Tack för att du besöker www.chinacdoe.com.Webbläsarversionen du använder har begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Under tiden, för att säkerställa fortsatt support, kommer vi att rendera webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Lab-on-a-chip-system med kapacitet på plats erbjuder potentialen för snabb och exakt diagnos och är användbara i resursbegränsade miljöer där biomedicinsk utrustning och utbildad personal inte är tillgänglig.Att skapa ett testsystem som samtidigt har alla nödvändiga funktioner för multifunktionell dispensering, on-demand release, pålitlig prestanda och långtidslagring av reagens är dock fortfarande en stor utmaning.Här beskriver vi en spakmanövrerad mikrofärdbrytarteknik som kan manipulera vätskor i alla riktningar, ge exakt och proportionell respons på applicerat lufttryck och förbli stabil mot plötsliga rörelser och vibrationer.Baserat på teknologin beskriver vi också utvecklingen av ett polymeraskedjereaktionssystem som integrerar reagensintroduktion, blandning och reaktionsfunktioner i en process, vilket ger "prov-in-svar-ut" prestanda för alla kliniska nasala prover från 18 patienter med Influensa och 18 individuella kontroller, i god överensstämmelse med fluorescensintensiteten med standardpolymeraskedjereaktion (Pearson-koefficienter > 0,9).Baserat på teknologin beskriver vi också utvecklingen av ett polymeraskedjereaktionssystem som integrerar reagensintroduktion, blandning och reaktionsfunktioner i en process, vilket ger "prov-in-svar-ut" prestanda för alla kliniska näsprover från 18 patienter med influensa och 18 individuella kontroller, i god överensstämmelse med fluorescensintensiteten med standardpolymeraskedjereaktion (Pearson-koefficienter > 0,9).Основываясь на этой технологии, мы также описываем разработку системы полимеразной цепной реакции, которая объединяет функции введения реагентов, смешивания и реакции в одном процессе, что обеспечивает выполнение «образец-в-ответ-выход» для всех клинических образцов из носа от 18 пациентов с Грипп (och 18 отдельных контролей, в хорошем соответствии интенсивности флуоресценции со стандартной полимек фициенты Пирсона> 0,9).Baserat på denna teknologi beskriver vi också utvecklingen av ett polymeraskedjereaktionssystem som kombinerar funktionerna att injicera, blanda och reagera i en enda process, vilket möjliggör prov-in-respons-ut för alla kliniska nasala prover från 18 influensapatienter.och 18 individuella kontroller, i god överensstämmelse med standardpolymeraskedjereaktionens fluorescensintensitet (Pearsons koefficienter > 0,9).Baserat på denna teknologi beskriver vi också utvecklingen av ett polymeraskedjereaktionssystem som integrerar reagensinjektion, blandning och reaktionsfunktioner för att analysera alla kliniska nasala prover från 18 näspatientprover i provet. Influensa och 18 individuella kontroller, fluorescensintensitet matchad väl med standardpolymeraskedjereaktion (Pearsons koefficient > 0,9).Den föreslagna plattformen garanterar tillförlitlig automatisering av biomedicinsk analys och kan på så sätt påskynda kommersialiseringen av en rad point-of-care-testenheter.
Framväxande mänskliga sjukdomar, som 2020 års COVID-19-pandemi som har krävt miljontals människors liv, utgör ett allvarligt hot mot den globala hälsan och den mänskliga civilisationen1.Tidig, snabb och exakt upptäckt av sjukdomar är avgörande för att kontrollera spridningen av viruset och förbättra behandlingsresultaten.Ett centralt diagnostiskt ekosystem baserat på centraliserade laboratorier där testprover skickas till sjukhus eller diagnostiska kliniker och drivs av proffs begränsar för närvarande åtkomsten för nästan 5,8 miljarder människor världen över, särskilt de som lever i miljöer med begränsade resurser.där det saknas dyr biomedicinsk utrustning och kvalificerade specialister.kliniker 2. Det finns därför ett akut behov av att utveckla ett billigt och användarvänligt lab-on-a-chip-system med kapacitet för point-of-care testing (POCT) som kan ge kliniker diagnostisk information i rätt tid för att fatta välgrundade diagnosbeslut .och behandling 3.
Världshälsoorganisationens (WHO) riktlinjer säger att en idealisk POCT ska vara prisvärd, användarvänlig (lätt att använda med minimal träning), korrekt (undvik falska negativa eller falska positiva), snabb och pålitlig (ge goda repeterbarhetsegenskaper) och leveransbar (kapabel till långtidslagring och lätt tillgänglig för slutanvändare)4.För att uppfylla dessa krav måste POCT-system tillhandahålla följande funktioner: mångsidig dosering för att minska manuellt ingrepp, reagenstransport på begäran för korrekta testresultat och pålitlig prestanda för att motstå vibrationer i miljön.För närvarande är den mest använda POCT-anordningen den laterala flödesremsan5,6 som består av flera lager av porösa nitrocellulosamembran som driver en mycket liten mängd prov framåt och reagerar med förimmobiliserade reagens genom kapillärkraft.Även om de har fördelen av låg kostnad, enkel användning och snabba resultat, kan flödesremsorbaserade POCT-enheter endast användas för biologiska tester (t.ex. glukostester7,8 och graviditetstester9,10) utan att behöva analysera i flera steg.reaktioner (t.ex. laddning av flera reagens, blandning, multiplexering).Dessutom ger de drivkrafter som styr vätskerörelser (dvs kapillärkrafter) inte god konsistens, särskilt mellan satser, vilket resulterar i dålig reproducerbarhet11 och gör laterala flödesband främst användbara för bra detektion12,13.
Utökade tillverkningsmöjligheter i mikro- och nanoskala har skapat möjligheter för utveckling av mikrofluidiska POCT-enheter för kvantitativa mätningar14,15,16,17.Genom att justera egenskaperna hos gränssnittet 18, 19 och geometrin hos kanalerna 20, 21, 22 kan kapillärkraften och flödeshastigheten hos dessa anordningar styras.Deras tillförlitlighet, särskilt för mycket blöta vätskor, förblir dock oacceptabel på grund av tillverkningsfel, materialdefekter och känslighet för miljövibrationer.Dessutom, eftersom ett kapillärflöde skapas vid vätske-gasgränssnittet, kan inget ytterligare flöde införas, speciellt efter att mikrofluidkanalen har fyllts med vätska.Därför, för mer komplex detektion, måste flera steg av provinjektion utföras24,25.
