoeningen56,57.Een vroege diagnose van IAV en IB is essentieel om de morbiditeit en de daarmee samenhangende economische last te verminderen.Van de beschikbare diagnostische technieken wordt de reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) beschouwd als de meest gevoelige, specifieke en nauwkeurige (>99%)58,59.Van de beschikbare diagnostische technieken wordt de reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) beschouwd als de meest gevoelige, specifieke en nauwkeurige (>99%)58,59.Het is mogelijk om de volgende stap te zetten: (> 99%)58,59.Van de beschikbare diagnostische methoden wordt de reverse transcriptase-polymerasekettingreactie (RT-PCR) als de meest gevoelige, specifieke en nauwkeurige (> 99%) beschouwd58,59. Het is mogelijk om een middel te gebruiken om het probleem op te lossen (О (>99%)58,59.Van de beschikbare diagnostische methoden wordt de reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) als de meest gevoelige, specifieke en nauwkeurige (>99%) beschouwd58,59.Traditionele RT-PCR-methoden vereisen echter herhaaldelijk pipetteren, mengen, doseren en overbrengen van vloeistof, waardoor het gebruik ervan door professionals in omgevingen met beperkte middelen wordt beperkt.Hier werd het FAST-POCT-platform gebruikt voor PCR-detectie van respectievelijk IAV en IBV om hun onderste detectielimiet (LOD) te verkrijgen.Bovendien zijn IAV en IBV gemultiplext om onderscheid te maken tussen verschillende pathotypen tussen soorten, wat een veelbelovend platform biedt voor genetische analyse en het vermogen om de ziekte nauwkeurig te behandelen.
Op afb.Figuur 5a toont de resultaten van HAV PCR-testen met 150 µl gezuiverd viraal RNA als monster.Op afb.5a(i) laat zien dat bij een HAV-concentratie van 106 kopieën/ml de fluorescentie-intensiteit (ΔRn) 0,830 kan bereiken, en wanneer de concentratie wordt verlaagd tot 102 kopieën/ml, kan ΔRn nog steeds 0,365 bereiken, wat overeenkomt met hoger dan dat. van de lege negatieve controlegroep (0,002), ongeveer 100 keer hoger.Voor kwantificering op basis van zes onafhankelijke experimenten werd een lineaire kalibratiecurve gegenereerd tussen de logconcentratie en de cyclusdrempel (Ct) van IAV (Fig. 5a(ii)), R2 = 0,993, variërend van 102-106 kopieën/ml.de resultaten komen goed overeen met conventionele RT-PCR-methoden.Op afb.Figuur 5a(iii) toont fluorescerende beelden van testresultaten na 40 cycli van het FAST-POCT-platform.We ontdekten dat het FAST-POCT-platform HAV kan detecteren vanaf slechts 102 kopieën/ml.De traditionele methode heeft echter geen Ct-waarde van 102 kopieën/ml, waardoor de LOD ongeveer 103 kopieën/ml bedraagt.Onze hypothese was dat dit te wijten zou kunnen zijn aan de hoge efficiëntie van het mengen van bellen.PCR-testexperimenten werden uitgevoerd op gezuiverd IAV-RNA om verschillende mengmethoden te evalueren, waaronder schudden (dezelfde mengmethode als bij conventionele RT-PCR-bewerking), mengen in flesjes (deze methode, 3 s bij 0,12 bar) en geen mengen als controlegroep ..De resultaten zijn te vinden in aanvullende figuur S12.Te zien is dat bij een hogere RNA-concentratie (106 kopieën/ml) de Ct-waarden van de verschillende mengmethoden vrijwel hetzelfde zijn als bij bellenmengen.Toen de RNA-concentratie daalde tot 102 kopieën/ml hadden het schudmengsel en de controles geen Ct-waarden, terwijl de bubblemix-methode nog steeds een Ct-waarde van 36,9 opleverde, wat onder de Ct-drempel van 38 lag. De resultaten laten een dominante mengkarakteristiek zien. blaasjes, wat ook in andere literatuur is aangetoond, wat ook zou kunnen verklaren waarom de gevoeligheid van het FAST-POCT-platform iets hoger is dan die van conventionele RT-PCR.Op afb.Figuur 5b toont de resultaten van PCR-analyse van gezuiverde IBV-RNA-monsters variërend van 101 tot 106 kopieën/ml.De resultaten waren vergelijkbaar met de IAV-test, waarbij een R2 = 0,994 en een LOD van 102 kopieën/ml werden bereikt.
