Благодарим ви, че посетихте www.chinacdoe.com.Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка на CSS.За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer).Междувременно, за да осигурим постоянна поддръжка, ние ще визуализираме сайта без стилове и JavaScript.
Системите Lab-on-a-chip с възможности на място предлагат потенциал за бърза и точна диагностика и са полезни в условия с ограничени ресурси, където няма налично биомедицинско оборудване и обучени специалисти.Въпреки това, създаването на система за тестване на място, която едновременно има всички необходими функции за многофункционално дозиране, освобождаване при поискване, надеждна работа и дългосрочно съхранение на реагентите, остава основно предизвикателство.Тук описваме технология за микро превключвател за движение, задействана с лост, която може да манипулира течности във всяка посока, осигурява прецизна и пропорционална реакция на приложеното въздушно налягане и остава стабилна срещу внезапни движения и вибрации.Въз основа на технологията, ние също така описваме разработването на система за полимеразна верижна реакция, която интегрира функциите за въвеждане на реагент, смесване и реакция, всичко това в един процес, което постига ефективност „проба в отговор-изход“ за всички клинични назални проби от 18 пациенти с Грип и 18 индивидуални контроли, в добро съответствие на интензитета на флуоресценция със стандартната полимеразна верижна реакция (коефициенти на Pearson > 0,9).Въз основа на технологията, ние също така описваме разработването на система за полимеразна верижна реакция, която интегрира въвеждането на реагент, смесването и реакционните функции в един процес, който постига ефективност „проба в отговор-изход“ за всички клинични назални проби от 18 пациенти с грип и 18 индивидуални контроли, в добро съответствие на интензитета на флуоресценция със стандартната полимеразна верижна реакция (коефициенти на Пиърсън > 0,9).Основава се на тази технология, ние също така описваме разработката на система за полимеразноцепна реакция, която обединява функциите за въвеждане на реагенти, смесване и реакции в един процес, който осигурява изпълнението на «образец-в-отговор-изход» за всички клинични проби от носа от 18 пациенти с Gripp и 18 отделни контрола, в добро съответствие с интензивността на флуоресценцията със стандартната полимеразна цепна реакция (коефициенти на Пирсона> 0,9).Въз основа на тази технология, ние също така описваме разработването на система за полимеразна верижна реакция, която комбинира функциите на инжектиране, смесване и реагиране в един процес, позволявайки вземане на проба в отговор за всички клинични назални проби от 18 пациенти с грип.и 18 индивидуални контроли, в добро съответствие със стандартния интензитет на флуоресценция на полимеразна верижна реакция (коефициенти на Pearson > 0,9).Въз основа на тази технология, ние също така описваме разработването на система за полимеразна верижна реакция, която интегрира инжектиране на реагент, смесване и реакционни функции, за да анализира всички клинични назални проби от 18 назални проби от пациенти в проба. Грип и 18 индивидуални контроли, съвпадащ интензитет на флуоресценция добре със стандартна полимеразна верижна реакция (коефициент на Пиърсън > 0,9).Предложената платформа гарантира надеждна автоматизация на биомедицинския анализ и по този начин може да ускори комерсиализацията на набор от устройства за тестване на място.
Нововъзникващите човешки заболявания, като пандемията от COVID-19 през 2020 г., която отне живота на милиони хора, представляват сериозна заплаха за глобалното здраве и човешката цивилизация1.Ранното, бързо и точно откриване на заболявания е от решаващо значение за контролиране на разпространението на вируса и подобряване на резултатите от лечението.Основна диагностична екосистема, базирана на централизирани лаборатории, където тестови проби се изпращат до болници или диагностични клиники и се управляват от професионалисти, в момента ограничава достъпа за близо 5,8 милиарда души по света, особено тези, живеещи в условия с ограничени ресурси.където липсва скъпоструваща биомедицинска апаратура и квалифицирани специалисти.клиницисти 2. По този начин има спешна необходимост от разработване на евтина и лесна за употреба система от лаборатория върху чип с възможност за тестване на място (POCT), която може да предостави на клиницистите навременна диагностична информация за вземане на информирани диагностични решения .и лечение 3.
Насоките на Световната здравна организация (СЗО) гласят, че идеалният POCT трябва да бъде достъпен, удобен за потребителя (лесен за използване с минимално обучение), точен (избягване на фалшиви отрицателни или фалшиви положителни резултати), бърз и надежден (осигурява добри свойства на повторяемост) и доставен (с възможност за дългосрочно съхранение и лесно достъпен за крайните потребители)4.За да отговорят на тези изисквания, POCT системите трябва да осигурят следните характеристики: многостранно дозиране за намаляване на ръчната намеса, освобождаване при поискване за транспортиране на реагент в мащаб за точни резултати от теста и надеждна производителност, за да издържат на вибрациите на околната среда.В момента най-широко използваното POCT устройство е лентата със страничен поток5,6, състояща се от няколко слоя порести нитроцелулозни мембрани, които изтласкват много малко количество проба напред, реагирайки с предварително имобилизирани реагенти чрез капилярна сила.Въпреки че имат предимството на ниска цена, лекота на използване и бързи резултати, устройствата POCT, базирани на поточна лента, могат да се използват само за биологични тестове (напр. тестове за глюкоза7,8 и тестове за бременност9,10), без да се изискват многоетапни анализи.реакции (напр. зареждане на множество реагенти, смесване, мултиплексиране).В допълнение, движещите сили, които контролират движението на флуида (т.е. капилярните сили), не осигуряват добра консистенция, особено между партидите, което води до лоша възпроизводимост11 и прави лентите на страничния поток предимно полезни за добро откриване12,13.
Разширените производствени възможности на микро- и наномащаб създадоха възможности за разработване на микрофлуидни POCT устройства за количествени измервания14,15,16,17.Чрез регулиране на свойствата на интерфейса 18, 19 и геометрията на каналите 20, 21, 22, капилярната сила и скоростта на потока на тези устройства могат да бъдат контролирани.Въпреки това, тяхната надеждност, особено за силно намокрени течности, остава неприемлива поради производствени неточности, материални дефекти и чувствителност към вибрации на околната среда.Освен това, тъй като на границата течност-газ се създава капилярен поток, не може да се въведе допълнителен поток, особено след запълване на микрофлуидния канал с течност.Следователно, за по-сложно откриване, трябва да се извършат няколко стъпки на инжектиране на проба 24, 25.
