Terima kasih telah mengunjungi www.chinacdoe.com.Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan merender situs tanpa gaya dan JavaScript.
Sistem lab-on-a-chip dengan kemampuan di lokasi menawarkan potensi diagnosis yang cepat dan akurat serta berguna dalam rangkaian terbatas sumber daya di mana peralatan biomedis dan tenaga profesional terlatih tidak tersedia.Namun, menciptakan sistem pengujian di tempat perawatan yang secara bersamaan memiliki semua fitur yang diperlukan untuk penyaluran multi-fungsi, pelepasan sesuai permintaan, kinerja yang andal, dan penyimpanan reagen jangka panjang masih merupakan tantangan besar.Di sini kami menjelaskan teknologi saklar perjalanan mikro yang digerakkan tuas yang dapat memanipulasi cairan ke segala arah, memberikan respons yang tepat dan proporsional terhadap tekanan udara yang diterapkan, dan tetap stabil terhadap gerakan dan getaran tiba-tiba.Berdasarkan teknologi tersebut, kami juga menjelaskan pengembangan sistem reaksi berantai polimerase yang mengintegrasikan fungsi pengenalan reagen, pencampuran dan reaksi dalam satu proses, yang menghasilkan kinerja “sample-in-answer-out” untuk semua sampel hidung klinis dari 18 pasien dengan Influenza dan 18 kontrol individu, sesuai dengan intensitas fluoresensi dengan reaksi berantai polimerase standar (koefisien Pearson > 0,9).Berdasarkan teknologi tersebut, kami juga menjelaskan pengembangan sistem reaksi berantai polimerase yang mengintegrasikan fungsi pengenalan reagen, pencampuran dan reaksi dalam satu proses, yang menghasilkan kinerja “sample-in-answer-out” untuk semua sampel hidung klinis dari 18 pasien. dengan Influenza dan 18 kontrol individu, sesuai dengan intensitas fluoresensi dengan reaksi berantai polimerase standar (koefisien Pearson > 0,9).Оноваваяer н этой тноло A, ы т т о о о KAN язъъъъ: яъъъъ: яъъ: яъъ: яъъъъ: яъutu язъъъъъ: яаutu язъъъъъ ilan язъъъъ яа я00 ии ведения рентов, сешивания и рцци в оном п- «« «о о00« о о о о о KAN «о о о KAN« о о о о KAN о о иических образцов з носа о 18 пациентов с гиппппппibat dan 18 bulan yang lalu, dalam jumlah yang sangat besar yang dapat digunakan untuk membantu Anda епной реакцией (коэффициенты Пирсона> 0,9).Berdasarkan teknologi ini, kami juga menjelaskan pengembangan sistem reaksi berantai polimerase yang menggabungkan fungsi penyuntikan, pencampuran, dan reaksi dalam satu proses, sehingga memungkinkan pengambilan sampel untuk semua spesimen hidung klinis dari 18 pasien influenza.dan 18 kontrol individu, sesuai dengan intensitas fluoresensi reaksi berantai polimerase standar (koefisien Pearson > 0,9).Berdasarkan teknologi ini, kami juga menjelaskan pengembangan sistem reaksi berantai polimerase yang mengintegrasikan fungsi injeksi, pencampuran, dan reaksi reagen untuk menganalisis semua spesimen hidung klinis dari 18 sampel spesimen pasien hidung. Influenza dan 18 kontrol individu, intensitas fluoresensi disesuaikan baik dengan reaksi berantai polimerase standar (koefisien Pearson > 0,9).Platform yang diusulkan menjamin otomatisasi analisis biomedis yang andal dan dengan demikian dapat mempercepat komersialisasi berbagai perangkat pengujian di tempat perawatan.
Penyakit-penyakit manusia yang baru muncul, seperti pandemi COVID-19 pada tahun 2020 yang telah merenggut nyawa jutaan orang, menimbulkan ancaman serius terhadap kesehatan global dan peradaban manusia1.Deteksi penyakit secara dini, cepat dan akurat sangat penting untuk mengendalikan penyebaran virus dan meningkatkan hasil pengobatan.Ekosistem diagnostik inti yang didasarkan pada laboratorium terpusat tempat sampel uji dikirim ke rumah sakit atau klinik diagnostik dan dijalankan oleh para profesional saat ini membatasi akses bagi hampir 5,8 miliar orang di seluruh dunia, terutama mereka yang tinggal di rangkaian terbatas sumber daya.dimana terdapat kekurangan peralatan biomedis yang mahal dan spesialis yang berkualifikasi.dokter 2. Oleh karena itu, ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan sistem lab-on-a-chip yang murah dan mudah digunakan dengan kemampuan pengujian di titik perawatan (POCT) yang dapat memberikan informasi diagnostik yang tepat waktu kepada dokter untuk membuat keputusan diagnosis yang tepat. .dan pengobatan 3.