Bland mikrofluidenheter är centrifugalmikrofluidenheter för närvarande en av de bästa lösningarna för POCT26,27.Dess drivmekanism är fördelaktig genom att drivkraften kan styras genom att justera rotationshastigheten.Nackdelen är dock att centrifugalkraften alltid är riktad mot enhetens ytterkant, vilket gör det svårt att genomföra de flerstegsreaktioner som krävs för mer komplexa analyser.Även om ytterligare drivkrafter (t.ex. kapillärer 28, 29 och många andra 30, 31, 32, 33, 34, 35) utöver centrifugalkraften införs för multifunktionell dosering, kan oförutsedd vätskeöverföring fortfarande inträffa eftersom dessa ytterligare krafter i allmänhet är order av magnitud lägre än centrifugalkraften, vilket gör dem endast effektiva över små driftsområden eller inte tillgängliga på begäran med vätskeutsläpp.Att införliva pneumatiska manipulationer i centrifugalmikrofluidik, såsom centrifugala kinetiska metoder 36, 37, 38, termopneumatiska metoder 39 och aktiva pneumatiska metoder 40 har visat sig vara ett attraktivt alternativ.Med det kontrafugodynamiska tillvägagångssättet integreras ytterligare en kavitet och anslutande mikrokanaler i enheten för både extern och intern verkan, även om dess pumpeffektivitet (i intervallet från 75 % till 90 %) är starkt beroende av antalet pumpcykler och viskositeten av vätskan.I den termopneumatiska metoden är latexmembranet och vätskeöverföringskammaren speciellt utformade för att täta eller återöppna inloppet när den instängda luftvolymen värms eller kyls.Uppvärmnings/kylningsinställningen introducerar dock långsamma svarsproblem och begränsar dess användning i värmekänsliga analyser (t.ex. polymeraskedjereaktions (PCR) amplifiering).Med ett aktivt pneumatiskt tillvägagångssätt uppnås frigöring på begäran och inåtgående rörelse genom samtidig applicering av positivt tryck och exakt anpassade rotationshastigheter av höghastighetsmotorer.Det finns andra framgångsrika tillvägagångssätt som endast använder pneumatiska ställdon (positivt tryck 41, 42 eller undertryck 43) och normalt stängda ventilkonstruktioner.Genom att successivt applicera tryck i den pneumatiska kammaren pumpas vätskan framåt peristaltiskt, och den normalt stängda ventilen förhindrar återflöde av vätska på grund av peristaltiken, och realiserar därmed komplexa vätskeoperationer.Men det finns för närvarande bara ett begränsat antal mikrofluidteknologier som kan utföra komplexa vätskeoperationer i en enda POCT-enhet, inklusive multifunktionell dispensering, on-demand release, pålitlig prestanda, långtidslagring, hantering av högviskösa vätskor, och kostnadseffektiv tillverkning.Alla på samma gång.Avsaknaden av en funktionell drift i flera steg kan också vara en av anledningarna till att endast ett fåtal kommersiella POCT-produkter som Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat och Rhonda framgångsrikt har introducerats på den öppna marknaden hittills.
I det här dokumentet föreslår vi ett pneumatiskt mikrofluidiskt ställdon baserat på grön ringmikrobrytarteknik (FAST).FAST kombinerar alla nödvändiga egenskaper på samma gång för ett brett utbud av reagenser från mikroliter till milliliter.FAST består av elastiska membran, spakar och block.Utan applicering av lufttryck kan membranen, spakarna och blocken stängas tätt och vätskan inuti kan lagras under lång tid.När lämpligt tryck appliceras och justeras till spakens längd, expanderar membranet och trycker spaken till öppet läge, vilket tillåter vätska att passera igenom.Detta möjliggör multifunktionell dosering av vätskor i kaskad, samtidigt, sekventiellt eller selektivt.
Vi har utvecklat ett PCR-system som använder FAST för att generera respons-i-provresultat för detektion av influensa A- och B-virus (IAV och IBV).Vi uppnådde en lägre detektionsgräns (LOD) på 102 kopior/ml, vår multiplexanalys visade specificitet för IAV och IBV och möjliggjorde patotypning av influensavirus.De kliniska testresultaten med näsprovet från 18 patienter och 18 friska individer visar god överensstämmelse i fluorescensintensitet med standard RT-PCR (Pearson-koefficienter > 0,9).De kliniska testresultaten med näsprovet från 18 patienter och 18 friska individer visar god överensstämmelse i fluorescensintensitet med standard RT-PCR (Pearson-koefficienter > 0,9).Результаты клинических испытаний с использованием образца мазка из носа от 18 sidor och 18 sidor оответствие интенсивности флуоресценции стандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).Resultaten av kliniska prövningar med ett näsprov från 18 patienter och 18 friska individer visar god överensstämmelse mellan fluorescensintensiteten för standard RT-PCR (Pearsons koefficienter > 0,9).0,9）。。... Результаты клинических испытаний с использованием образцов назальных мазков от 18 пациентов и 18 пациентов и 18 ползованих тветствие между интенсивностью флуоресценции и стандартной ОТ-ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).Resultaten av kliniska prövningar med nasala pinnprover från 18 patienter och 18 friska individer visade god överensstämmelse mellan fluorescensintensitet och standard RT-PCR (Pearsons koefficient > 0,9).Den uppskattade materialkostnaden för en FAST-POCT-enhet är cirka 1 USD (tilläggstabell 1) och kan reduceras ytterligare genom att använda storskaliga tillverkningsmetoder (t.ex. formsprutning).Faktum är att FAST-baserade POCT-enheter har alla nödvändiga funktioner på uppdrag av WHO och är kompatibla med nya biokemiska testmetoder såsom termisk plasmacykling44, amplifieringsfria immunanalyser45 och funktionaliseringstester för nanokroppar46 som är ryggraden i POCT-system.möjlighet.
På fig.1a visar strukturen hos FAST-POCT-plattformen, som består av fyra vätskekammare: en förlagringskammare, en blandningskammare, en reaktionskammare och en avfallskammare.Nyckeln till vätskeflödeskontroll är FAST-designen (bestående av elastiska membran, spakar och block) som finns i förlagringskammaren och blandningskammaren.Som en pneumatiskt aktiverad metod ger FAST-designen exakt vätskeflödeskontroll, inklusive stängd/öppen omkoppling, mångsidig dosering, vätskefrigöring på begäran, tillförlitlig drift (t.ex. okänslig för miljövibrationer) och långtidslagring.FAST-POCT-plattformen består av fyra lager: ett stödlager, ett elastiskt filmlager, ett plastfilmlager och ett täcklager, som visas i en förstorad vy i fig. 1b (visas även i detalj i tilläggsfigurerna S1 och S2 ).Alla kanaler och vätsketransportkammare (såsom förlagrings- och reaktionskammare) är inbäddade i PLA-substrat (polymjölksyra) som sträcker sig från 0,2 mm (tunnaste delen) till 5 mm tjocka.Det elastiska filmmaterialet är en 300 µm tjock PDMS som lätt expanderar när lufttryck appliceras på grund av dess "tunna tjocklek" och låga elasticitetsmodul (ca 2,25 MPa47).Polyetenfilmskiktet är tillverkat av polyetylentereftalat (PET) med en tjocklek på 100 µm för att skydda den elastiska filmen från överdriven deformation på grund av lufttryck.Motsvarande kamrarna har substratskiktet spakar kopplade till täckskiktet (tillverkat av PLA) med gångjärn för att styra vätskeflödet.Den elastiska filmen limmades på underlagsskiktet med dubbelhäftande tejp (ARseal 90880) och täcktes med en plastfilm.Tre lager monterades på ett substrat med användning av en T-clip-design i täckskiktet.T-klämman har ett mellanrum mellan två ben.När klämman sattes in i spåret böjdes de två benen något, återgick sedan till sitt ursprungliga tillstånd och band locket och baksidan hårt när de passerade genom spåret (tilläggsbild S1).De fyra skikten sätts sedan ihop med kopplingar.
Schematiskt diagram över plattformen som illustrerar de olika funktionella fack och funktioner hos FAST.b Förstorat diagram över FAST-POCT-plattformen.c Foto av plattformen bredvid ett mynt i amerikansk fjärdedel.
Arbetsmekanismen för FAST-POCT-plattformen visas i figur 2. Nyckelkomponenterna är blocken på basskiktet och gångjärnen på täckskiktet, vilket resulterar i en interferensdesign när de fyra skikten sätts ihop med en T-form .När inget lufttryck appliceras (fig. 2a), gör interferenspassningen att gångjärnet böjs och deformeras, och en tätningskraft appliceras genom spaken för att pressa den elastiska filmen mot blocket, och vätskan i tätningshåligheten definieras som ett förseglat tillstånd.Det bör noteras att i detta tillstånd är spaken böjd utåt, såsom visas i sidovyn i fig. 2a.När luft tillförs (fig. 2b), expanderar det elastiska membranet utåt mot locket och trycker spaken uppåt, vilket öppnar ett gap mellan spaken och blocket för vätska att strömma in i nästa kammare, vilket definieras som ett öppet tillstånd .Efter att lufttrycket släppts kan spaken återgå till sitt ursprungliga läge och förbli tät på grund av gångjärnets elasticitet.Videor av spakens rörelser presenteras i tilläggsfilmen S1.