Сред микрофлуидните устройства центробежните микрофлуидни устройства в момента са едно от най-добрите решения за POCT26,27.Неговият задвижващ механизъм е с предимство, тъй като задвижващата сила може да се контролира чрез регулиране на скоростта на въртене.Недостатъкът обаче е, че центробежната сила винаги е насочена към външния ръб на устройството, което затруднява прилагането на многоетапните реакции, необходими за по-сложни анализи.Въпреки че допълнителни движещи сили (напр. капиляри 28, 29 и много други 30, 31, 32, 33, 34, 35) в допълнение към центробежната сила са въведени за многофункционално дозиране, все още може да възникне непредвидено прехвърляне на течност, тъй като тези допълнителни сили обикновено са заповеди с магнитуд по-нисък от центробежната сила, което ги прави ефективни само при малки работни диапазони или не са налични при поискване с освобождаване на течност.Включването на пневматични манипулации в центробежни микрофлуиди като центробежни кинетични методи 36, 37, 38, термопневматични методи 39 и активни пневматични методи 40 се оказа привлекателна алтернатива.С контрафугодинамичния подход допълнителна кухина и свързващи микроканали са интегрирани в устройството както за външно, така и за вътрешно действие, въпреки че неговата ефективност на изпомпване (в диапазона от 75% до 90%) е силно зависима от броя на циклите на изпомпване и вискозитета от течността.При термопневматичния метод латексовата мембрана и камерата за пренос на течност са специално проектирани да запечатват или отварят отново входа, когато задържаният обем въздух се нагрява или охлажда.Въпреки това, настройката за нагряване/охлаждане създава проблеми с бавната реакция и ограничава използването му в термочувствителни анализи (напр. амплификация на полимеразна верижна реакция (PCR).С активен пневматичен подход освобождаването при поискване и движението навътре се постигат чрез едновременно прилагане на положително налягане и точно съгласувани скорости на въртене от високоскоростни двигатели.Има и други успешни подходи, използващи само пневматични задвижващи механизми (положително налягане 41, 42 или отрицателно налягане 43) и конструкции на нормално затворени вентили.Чрез последователно прилагане на налягане в пневматичната камера, течността се изпомпва напред перисталтично, а нормално затворената клапа предотвратява обратния поток на течност поради перисталтиката, като по този начин се реализират сложни течни операции.Понастоящем обаче има само ограничен брой микрофлуидни технологии, които могат да извършват сложни течни операции в едно POCT устройство, включително многофункционално дозиране, освобождаване при поискване, надеждна работа, дългосрочно съхранение, работа с течности с висок вискозитет, и рентабилно производство.Всички по едно и също време.Липсата на многоетапна функционална операция също може да бъде една от причините, поради които само няколко комерсиални POCT продукта като Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat и Rhonda са били успешно въведени на свободния пазар до момента.
В тази статия ние предлагаме пневматичен микрофлуиден задвижващ механизъм, базиран на технологията на микропревключвателя със зелен пръстен (FAST).FAST комбинира всички необходими свойства едновременно за широк спектър от реактиви от микролитри до милилитри.FAST се състои от еластични мембрани, лостове и блокове.Без прилагане на въздушно налягане, мембраните, лостовете и блоковете могат да бъдат плътно затворени и течността вътре може да се съхранява за дълго време.Когато се приложи подходящо налягане и се регулира спрямо дължината на лоста, диафрагмата се разширява и избутва лоста в отворено положение, позволявайки на течността да премине.Това позволява многофункционално дозиране на течности по каскаден, симултанен, последователен или селективен начин.
Разработихме PCR система, използваща FAST за генериране на резултати от отговор в проба за откриване на грипни вируси A и B (IAV и IBV).Постигнахме долна граница на откриване (LOD) от 102 копия/mL, нашият мултиплексен анализ показа специфичност за IAV и IBV и позволи патотипизиране на грипния вирус.Резултатите от клиничните тестове, използващи проба от назален тампон от 18 пациенти и 18 здрави индивида, показват добро съответствие в интензитета на флуоресценция със стандартната RT-PCR (коефициенти на Пиърсън > 0,9).Резултатите от клиничните тестове, използващи проба от назален тампон от 18 пациенти и 18 здрави индивида, показват добро съответствие в интензитета на флуоресценция със стандартната RT-PCR (коефициенти на Пиърсън > 0,9).Резултатите от клиничните изпитвания с използване на образец на мазка от носа от 18 пациенти и 18 здрави лица показват добро съответствие на стандартната флуоресценция на ОТ-ПЦР (коефициенти на Пирсона > 0,9).Резултатите от клиничните изпитвания, използващи проба от назален тампон от 18 пациенти и 18 здрави индивида, показват добро съответствие между интензитета на флуоресценция на стандартната RT-PCR (коефициенти на Pearson > 0,9).0,9)………………………………………………………………………………………………. Резултатите от клиничните изпитвания с използване на проби от назални мазки от 18 пациенти и 18 здрави лица показаха добро съответствие между интензивността на флуоресценцията и стандартния ОТ-ПЦР (коефициент на Пирсона > 0,9).Резултатите от клиничните изпитвания с използване на проби от назален тампон от 18 пациенти и 18 здрави индивида показват добро съответствие между интензитета на флуоресценция и стандартната RT-PCR (коефициент на Pearson > 0,9).Очакваната материална цена на устройство FAST-POCT е приблизително 1 щатски долар (допълнителна таблица 1) и може да бъде допълнително намалена чрез използване на широкомащабни производствени методи (напр. леене под налягане).Всъщност базираните на FAST POCT устройства имат всички необходими функции, определени от СЗО, и са съвместими с нови биохимични методи за тестване, като плазмен термичен цикъл44, имуноанализ без амплификация45 и тестове за функционализиране на нанотела46, които са гръбнакът на POCT системите.възможност.
На фиг.1а показва структурата на платформата FAST-POCT, която се състои от четири течни камери: камера за предварително съхранение, смесителна камера, реакционна камера и камера за отпадъци.Ключът към контрола на флуидния поток е дизайнът FAST (състоящ се от еластични мембрани, лостове и блокове), разположен в камерата за предварително съхранение и камерата за смесване.Като пневматично задействан метод, дизайнът FAST осигурява прецизен контрол на потока на флуида, включително превключване затворено/отворено, гъвкаво дозиране, изпускане на течност при поискване, надеждна работа (напр. нечувствителност към вибрации на околната среда) и дългосрочно съхранение.Платформата FAST-POCT се състои от четири слоя: поддържащ слой, еластичен филмов слой, пластмасов филмов слой и покривен слой, както е показано в увеличен изглед на Фиг. 1b (също показано подробно в допълнителни фигури S1 и S2 ).Всички канали и камери за транспортиране на течности (като камери за предварително съхранение и камери за реакция) са вградени в PLA (полимлечна киселина) субстрати с дебелина от 0,2 mm (най-тънката част) до 5 mm.Еластичният филмов материал е PDMS с дебелина 300 µm, който лесно се разширява при прилагане на въздушно налягане поради своята „тънка дебелина“ и нисък модул на еластичност (около 2,25 MPa47).Слоят от полиетиленов филм е направен от полиетилен терефталат (PET) с дебелина 100 µm, за да предпази еластичния филм от прекомерна деформация поради въздушно налягане.Съответстващ на камерите, субстратният слой има лостове, свързани с покриващия слой (направен от PLA) чрез панти за контролиране на потока течност.Еластичният филм беше залепен към задния слой с помощта на двустранна самозалепваща лента (ARseal 90880) и покрит с пластмасов филм.Три слоя бяха сглобени върху субстрат с помощта на дизайн на T-скоба в покриващия слой.Т-образната скоба има междина между два крака.Когато щипката беше поставена в жлеба, двата крака се огънаха леко, след това се върнаха в първоначалното си състояние и плътно обвързаха капака и подложката, докато преминаваха през жлеба (допълнителна фигура S1).След това четирите слоя се сглобяват с помощта на съединители.
Схематична диаграма на платформата, илюстрираща различните функционални отделения и характеристики на FAST.b Увеличена диаграма на платформата FAST-POCT.c Снимка на платформата до монета от четвърт долар на САЩ.