Pedoman Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) menyatakan bahwa POCT yang ideal harus terjangkau, ramah pengguna (mudah digunakan dengan pelatihan minimal), akurat (menghindari negatif palsu atau positif palsu), cepat dan andal (memberikan sifat pengulangan yang baik), dan dapat dikirimkan (mampu disimpan dalam jangka panjang dan tersedia bagi pengguna akhir)4.Untuk memenuhi persyaratan ini, sistem POCT harus menyediakan fitur-fitur berikut: pemberian dosis serbaguna untuk mengurangi intervensi manual, pelepasan sesuai permintaan untuk menskalakan pengangkutan reagen untuk hasil pengujian yang akurat, dan kinerja yang andal untuk menahan getaran lingkungan.Saat ini, perangkat POCT yang paling banyak digunakan adalah strip aliran lateral5,6 yang terdiri dari beberapa lapisan membran nitroselulosa berpori yang mendorong sejumlah kecil sampel ke depan, bereaksi dengan reagen yang telah diimobilisasi sebelumnya dengan gaya kapiler.Meskipun memiliki keunggulan dalam hal biaya rendah, kemudahan penggunaan, dan hasil yang cepat, perangkat POCT berbasis flow strip hanya dapat digunakan untuk tes biologis (misalnya tes glukosa7,8 dan tes kehamilan9,10) tanpa memerlukan analisis multi-tahap.reaksi (misalnya pemuatan beberapa reagen, pencampuran, multiplexing).Selain itu, gaya penggerak yang mengontrol pergerakan fluida (yaitu gaya kapiler) tidak memberikan konsistensi yang baik, terutama antar batch, sehingga menghasilkan reproduktifitas yang buruk11 dan menjadikan pita aliran lateral terutama berguna untuk deteksi yang baik12,13.
Kemampuan manufaktur yang diperluas pada skala mikro dan nano telah menciptakan peluang untuk pengembangan perangkat POCT mikrofluida untuk pengukuran kuantitatif14,15,16,17.Dengan menyesuaikan sifat antarmuka (18, 19) dan geometri saluran (20, 21, 22), gaya kapiler dan laju aliran peralatan ini dapat dikontrol.Namun, keandalannya, terutama untuk cairan yang sangat basah, masih belum dapat diterima karena ketidakakuratan produksi, cacat material, dan kepekaan terhadap getaran lingkungan.Selain itu, karena aliran kapiler tercipta pada antarmuka cair-gas, tidak ada aliran tambahan yang dapat terjadi, terutama setelah saluran mikrofluida diisi dengan cairan.Oleh karena itu, untuk deteksi yang lebih kompleks, beberapa langkah injeksi sampel harus dilakukan24,25.
Di antara perangkat mikrofluida, perangkat mikrofluida sentrifugal saat ini merupakan salah satu solusi terbaik untuk POCT26,27.Mekanisme penggeraknya memiliki keunggulan karena tenaga penggeraknya dapat dikontrol dengan mengatur kecepatan putaran.Namun, kelemahannya adalah gaya sentrifugal selalu diarahkan ke tepi luar perangkat, sehingga sulit untuk menerapkan reaksi multi-langkah yang diperlukan untuk analisis yang lebih kompleks.Meskipun gaya penggerak tambahan (misalnya kapiler 28, 29 dan banyak lainnya 30, 31, 32, 33, 34, 35) selain gaya sentrifugal diperkenalkan untuk pemberian dosis multifungsi, perpindahan cairan yang tidak terduga masih dapat terjadi karena gaya tambahan ini umumnya bersifat perintah. besarnya lebih rendah dari gaya sentrifugal, menjadikannya hanya efektif pada rentang operasi kecil atau tidak tersedia sesuai permintaan dengan pelepasan cairan.Memasukkan manipulasi pneumatik ke dalam mikrofluida sentrifugal seperti metode kinetik sentrifugal 36, 37, 38, metode termopneumatik 39 dan metode pneumatik aktif 40 telah terbukti menjadi alternatif yang menarik.Dengan pendekatan kontrafugodinamik, rongga tambahan dan saluran mikro penghubung diintegrasikan ke dalam perangkat untuk aksi eksternal dan internal, meskipun efisiensi pemompaannya (dalam kisaran 75% hingga 90%) sangat bergantung pada jumlah siklus pemompaan dan viskositas. dari cairan.Pada metode termopneumatik, membran lateks dan ruang perpindahan cairan dirancang khusus untuk menutup atau membuka kembali saluran masuk ketika volume udara yang terperangkap dipanaskan atau didinginkan.Namun, pengaturan pemanasan/pendinginan menimbulkan masalah respons yang lambat dan membatasi penggunaannya