A. Schematiskt diagram och fotografier när de är stängda.I frånvaro av tryck pressar spaken membranet mot blocket och vätskan förseglas.b I gott skick.När tryck appliceras expanderar membranet och trycker spaken uppåt, så att kanalen öppnas och vätska kan flöda.c Bestäm den karakteristiska storleken på det kritiska trycket.Karakteristiska mått inkluderar spakens längd (L), avståndet mellan reglaget och gångjärnet (l) och tjockleken på spakens utsprång (t).Fs är komprimeringskraften vid spjällpunkt B. q är den jämnt fördelade belastningen på spaken.Tx* representerar vridmomentet som utvecklas av den gångjärnsförsedda spaken.Kritiskt tryck är det tryck som krävs för att höja spaken och få vätskan att flyta.d Teoretiska och experimentella resultat av sambandet mellan kritiskt tryck och elementstorlek.n = 6 oberoende experiment utfördes och data visas som ± standardavvikelse.Rådata presenteras som rådatafiler.
En analytisk modell baserad på strålteorin har utvecklats för att analysera beroendet av det kritiska trycket Pc vid vilket gapet öppnar på de geometriska parametrarna (till exempel är L längden på spaken, l är avståndet mellan blocket och gångjärn, S är hävarmen. Kontaktytan med vätskan t är tjockleken på hävarms utsprång, som visas i fig. 2c).Som beskrivs i de kompletterande anmärkningarna och den kompletterande figuren S3, öppnas gapet när \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), där Fs är vridmomentet \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\) för att eliminera krafterna associerade med en interferenspassning och få gångjärnet att böjas.Det experimentella svaret och den analytiska modellen visar god överensstämmelse (Fig. 2d), vilket visar att det kritiska trycket Pc ökar med ökande t/l och minskande L, vilket enkelt förklaras av den klassiska strålmodellen, dvs vridmomentet ökar med t /Lift .Således visar vår teoretiska analys tydligt att det kritiska trycket effektivt kan kontrolleras genom att justera spaklängden L och t/l-förhållandet, vilket ger en viktig grund för designen av FAST-POCT-plattformen.
FAST-POCT-plattformen tillhandahåller multifunktionell dispensering (visas i figur 3a med insättning och experiment), vilket är den viktigaste egenskapen hos framgångsrik POCT, där vätskor kan flöda i vilken riktning som helst och i vilken ordning som helst (kaskad, simultan, sekventiell) eller selektiv flerkanalig dispensering .– doseringsfunktion.På fig.3a(i) visar ett kaskaddoseringssätt i vilket två eller flera kammare är kaskadkopplade med användning av block för att separera de olika reaktanterna och en spak för att styra de öppna och stängda tillstånden.När tryck appliceras strömmar vätskan från den övre till den nedre kammaren på ett kaskadsätt.Det bör noteras att kaskadkamrarna kan fyllas med våta kemikalier eller torra kemikalier såsom lyofiliserade pulver.I experimentet i fig. 3a(i) flödar det röda bläcket från den övre kammaren tillsammans med det blå färgämnespulvret (kopparsulfat) in i den andra kammaren och blir mörkblått när det når den nedre kammaren.Den visar också styrtrycket för vätskan som pumpas.På liknande sätt, när en spak är ansluten till två kammare, blir den det samtidiga injektionsläget, som visas i fig.3a(ii), i vilken vätskan kan fördelas jämnt över två eller flera kammare när tryck appliceras.Eftersom det kritiska trycket beror på spakens längd, kan spakens längd justeras för att uppnå ett sekventiellt insprutningsmönster som visas i fig.3a(iii).En lång spak (med kritiskt tryck Pc_long) var ansluten till kammare B och en kort spak (med kritiskt tryck Pc_short > Pc_long) kopplades till kammare A. Eftersom tryck P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) applicerades var endast vätskan i rött kan flöda till kammare B och när trycket ökades till P2 (> Pc_short) kan den blå vätskan flöda till kammare A. Detta sekventiella injektionsläge gäller för olika vätskor som överförs till deras relaterade kammare i sekvens, vilket är avgörande för en framgångsrik POCT enhet.En lång spak (med kritiskt tryck Pc_long) var ansluten till kammare B och en kort spak (med kritiskt tryck Pc_short > Pc_long) kopplades till kammare A. Eftersom tryck P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) applicerades var endast vätskan i rött kan flöda till kammare B och när trycket ökades till P2 (> Pc_short) kan den blå vätskan flöda till kammare A. Detta sekventiella injektionsläge gäller för olika vätskor som överförs till deras relaterade kammare i sekvens, vilket är avgörande för en framgångsrik POCT enhet.Длинный рычаг (с критическим давлением Pc_long) был соединен с камерой B, а короткий рычаг (с критическим Pc_long) инен с камерой A. При приложении давления P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) только жидкость, выделенная красным может камеру B, и когда давление было увеличено до P2 (> Pc_short), синяя жидкость может течь в камеру камеру Эжоледско а применяется к различным жидкостям, последовательно перемещаемым в соответствующие камеры, чето имеще шной POCT.En lång spak (med kritiskt tryck Pc_long) var ansluten till kammare B, och en kort spak (med kritiskt tryck Pc_short > Pc_long) kopplades till kammare A. När tryck P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) applicerades markeras endast vätskan i rött kan strömma in i kammare B, och när trycket har ökat till P2 (> Pc_short) kan den blå vätskan strömma in i kammare A. Detta sekventiella injektionsläge tillämpas på olika vätskor som sekventiellt överförs till respektive kammare, vilket är kritiskt för framgångsrik POCT.enhet. S рй A.Den långa armen (kritiskt tryck Pc_long) är ansluten till kammare B och den korta armen (kritiskt tryck Pc_short > Pc_long) är ansluten till kammare A.При приложении давления P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) в камеру B может поступать только красная жидкость, а пеливич а_Pc ort) в камеру A может поступать синяя жидкость.När tryck P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) appliceras kan endast röd vätska komma in i kammare B, och när trycket ökas till P2 (> Pc_short) kan blå vätska komma in i kammare A. Detta sekventiella injektionsläge är lämpligt för sekventiell överföring av olika vätskor in i respektive kammare, vilket är avgörande för framgångsrik drift av POCT-anordningen.Figur 3a(iv) visar det selektiva injektionsläget, där huvudkammaren hade en kort (med kritiskt tryck Pc_short) och en lång spak (med kritiskt tryck Pc_long < Pc_short) som dessutom var anslutna till kammare A respektive kammare B. till en annan luftkanal ansluten till kammare B. För att överföra vätskan till kammare A först applicerades tryck P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) och P2 (P2 > P1) med P1 + P2 > Pc_short på anordningen samtidigt.Figur 3a(iv) visar det selektiva injektionsläget, där huvudkammaren hade en kort (med kritiskt tryck Pc_short) och en lång spak (med kritiskt tryck Pc_long < Pc_short) som dessutom var anslutna till kammare A respektive kammare B. till en annan luftkanal ansluten till kammare B. För att överföra vätskan till kammare A först applicerades tryck P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) och P2 (P2 > P1) med P1 + P2 > Pc_short på anordningen samtidigt.På fig.3а(iv) показан режим селективного впрыска, при котором основная камера имела короткий (с критическим давын) (med критическим давлением Pc_long < Pc_short), которые дополнительно соединялись с камерой A och камерой B соответстветствет.3a(iv) visar det selektiva injektionsläget, i vilket huvudkammaren hade en kort (med kritiskt tryck Pc_short) och en lång spak (med kritiskt tryck Pc_long < Pc_short), vilka dessutom var anslutna till kammare A respektive kammare B.