Работният механизъм на платформата FAST-POCT е показан на фигура 2. Ключовите компоненти са блоковете на основния слой и пантите на покриващия слой, което води до интерферентен дизайн, когато четирите слоя са сглобени с помощта на Т-образна форма .Когато не се прилага въздушно налягане (фиг. 2а), намесата кара пантата да се огъва и деформира и чрез лоста се прилага сила на уплътняване, за да се притисне еластичният филм към блока, и течността в кухината на уплътнението се определя като запечатано състояние.Трябва да се отбележи, че в това състояние лостът е огънат навън, както е показано в страничния изглед на фиг. 2а.Когато се подава въздух (фиг. 2b), еластичната мембрана се разширява навън към капака и избутва лоста нагоре, като по този начин отваря празнина между лоста и блока, за да може течността да потече в следващата камера, която се определя като отворено състояние .След освобождаване на въздушното налягане лостът може да се върне в първоначалното си положение и да остане стегнат поради еластичността на пантата.Видеоклиповете на движенията на лоста са представени в допълнителния филм S1.
A. Схематична диаграма и снимки, когато са затворени.При липса на налягане лостът притиска мембраната към блока и течността се затваря.b В добро състояние.Когато се приложи натиск, мембраната се разширява и избутва лоста нагоре, така че каналът се отваря и течността може да тече.c Определете характерния размер на критичното налягане.Характерните размери включват дължината на лоста (L), разстоянието между плъзгача и пантата (l) и дебелината на издатината на лоста (t).Fs е силата на уплътняване в точката на дросел B. q е равномерно разпределеното натоварване върху лоста.Tx* представлява въртящият момент, развиван от шарнирния лост.Критичното налягане е налягането, необходимо за повдигане на лоста и флуидът да тече.d Теоретични и експериментални резултати за връзката между критичното налягане и размера на елемента.Бяха проведени n = 6 независими експеримента и данните са показани като ± стандартно отклонение.Суровите данни се представят като файлове с необработени данни.
Разработен е аналитичен модел, базиран на теорията на лъча, за анализиране на зависимостта на критичното налягане Pc, при което се отваря междината, от геометричните параметри (например L е дължината на лоста, l е разстоянието между блока и шарнир, S е лоста Контактната площ с течността t е дебелината на издатината на лоста, както е показано на фиг. 2c).Както е описано подробно в допълнителните бележки и допълнителната фигура S3, празнината се отваря, когато \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), където Fs е въртящият момент \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\), за да елиминирате силите, свързани с интерферентно прилягане и да предизвикате огъване на пантата.Експерименталната реакция и аналитичният модел показват добро съгласие (фиг. 2d), показвайки, че критичното налягане Pc нараства с увеличаване на t/l и намаляване на L, което лесно се обяснява с класическия модел на лъча, т.е. въртящият момент нараства с t /Lift .По този начин нашият теоретичен анализ ясно показва, че критичното налягане може да бъде ефективно контролирано чрез регулиране на дължината на лоста L и съотношението t/l, което осигурява важна основа за дизайна на платформата FAST-POCT.
Платформата FAST-POCT осигурява многофункционално дозиране (показано на Фигура 3а с вмъкване и експеримент), което е най-важната характеристика на успешната POCT, където течностите могат да текат във всяка посока и във всякакъв ред (каскадно, едновременно, последователно) или селективно многоканален дозиране .– дозираща функция.На фиг.3a(i) показва режим на каскадно дозиране, при който две или повече камери са каскадно свързани с помощта на блокове за разделяне на различните реагенти и лост за управление на отвореното и затвореното състояние.Когато се приложи налягане, течността тече от горната към долната камера по каскаден начин.Трябва да се отбележи, че каскадните камери могат да се пълнят с мокри химикали или сухи химикали като лиофилизирани прахове.В експеримента на фиг. 3a(i) червеното мастило от горната камера тече заедно със синия прах за багрило (меден сулфат) във втората камера и става тъмно синьо, когато достигне долната камера.Той също така показва контролното налягане за изпомпвания флуид.По същия начин, когато един лост е свързан към две камери, това става режим на едновременно инжектиране, както е показано на фиг.3a(ii), в която течността може да бъде равномерно разпределена в две или повече камери, когато се приложи налягане.Тъй като критичното налягане зависи от дължината на лоста, дължината на лоста може да се регулира, за да се постигне модел на последователно инжектиране, както е показано на фиг.3a(iii).Дълъг лост (с критично налягане Pc_long) беше свързан към камера B и къс лост (с критично налягане Pc_short > Pc_long) беше свързан към камера A. Тъй като беше приложено налягане P1 (Pc_long < P1 < Pc_short), само течността в червено може да тече към камера B и когато налягането се увеличи до P2 (> Pc_short), синята течност може да тече към камера A. Този режим на последователно инжектиране се прилага за различни течности, прехвърлящи се последователно към свързаните с тях камери, което е критично за успешна POCT устройство.Дълъг лост (с критично налягане Pc_long) беше свързан към камера B и къс лост (с критично налягане Pc_short > Pc_long) беше свързан към камера A. Тъй като беше приложено налягане P1 (Pc_long < P1 < Pc_short), само течността в червено може да тече към камера B и когато налягането се увеличи до P2 (> Pc_short), синята течност може да тече към камера A. Този режим на последователно инжектиране се прилага за различни течности, прехвърлящи се последователно към свързаните с тях камери, което е критично за успешна POCT устройство.Длинният ричаг (с критично налягане Pc_long) е свързан с камерата B, а късият ричаг (с критично натиск Pc_short > Pc_long) е свързан с камерата A. При прилагане на налягането P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) само течност, избраното червено може да тече в камера B, и когато налягането е увеличено до P2 (> Pc_short), синята течност може да тече в камера A. Този режим на последователно впръскване се прилага към различни течности, последователно преместени в съответните камери, което има решаващо значение за успешен POCT.Дълъг лост (с критично налягане Pc_long) беше свързан към камера B, а къс лост (с критично налягане Pc_short > Pc_long) беше свързан към камера A. Когато се приложи налягане P1 (Pc_long < P1 < Pc_short), само осветената течност в червено може да потече в камера B и когато налягането се увеличи до P2 (> Pc_short), синята течност може да потече в камера A. Този режим на последователно инжектиране се прилага към различни течности, последователно прехвърлени към съответните камери, което е критично за успешен POCT.устройство. Длинният ричаг (критично налягане Pc_long) е свързан с камера B, а късият ричаг (критично натиск Pc_short > Pc_long) е свързан с камерата A.Дългото рамо (критично налягане Pc_long) е свързано с камера B, а късото рамо (критично налягане Pc_short > Pc_long) е свързано с камера A.При прилагане на налягането P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) в камерата B може да действа само на червената течност, а при увеличаване на налягането до P2 (> Pc_short) в камерата A може да действа на синя течност.Когато се приложи налягане P1 (Pc_long < P1 < Pc_short), само червена течност може да влезе в камера B, а когато налягането се увеличи до P2 (> Pc_short), синята течност може да влезе в камера A. Този режим на последователно инжектиране е подходящ за последователно прехвърляне на различни течности в съответните камери, което е критично за успешната работа на POCT устройството.Фигура 3a(iv) демонстрира селективния режим на инжектиране, където основната камера има къс (с критично налягане Pc_short) и дълъг лост (с критично налягане Pc_long < Pc_short), които са свързани съответно с камера A и камера B, в допълнение към друг въздушен канал, свързан към камера B. За да се прехвърли течността първо към камера A, налягането P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) и P2 (P2 > P1) с P1 + P2 > Pc_short бяха приложени към устройството едновременно.Фигура 3a(iv) демонстрира селективния режим на инжектиране, където основната камера има къс (с критично налягане Pc_short) и дълъг лост (с критично налягане Pc_long < Pc_short), които са свързани съответно с камера A и камера B, в допълнение към друг въздушен канал, свързан към камера B. За да се прехвърли течността първо към камера A, налягането P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) и P2 (P2 > P1) с P1 + P2 > Pc_short бяха приложени към устройството едновременно.На фиг.3а(iv) показва режим на селективно впръскване, при което основната камера има кратко (с критично натиск Pc_short) и дълъг ричаг (с критично натиск Pc_long < Pc_short), които допълнително се свързват с камерата A и камерата B съответно.3a (iv) показва селективния режим на инжектиране, при който основната камера има къс (с критично налягане Pc_short) и дълъг лост (с критично налягане Pc_long
а Илюстрация на многофункционално присвояване, т.е. (i) каскадно, (ii) едновременно, (iii) последователно и (iv) селективно присвояване.Кривите представляват работния процес и параметрите на тези четири режима на разпределение.b Резултати от тестове за дългосрочно съхранение в дейонизирана вода и етанол.Бяха проведени n = 5 независими експеримента и данните са показани като ± sd c.Демонстрации на тест за стабилност, когато устройството FAST и устройството с капилярна клапа (CV) бяха в (i) статично и (ii) вибриращо състояние.(iii) Обем спрямо време за устройства FAST и CV при различни ъглови честоти.d Публикуване на резултатите от теста при поискване за (i) устройство FAST и (ii) устройство CV.(iii) Връзка между обем и време за устройства FAST и CV, използващи режим на периодично налягане.Всички мащабни ленти, 1 см.Суровите данни се предоставят като файлове с необработени данни.