dalam pengujian termosensitif (misalnya, amplifikasi reaksi berantai polimerase (PCR)).Dengan pendekatan pneumatik aktif, pelepasan sesuai permintaan dan gerakan ke dalam dicapai melalui penerapan tekanan positif secara simultan dan kecepatan putaran yang disesuaikan secara tepat oleh motor berkecepatan tinggi.Ada pendekatan sukses lainnya yang hanya menggunakan aktuator pneumatik (tekanan positif 41, 42 atau tekanan negatif 43) dan desain katup yang biasanya tertutup.Dengan memberikan tekanan secara berturut-turut dalam ruang pneumatik, cairan dipompa ke depan secara peristaltik, dan katup yang biasanya tertutup mencegah aliran balik cairan karena peristaltik, sehingga mewujudkan operasi cairan yang kompleks.Namun, saat ini hanya ada sejumlah kecil teknologi mikrofluida yang dapat melakukan operasi cairan kompleks dalam satu perangkat POCT, termasuk penyaluran multi-fungsi, pelepasan sesuai permintaan, kinerja yang andal, penyimpanan jangka panjang, penanganan cairan dengan viskositas tinggi, dan manufaktur yang hemat biaya.Semua di waktu yang sama.Kurangnya operasi fungsional multi-langkah mungkin juga menjadi salah satu alasan mengapa hanya sedikit produk POCT komersial seperti Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat, dan Rhonda yang berhasil diperkenalkan di pasar terbuka hingga saat ini.
Dalam makalah ini, kami mengusulkan aktuator mikrofluida pneumatik berdasarkan teknologi saklar mikro cincin hijau (FAST).FAST menggabungkan semua sifat yang diperlukan secara bersamaan untuk berbagai reagen mulai dari mikroliter hingga mililiter.FAST terdiri dari membran elastis, tuas dan balok.Tanpa penerapan tekanan udara, membran, tuas dan balok dapat tertutup rapat dan cairan di dalamnya dapat disimpan dalam waktu lama.Ketika tekanan yang sesuai diberikan dan disesuaikan dengan panjang tuas, diafragma akan mengembang dan mendorong tuas ke posisi terbuka, sehingga cairan dapat melewatinya.Hal ini memungkinkan pengukuran cairan secara multifungsi secara kaskade, simultan, berurutan, atau selektif.
Kami telah mengembangkan sistem PCR menggunakan FAST untuk menghasilkan hasil respons dalam sampel untuk mendeteksi virus influenza A dan B (IAV dan IBV).Kami mencapai batas bawah deteksi (LOD) sebesar 102 salinan/mL, uji multipleks kami menunjukkan spesifisitas untuk IAV dan IBV dan memungkinkan pembuatan patotipe virus influenza.Hasil uji klinis menggunakan sampel usap hidung dari 18 pasien dan 18 orang sehat menunjukkan kesesuaian intensitas fluoresensi yang baik dengan standar RT-PCR (koefisien Pearson > 0,9).Hasil uji klinis menggunakan sampel usap hidung dari 18 pasien dan 18 orang sehat menunjukkan kesesuaian intensitas fluoresensi yang baik dengan standar RT-PCR (koefisien Pearson > 0,9).Pelanggan yang membutuhkan waktu lebih dari 18 bulan dan 18 bulan лиц показывают хорошее соответствие интенсивности флуоресценции стандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсо tidak > 0,9).Hasil uji klinis menggunakan sampel usap hidung dari 18 pasien dan 18 orang sehat menunjukkan kesesuaian yang baik antara intensitas fluoresensi dengan standar RT-PCR (koefisien Pearson > 0,9).0,9）。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 Р илтаты клинических ипытаний с исполззованием оаров нз и 18) оз о 18 оа о00 тветствие между итенсивносresiюю флуорценции и станда Agustus о о о 0).Hasil uji klinis menggunakan spesimen usap hidung dari 18 pasien dan 18 orang sehat menunjukkan kesesuaian yang baik antara intensitas fluoresensi dan standar RT-PCR (koefisien Pearson > 0,9).Perkiraan biaya material perangkat FAST-POCT adalah sekitar US$1 (Tabel Tambahan 1) dan selanjutnya dapat dikurangi dengan menggunakan metode manufaktur skala besar (misalnya cetakan injeksi).Faktanya, perangkat POCT berbasis FAST memiliki semua fitur penting yang diamanatkan oleh WHO dan kompatibel dengan metode pengujian biokimia baru seperti siklus termal plasma44, immunoassay bebas amplifikasi45 dan tes fungsionalisasi nanobody46 yang merupakan tulang punggung sistem POCT.kemungkinan.