een PCR-analyse van influenza A-virus (IAV) met IAV-concentraties variërend van 106 tot 101 kopieën/ml, met gebruikmaking van TE-buffer als negatieve controle (NC).(i) Realtime fluorescentiecurve.(ii) Lineaire kalibratiecurve tussen logaritmische IAV-RNA-concentratie en cyclusdrempel (Ct) voor FAST en conventionele testmethoden.(iii) IAV FAST-POCT fluorescerend beeld na 40 cycli.b, PCR-detectie van influenza B-virus (IBV) met (i) real-time fluorescentiespectrum.(ii) Lineaire kalibratiecurve en (iii) FAST-POCT IBV-fluorescentiebeeld na 40 cycli.De onderste detectielimiet (LOD) voor IAV en IBV met behulp van het FAST-POCT-platform was 102 kopieën/ml, wat lager is dan conventionele methoden (103 kopieën/ml).c Multiplex-testresultaten voor IAV en IBV.GAPDH werd gebruikt als positieve controle en TE-buffer werd gebruikt als negatieve controle om mogelijke besmetting en achtergrondamplificatie te voorkomen.Er kunnen vier verschillende monstertypen worden onderscheiden: (1) alleen-GAPDH-negatieve monsters (“IAV-/IBV-”);(2) IAV-infectie (“IAV+/IBV-”) met IAV en GAPDH;(3) IBV-infectie (“IAV-/IBV+”) met IBV en GAPDH;(4) IAV/IBV-infectie (“IAV+/IBV+”) met IAV, IBV en GAPDH.De stippellijn geeft de drempellijn weer.n = 6 biologisch onafhankelijke experimenten werden uitgevoerd, gegevens worden weergegeven als ± standaardafwijking.Ruwe gegevens worden gepresenteerd als onbewerkte gegevensbestanden.
Op afb.Figuur 5c toont de resultaten van de multiplextest voor IAV/IBV.Hier werd viruslysaat gebruikt als monsteroplossing in plaats van gezuiverd RNA, en vier primers voor IAV, IBV, GAPDH (positieve controle) en TE-buffer (negatieve controle) werden toegevoegd aan vier verschillende reactiekamers van het FAST-POCT-platform.Hier worden positieve en negatieve controles gebruikt om mogelijke besmetting en achtergrondverbetering te voorkomen.De tests werden verdeeld in vier groepen: (1) GAPDH-negatieve monsters (“IAV-/IBV-”);(2) IAV-geïnfecteerd (“IAV+/IBV-”) versus IAV en GAPDH;(3) IBV-.geïnfecteerde (“IAV-”) -/IBV+”) IBV en GAPDH;(4) IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) infectie met IAV, IBV en GAPDH.Op afb.Figuur 5c laat zien dat wanneer negatieve monsters werden aangebracht, de fluorescentie-intensiteit ARn van de positieve controlekamer 0,860 was, en de ARn van IAV en IBV vergelijkbaar was met die van de negatieve controle (0,002).Voor de IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ en IAV+/IBV+ groepen vertoonden de IAV/GAPDH, IBV/GAPDH en IAV/IBV/GAPDH camera's respectievelijk een significante fluorescentie-intensiteit, terwijl de andere camera's zelfs fluorescentie-intensiteit op een achtergrond vertoonden niveau van 40 na thermische cycli.Uit de bovenstaande tests bleek dat het FAST-POCT-platform een uitstekende specificiteit vertoonde en ons in staat stelde tegelijkertijd verschillende influenzavirussen te pathotyperen.