Дългосрочното съхранение на реагенти е друга важна характеристика на едно успешно POCT устройство, което ще позволи на необучен персонал да борави с множество реагенти.Въпреки че много технологии са показали потенциала си за дългосрочно съхранение (напр. 35 микродозатора, 48 блистерни опаковки и 49 стик опаковки), е необходимо специално приемно отделение за настаняване на опаковката, което увеличава разходите и сложността;освен това, тези механизми за съхранение не позволяват дозиране при поискване и водят до загуба на реагенти поради остатъци в опаковката.Възможността за дългосрочно съхранение беше потвърдена чрез провеждане на ускорен тест за живот с помощта на обработен с ЦПУ PMMA материал поради неговата лека грапавост и устойчивост на проникване на газ (допълнителна фигура S5).Тестовият апарат беше напълнен с дейонизирана вода (дейонизирана вода) и 70% етанол (симулиращи летливи реагенти) при 65°C в продължение на 9 дни.Както дейонизираната вода, така и етанолът се съхраняват с помощта на алуминиево фолио, за да се блокира достъпът отгоре.Уравнението на Арениус и енергията на активиране на проникване, докладвани в литературата 50, 51, бяха използвани за изчисляване на еквивалента в реално време.На фиг.3b показва средните резултати за загуба на тегло за 5 проби, съхранявани при 65°C в продължение на 9 дни, еквивалентни на 0,30% за дейонизирана вода и 0,72% за 70% етанол за 2 години при 23°C.
На фиг.3c показва теста за вибрации.Тъй като капилярната клапа (CV) е най-популярният метод за работа с течност сред съществуващите устройства POCT28,29, CV устройство с ширина 300 µm и дълбочина 200 µm беше използвано за сравнение.Може да се види, че когато и двете устройства останат неподвижни, течността в платформата FAST-POCT се запечатва и течността в CV устройството се блокира поради внезапното разширяване на канала, което намалява капилярните сили.Въпреки това, тъй като ъгловата честота на орбиталния вибратор се увеличава, течността в платформата FAST-POCT остава запечатана, но течността в CV устройството се влива в долната камера (вижте също допълнителен филм S3).Това предполага, че деформируемите панти на платформата FAST-POCT могат да приложат силна механична сила към модула, за да затворят плътно течността в камерата.В CV устройствата обаче течността се задържа поради баланса между твърдата, въздушната и течната фази, създавайки нестабилност, а вибрациите могат да нарушат баланса и да причинят неочаквано поведение на потока.Предимството на платформата FAST-POCT е, че осигурява надеждна функционалност и избягва повреди при наличие на вибрации, които обикновено възникват по време на доставка и работа.
Друга важна характеристика на платформата FAST-POCT е нейното пускане при поискване, което е ключово изискване за количествен анализ.На фиг.3d сравнява версията при поискване на платформата FAST-POCT и CV устройството.От фиг.3d(iii) виждаме, че устройството FAST реагира бързо на сигнала за налягане.Когато беше приложено налягане към платформата FAST-POCT, течността потече, когато налягането беше освободено, потокът незабавно спря (фиг. 3d(i)).Това действие може да се обясни с бързото еластично връщане на пантата, която притиска лоста обратно към блока, затваряйки камерата.Въпреки това, течността продължава да тече в CV устройството, което в крайна сметка води до неочакван обем течност от приблизително 100 µl след освобождаване на налягането (Фигура 3d(ii) и допълнителен филм S4).Това може да се обясни с изчезването на ефекта на капилярно закрепване при пълно намокряне на CV след първата инжекция.
Способността да се борави с течности с различна омокряемост и вискозитет в едно и също устройство остава предизвикателство за POCT приложенията.Лошата омокряемост може да доведе до течове или друго неочаквано поведение на потока в каналите и често е необходимо спомагателно оборудване като вихрови миксери, центрофуги и филтри за приготвяне на силно вискозни течности 52 .Тествахме връзката между критичното налягане и свойствата на течността (с широк диапазон на омокряемост и вискозитет).Резултатите са показани в таблица 1 и видео S5.Може да се види, че течности с различна омокряемост и вискозитет могат да бъдат затворени в камерата и когато се приложи налягане, дори течности с вискозитет до 5500 cP могат да бъдат прехвърлени в съседната камера, което прави възможно откриването на проби с висока вискозитет (т.е. храчка, много вискозна проба, използвана за диагностика на респираторни заболявания).
Чрез комбиниране на горепосочените многофункционални разпределителни устройства може да се разработи широка гама от FAST базирани POCT устройства.Пример е показан на фигура 1. Инсталацията съдържа камера за предварително съхранение, смесителна камера, реакционна камера и камера за отпадъци.Реагентите могат да се съхраняват в камерата за предварително съхранение за продължителни периоди от време и след това да се изхвърлят в смесителната камера.С правилното налягане, смесените реагенти могат да бъдат селективно прехвърлени в камера за отпадъци или камера за реакция.