Pada gambar.Gambar 1a menunjukkan struktur platform FAST-POCT, yang terdiri dari empat ruang cairan: ruang pra-penyimpanan, ruang pencampuran, ruang reaksi, dan ruang limbah.Kunci dari kontrol aliran fluida adalah desain FAST (terdiri dari membran elastis, tuas dan blok) yang terletak di ruang pra-penyimpanan dan ruang pencampuran.Sebagai metode yang digerakkan secara pneumatik, desain FAST memberikan kontrol aliran fluida yang presisi, termasuk peralihan tertutup/terbuka, takaran serbaguna, pelepasan cairan sesuai permintaan, pengoperasian yang andal (misalnya, ketidakpekaan terhadap getaran lingkungan), dan penyimpanan jangka panjang.Platform FAST-POCT terdiri dari empat lapisan: lapisan pendukung, lapisan film elastis, lapisan film plastik, dan lapisan penutup, seperti yang ditunjukkan dalam tampilan yang diperbesar pada Gambar. 1b (juga ditunjukkan secara rinci dalam Gambar Tambahan S1 dan S2 ).Semua saluran dan ruang pengangkutan cairan (seperti ruang pra-penyimpanan dan ruang reaksi) tertanam dalam substrat PLA (asam polilaktat) dengan ketebalan mulai dari 0,2 mm (bagian tertipis) hingga 5 mm.Bahan film elastis adalah PDMS setebal 300 µm yang mudah mengembang ketika tekanan udara diterapkan karena “ketebalannya yang tipis” dan modulus elastisitasnya yang rendah (sekitar 2,25 MPa47).Lapisan film polietilen terbuat dari polietilen tereftalat (PET) dengan ketebalan 100 µm untuk melindungi film elastis dari deformasi berlebihan akibat tekanan udara.Sesuai dengan ruangnya, lapisan substrat memiliki tuas yang dihubungkan ke lapisan penutup (terbuat dari PLA) dengan engsel untuk mengontrol aliran cairan.Film elastis direkatkan ke lapisan belakang menggunakan pita perekat dua sisi (ARseal 90880) dan ditutup dengan film plastik.Tiga lapisan dirangkai pada substrat menggunakan desain T-klip di lapisan penutup.Penjepit T memiliki celah antara dua kaki.Ketika klip dimasukkan ke dalam alur, kedua kakinya sedikit ditekuk, kemudian kembali ke keadaan semula dan mengikat erat tutup dan penyangga saat melewati alur (Gambar Tambahan S1).Keempat lapisan tersebut kemudian dirangkai menggunakan konektor.
Diagram skema platform yang menggambarkan berbagai kompartemen fungsional dan fitur FAST.b Diagram platform FAST-POCT yang diperbesar.c Foto platform di sebelah koin seperempat dolar AS.
Mekanisme kerja platform FAST-POCT ditunjukkan pada Gambar 2. Komponen utamanya adalah blok pada lapisan dasar dan engsel pada lapisan penutup, yang menghasilkan desain interferensi ketika keempat lapisan tersebut dirakit menggunakan bentuk T. .Ketika tidak ada tekanan udara yang diterapkan (gbr. 2a), kecocokan interferensi menyebabkan engsel bengkok dan berubah bentuk, dan gaya penyegelan diterapkan melalui tuas untuk menekan lapisan elastis pada balok, dan cairan dalam rongga segel ditentukan. sebagai keadaan tertutup.Perlu dicatat bahwa dalam keadaan ini, tuas ditekuk ke luar, seperti yang ditunjukkan pada tampilan samping pada Gambar 2a.Ketika udara disuplai (Gbr. 2b), membran elastis mengembang ke arah luar menuju penutup dan mendorong tuas ke atas, sehingga membuka celah antara tuas dan blok agar fluida mengalir ke ruang berikutnya, yang didefinisikan sebagai keadaan terbuka. .Setelah tekanan udara keluar, tuas dapat kembali ke posisi semula dan tetap kencang karena elastisitas engselnya.Video pergerakan tuas disajikan dalam film tambahan S1.
A. Diagram skematik dan foto dalam keadaan tertutup.Jika tidak ada tekanan, tuas menekan membran ke balok, dan cairan tersegel.b Dalam kondisi baik.Ketika tekanan diberikan, membran mengembang dan mendorong tuas ke atas, sehingga saluran terbuka dan fluida dapat mengalir.c Tentukan ukuran karakteristik tekanan kritis.Dimensi karakteristik meliputi panjang tuas (L), jarak antara penggeser dan engsel (l), serta ketebalan tonjolan tuas (t).Fs adalah gaya pemadatan pada titik throttle B. q adalah beban yang terdistribusi merata pada tuas.Tx* mewakili torsi yang dihasilkan oleh tuas berengsel.Tekanan kritis adalah tekanan yang diperlukan untuk menaikkan tuas dan membuat fluida mengalir.d Hasil teoritis dan eksperimental hubungan antara tekanan kritis dan ukuran elemen.n = 6 percobaan independen dilakukan dan data ditampilkan sebagai ± standar deviasi.Data mentah disajikan sebagai file data mentah.