Om de klinische toepasbaarheid van FAST-POCT te valideren, hebben we 36 klinische monsters (neusuitstrijkjes) getest van IB-patiënten (n=18) en niet-IB-controles (n=18) (Figuur 6a).Patiëntinformatie wordt weergegeven in aanvullende tabel 3. De IB-infectiestatus werd onafhankelijk bevestigd en het onderzoeksprotocol werd goedgekeurd door het Zhejiang University First Affiliated Hospital (Hangzhou, Zhejiang).Elke steekproef van patiënten werd verdeeld in twee categorieën.Eén werd verwerkt met behulp van FAST-POCT en de andere werd verwerkt met behulp van een desktop PCR-systeem (SLAN-96P, China).Beide testen gebruiken dezelfde zuiverings- en detectiekits.Op afb.Figuur 6b toont de resultaten van FAST-POCT en conventionele reverse transcriptie-PCR (RT-PCR).We vergeleken de fluorescentie-intensiteit (FAST-POCT) met -log2(Ct), waarbij Ct de cyclusdrempel is voor conventionele RT-PCR.Er bestond een goede overeenkomst tussen beide methoden.FAST-POCT en RT-PCR vertoonden een sterke positieve correlatie met een Pearson's ratio (r)-waarde van 0,90 (Figuur 6b).Vervolgens hebben we de diagnostische nauwkeurigheid van FAST-POCT beoordeeld.Fluorescentie-intensiteitsverdelingen (FL) voor positieve en negatieve monsters werden verstrekt als een onafhankelijke analytische maatstaf (Fig. 6c).FL-waarden waren significant hoger bij IB-patiënten dan bij controles (**** P = 3,31 x 10-19; tweezijdige t-test) (Fig. 6d).Vervolgens werden curven voor de bedrijfskarakteristieken van de IBV-ontvanger (ROC) uitgezet.We ontdekten dat de diagnostische nauwkeurigheid zeer goed was, met een gebied onder de curve van 1 (figuur 6e).Houd er rekening mee dat we vanwege de verplichte bestelling van maskers in China vanwege COVID-19 vanaf 2020 geen patiënten met IBD hebben geïdentificeerd, dus alle positieve klinische monsters (dwz neusuitstrijkjes) waren alleen voor IBV.
Klinisch onderzoeksontwerp.In totaal werden 36 monsters, waaronder 18 patiëntmonsters en 18 niet-influenzacontroles, geanalyseerd met behulp van het FAST-POCT-platform en conventionele RT-PCR.b Beoordeel de analytische consistentie tussen FAST-POCT PCR en conventionele RT-PCR.De resultaten waren positief gecorreleerd (Pearson r = 0,90).c Fluorescentie-intensiteitsniveaus bij 18 IB-patiënten en 18 controles.d Bij IB-patiënten (+) waren FL-waarden significant hoger dan bij de controlegroep (-) (****P = 3,31 × 10-19; tweezijdige t-test; n = 36).Voor elk vierkant diagram vertegenwoordigt de zwarte markering in het midden de mediaan, en vertegenwoordigen de onderste en bovenste lijnen van het vak respectievelijk het 25e en 75e percentiel.De snorharen strekken zich uit tot de minimale en maximale gegevenspunten, die niet als uitschieters worden beschouwd.e ROC-curve.De stippellijn d vertegenwoordigt de drempelwaarde die is geschat op basis van de ROC-analyse.De AUC voor IBV is 1. Ruwe gegevens worden aangeleverd als onbewerkte gegevensbestanden.
In dit artikel presenteren we FAST, dat de kenmerken heeft die nodig zijn voor een ideale POCT.De voordelen van onze technologie zijn onder meer: (1) Veelzijdige dosering (cascade, gelijktijdig, sequentieel en selectief), vrijgave op aanvraag (snelle en proportionele vrijgave van uitgeoefende druk) en betrouwbare werking (trilling op 150 graden) (2) langdurige opslag (2 jaar versneld testen, gewichtsverlies ongeveer 0,3%);(3) het vermogen om te werken met vloeistoffen met een breed scala aan bevochtigbaarheid en viscositeit (viscositeit tot 5500 cP);(4) Economisch (geschatte materiaalkosten van het FAST-POCT PCR-apparaat bedragen ongeveer US$ 1).Door multifunctionele dispensers te combineren werd een geïntegreerd FAST-POCT-platform voor PCR-detectie van influenza A- en B-virussen gedemonstreerd en toegepast.FAST-POCT duurt slechts 82 minuten.De klinische tests met 36 neusuitstrijkjes lieten een goede overeenstemming zien in fluorescentie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-coëfficiënten > 0,9).De klinische tests met 36 neusuitstrijkjes lieten een goede overeenstemming zien in fluorescentie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson-coëfficiënten > 0,9).Er zijn 36 verschillende