Тъй като откриването на PCR е златният стандарт за откриване на патогени като H1N1 и COVID-19 и включва множество стъпки на реакция, използвахме платформата FAST-POCT за откриване на PCR като приложение.На фиг.4 показва процеса на PCR тестване с помощта на платформата FAST-POCT.Първо, елуиращият реагент, реагентът с магнитни микрозърна, промивният разтвор А и промивният разтвор W бяха пипетирани съответно в камери за предварително съхранение E, M, W1 и W2.Етапите на адсорбция на РНК са показани на фиг.4а и са както следва: (1) когато се приложи налягане P1 (=0,26 bar), пробата се придвижва в камера М и се изхвърля в смесителната камера.(2) Въздушно налягане P2 (= 0,12 бара) се подава през порт А, свързан към дъното на смесителната камера.Въпреки че редица методи за смесване са показали потенциала си при смесване на течности на POCT платформи (напр. серпентино смесване 53, произволно смесване 54 и периодично смесване 55), тяхната ефективност и ефективност на смесване все още не са задоволителни.Той използва метода на смесване с мехурчета, при който въздухът се вкарва в дъното на смесителната камера, за да се създадат мехурчета в течността, след което мощният вихър може да постигне пълно смесване за секунди.Проведени са експерименти за смесване на мехурчета и резултатите са представени на допълнителна фигура S6.Може да се види, че когато се приложи налягане от 0,10 bar, пълното смесване отнема около 8 секунди.С увеличаване на налягането до 0,20 bar се постига пълно смесване за около 2 секунди.Методите за изчисляване на ефективността на смесване са представени в раздела Методи.(3) Използвайте рубидиев магнит, за да извлечете зърната, след това подайте налягане на P3 (= 0,17 бара) през порт P, за да преместите реагентите в камерата за отпадъци.На фиг.4b,c показва стъпките на промиване за отстраняване на примесите от пробата, както следва: (1) Промиващият разтвор А от камерата W1 се изхвърля в камерата за смесване под налягане P1.(2) След това направете процеса на смесване на мехурчета.(3) Измиващият разтвор А се прехвърля в камерата за отпадъчни течности и микрозърната в смесителната камера се изтеглят от магнита.Измиване W (Фиг. 4с) беше подобно на измиване А (Фиг. 4b).Трябва да се отбележи, че всяка стъпка на измиване A и W се извършва два пъти.Фигура 4d показва етапите на елуиране за елуиране на РНК от перлите;етапите на елуиране и въвеждане на смесване са същите като етапите на адсорбция и промиване на РНК, описани по-горе.Тъй като елуиращите реагенти се прехвърлят в PCR реакционната камера под налягания P3 и P4 (=0,23 bar), се достига критичното налягане за запечатване на рамото на PCR реакционната камера.По същия начин, налягането P4 също помага да се уплътни проходът към камерата за отпадъци.По този начин всички елуиращи реагенти бяха равномерно разпределени между четирите PCR реакционни камери, за да се инициират мултиплексните PCR реакции.Горната процедура е представена в допълнителен филм S6.
В етапа на адсорбция на РНК, пробата се въвежда във входа М и се инжектира в смесителната камера заедно с предварително съхранения разтвор на гранули.След смесване и отстраняване на гранулите, реагентите се разпределят в камерата за отпадъци.b и c етапи на измиване, въведете различни предварително съхранени промивни реагенти в смесителната камера и след смесване и отстраняване на перлите, прехвърлете реагентите в камерата за отпадъчна течност.d Стъпка на елуиране: След въвеждане на реагентите за елуиране, смесване и екстракция на гранули, реагентите се прехвърлят в реакционната камера за PCR.Кривите показват работния процес и свързаните с него параметри на различните етапи.Налягането е налягането, упражнявано през отделните камери.Обемът е обемът на течността в смесителната камера.Всички мащабни ленти са 1 cm.Суровите данни се предоставят като файлове с необработени данни.
Извършена е процедура за PCR тестване и допълнителна фигура S7 представя термични профили, включително 20 минути време за обратна транскрипция и 60 минути време за термичен цикъл (95 и 60 °C), като един термичен цикъл е 90 s (допълнителен филм S7)..FAST-POCT изисква по-малко време за завършване на един термичен цикъл (90 секунди), отколкото конвенционалната RT-PCR (180 секунди за един термичен цикъл).Това може да се обясни с високото съотношение повърхностна площ към обем и ниската термична инерция на микро-PCR реакционната камера.Повърхността на камерата е 96,6 mm2, а обемът на камерата е 25 mm3, което прави съотношението повърхност/обем приблизително 3,86.Както се вижда на допълнителна фигура S10, зоната за PCR тест на нашата платформа има жлеб на задния панел, което прави дъното на PCR камерата с дебелина 200 µm.Термопроводима еластична подложка е прикрепена към нагревателната повърхност на терморегулатора, осигурявайки плътен контакт с гърба на тестовата кутия.Това намалява топлинната инерция на платформата и подобрява ефективността на отопление/охлаждане.По време на топлинен цикъл парафинът, вграден в платформата, се топи и се влива в реакционната камера за PCR, действайки като уплътнител за предотвратяване на изпаряване на реагента и замърсяване на околната среда (вижте допълнителен филм S8).
Всички процеси на откриване на PCR, описани по-горе, бяха напълно автоматизирани с помощта на изработен по поръчка инструмент FAST-POCT, състоящ се от модул за програмиран контрол на налягането, модул за магнитна екстракция, модул за контрол на температурата и блок за улавяне и обработка на флуоресцентен сигнал.Трябва да се отбележи, че използвахме платформата FAST-POCT за изолиране на РНК и след това използвахме извлечените РНК проби за PCR реакции, използвайки системата FAST-POCT и настолната PCR система за сравнение.Резултатите бяха почти същите, както е показано на допълнителна фигура S8.Операторът изпълнява проста задача: въвежда пробата в М-камерата и вкарва платформата в инструмента.Количествените резултати от теста са налични след около 82 минути.Подробна информация за инструментите FAST-POCT можете да намерите на допълнителната фигура.C9, C10 и C11.
Грипът, причинен от вирусите на грип A (IAV), B (IBV), C (ICV) и D (IDV), е често срещано явление в световен мащаб.От тях IAV и IBV са отговорни за най-тежките случаи и сезонни епидемии, заразявайки 5-15% от населението на света, причинявайки 3-5 милиона тежки случая и причинявайки 290 000-650 000 смъртни случая годишно.Респираторни заболявания56,57.Ранната диагностика на IAV и IB е от съществено значение за намаляване на заболеваемостта и свързаната с нея икономическа тежест.Сред наличните диагностични техники полимеразната верижна реакция с обратна транскриптаза (RT-PCR) се счита за най-чувствителната, специфична и точна (>99%)58,59.Сред наличните диагностични техники полимеразната верижна реакция с обратна транскриптаза (RT-PCR) се счита за най-чувствителната, специфична и точна (>99%)58,59.Средата на наличните диагностични методи полимеразната цепна реакция с обратна транскриптаза (ОТ-ПЦР) се счита за най-чувствителна, специфична и точна (> 99%)58,59.Сред наличните диагностични методи полимеразната верижна реакция с обратна транскриптаза (RT-PCR) се счита за най-чувствителния, специфичен и точен (> 99%)58,59. От наличните диагностични методи полимеразната цепна реакция с обратна транскриптаза (ОТ-ПЦР) се счита за най-чувствителна, специфична и точна (>99%)58,59.От наличните диагностични методи полимеразната верижна реакция с обратна транскриптаза (RT-PCR) се счита за най-чувствителен, специфичен и точен (>99%)58,59.Традиционните RT-PCR методи обаче изискват многократно пипетиране, смесване, дозиране и прехвърляне на течност, което ограничава използването им от професионалисти в условия с ограничени ресурси.Тук платформата FAST-POCT беше използвана за PCR откриване на IAV и IBV, съответно, за да се получи тяхната долна граница на откриване (LOD).В допълнение, IAV и IBV са мултиплексирани, за да се прави разлика между различните патотипове при различните видове, осигурявайки обещаваща платформа за генетичен анализ и способността за точно лечение на болестта.