Model analitik berdasarkan teori sinar telah dikembangkan untuk menganalisis ketergantungan tekanan kritis Pc di mana celah terbuka pada parameter geometri (misalnya, L adalah panjang tuas, l adalah jarak antara balok dan balok. engsel, S adalah tuas. Bidang kontak dengan cairan t adalah ketebalan tonjolan tuas, seperti ditunjukkan pada Gambar 2c).Sebagaimana dirinci dalam Catatan Tambahan dan Gambar Tambahan S3, celah terbuka ketika \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), di mana Fs adalah torsi \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\) untuk menghilangkan gaya yang terkait dengan kecocokan interferensi dan menyebabkan engsel bengkok.Respon eksperimental dan model analitik menunjukkan kesesuaian yang baik (Gbr. 2d), menunjukkan bahwa tekanan kritis Pc meningkat dengan meningkatnya t/l dan penurunan L, yang mudah dijelaskan oleh model balok klasik, yaitu torsi meningkat dengan t/Lift .Dengan demikian, analisis teoretis kami dengan jelas menunjukkan bahwa tekanan kritis dapat dikontrol secara efektif dengan menyesuaikan panjang tuas L dan rasio t/l, yang memberikan dasar penting untuk desain platform FAST-POCT.
Platform FAST-POCT menyediakan penyaluran multifungsi (ditunjukkan pada Gambar 3a dengan inset dan eksperimen), yang merupakan fitur terpenting dari POCT yang sukses, di mana fluida dapat mengalir ke segala arah dan dalam urutan apa pun (bertingkat, simultan, berurutan) atau multisaluran selektif pengeluaran.– fungsi dosis.Pada gambar.Gambar 3a(i) menunjukkan mode pemberian dosis berjenjang di mana dua atau lebih ruang dirangkai menggunakan blok untuk memisahkan berbagai reaktan dan tuas untuk mengontrol keadaan terbuka dan tertutup.Ketika tekanan diterapkan, cairan mengalir dari ruang atas ke ruang bawah secara mengalir.Perlu dicatat bahwa ruang kaskade dapat diisi dengan bahan kimia basah atau bahan kimia kering seperti bubuk terliofilisasi.Dalam percobaan pada Gambar 3a(i), tinta merah dari ruang atas mengalir bersama dengan bubuk pewarna biru (tembaga sulfat) ke ruang kedua dan berubah menjadi biru tua ketika mencapai ruang bawah.Ini juga menunjukkan tekanan kontrol untuk fluida yang dipompa.Demikian pula, ketika satu tuas dihubungkan ke dua ruang, maka menjadi mode injeksi simultan, seperti yang ditunjukkan pada gambar.3a(ii), yang mana cairan dapat terdistribusi secara merata pada dua ruang atau lebih jika diberi tekanan.Karena tekanan kritis bergantung pada panjang tuas, panjang tuas dapat disesuaikan untuk mencapai pola injeksi berurutan seperti yang ditunjukkan pada gambar.3a(iii).Tuas panjang (dengan tekanan kritis Pc_long) dihubungkan ke ruang B dan tuas pendek (dengan tekanan kritis Pc_short > Pc_long) dihubungkan ke ruang A. Saat tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) diterapkan, hanya cairan berwarna merah dapat mengalir ke ruang B dan ketika tekanan ditingkatkan menjadi P2 (> Pc_short), cairan biru dapat mengalir ke ruang A. Mode injeksi berurutan ini berlaku untuk cairan berbeda yang ditransfer ke ruang terkait secara berurutan, yang sangat penting untuk keberhasilan POCT perangkat.Tuas panjang (dengan tekanan kritis Pc_long) dihubungkan ke ruang B dan tuas pendek (dengan tekanan kritis Pc_short > Pc_long) dihubungkan ke ruang A. Saat tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) diterapkan, hanya cairan berwarna merah dapat mengalir ke ruang B dan ketika tekanan ditingkatkan menjadi P2 (> Pc_short), cairan biru dapat mengalir ke ruang A. Mode injeksi berurutan ini berlaku untuk cairan berbeda yang ditransfer ke ruang terkait secara berurutan, yang sangat penting untuk keberhasilan POCT perangkat.