к другому воздушному каналу, соединенному с камерой B. Чтобы сначала передать жидкость в камерон A, камур вали давление P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) och P2 (P2 > P1), где P1 + P2 > Pc_short.till en annan luftkanal kopplad till kammare B. För att först överföra vätska till kammare A applicerades samtidigt trycken P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) och P2 (P2 > P1) på anordningen, där P1 + P2 > Pc_short. 3а (iv) показан режим селектиills ый с стержень (с критическим давл själv ззшном канал, подключенному к комнате B.3a(iv) visar det selektiva injektionsläget när huvudkammaren har en kort skaft (kritiskt tryck Pc_short) och en lång skaft (kritiskt tryck Pc_long < Pc_short) kopplade till kammare A respektive kammare B, och förutom en annan luftpassage, kopplat till rum B.Således förhindrar P2 vätska från att komma in i kammare B;under tiden översteg det totala trycket P1 + P2 det kritiska trycket för att aktivera den kortare spaken som är ansluten till kammare A för att tillåta vätskeflödet till kammare A. Sedan, när kammare B behövdes fyllas, behöver vi bara applicera P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) i huvudkammaren för att aktivera den långa spaken och låta vätskan rinna till kammare B. Det kan tydligt observeras från tiden t = 3 s till 9 s att vätskan i kammare A förblev konstant medan den ökade i kammare B när tryck P1 applicerades.under tiden översteg det totala trycket P1 + P2 det kritiska trycket för att aktivera den kortare spaken som är ansluten till kammare A för att tillåta vätskeflödet till kammare A. Sedan, när kammare B behövdes fyllas, behöver vi bara applicera P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) i huvudkammaren för att aktivera den långa spaken och låta vätskan rinna till kammare B. Det kan tydligt observeras från tiden t = 3 s till 9 s att vätskan i kammare A förblev konstant medan den ökade i kammare B när tryck P1 applicerades.Межж тalis A, ччоы позволить жидости теч камеру A. затем, ка kort ) в основной камере, чтобы активировать длинный рычаг и дать жидкости течь в камеру B. Можно ясно 3 till 9 med жидкость в камере En оставалась постоянной, в то время как в камере она увеличивалась.Samtidigt har det totala trycket P1 + P2 överskridit det kritiska trycket för att aktivera en kortare spak kopplad till kammare A för att tillåta vätska att strömma in i kammare A. Sedan när kammare B behöver fyllas behöver vi bara applicera P1 (Pc_long < P1) < Pc_short ) i huvudkammaren för att aktivera den långa spaken och låta vätskan strömma in i kammare B. Det kan tydligt observeras att mellan t = 3 s och 9 s förblev vätskan i kammare A konstant, medan den ökade i kammare.B när tryck P1 appliceras.Samtidigt överstiger det totala trycket P1 + P2 det kritiska trycket, vilket aktiverar den kortare spaken som förbinder kammare A, vilket tillåter vätska att strömma in i kammare A.När det är dags att fylla kammare A applicerar vi helt enkelt P1 i huvudkammaren och P2 i sekundärkammaren.På så sätt kan flödesbeteendet selektivt växlas mellan kameror A och B. Flödesbeteendet för de fyra multifunktionella distributionslägena finns i tilläggsfilmen S2.
a Illustration av multifunktionell tilldelning, dvs (i) kaskadkoppling, (ii) samtidig, (iii) sekventiell och (iv) selektiv tilldelning.Kurvorna representerar arbetsflödet och parametrarna för dessa fyra distributionslägen.b Resultat av långtidslagringstester i avjoniserat vatten och etanol.n = 5 oberoende experiment utfördes och data visas som ± sd c.Stabilitetstestdemonstrationer när FAST-anordningen och kapillärventilanordningen (CV) var i (i) statiskt och (ii) vibrerande tillstånd.(iii) Volym kontra tid för FAST- och CV-enheter vid olika vinkelfrekvenser.d Publicering av testresultat på begäran för (i) FAST-enhet och (ii) CV-enhet.(iii) Samband mellan volym och tid för FAST- och CV-enheter som använder intermittent tryckläge.Alla skalstänger, 1 cm.Rådata tillhandahålls som rådatafiler.
Långtidsförvaring av reagenser är en annan viktig egenskap hos en framgångsrik POCT-enhet som gör att otränad personal kan hantera flera reagenser.Medan många tekniker har visat sin potential för långtidsförvaring (t.ex. 35 mikrodispensrar, 48 blisterförpackningar och 49 stickförpackningar), krävs ett dedikerat mottagningsfack för att rymma förpackningen, vilket ökar kostnaden och komplexiteten;Dessutom tillåter dessa lagringsmekanismer inte dispensering på begäran och resulterar i slöseri med reagens på grund av rester i förpackningen.Långtidslagringsförmåga verifierades genom att utföra ett accelererat livslängdstest med CNC-bearbetat PMMA-material på grund av dess ringa grovhet och motståndskraft mot gasgenomträngning (tilläggsbild S5).Testapparaten fylldes med avjoniserat vatten (avjoniserat vatten) och 70 % etanol (simulerande flyktiga reagens) vid 65°C under 9 dagar.Både avjoniserat vatten och etanol lagrades med aluminiumfolie för att blockera tillträde från ovan.Arrhenius-ekvationen och penetrationsaktiveringsenergin som rapporterats i litteraturen50,51 användes för att beräkna realtidsekvivalenten.På fig.3b visar genomsnittliga viktminskningsresultat för 5 prover lagrade vid 65°C i 9 dagar, motsvarande 0,30% för avjoniserat vatten och 0,72% för 70% etanol under 2 år vid 23°C.
På fig.3c visar vibrationstestet.Eftersom kapillärventilen (CV) är den mest populära vätskehanteringsmetoden bland befintliga POCT28,29-enheter, användes en CV-enhet 300 µm bred och 200 µm djup för jämförelse.Det kan ses att när båda enheterna förblir stationära tätar vätskan i FAST-POCT-plattformen och vätskan i CV-enheten låser sig på grund av den plötsliga expansionen av kanalen, vilket minskar kapillärkrafterna.Men när kretsvibratorns vinkelfrekvens ökar förblir vätskan i FAST-POCT-plattformen förseglad, men vätskan i CV-enheten strömmar in i den nedre kammaren (se även tilläggsfilm S3).Detta tyder på att de deformerbara gångjärnen på FAST-POCT-plattformen kan applicera en stark mekanisk kraft på modulen för att tätt stänga vätskan i kammaren.Men i CV-enheter hålls vätska kvar på grund av balansen mellan fast-, luft- och flytande faser, vilket skapar instabilitet och vibrationer kan rubba balansen och orsaka oväntat flöde.Fördelen med FAST-POCT-plattformen är att den ger tillförlitlig funktionalitet och undviker fel i närvaro av vibrationer som vanligtvis uppstår under leverans och drift.
En annan viktig egenskap hos FAST-POCT-plattformen är dess on-demand-release, vilket är ett nyckelkrav för kvantitativ analys.På fig.3d jämför on-demand-versionen av FAST-POCT-plattformen och CV-enheten.Från fig.3d(iii) ser vi att FAST-anordningen reagerar snabbt på trycksignalen.När tryck applicerades på FAST-POCT-plattformen strömmade vätskan, när trycket släpptes stoppades flödet omedelbart (fig. 3d(i)).Denna åtgärd kan förklaras av den snabba elastiska återgången av gångjärnet, som trycker tillbaka spaken mot blocket och stänger kammaren.Vätska fortsatte dock att flöda i CV-enheten, vilket så småningom resulterade i en oväntad vätskevolym på cirka 100 µl efter att trycket släppts (Figur 3d(ii) och tilläggsfilm S4).Detta kan förklaras av att kapillärstiftningseffekten försvinner vid fullständig vätning av CV:n efter den första injektionen.