На фиг.5а показва резултатите от HAV PCR тестване с използване на 150 ul пречистена вирусна РНК като проба.На фиг.5a(i) показва, че при концентрация на HAV от 106 копия/ml интензитетът на флуоресценция (ΔRn) може да достигне 0,830, а когато концентрацията се намали до 102 копия/ml, ΔRn все още може да достигне 0,365, което съответства на по-високо от това на празната отрицателна контролна група (0,002), около 100 пъти по-висока.За количествено определяне, базирано на шест независими експеримента, беше генерирана линейна калибровъчна крива между логаритмичната концентрация и прага на цикъла (Ct) на IAV (фиг. 5a(ii)), R2 = 0,993, вариращ от 102-106 копия/mL.резултатите са в добро съответствие с конвенционалните RT-PCR методи.На фиг.5a(iii) показва флуоресцентни изображения на резултатите от теста след 40 цикъла на платформата FAST-POCT.Установихме, че платформата FAST-POCT може да открие HAV до 102 копия/mL.Традиционният метод обаче няма стойност на Ct при 102 копия/mL, което го прави LOD от около 103 копия/mL.Ние предположихме, че това може да се дължи на високата ефективност на смесването на мехурчета.Бяха проведени PCR тестови експерименти върху пречистена IAV RNA за оценка на различни методи на смесване, включително разклащащо смесване (същият метод на смесване като при конвенционалната RT-PCR операция), смесване във флакон (този метод, 3 s при 0,12 бара) и без смесване като контролна група ..Резултатите могат да бъдат намерени в допълнителна фигура S12.Може да се види, че при по-висока концентрация на РНК (106 копия/mL), стойностите на Ct на различните методи на смесване са почти същите като при смесване с мехурчета.Когато концентрацията на РНК падна до 102 копия/mL, сместа за разклащане и контролите нямаха стойности на Ct, докато методът на смесване с мехурчета все още даде стойност на Ct от 36,9, което беше под прага на Ct от 38. Резултатите показват доминираща характеристика на смесване везикули, което също е демонстрирано в друга литература, което може също да обясни защо чувствителността на платформата FAST-POCT е малко по-висока от конвенционалната RT-PCR.На фиг.5b показва резултатите от PCR анализ на пречистени проби от IBV РНК, вариращи от 101 до 106 копия/ml.Резултатите бяха подобни на IAV теста, постигайки R2 = 0,994 и LOD от 102 копия/mL.
PCR анализ на грипен вирус А (IAV) с концентрации на IAV, вариращи от 106 до 101 копия/mL, като се използва TE буфер като отрицателна контрола (NC).(i) Крива на флуоресценция в реално време.(ii) Линейна калибровъчна крива между логаритмичната концентрация на IAV РНК и прага на цикъла (Ct) за FAST и конвенционалните методи за тестване.(iii) IAV FAST-POCT флуоресцентно изображение след 40 цикъла.b, PCR откриване на грипен вирус В (IBV) с (i) флуоресцентен спектър в реално време.(ii) Линейна калибрационна крива и (iii) FAST-POCT IBV флуоресцентно изображение след 40 цикъла.Долната граница на откриване (LOD) за IAV и IBV при използване на платформата FAST-POCT беше 102 копия/mL, което е по-ниско от конвенционалните методи (103 копия/mL).c Резултати от мултиплексни тестове за IAV и IBV.GAPDH се използва като положителна контрола и TE буферът се използва като отрицателна контрола за предотвратяване на възможно замърсяване и фоново усилване.Могат да се разграничат четири различни типа проби: (1) отрицателни проби само за GAPDH („IAV-/IBV-“);(2) IAV инфекция (“IAV+/IBV-”) с IAV и GAPDH;(3) IBV инфекция (“IAV-/IBV+”) с IBV и GAPDH;(4) IAV/IBV инфекция („IAV+/IBV+”) с IAV, IBV и GAPDH.Пунктираната линия представлява линията на прага.Бяха проведени n = 6 биологично независими експеримента, данните са показани като ± стандартно отклонение.Суровите данни се представят като файлове с необработени данни.
На фиг.5с показва резултатите от мултиплексния тест за IAV/IBV.Тук беше използван вирусен лизат като разтвор на проба вместо пречистена РНК и четири праймера за IAV, IBV, GAPDH (положителна контрола) и TE буфер (отрицателна контрола) бяха добавени към четири различни реакционни камери на платформата FAST-POCT.Тук се използват положителни и отрицателни контроли, за да се предотврати възможно замърсяване и подобряване на фона.Тестовете бяха разделени на четири групи: (1) GAPDH-отрицателни проби (“IAV-/IBV-”);(2) IAV-инфектирани (“IAV+/IBV-”) спрямо IAV и GAPDH;(3) IBV-.инфектирани (“IAV-”) -/IBV+”) IBV и GAPDH;(4) IAV/IBV („IAV+/IBV+”) инфекция с IAV, IBV и GAPDH.На фиг.5с показва, че когато са приложени отрицателни проби, интензитетът на флуоресценция ΔRn на камерата за положителен контрол е 0,860, а ΔRn на IAV и IBV е подобен на отрицателния контрол (0,002).За групите IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ и IAV+/IBV+ камерите IAV/GAPDH, IBV/GAPDH и IAV/IBV/GAPDH показват съответно значителен интензитет на флуоресценция, докато другите камери дори показват интензитет на флуоресценция на фона ниво 40 след термичен цикъл.От горните тестове платформата FAST-POCT показа изключителна специфичност и ни позволи едновременно да патотипираме различни грипни вируси.
За да потвърдим клиничната приложимост на FAST-POCT, тествахме 36 клинични проби (проби от тампон от носа) от пациенти с IB (n=18) и контроли без IB (n=18) (Фигура 6а).Информацията за пациента е представена в допълнителна таблица 3. Статусът на инфекция с IB е потвърден независимо и протоколът от изследването е одобрен от Първата свързана болница на университета Zhejiang (Ханджоу, Zhejiang).Всяка извадка от пациенти беше разделена на две категории.Единият беше обработен с помощта на FAST-POCT, а другият беше обработен с помощта на настолна PCR система (SLAN-96P, Китай).И двата анализа използват едни и същи комплекти за пречистване и откриване.На фиг.6b показва резултатите от FAST-POCT и конвенционалната PCR с обратна транскрипция (RT-PCR).Сравнихме интензитета на флуоресценция (FAST-POCT) с -log2(Ct), където Ct е прагът на цикъла за конвенционалната RT-PCR.Имаше добро съответствие между двата метода.FAST-POCT и RT-PCR показват силна положителна корелация със стойност на коефициента на Pearson (r) от 0,90 (Фигура 6b).След това оценихме диагностичната точност на FAST-POCT.Разпределенията на интензитета на флуоресценцията (FL) за положителни и отрицателни проби бяха предоставени като независима аналитична мярка (фиг. 6с).Стойностите на FL са значително по-високи при пациенти с IB, отколкото при контролите (****P = 3,31 × 10-19; двустранен t-тест) (фиг. 6d).След това бяха начертани криви на работните характеристики на IBV приемника (ROC).Установихме, че диагностичната точност е много добра, с площ под кривата 1 (фиг. 6e).Моля, имайте предвид, че поради задължителното поръчване на маски в Китай поради COVID-19 от 2020 г. не сме идентифицирали пациенти с IBD, така че всички положителни клинични проби (т.е. проби от назален тампон) бяха само за IBV.