Длинный рычаг (с критическим давлением Pc_long) соединен с камерой B, а короткийчаг (с критическим давлением рыкий рычаг) _short > Pc_long) был соединен с камерой A. Untuk mengatur P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) только жидкость, выделенная красным mungkin itu di каеру B, и кооа давление ыло увеличено до P2 (> pc_short), синя жидсть эж эжж эжж эжы вж вж эи ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви ви в в вenda ска применяется к рзччancingы жидкостя secara, пследовательно пюще к ка bers orang коюще к ка bers orang, успешной poct.Tuas panjang (dengan tekanan kritis Pc_long) dihubungkan ke ruang B, dan tuas pendek (dengan tekanan kritis Pc_short > Pc_long) dihubungkan ke ruang A. Ketika tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) diterapkan, hanya cairan yang disorot berwarna merah dapat mengalir ke ruang B, dan ketika tekanan ditingkatkan menjadi P2 (> Pc_short), cairan biru dapat mengalir ke ruang A. Mode injeksi berurutan ini diterapkan pada cairan berbeda yang secara berurutan ditransfer ke ruang masing-masing, yang mana sangat penting untuk POCT yang sukses.perangkat. Длинный рычаг (критическое давление Pc_long) соединен с камерой B, dan короткий рычаг (критическое давление Pc_short > Pc_long) со единен с камерой A.Lengan panjang (tekanan kritis Pc_long) dihubungkan ke ruang B dan lengan pendek (tekanan kritis Pc_short > Pc_long) dihubungkan ke ruang A.Anda dapat menggunakan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan B dapat memutar nomor tersebut, dan kemudian ении давления до P2 (> Pc_short) di kamera A может поступать синяя жидкость.Ketika tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) diterapkan, hanya cairan merah yang dapat masuk ke ruang B, dan ketika tekanan ditingkatkan ke P2 (> Pc_short), cairan biru dapat masuk ke ruang A. Mode injeksi berurutan ini cocok untuk transfer berurutan berbagai cairan ke dalam ruang masing-masing, yang sangat penting untuk keberhasilan pengoperasian perangkat POCT.Gambar 3a(iv) menunjukkan mode injeksi selektif, di mana ruang utama memiliki tuas pendek (dengan tekanan kritis Pc_short) dan panjang (dengan tekanan kritis Pc_long < Pc_short) yang masing-masing dihubungkan ke ruang A dan ruang B, sebagai tambahan. ke saluran udara lain yang terhubung ke ruang B. Untuk memindahkan cairan ke ruang A terlebih dahulu, tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1) dengan P1 + P2 > Pc_short diterapkan ke perangkat secara bersamaan.Gambar 3a(iv) menunjukkan mode injeksi selektif, di mana ruang utama memiliki tuas pendek (dengan tekanan kritis Pc_short) dan panjang (dengan tekanan kritis Pc_long < Pc_short) yang masing-masing dihubungkan ke ruang A dan ruang B, sebagai tambahan. ke saluran udara lain yang terhubung ke ruang B. Untuk memindahkan cairan ke ruang A terlebih dahulu, tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1) dengan P1 + P2 > Pc_short diterapkan ke perangkat secara bersamaan.Pada gambar.3a(iv) panggilan telepon yang tidak dapat diubah, atau panggilan telepon yang tidak dapat diubah (dengan kata lain Pc_short) dan длинный рычаг (с критическим давлением Pc_long < Pc_short), yang dapat diubah menjadi A dan камерой B етственно.Gambar 3a(iv) menunjukkan mode injeksi selektif, di mana ruang utama memiliki tuas pendek (dengan tekanan kritis Pc_short) dan panjang (dengan tekanan kritis Pc_long < Pc_short), yang masing-masing juga dihubungkan ke ruang A dan ruang B.к другому воздушному каналу, соединенному с камерой B. Чтобы сначала передать жидкость в камеру A, к Anda harus memilih P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1), lalu P1 + P2 > Pc_short.ke saluran udara lain yang terhubung ke ruang B. Untuk memindahkan cairan ke ruang A terlebih dahulu, tekanan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) dan P2 (P2 > P1) diterapkan secara bersamaan ke perangkat, di mana P1 + P2 > Pc_short. 