apparaten of een aantal speciale instellingen beschikbaar ции стандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).Klinische tests met 36 monsters van neusuitstrijkjes lieten een goede overeenkomst zien met de fluorescentie-intensiteit van standaard RT-PCR (Pearson-coëfficiënten > 0,9).RT-PCR Er zijn 36 verschillende apparaten of een aantal speciale instellingen beschikbaar енции со стандартной ОТ-ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).Klinisch testen van 36 neusuitstrijkjes toonde een goede overeenkomst van fluorescentie-intensiteit met standaard RT-PCR (Pearson's coëfficiënt > 0,9).Parallel aan dit werk hebben verschillende opkomende biochemische methoden (bijv. plasma thermische cycli, amplificatievrije immunoassays en nanobody-functionalisatietests) hun potentieel in POCT aangetoond.Vanwege het ontbreken van een volledig geïntegreerd en robuust POCT-platform vereisen deze methoden echter onvermijdelijk afzonderlijke voorverwerkingsprocedures (bijv. RNA-isolatie44, incubatie45 en wassen46), wat het huidige werk met deze methoden verder aanvult om geavanceerde POCT-functies te implementeren met de vereiste parameters.prestaties bij het ophalen van reacties.Hoewel de luchtpomp die wordt gebruikt om de FAST-klep te activeren klein genoeg is om in een tafelmodel te worden geïntegreerd (Fig. S9, S10), verbruikt deze in dit werk nog steeds aanzienlijk stroom en genereert deze geluid.In principe kunnen pneumatische pompen met kleinere vormfactor worden vervangen door andere middelen, zoals het gebruik van elektromagnetische kracht of vingerbediening.Verdere verbeteringen kunnen bijvoorbeeld het aanpassen van kits voor verschillende en specifieke biochemische testen omvatten, waarbij nieuwe detectiemethoden worden gebruikt waarvoor geen verwarmings-/koelsystemen nodig zijn, waardoor een gereedschapsvrij POCT-platform voor PCR-toepassingen wordt geboden.Wij zijn van mening dat, gezien het feit dat het FAST-platform een manier biedt om vloeistoffen te manipuleren, wij van mening zijn dat de voorgestelde FAST-technologie het potentieel biedt om een gemeenschappelijk platform te creëren, niet alleen voor biomedische tests, maar ook voor milieumonitoring, testen van de voedselkwaliteit, materiaal- en medicijnsynthese. ..
Het verzamelen en gebruiken van menselijke neusuitstrijkjes is goedgekeurd door de ethische commissie van het Zhejiang University First Affiliated Hospital (IIT20220330B).Er werden 36 neusuitstrijkjes afgenomen, waarbij 16 volwassenen < 30 jaar oud, 7 volwassenen > 40 jaar oud en 19 mannen en 17 vrouwen betrokken waren.Er werden 36 neusuitstrijkjes afgenomen, waarbij 16 volwassenen < 30 jaar oud, 7 volwassenen > 40 jaar oud en 19 mannen en 17 vrouwen betrokken waren.Er zijn 36 beoordelingen of 36 beoordelingen < 30 maanden, 7 beoordelingen Er zijn 40 maanden, 19 maanden en 17 maanden.Er werden zesendertig neusuitstrijkjes afgenomen bij 16 volwassenen < 30 jaar, 7 volwassenen ouder dan 40 jaar, 19 mannen en 17 vrouwen.Demografische gegevens worden weergegeven in aanvullende tabel 3. Van alle deelnemers werd geïnformeerde toestemming verkregen.Alle deelnemers werden verdacht van griep en werden vrijwillig en zonder compensatie getest.
De FAST-basis en het deksel zijn gemaakt van polymelkzuur (PLA) en gedrukt door de Ender 3 Pro 3D-printer (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).Dubbelzijdige tape werd gekocht bij Adhesives Research, Inc. Model 90880. PET-film met een dikte van 100 µm werd gekocht bij McMaster-Carr.Zowel de lijm als de PET-film zijn gesneden met behulp van de Silhouette Cameo 2-snijder van Silhouette America, Inc. De elastische film is gemaakt van PDMS-materiaal door middel van spuitgieten.Eerst werd een 200 µm dik PET-frame gesneden met behulp van een lasersysteem en op een 3 mm dikke PMMA-plaat gelijmd met behulp van dubbelzijdig plakband van 100 µm.De PDMS-voorloper (Sylgard 184; Deel A: Deel B = 10:1, Dow Corning) werd vervolgens in de mal gegoten en een glazen staaf werd gebruikt om overtollig PDMS te verwijderen.Na 3 uur uitharden bij 70°C kon de 300 µm dikke PDMS-film van de mal worden afgepeld.