Förmågan att hantera vätskor med varierande vätbarhet och viskositet i samma enhet är fortfarande en utmaning för POCT-applikationer.Dålig vätbarhet kan leda till läckor eller annat oväntat flödesbeteende i kanalerna, och hjälputrustning som virvelblandare, centrifuger och filter krävs ofta för att framställa högviskösa vätskor 52 .Vi testade sambandet mellan kritiskt tryck och vätskeegenskaper (med ett brett spektrum av vätbarhet och viskositet).Resultaten visas i Tabell 1 och Video S5.Det kan ses att vätskor med olika vätbarhet och viskositet kan förslutas i kammaren, och när tryck appliceras kan även vätskor med en viskositet på upp till 5500 cP överföras till den intilliggande kammaren, vilket gör det möjligt att detektera prover med hög viskositet (dvs sputum, ett mycket trögflytande prov som används för diagnos av luftvägssjukdomar).
Genom att kombinera ovanstående multifunktionella dispenseringsenheter kan ett brett utbud av FAST-baserade POCT-enheter utvecklas.Ett exempel visas i figur 1. Anläggningen innehåller en förlagringskammare, en blandningskammare, en reaktionskammare och en avfallskammare.Reagenser kan förvaras i förlagringskammaren under längre tidsperioder och sedan tömmas ut i blandningskammaren.Med rätt tryck kan de blandade reaktanterna selektivt överföras till en avfallskammare eller en reaktionskammare.
Eftersom PCR-detektion är guldstandarden för att detektera patogener som H1N1 och COVID-19 och involverar flera reaktionssteg, använde vi FAST-POCT-plattformen för PCR-detektion som en applikation.På fig.4 visar PCR-testprocessen med FAST-POCT-plattformen.Först pipetterades elueringsreagenset, magnetiska mikropärlor, tvättlösning A och tvättlösning W in i förlagringskamrarna E, M, W1 respektive W2.Stadierna av RNA-adsorption visas i fig.4a och är som följer: (1) när tryck Pl (=0,26 bar) appliceras, rör sig provet in i kammaren M och töms ut i blandningskammaren.(2) Lufttryck P2 (= 0,12 bar) tillförs genom port A ansluten till botten av blandningskammaren.Även om ett antal blandningsmetoder har visat sin potential för att blanda vätskor på POCT-plattformar (t.ex. serpentinblandning 53, slumpmässig blandning 54 och satsblandning 55), är deras blandningseffektivitet och effektivitet fortfarande inte tillfredsställande.Den använder bubbelblandningsmetoden, där luft införs i botten av blandningskammaren för att skapa bubblor i vätskan, varefter den kraftfulla virveln kan uppnå fullständig blandning inom några sekunder.Bubbelblandningsexperiment utfördes och resultaten presenteras i kompletterande figur S6.Det kan ses att när ett tryck på 0,10 bar appliceras tar fullständig blandning cirka 8 sekunder.Genom att öka trycket till 0,20 bar uppnås fullständig blandning på cirka 2 sekunder.Metoder för att beräkna blandningseffektivitet presenteras i avsnittet Metoder.(3) Använd en rubidiummagnet för att extrahera pärlorna, tryck sedan P3 (= 0,17 bar) genom port P för att flytta reagenserna in i avfallskammaren.På fig.Fig. 4b,c visar tvättstegen för att avlägsna föroreningar från provet enligt följande: (1) Tvättlösningen A från kammaren W1 töms ut i tryckblandningskammaren Pl.(2) Gör sedan bubbelblandningsprocessen.(3) Tvättlösningen A överförs till avfallsvätskekammaren och mikropärlorna i blandningskammaren dras ut av magneten.Tvätt W (fig. 4c) liknade tvättning A (fig. 4b).Det bör noteras att varje tvättsteg A och W utfördes två gånger.Figur 4d visar elueringsstegen för att eluera RNA från pärlorna;eluerings- och blandningsintroduktionsstegen är desamma som RNA-adsorptions- och tvättstegen som beskrivits ovan.När elueringsreagensen överförs till PCR-reaktionskammaren under trycken P3 och P4 (=0,23 bar), uppnås det kritiska trycket för att täta PCR-reaktionskammarens arm.På samma sätt hjälper P4-trycket också till att täta passagen till avfallskammaren.Således fördelades alla elueringsreagens jämnt mellan de fyra PCR-reaktionskamrarna för att initiera multiplex-PCR-reaktionerna.Ovanstående procedur presenteras i Supplementary Movie S6.
I RNA-adsorptionssteget införs provet i inloppet M och injiceras i blandningskammaren tillsammans med den tidigare lagrade pärllösningen.Efter blandning och avlägsnande av granulerna fördelas reagensen i avfallskammaren.b och c tvättsteg, inför olika förlagrade tvättreagenser i blandningskammaren, och efter blandning och borttagning av pärlorna överför du reagensen till avfallsvätskekammaren.d Elueringssteg: Efter införande av elueringsreagens, blandning och extraktion av pärlor, överförs reagensen till PCR-reaktionskammaren.Kurvorna visar arbetsflödet och relaterade parametrar för de olika stegen.Tryck är trycket som utövas genom de enskilda kamrarna.Volym är volymen vätska i blandningskammaren.Alla skalstänger är 1 cm.Rådata tillhandahålls som rådatafiler.
En PCR-testprocedur utfördes och kompletterande figur S7 presenterar termiska profiler inklusive 20 minuters omvänd transkriptionstid och 60 minuters termisk cyklingstid (95 och 60 ° C), med en termisk cykel på 90 s (tilläggsfilm S7)..FAST-POCT kräver mindre tid för att slutföra en termisk cykel (90 sekunder) än konventionell RT-PCR (180 sekunder för en termisk cykel).Detta kan förklaras av det höga förhållandet mellan ytarea och volym och den låga termiska trögheten i mikro-PCR-reaktionskammaren.Kammarytan är 96,6 mm2 och kammarvolymen är 25 mm3, vilket gör förhållandet mellan yta och volym cirka 3,86.Som ses i tilläggsfigur S10 har PCR-testområdet på vår plattform ett spår på bakpanelen, vilket gör PCR-kammarens botten 200 µm tjock.En termiskt ledande elastisk dyna är fäst vid temperaturregulatorns värmeyta, vilket säkerställer tät kontakt med baksidan av testboxen.Detta minskar plattformens termiska tröghet och förbättrar uppvärmnings-/kylningseffektiviteten.Under termisk cykling smälter paraffinet som är inbäddat i plattformen och rinner in i PCR-reaktionskammaren och fungerar som ett tätningsmedel för att förhindra reagensavdunstning och miljöförorening (se tilläggsfilm S8).
Alla PCR-detektionsprocesser som beskrivs ovan var helt automatiserade med ett specialtillverkat FAST-POCT-instrument, bestående av en programmerad tryckkontrollenhet, en magnetisk extraktionsenhet, en temperaturkontrollenhet och en fluorescerande signalfångst- och bearbetningsenhet.Notera att vi använde FAST-POCT-plattformen för RNA-isolering och använde sedan de extraherade RNA-proverna för PCR-reaktioner med FAST-POCT-systemet och PCR-systemet för dator för jämförelse.Resultaten var nästan desamma som visas i tilläggsbild S8.Operatören utför en enkel uppgift: introducerar provet i M-kammaren och sätter in plattformen i instrumentet.Kvantitativa testresultat är tillgängliga på cirka 82 minuter.Detaljerad information om FAST-POCT-verktyg finns i tilläggsbilden.C9, C10 och C11.