3а(iv) показан режим селективного впрыска, когда основная камера имеет стержень стержень (с критическим давление м Pc_short) dan длинный стержень (с критическим давлением Pc_long < Pc_short), соединенные с камерой A dan камерой B соответственно, dan в дополнение к другому воздушному каналу, подключенному комнате B.Gambar 3a(iv) menunjukkan mode injeksi selektif ketika ruang utama memiliki batang pendek (tekanan kritis Pc_short) dan batang panjang (tekanan kritis Pc_long < Pc_short) masing-masing dihubungkan ke ruang A dan ruang B, dan sebagai tambahan saluran udara lainnya, terhubung ke ruang B.Jadi, P2 mencegah cairan memasuki ruang B;sedangkan tekanan total P1 + P2 melebihi tekanan kritis untuk mengaktifkan tuas pendek yang terhubung ke ruang A agar cairan mengalir ke ruang A. Kemudian, ketika ruang B perlu diisi, kita hanya perlu menerapkan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) di ruang utama untuk mengaktifkan tuas panjang dan memungkinkan cairan mengalir ke ruang B. Dapat diamati dengan jelas dari waktu t = 3 s hingga 9 s bahwa cairan di ruang A tetap konstan saat bertambah di ruang B ketika tekanan P1 diterapkan.sedangkan tekanan total P1 + P2 melebihi tekanan kritis untuk mengaktifkan tuas pendek yang terhubung ke ruang A agar cairan mengalir ke ruang A. Kemudian, ketika ruang B perlu diisi, kita hanya perlu menerapkan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) di ruang utama untuk mengaktifkan tuas panjang dan memungkinkan cairan mengalir ke ruang B. Dapat diamati dengan jelas dari waktu t = 3 s hingga 9 s bahwa cairan di ruang A tetap konstan saat bertambah di ruang B ketika tekanan P1 diterapkan.Selain itu, opsi P1 + P2 akan digunakan untuk melakukan tindakan yang diperlukan untuk melakukan hal ini, jadi единенный с камерой A, чтобы с камерой A, чтобы с камерой A. Затем, когда требуется заполнить камер у B, нам нужно только применить P1 (Pc_long < P1 < Pc_short ) В оновной каере, чтобы ативировать динный ычаг и д д жно жно янь еню дн жн жн жн д ж ж) жнн дн ж ж ж ж ж) днж жн ж ж ж ж ж) жнж ж ж ж ж м ж) жнж ж м ж м ж) кнж ж ж ж ж ж ж м) кжж до 9 с жидкость В камере a оставалась постоян to, В т в вя как в в о о uatu о оuatu у оuatu калч о о uatu к оаб orang.Sedangkan tekanan total P1 + P2 telah melebihi tekanan kritis untuk mengaktifkan tuas pendek yang dihubungkan ke ruang A agar cairan dapat mengalir ke ruang A. Kemudian ketika ruang B perlu diisi, kita hanya perlu menerapkan P1 (Pc_long < P1 < Pc_short ) di ruang utama untuk mengaktifkan tuas panjang dan membiarkan cairan mengalir ke ruang B. Terlihat jelas bahwa antara t = 3 s dan 9 s cairan di ruang A tetap konstan, sedangkan di ruang bertambah.B ketika tekanan P1 diterapkan.Pada saat yang sama, tekanan total P1 + P2 melebihi tekanan kritis, menggerakkan tuas yang lebih pendek yang menghubungkan ruang A, memungkinkan fluida mengalir ke ruang A.Jika sudah waktunya mengisi ruang A, kita cukup menerapkan P1 pada ruang utama dan P2 pada ruang sekunder.Dengan cara ini, perilaku aliran dapat dialihkan secara selektif antara kamera A dan B. Perilaku aliran dari empat mode distribusi multi-fungsi dapat ditemukan di film tambahan S2.
a Ilustrasi penugasan multifungsi, yaitu (i) penugasan berjenjang, (ii) simultan, (iii) berurutan, dan (iv) selektif.Kurva mewakili alur kerja dan parameter dari empat mode distribusi ini.b Hasil uji penyimpanan jangka panjang dalam air deionisasi dan etanol.n = 5 percobaan independen dilakukan dan data ditampilkan sebagai ± sd c.Demonstrasi uji stabilitas ketika perangkat FAST dan perangkat katup kapiler (CV) berada dalam kondisi (i) statis dan (ii) bergetar.(iii) Volume vs. waktu untuk perangkat FAST dan CV pada berbagai frekuensi sudut.d Publikasi hasil pengujian sesuai permintaan untuk (i) perangkat FAST dan (ii) perangkat CV.(iii) Hubungan antara volume dan waktu untuk perangkat FAST dan CV yang menggunakan mode tekanan intermiten.Semua batang skala, 1 cm.Data mentah disediakan sebagai file data mentah.