Foto's voor veelzijdige distributie, on-demand publicatie en betrouwbare prestaties worden gemaakt met een hogesnelheidscamera (Sony AX700 1000 fps).De orbitale schudder die in de betrouwbaarheidstest werd gebruikt, werd gekocht bij SCILOGEX (SCI-O180).De luchtdruk wordt gegenereerd door een luchtcompressor en er worden verschillende digitale precisiedrukregelaars gebruikt om de drukwaarde aan te passen.Het testproces voor het stromingsgedrag is als volgt.Een vooraf bepaalde hoeveelheid vloeistof werd in het testapparaat geïnjecteerd en er werd een hogesnelheidscamera gebruikt om het stromingsgedrag vast te leggen.Vervolgens werden er op vaste tijdstippen foto's gemaakt van video's van het stromingsgedrag en werd het resterende gebied berekend met behulp van de Image-Pro Plus-software, die vervolgens werd vermenigvuldigd met de cameradiepte om het volume te berekenen.Details van het stromingsgedragtestsysteem zijn te vinden in aanvullende figuur S4.
Injecteer 50 µl microkralen en 100 µl gedeïoniseerd water in het injectieflaconmengapparaat.Met een hogesnelheidscamera werden elke 0,1 seconde gemengde prestatiefoto's gemaakt bij een druk van 0,1 bar, 0,15 bar en 0,2 bar.Pixelinformatie tijdens het mengproces kan uit deze beelden worden verkregen met behulp van fotoverwerkingssoftware (Photoshop CS6).En mengefficiëntie kan worden bereikt met de volgende vergelijking 53.
waarbij M de mengefficiëntie is, N het totale aantal monsterpixels is, en ci en \(\bar{c}\) de genormaliseerde en verwachte genormaliseerde concentraties zijn.De mengefficiëntie varieert van 0 (0%, ongemengd) tot 1 (100%, volledig gemengd).De resultaten worden getoond in aanvullende figuur S6.
Real-time RT-PCR-kit voor IAV en IBV, inclusief IAV- en IBV-RNA-monsters (cat. nr. RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, China), Tris-EDTA-buffer (TE-buffer nr. B541019 , Sangon Biotech, China), Positive Control RNA Purification Kit (onderdeelnr. Z-ME-0010, Liferiver, China) en GAPDH Solution (onderdeelnr. M591101, Sangon Biotech, China) zijn in de handel verkrijgbaar.De RNA-zuiveringskit bevat een bindingsbuffer, wasvloeistof A, wasvloeistof W, eluens, magnetische microkralen en een acryldrager.IAV en IBV real-time RT-PCR-kits omvatten IFVA-nucleïnezuur-PCR-detectiemix en RT-PCR-enzym.Voeg 6 µl AcrylCarrier en 20 µl magnetische parels toe aan 500 µl bindingsbufferoplossing, schud goed en bereid vervolgens de pareloplossing voor.Voeg 21 ml ethanol toe aan wasbeurten A en W, schud goed om respectievelijk oplossingen van wasbeurten A en W te verkrijgen.Vervolgens werd 18 µl fluorescerend PCR-mengsel met IFVA-nucleïnezuur en 1 µl RT-PCR-enzym toegevoegd aan 1 µl TE-oplossing, geschud en enkele seconden gecentrifugeerd, waardoor 20 µl IAV- en IBV-primers werden verkregen.