Influensa orsakad av influensa A (IAV), B (IBV), C (ICV) och D (IDV) virus är ett vanligt globalt fenomen.Av dessa är IAV och IBV ansvariga för de allvarligaste fallen och säsongsbetonade epidemier, som infekterar 5-15 % av världens befolkning, orsakar 3-5 miljoner allvarliga fall och orsakar 290 000-650 000 dödsfall årligen.Luftvägssjukdomar56,57.Tidig diagnos av IAV och IB är avgörande för att minska sjuklighet och tillhörande ekonomisk börda.Bland tillgängliga diagnostiska tekniker anses den omvända transkriptaspolymeraskedjereaktionen (RT-PCR) vara den mest känsliga, specifika och exakta (>99 %)58,59.Bland tillgängliga diagnostiska tekniker anses den omvända transkriptaspolymeraskedjereaktionen (RT-PCR) vara den mest känsliga, specifika och exakta (>99 %)58,59.Среди доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (ОнаТетсчив). тельной, специфичной и точной (> 99%)58,59.Bland de tillgängliga diagnostiska metoderna anses omvänd transkriptaspolymeraskedjereaktion (RT-PCR) vara den mest känsliga, specifika och korrekta (> 99 %)58,59. Из доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (ОТеППЦЦР) льной, специфичной и точной (>99%)58,59.Av de tillgängliga diagnostiska metoderna anses omvänd transkriptaspolymeraskedjereaktion (RT-PCR) vara den mest känsliga, specifika och korrekta (>99 %)58,59.Traditionella RT-PCR-metoder kräver dock upprepad pipettering, blandning, dispensering och överföring av vätska, vilket begränsar deras användning av proffs i resursbegränsade miljöer.Här användes FAST-POCT-plattformen för PCR-detektion av IAV respektive IBV för att erhålla deras nedre detektionsgräns (LOD).Dessutom har IAV och IBV multiplexerats för att skilja mellan olika patotyper över arter, vilket ger en lovande plattform för genetisk analys och förmågan att korrekt behandla sjukdomen.
På fig.5a visar resultaten av HAV PCR-testning med användning av 150 ul renat viralt RNA som ett prov.På fig.5a(i) visar att vid en HAV-koncentration på 106 kopior/ml kan fluorescensintensiteten (ΔRn) nå 0,830, och när koncentrationen reduceras till 102 kopior/ml kan ΔRn fortfarande nå 0,365, vilket motsvarar högre än så. av den tomma negativa kontrollgruppen (0,002), cirka 100 gånger högre.För kvantifiering baserad på sex oberoende experiment genererades en linjär kalibreringskurva mellan log-koncentration och cykeltröskel (Ct) för IAV (Fig. 5a(ii)), R2 = 0,993, varierande från 102-106 kopior/ml.resultaten överensstämmer väl med konventionella RT-PCR-metoder.På fig.5a(iii) visar fluorescerande bilder av testresultat efter 40 cykler av FAST-POCT-plattformen.Vi fann att FAST-POCT-plattformen kan upptäcka HAV så lågt som 102 kopior/ml.Den traditionella metoden har dock inte ett Ct-värde på 102 kopior/ml, vilket gör den till en LOD på cirka 103 kopior/ml.Vi antog att detta kan bero på den höga effektiviteten av bubbelblandning.PCR-testexperiment utfördes på renat IAV-RNA för att utvärdera olika blandningsmetoder, inklusive skakblandning (samma blandningsmetod som vid konventionell RT-PCR-drift), ampullblandning (denna metod, 3 s vid 0,12 bar) och ingen blandning som kontrollgrupp ..Resultaten finns i tilläggsbild S12.Det kan ses att vid en högre RNA-koncentration (106 kopior/mL) är Ct-värdena för de olika blandningsmetoderna nästan desamma som för bubbelblandning.När RNA-koncentrationen sjönk till 102 kopior/ml hade skakblandningen och kontrollerna inga Ct-värden, medan bubbelblandningsmetoden fortfarande gav ett Ct-värde på 36,9, vilket var under Ct-tröskeln på 38. Resultaten visar en dominant blandningskarakteristika vesiklar, vilket också har visats i annan litteratur, vilket också kan förklara varför känsligheten hos FAST-POCT-plattformen är något högre än konventionell RT-PCR.På fig.5b visar resultaten av PCR-analys av renade IBV-RNA-prover som sträcker sig från 101 till 106 kopior/ml.Resultaten liknade IAV-testet och uppnådde en R2 = 0,994 och en LOD på 102 kopior/ml.
en PCR-analys av influensa A-virus (IAV) med IAV-koncentrationer från 106 till 101 kopior/ml med användning av TE-buffert som negativ kontroll (NC).(i) Fluorescenskurva i realtid.(ii) Linjär kalibreringskurva mellan logaritmisk IAV-RNA-koncentration och cykeltröskel (Ct) för FAST och konventionella testmetoder.(iii) IAV FAST-POCT fluorescerande bild efter 40 cykler.b, PCR-detektion av influensa B-virus (IBV) med (i) realtidsfluorescensspektrum.(ii) Linjär kalibreringskurva och (iii) FAST-POCT IBV-fluorescensbild efter 40 cykler.Den nedre gränsen för detektion (LOD) för IAV och IBV med FAST-POCT-plattformen var 102 kopior/ml, vilket är lägre än konventionella metoder (103 kopior/ml).c Multiplextestresultat för IAV och IBV.GAPDH användes som en positiv kontroll och TE-buffert användes som en negativ kontroll för att förhindra eventuell kontaminering och bakgrundsförstärkning.Fyra olika provtyper kan särskiljas: (1) GAPDH-negativa prover (”IAV-/IBV-”);(2) IAV-infektion ("IAV+/IBV-") med IAV och GAPDH;(3) IBV-infektion ("IAV-/IBV+") med IBV och GAPDH;(4) IAV/IBV-infektion ("IAV+/IBV+") med IAV, IBV och GAPDH.Den streckade linjen representerar tröskellinjen.n = 6 biologiskt oberoende experiment utfördes, data visas som ± standardavvikelse.Rådata presenteras som rådatafiler.
På fig.5c visar resultaten av multiplexeringstestet för IAV/IBV.Här användes viruslysat som en provlösning istället för renat RNA, och fyra primrar för IAV, IBV, GAPDH (positiv kontroll) och TE-buffert (negativ kontroll) sattes till fyra olika reaktionskammare på FAST-POCT-plattformen.Positiva och negativa kontroller används här för att förhindra eventuell kontaminering och bakgrundsförbättring.Testerna delades in i fyra grupper: (1) GAPDH-negativa prover ("IAV-/IBV-");(2) IAV-infekterade (”IAV+/IBV-”) kontra IAV och GAPDH;(3) IBV-.infekterad ("IAV-") -/IBV+") IBV och GAPDH;(4) IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) infektion med IAV, IBV och GAPDH.På fig.5c visar att när negativa prover applicerades var fluorescensintensiteten ΔRn för den positiva kontrollkammaren 0,860, och ΔRn för IAV och IBV liknade den negativa kontrollen (0,002).För grupperna IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ och IAV+/IBV+ visade kamerorna IAV/GAPDH, IBV/GAPDH och IAV/IBV/GAPDH signifikant fluorescensintensitet, medan de andra kamerorna till och med visade fluorescensintensitet i en bakgrund nivå på 40 efter termisk cykling.Från testerna ovan visade FAST-POCT-plattformen enastående specificitet och gjorde det möjligt för oss att samtidigt patotypa olika influensavirus.