Дизайн на клиничното изследване.Общо 36 проби, включително 18 проби от пациенти и 18 негрипни контроли, бяха анализирани с помощта на платформата FAST-POCT и конвенционална RT-PCR.b Оценете аналитичната последователност между FAST-POCT PCR и конвенционалната RT-PCR.Резултатите са положително корелирани (Pearson r = 0,90).c Нива на интензитет на флуоресценция при 18 пациенти с IB и 18 контроли.d При пациенти с IB (+), стойностите на FL са значително по-високи, отколкото в контролната група (-) (****P = 3,31 × 10-19; двустранен t-тест; n = 36).За всеки квадратен график черният маркер в центъра представлява медианата, а долната и горната линия на кутията представляват съответно 25-ия и 75-ия персентил.Мустаците се простират до минималните и максималните точки от данни, които не се считат за отклонения.e ROC крива.Пунктираната линия d представлява праговата стойност, изчислена от ROC анализа.AUC за IBV е 1. Суровите данни се предоставят като файлове с необработени данни.
В тази статия представяме FAST, който има характеристиките, необходими за идеален POCT.Предимствата на нашата технология включват: (1) Разнообразно дозиране (каскадно, едновременно, последователно и селективно), освобождаване при поискване (бързо и пропорционално освобождаване на приложеното налягане) и надеждна работа (вибрация при 150 градуса) (2) дългосрочно съхранение (2 години ускорено тестване, загуба на тегло около 0,3%);(3) способност за работа с течности с широк диапазон на омокряемост и вискозитет (вискозитет до 5500 cP);(4) Икономичен (Приблизителната цена на материала за устройството FAST-POCT PCR е приблизително 1 щатски долар).Чрез комбиниране на мултифункционални дозатори беше демонстрирана и приложена интегрирана FAST-POCT платформа за PCR детекция на грипни вируси А и В.FAST-POCT отнема само 82 минути.Клиничните тестове с 36 проби от назален тампон показват добро съответствие в интензитета на флуоресценция със стандартната RT-PCR (коефициенти на Pearson > 0,9).Клиничните тестове с 36 проби от назален тампон показват добро съответствие в интензитета на флуоресценция със стандартната RT-PCR (коефициенти на Pearson > 0,9).Клиничните тестове с 36 образци мазки от носа показаха добро съответствие на интензивността на флуоресценцията на стандартния ОТ-ПЦР (коефициенти на Пирсона > 0,9).Клиничните тестове с 36 проби от назални тампони показаха добро съответствие с интензитета на флуоресценция на стандартната RT-PCR (коефициенти на Pearson > 0,9).RT-PCR Клиничните изпитвания 36 образци на мазки от носа показаха добро падение на интензивността на флуоресценцията със стандартния ОТ-ПЦР (коефициент на Пирсона > 0,9).Клиничното изследване на 36 проби от назален тампон показа добро съответствие на интензитета на флуоресценция със стандартната RT-PCR (коефициент на Pearson > 0,9).Успоредно с тази работа, различни нововъзникващи биохимични методи (напр. плазмен термичен цикъл, имуноанализи без амплификация и анализи за функционализиране на нанотела) показаха своя потенциал в POCT.Въпреки това, поради липсата на напълно интегрирана и стабилна POCT платформа, тези методи неизбежно изискват отделни процедури за предварителна обработка (напр. изолиране на РНК44, инкубация45 и промиване46), което допълнително допълва текущата работа с тези методи за прилагане на разширени POCT функции с необходимите параметри.производителност на извличане-в-отговор.В тази работа, въпреки че въздушната помпа, използвана за активиране на клапана FAST, е достатъчно малка, за да бъде интегрирана в настолен инструмент (фиг. S9, S10), тя все още консумира значителна мощност и генерира шум.По принцип пневматичните помпи с по-малък форм-фактор могат да бъдат заменени с други средства, като например използването на електромагнитна сила или задействане с пръст.По-нататъшните подобрения могат да включват, например, адаптиране на комплекти за различни и специфични биохимични анализи, като се използват нови методи за откриване, които не изискват системи за отопление/охлаждане, като по този начин предоставят POCT платформа без инструменти за PCR приложения.Вярваме, че като се има предвид, че платформата FAST предоставя начин за манипулиране на течности, ние вярваме, че предложената технология FAST представя потенциала за създаване на обща платформа не само за биомедицински тестове, но и за мониторинг на околната среда, тестване на качеството на храните, синтез на материали и лекарства ..
Събирането и използването на проби от човешки назален тампон е одобрено от Комитета по етика на Първата свързана болница на университета Zhejiang (IIT20220330B).Бяха събрани 36 проби от назален тампон, включващи 16 възрастни < 30 години, 7 възрастни > 40 години и 19 мъже и 17 жени.Бяха събрани 36 проби от назален тампон, включващи 16 възрастни < 30 години, 7 възрастни > 40 години и 19 мъже и 17 жени.Беше събрано 36 образеца на мазки от носа, в които взеха участие 16 възрастни < 30 години, 7 възрастни над 40 години, 19 мъже и 17 жени.Бяха взети тридесет и шест проби от назален тампон от 16 възрастни <30 години, 7 възрастни над 40 години, 19 мъже и 17 жени.Демографските данни са представени в допълнителна таблица 3. Беше получено информирано съгласие от всички участници.Всички участници бяха със съмнение за грип и бяха тествани доброволно без компенсация.
Основата и капакът FAST са направени от полимлечна киселина (PLA) и са отпечатани от 3D принтер Ender 3 Pro (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).Двустранна лента е закупена от Adhesives Research, Inc. Модел 90880. PET фолио с дебелина 100 µm е закупено от McMaster-Carr.Както лепилото, така и PET филмът бяха изрязани с помощта на ножа Silhouette Cameo 2 от Silhouette America, Inc. Еластичният филм е направен от PDMS материал чрез леене под налягане.Първо, PET рамка с дебелина 200 µm беше изрязана с помощта на лазерна система и залепена към лист PMMA с дебелина 3 mm с помощта на 100 µm двустранна самозалепваща лента.След това PDMS прекурсорът (Sylgard 184; Част A: Част B = 10:1, Dow Corning) се излива във формата и се използва стъклена пръчка за отстраняване на излишния PDMS.След втвърдяване при 70°C в продължение на 3 часа, PDMS филмът с дебелина 300 μm може да бъде отлепен от матрицата.