Volg de volgende RNA-zuiveringsprocedure: (1) RNA-adsorptie.Pipetteer 526 µl van de pelletoplossing in een centrifugebuis van 1,5 ml en voeg 150 µl monster toe. Schud de buis vervolgens handmatig 10 keer op en neer.Breng 676 µl van het mengsel over naar de affiniteitskolom en centrifugeer gedurende 60 seconden bij 1,88 x 104 g.Volgende drains worden vervolgens weggegooid.(2) De eerste fase van het wassen.Voeg 500 µl wasoplossing A toe aan de affiniteitskolom, centrifugeer gedurende 40 seconden bij 1,88 x 104 g en gooi de verbruikte oplossing weg.Dit wasproces werd tweemaal herhaald.(3) de tweede wasfase.Voeg 500 µl wasoplossing W toe aan de affiniteitskolom, centrifugeer gedurende 15 seconden bij 1,88 x 104 g en gooi de verbruikte oplossing weg.Dit wasproces werd tweemaal herhaald.(4) Elutie.Voeg 200 µl eluaat toe aan de affiniteitskolom en centrifugeer gedurende 2 minuten bij 1,88 x 104 g.(5) RT-PCR: Het eluaat werd geïnjecteerd in 20 μl van de primeroplossing in een PCR-buis, waarna de buis in een real-time PCR-testapparaat (SLAN-96P) werd geplaatst om het RT-PCR-proces uit te voeren.Het gehele detectieproces duurt ongeveer 140 minuten (20 minuten voor RNA-zuivering en 120 minuten voor PCR-detectie).
526 µl pareloplossing, 1000 µl wasoplossing A, 1000 µl wasoplossing W, 200 µl eluaat en 20 µl primeroplossing werden vooraf toegevoegd en opgeslagen in kamers M, W1, W2, E en PCR-detectiekamers.Platformmontage.Vervolgens werd 150 µl van het monster in kamer M gepipetteerd en werd het FAST-POCT-platform in het testinstrument geplaatst dat wordt weergegeven in aanvullende figuur S9.Na ongeveer 82 minuten waren de testresultaten beschikbaar.
Tenzij anders vermeld, worden alle testresultaten weergegeven als gemiddelde ± SD na minimaal zes replicaties met alleen het FAST-POCT-platform en biologisch onafhankelijke monsters.Er zijn geen gegevens uitgesloten van de analyse.De experimenten zijn niet willekeurig.De onderzoekers waren tijdens het experiment niet blind voor groepstaken.
Voor meer informatie over het ontwerp van onderzoeken, zie de samenvatting van het Nature Research Report, gekoppeld aan dit artikel.
Gegevens die de resultaten van dit onderzoek ondersteunen, zijn beschikbaar in aanvullende informatie.Dit artikel bevat de originele gegevens.
Chagla, Z. & Madhukar, P. COVID-19-boosters in rijke landen zullen de vaccins voor iedereen vertragen.Chagla, Z. & Madhukar, P. COVID-19-boosters in rijke landen zullen de vaccins voor iedereen vertragen.Chagla, Z. en Madhukar, P. COVID-19-boosters in rijke landen zullen de vaccins voor iedereen vertragen.Chagla, Z. en Madhukar, P. Hervaccinatie tegen COVID-19 in rijke landen zal de vaccinatie voor iedereen vertragen.Nationale geneeskunde.27, 1659–1665 (2021).
Faust, L. et al.SARS-CoV-2-testen in lage- en middeninkomenslanden: beschikbaarheid en betaalbaarheid in de particuliere gezondheidszorgsector.microbiële infectie.22, 511–514 (2020).
Wereldgezondheidsorganisatie.Mondiale prevalentie en incidentie van geselecteerde geneesbare seksueel overdraagbare infecties: een overzicht en schattingen.Genève: 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.Meerdere 2D-gegoten zijstroomteststrips.ASS-applicatie.alma mater.Inter Milaan.1, 124–129 (2009).
Schilling, KM et al.Volledig gesloten microfluïdisch analyseapparaat op papier.anus.Chemisch.84, 1579-1585 (2012).
Lapenter, N. et al.Competitieve, op papier gebaseerde immunochromatografie in combinatie met enzymgemodificeerde elektroden maakt draadloze monitoring en elektrochemische bepaling van urinaire cotinine mogelijk.Sensoren 21, 1659 (2021).
Zhu, X. et al.Kwantificeren van ziektebiomarkers met een veelzijdig nanozym-geïntegreerd lateraal vloeistofplatform met behulp van een glucometer.biologische sensor.Bio-elektronica.126, 690–696 (2019).
Boo, S. et al.Zwangerschapsteststrip voor detectie van pathogene bacteriën met behulp van concanavaline A-humaan choriongonadotrofine-Cu3(PO4)2 hybride nanobloemen, magnetische scheiding en smartphone-uitlezing.Microcomputer.Tijdschrift.185, 464 (2018).