För att validera den kliniska tillämpbarheten av FAST-POCT testade vi 36 kliniska prover (näsprover) från IB-patienter (n=18) och icke-IB-kontroller (n=18) (Figur 6a).Patientinformation presenteras i tilläggstabell 3. IB-infektionsstatus bekräftades oberoende och studieprotokollet godkändes av Zhejiang University First Affiliated Hospital (Hangzhou, Zhejiang).Varje urval av patienter delades in i två kategorier.Den ena bearbetades med FAST-POCT och den andra bearbetades med ett PCR-system (SLAN-96P, Kina).Båda analyserna använder samma renings- och detektionskit.På fig.6b visar resultaten av FAST-POCT och konventionell omvänd transkriptions-PCR (RT-PCR).Vi jämförde fluorescensintensiteten (FAST-POCT) med -log2(Ct), där Ct är cykeltröskeln för konventionell RT-PCR.Det var bra överensstämmelse mellan de två metoderna.FAST-POCT och RT-PCR visade en stark positiv korrelation med ett Pearsons ratio (r) värde på 0,90 (Figur 6b).Vi bedömde sedan den diagnostiska noggrannheten för FAST-POCT.Fluorescensintensitetsfördelningar (FL) för positiva och negativa prover tillhandahölls som ett oberoende analytiskt mått (Fig. 6c).FL-värden var signifikant högre hos IB-patienter än hos kontroller (****P = 3,31 × 10-19; tvåsidigt t-test) (Fig. 6d).Därefter ritades kurvor för IBV-mottagares funktionsegenskaper (ROC).Vi fann att den diagnostiska noggrannheten var mycket god, med en area under kurvan på 1 (Fig. 6e).Observera att på grund av obligatorisk maskbeställning i Kina på grund av COVID-19 från och med 2020, har vi inte identifierat patienter med IBD, så alla positiva kliniska prover (dvs. näsprover) var endast för IBV.
Klinisk studiedesign.Totalt 36 prover, inklusive 18 patientprover och 18 icke-influensakontroller, analyserades med hjälp av FAST-POCT-plattformen och konventionell RT-PCR.b Bedöm den analytiska överensstämmelsen mellan FAST-POCT PCR och konventionell RT-PCR.Resultaten var positivt korrelerade (Pearson r = 0,90).c Fluorescensintensitetsnivåer hos 18 IB-patienter och 18 kontroller.d Hos IB-patienter (+) var FL-värdena signifikant högre än i kontrollgruppen (-) (****P = 3,31 × 10-19; tvåsidigt t-test; n = 36).För varje kvadratisk plot representerar den svarta markören i mitten medianen och de nedre och övre linjerna i rutan representerar den 25:e respektive 75:e percentilen.Morrhåren sträcker sig till minimi- och maximidatapunkterna, som inte betraktas som extremvärden.e ROC-kurva.Den streckade linjen d representerar tröskelvärdet uppskattat från ROC-analysen.AUC för IBV är 1. Rådata tillhandahålls som rådatafiler.
I den här artikeln presenterar vi FAST, som har de egenskaper som krävs för en idealisk POCT.Fördelarna med vår teknik inkluderar: (1) Mångsidig dosering (kaskad, simultan, sekventiell och selektiv), frisläppning vid behov (snabb och proportionell utlösning av applicerat tryck) och tillförlitlig drift (vibration vid 150 grader) (2) långtidslagring (2 år av accelererad testning, viktminskning ca 0,3%);(3) förmågan att arbeta med vätskor med ett brett spektrum av vätbarhet och viskositet (viskositet upp till 5500 cP);(4) Ekonomisk (beräknad materialkostnad för FAST-POCT PCR-enheten är cirka 1 USD).Genom att kombinera multifunktionella dispensrar, demonstrerades och tillämpades en integrerad FAST-POCT-plattform för PCR-detektion av influensa A- och B-virus.FAST-POCT tar bara 82 minuter.De kliniska testerna med 36 nasala pinnprover visade god överensstämmelse i fluorescensintensitet med standard RT-PCR (Pearson-koefficienter > 0,9).De kliniska testerna med 36 nasala pinnprover visade god överensstämmelse i fluorescensintensitet med standard RT-PCR (Pearson-koefficienter > 0,9).(Kliniska tester med 36 plattformar och nya metoder för intäktsstrategier эффициенты Пирсона > 0,9).Kliniska tester med 36 prover av näsprover visade god överensstämmelse med fluorescensintensiteten för standard RT-PCR (Pearsons koefficienter > 0,9). RT-PCR (Клинические испытания 36 образцов мазков из носа показали хорошее совпадение интенсивности флуоресанци эффициент Пирсона > 0,9).Klinisk testning av 36 nasala pinnprover visade god överensstämmelse mellan fluorescensintensitet och standard RT-PCR (Pearsons koefficient > 0,9).Parallellt med detta arbete har olika framväxande biokemiska metoder (t.ex. termisk plasmacykling, amplifieringsfria immunanalyser och nanokroppsfunktionaliseringsanalyser) visat sin potential i POCT.Men på grund av avsaknaden av en helt integrerad och robust POCT-plattform kräver dessa metoder oundvikligen separata förbehandlingsprocedurer (t.ex. RNA-isolation44, incubation45 och washing46), vilket ytterligare kompletterar det nuvarande arbetet med dessa metoder för att implementera avancerade POCT-funktioner med de nödvändiga parametrarna.hämtning-i-svar-utdata.I detta arbete, även om luftpumpen som används för att aktivera FAST-ventilen är tillräckligt liten för att integreras i ett bänkinstrument (Fig. S9, S10), förbrukar den fortfarande betydande ström och genererar buller.I princip kan pneumatiska pumpar med mindre formfaktor ersättas med andra medel, såsom användning av elektromagnetisk kraft eller fingermanövrering.Ytterligare förbättringar kan inkludera till exempel anpassning av kit för olika och specifika biokemiska analyser, med hjälp av nya detektionsmetoder som inte kräver värme-/kylsystem, vilket ger en verktygsfri POCT-plattform för PCR-tillämpningar.Vi tror att med tanke på att FAST-plattformen tillhandahåller ett sätt att manipulera vätskor, tror vi att den föreslagna FAST-tekniken har potential att skapa en gemensam plattform inte bara för biomedicinsk testning, utan också för miljöövervakning, testning av livsmedelskvalitet, material- och läkemedelssyntes. ..
Insamling och användning av humana näsprover har godkänts av etikkommittén vid Zhejiang University First Affiliated Hospital (IIT20220330B).36 nasala pinnprover samlades in, som involverade 16 vuxna < 30 år gamla, 7 vuxna > 40 år gamla och 19 män, 17 kvinnor.36 nasala pinnprover samlades in, som involverade 16 vuxna < 30 år gamla, 7 vuxna > 40 år gamla och 19 män, 17 kvinnor.Было собрано 36 образцов мазков из носа, в которых приняли участие 16 взрослых < 30 лет, 7 меслыш, 9 ме och 17 juni.Trettiosex näsprover togs från 16 vuxna < 30 år, 7 vuxna över 40 år, 19 män och 17 kvinnor.Demografiska data presenteras i tilläggstabell 3. Informerat samtycke erhölls från alla deltagare.Alla deltagare misstänktes ha influensa och testades frivilligt utan ersättning.
FAST basen och locket är gjorda av polymjölksyra (PLA) och tryckt av Ender 3 Pro 3D-skrivare (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).Dubbelsidig tejp köptes från Adhesives Research, Inc. Modell 90880. PET-film 100 µm tjock köptes från McMaster-Carr.Både limmet och PET-filmen skars med Silhouette Cameo 2-skäraren från Silhouette America, Inc. Den elastiska filmen är gjord av PDMS-material genom formsprutning.Först skars en 200 µm tjock PET-ram med användning av ett lasersystem och limmades på ett 3 mm tjockt PMMA-ark med användning av 100 µm dubbelhäftande tejp.PDMS-prekursorn (Sylgard 184; Del A: Del B = 10:1, Dow Corning) hälldes sedan i formen och en glasstav användes för att avlägsna överskott av PDMS.Efter härdning vid 70°C i 3 timmar kunde den 300 μm tjocka PDMS-filmen skalas av formen.