Снимките за универсално разпространение, публикуване при поискване и надеждна работа се правят с високоскоростна камера (Sony AX700 1000 fps).Орбиталният шейкър, използван в теста за надеждност, е закупен от SCILOGEX (SCI-O180).Въздушното налягане се генерира от въздушен компресор и няколко цифрови прецизни регулатора на налягането се използват за регулиране на стойността на налягането.Процесът на тестване на поведението на потока е както следва.Предварително определено количество течност се инжектира в тестовото устройство и се използва високоскоростна камера за запис на поведението на потока.След това бяха взети неподвижни изображения от видеоклипове на поведението на потока в определени моменти и оставащата площ беше изчислена с помощта на софтуера Image-Pro Plus, който след това беше умножен по дълбочината на камерата, за да се изчисли обемът.Подробности за системата за тестване на поведението на потока могат да бъдат намерени в допълнителна фигура S4.
Инжектирайте 50 µl микрозърна и 100 µl дейонизирана вода в устройството за смесване на флакона.Снимки със смесена производителност бяха направени с високоскоростна камера на всеки 0,1 секунди при налягания от 0,1 бара, 0,15 бара и 0,2 бара.Информация за пикселите по време на процеса на смесване може да бъде получена от тези изображения с помощта на софтуер за обработка на снимки (Photoshop CS6).А ефективността на смесване може да се постигне със следното уравнение 53.
където M е ефективността на смесване, N е общият брой на пробните пиксели, а ci и \(\bar{c}\) са нормализираните и очакваните нормализирани концентрации.Ефективността на смесване варира от 0 (0%, несмесено) до 1 (100%, напълно смесено).Резултатите са показани на допълнителна фигура S6.
RT-PCR комплект в реално време за IAV и IBV, включително IAV и IBV РНК проби (кат. № RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, Китай), Tris-EDTA буфер (TE буфер № B541019 , Sangon Biotech, Китай), Комплект за пречистване на РНК за положителна контрола (Част № Z-ME-0010, Liferiver, Китай) и GAPDH разтвор (Част № M591101, Sangon Biotech, Китай) са налични в търговската мрежа.Комплектът за пречистване на РНК включва буфер за свързване, промивка A, промивка W, елуент, магнитни микрозърна и акрилен носител.IAV и IBV RT-PCR комплекти в реално време включват IFVA смес за PCR откриване на нуклеинова киселина и RT-PCR ензим.Добавете 6 µl AcrylCarrier и 20 µl магнитни перли към 500 µl разтвор на свързващ буфер, разклатете добре и след това пригответе разтвора на перлите.Добавете 21 ml етанол към промивки A и W, разклатете добре, за да получите съответно разтвори на промивки A и W.След това, 18 µl флуоресцентна PCR смес с IFVA нуклеинова киселина и 1 µl RT-PCR ензим се добавят към 1 µl TE разтвор, разклащат се и се центрофугират за няколко секунди, като се получават 20 µl IAV и IBV праймери.
Следвайте следната процедура за пречистване на РНК: (1) Адсорбция на РНК.Пипетирайте 526 µl от разтвора на пелетите в центрофужна епруветка от 1,5 ml и добавете 150 µl от пробата, след което ръчно разклатете епруветката нагоре и надолу 10 пъти.Прехвърлете 676 µl от сместа в афинитетната колона и центрофугирайте при 1,88 x 104 g за 60 секунди.Последващите дренажи се изхвърлят.(2) Първият етап на измиване.Добавете 500 µl промивен разтвор А към афинитетната колона, центрофугирайте при 1,88 x 104 g за 40 s и изхвърлете изразходвания разтвор.Този процес на измиване се повтаря два пъти.(3) вторият етап на измиване.Добавете 500 µl промивен разтвор W към афинитетната колона, центрофугирайте при 1,88×104 g за 15 s и изхвърлете изразходвания разтвор.Този процес на измиване се повтаря два пъти.(4) Елуиране.Добавете 200 µl елуат към афинитетната колона и центрофугирайте при 1,88 х 104 g за 2 минути.(5) RT-PCR: Елуатът се инжектира в 20 μl от разтвора на праймера в PCR епруветка, след което епруветката се поставя в PCR тестов апарат в реално време (SLAN-96P) за извършване на RT-PCR процеса.Целият процес на откриване отнема приблизително 140 минути (20 минути за пречистване на РНК и 120 минути за PCR откриване).
526 µl разтвор на топчета, 1000 µl промивен разтвор А, 1000 µl промивен разтвор W, 200 µl елуат и 20 µl праймерен разтвор бяха предварително добавени и съхранени в камери M, W1, W2, E и камери за детекция на PCR.Монтаж на платформата.След това 150 µl от пробата се пипетират в камера М и платформата FAST-POCT се вкарва в тестовия инструмент, показан на допълнителна фигура S9.След около 82 минути резултатите от теста бяха налични.
Освен ако не е отбелязано друго, всички резултати от теста са представени като средна стойност ± SD след минимум шест повторения, като се използва само платформата FAST-POCT и биологично независими проби.Никакви данни не бяха изключени от анализа.Експериментите не са случайни.Изследователите не бяха слепи за груповите задачи по време на експеримента.
За повече информация относно дизайна на изследването вижте резюмето на доклада за изследване на природата, свързано с тази статия.
Данни, подкрепящи резултатите от това проучване, са достъпни в Допълнителна информация.Тази статия предоставя оригиналните данни.
Chagla, Z. & Madhukar, P. Ускорителите на COVID-19 в богатите нации ще забавят ваксините за всички.Chagla, Z. & Madhukar, P. Ускорителите на COVID-19 в богатите нации ще забавят ваксините за всички.Чагла, З. и Мадукар, П. Ускорителите на COVID-19 в богатите страни ще забавят ваксините за всички.Chagla, Z. и Madhukar, P. Реваксинацията срещу COVID-19 в богатите страни ще забави ваксинацията за всички.Народна медицина.27, 1659–1665 (2021).
Фауст, Л. и др.Тестване на SARS-CoV-2 в страни с ниски и средни доходи: наличност и достъпност в частния сектор на здравеопазването.микробна инфекция.22, 511–514 (2020).
Световна здравна организация.Глобално разпространение и честота на избрани лечими полово предавани инфекции: преглед и оценки.Женева: СЗО, WHO/HIV_AIDS/2 https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/66818/WHO_HIV_AIDS_2001.02.pdf (2001).
Fenton, EM et al.Множество 2D формовани тестови ленти за страничен поток.Приложение ASS.Алма матер.Интер Милано.1, 124–129 (2009).
Schilling, KM et al.Напълно затворено микрофлуидно устройство за анализ на хартия.анус.химически.84, 1579–1585 (2012).
Lapenter, N. et al.Конкурентна хартиена имунохроматография, съчетана с ензимно модифицирани електроди, позволява безжично наблюдение и електрохимично определяне на котинин в урината.Сензори 21, 1659 (2021).
Zhu, X. et al.Количествено определяне на биомаркери на болестта с многофункционална интегрирана в нанозими странична течна платформа с помощта на глюкомер.биологичен сензор.Биоелектроника.126, 690–696 (2019).
Boo, S. et al.Тест лента за бременност за откриване на патогенни бактерии с помощта на конканавалин А-човешки хорионгонадотропин-Cu3(PO4)2 хибридни наноцветя, магнитно разделяне и четене на смартфон.Микрокомпютър.Списание.185, 464 (2018).