Foton för mångsidig distribution, on-demand-publicering och pålitlig prestanda tas med en höghastighetskamera (Sony AX700 1000 fps).Orbitalskakaren som användes i tillförlitlighetstestet köptes från SCILOGEX (SCI-O180).Lufttrycket genereras av en luftkompressor och flera digitala precisionstryckregulatorer används för att justera tryckvärdet.Processen för testning av flödesbeteende är som följer.En förutbestämd mängd vätska injicerades i testanordningen och en höghastighetskamera användes för att registrera flödesbeteendet.Stillbilder togs sedan från videor av flödesbeteendet vid fasta tidpunkter, och den återstående ytan beräknades med hjälp av programvaran Image-Pro Plus, som sedan multiplicerades med kameradjupet för att beräkna volymen.Detaljer om testsystemet för flödesbeteende finns i tilläggsbild S4.
Injicera 50 µl mikropärlor och 100 µl avjoniserat vatten i flaskans blandningsanordning.Blandade prestandafotografier togs med en höghastighetskamera var 0,1 sekund vid tryck på 0,1 bar, 0,15 bar och 0,2 bar.Pixelinformation under blandningsprocessen kan erhållas från dessa bilder med hjälp av fotobehandlingsprogram (Photoshop CS6).Och blandningseffektivitet kan uppnås med följande ekvation 53.
där M är blandningseffektiviteten, N är det totala antalet provpixlar och ci och \(\bar{c}\) är de normaliserade och förväntade normaliserade koncentrationerna.Blandningseffektiviteten sträcker sig från 0 (0 %, oblandad) till 1 (100 %, helt blandad).Resultaten visas i kompletterande figur S6.
Realtids RT-PCR-kit för IAV och IBV, inklusive IAV- och IBV-RNA-prover (kat.nr RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, Kina), Tris-EDTA-buffert (TE-buffert nr B541019 , Sangon Biotech, Kina), positiv kontroll RNA-reningskit (delnr Z-ME-0010, Liferiver, Kina) och GAPDH Solution (delnr M591101, Sangon Biotech, Kina) är kommersiellt tillgängliga.RNA-reningssatsen innehåller en bindningsbuffert, tvätt A, tvätt W, elueringsmedel, magnetiska mikropärlor och en akrylbärare.IAV- och IBV-realtids-RT-PCR-kit inkluderar IFVA-nukleinsyra-PCR-detektionsmix och RT-PCR-enzym.Tillsätt 6 µl AcrylCarrier och 20 µl magnetiska pärlor till 500 µl bindningsbuffertlösning, skaka väl och förbered sedan pärllösningen.Tillsätt 21 ml etanol till tvättarna A och W, skaka väl för att erhålla lösningar av tvättarna A respektive W.Sedan sattes 18 µl fluorescerande PCR-blandning med IFVA-nukleinsyra och 1 µl RT-PCR-enzym till 1 µl TE-lösning, skakades och centrifugerades under flera sekunder, vilket gav 20 µl IAV- och IBV-primrar.
Följ följande RNA-reningsförfarande: (1) RNA-adsorption.Pipettera 526 µl av pelletslösningen i ett 1,5 ml centrifugrör och tillsätt 150 µl prov, skaka sedan röret manuellt upp och ner 10 gånger.Överför 676 µl av blandningen till affinitetskolonnen och centrifugera vid 1,88 x 104 g i 60 sekunder.Efterföljande avlopp kasseras sedan.(2) Det första steget av tvätt.Tillsätt 500 µl tvättlösning A till affinitetskolonnen, centrifugera vid 1,88 x 104 g i 40 s och kassera den förbrukade lösningen.Denna tvättprocess upprepades två gånger.(3) det andra steget av tvätt.Tillsätt 500 µl tvättlösning W till affinitetskolonnen, centrifugera vid 1,88×104 g i 15 sekunder och kassera den förbrukade lösningen.Denna tvättprocess upprepades två gånger.(4) Eluering.Tillsätt 200 µl eluat till affinitetskolonnen och centrifugera vid 1,88 x 104 g i 2 minuter.(5) RT-PCR: Eluatet injicerades i 20 μl av primerlösningen i ett PCR-rör, sedan placerades röret i en realtids-PCR-testapparat (SLAN-96P) för att utföra RT-PCR-processen.Hela detektionsprocessen tar cirka 140 minuter (20 minuter för RNA-rening och 120 minuter för PCR-detektion).
526 µl pärllösning, 1000 µl tvättlösning A, 1000 µl tvättlösning W, 200 µl eluat och 20 µl primerlösning tillsattes preliminärt och lagrades i kamrarna M, W1, W2, E och PCR-detekteringskammare.Plattformsmontering.Sedan pipetterades 150 µl av provet in i kammare M och FAST-POCT-plattformen sattes in i testinstrumentet som visas i tilläggsfigur S9.Efter cirka 82 minuter fanns testresultaten tillgängliga.
Om inget annat anges presenteras alla testresultat som medelvärde ± SD efter minst sex replikat med endast FAST-POCT-plattformen och biologiskt oberoende prover.Inga data exkluderades från analysen.Experimenten är inte slumpmässiga.Forskarna var inte blinda för gruppuppgifter under experimentet.
För mer information om studiedesign, se Nature Research Report abstract länkat till denna artikel.
Data som stöder resultaten av denna studie finns i Tilläggsinformation.Den här artikeln innehåller de ursprungliga uppgifterna.
Chagla, Z. & Madhukar, P. Covid-19-boosters i rika länder kommer att fördröja vacciner för alla.Chagla, Z. & Madhukar, P. Covid-19-boosters i rika länder kommer att fördröja vacciner för alla.Chagla, Z. och Madhukar, P. Covid-19-boosters i rika länder kommer att fördröja vacciner för alla.Chagla, Z. och Madhukar, P. COVID-19-revaccination i rika länder kommer att försena vaccinationen för alla.Nationell medicin.27, 1659–1665 (2021).
Faust, L. et al.SARS-CoV-2-testning i låg- och medelinkomstländer: tillgänglighet och överkomlighet i den privata hälsovårdssektorn.mikrobiell infektion.22, 511–514 (2020).
Världshälsoorganisationen.Global prevalens och förekomst av utvalda botbara sexuellt överförbara infektioner: en översikt och uppskattningar.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.Flera 2D-formade sidoflödestestremsor.ASS ansökan.alma mater.Inter Milan.1, 124–129 (2009).
Schilling, KM et al.Helt sluten mikrofluidisk pappersbaserad analysenhet.anus.Kemisk.84, 1579–1585 (2012).
Lapenter, N. et al.Konkurrenskraftig pappersbaserad immunokromatografi i kombination med enzymmodifierade elektroder möjliggör trådlös övervakning och elektrokemisk bestämning av urinkotinin.Sensors 21, 1659 (2021).
Zhu, X. et al.Kvantifiera sjukdomsbiomarkörer med en mångsidig nanozym-integrerad lateral vätskeplattform med hjälp av en glukosmeter.biologisk sensor.Bioelektronik.126, 690–696 (2019).
Boo, S. et al.Graviditetstestremsa för detektering av patogena bakterier med hjälp av concanavalin A-humant koriongonadotropin-Cu3(PO4)2 hybrid nanoblommor, magnetisk separation och smart telefonavläsning.Mikrodator.Tidskrift.185, 464 (2018).