Penyimpanan reagen dalam jangka panjang adalah fitur penting lainnya dari perangkat POCT yang berhasil yang memungkinkan personel tidak terlatih menangani banyak reagen.Meskipun banyak teknologi telah menunjukkan potensinya untuk penyimpanan jangka panjang (misalnya, 35 mikrodispenser, 48 kemasan melepuh, dan 49 kemasan stick), kompartemen penerima khusus diperlukan untuk menampung paket tersebut, yang meningkatkan biaya dan kompleksitas;lebih jauh lagi, mekanisme penyimpanan ini tidak memungkinkan penyaluran sesuai permintaan dan mengakibatkan pemborosan reagen karena adanya sisa dalam kemasan.Kemampuan penyimpanan jangka panjang diverifikasi dengan melakukan uji umur yang dipercepat menggunakan bahan PMMA yang dikerjakan dengan mesin CNC karena sedikit kasar dan tahan terhadap perembesan gas (Gambar Tambahan S5).Peralatan uji diisi dengan air deionisasi (air deionisasi) dan etanol 70% (simulasi reagen yang mudah menguap) pada suhu 65°C selama 9 hari.Air deionisasi dan etanol disimpan menggunakan aluminium foil untuk memblokir akses dari atas.Persamaan Arrhenius dan energi aktivasi penetrasi yang dilaporkan dalam literatur50,51 digunakan untuk menghitung ekuivalen waktu nyata.Pada gambar.Gambar 3b menunjukkan hasil penurunan berat rata-rata untuk 5 sampel yang disimpan pada suhu 65°C selama 9 hari, setara dengan 0,30% untuk air deionisasi dan 0,72% untuk etanol 70% selama 2 tahun pada suhu 23°C.
Pada gambar.3c menunjukkan uji getaran.Karena katup kapiler (CV) adalah metode penanganan fluida yang paling populer di antara perangkat POCT28,29 yang ada, perangkat CV dengan lebar 300 µm dan kedalaman 200 µm digunakan sebagai perbandingan.Dapat dilihat bahwa ketika kedua perangkat tetap diam, fluida di platform FAST-POCT akan tersegel dan fluida di perangkat CV terkunci karena perluasan saluran secara tiba-tiba, sehingga mengurangi gaya kapiler.Namun, seiring dengan meningkatnya frekuensi sudut vibrator orbital, fluida dalam platform FAST-POCT tetap tersegel, namun fluida dalam perangkat CV mengalir ke ruang bawah (lihat juga Film Tambahan S3).Hal ini menunjukkan bahwa engsel platform FAST-POCT yang dapat dideformasi dapat menerapkan gaya mekanis yang kuat pada modul untuk menutup rapat cairan di dalam ruangan.Namun pada perangkat CV, cairan tertahan karena keseimbangan antara fase padat, udara, dan cair sehingga menimbulkan ketidakstabilan, dan getaran dapat mengganggu keseimbangan serta menyebabkan perilaku aliran yang tidak terduga.Keuntungan platform FAST-POCT adalah menyediakan fungsionalitas yang andal dan menghindari kegagalan akibat getaran yang biasanya terjadi selama pengiriman dan pengoperasian.
Fitur penting lainnya dari platform FAST-POCT adalah rilis berdasarkan permintaan, yang merupakan persyaratan utama untuk analisis kuantitatif.Pada gambar.3d membandingkan rilis berdasarkan permintaan platform FAST-POCT dan perangkat CV.Dari gambar.3d(iii) kita melihat bahwa perangkat FAST merespons sinyal tekanan dengan cepat.Ketika tekanan diterapkan pada platform FAST-POCT, fluida mengalir, ketika tekanan dilepaskan, aliran segera berhenti (Gbr. 3d(i)).Tindakan ini dapat dijelaskan dengan kembalinya engsel secara elastis dan cepat, yang menekan tuas kembali ke balok, sehingga menutup ruangan.Namun, cairan terus mengalir dalam perangkat CV, yang akhirnya menghasilkan volume cairan yang tidak terduga sekitar 100 μl setelah tekanan dilepaskan (Gambar 3d(ii) dan Film Tambahan S4).Hal ini dapat dijelaskan dengan hilangnya efek penjepitan kapiler ketika CV benar-benar basah setelah injeksi pertama.
Kemampuan untuk menangani cairan dengan keterbasahan dan viskositas yang berbeda-beda dalam perangkat yang sama tetap menjadi tantangan bagi aplikasi POCT.Keterbasahan yang buruk dapat menyebabkan kebocoran atau perilaku aliran tak terduga lainnya di saluran, dan peralatan tambahan seperti pencampur pusaran, sentrifugal, dan filter sering kali diperlukan untuk menyiapkan cairan yang sangat kental 52 .Kami menguji hubungan antara tekanan kritis dan sifat fluida (dengan berbagai keterbasahan dan viskositas).Hasilnya ditunjukkan pada Tabel 1 dan Video S5.Dapat dilihat bahwa cairan dengan keterbasahan dan viskositas yang berbeda dapat disegel di dalam ruangan, dan ketika tekanan diberikan, bahkan cairan dengan viskositas hingga 5500 cP dapat dipindahkan ke ruang yang berdekatan, sehingga memungkinkan untuk mendeteksi sampel dengan tingkat kekentalan tinggi. viskositas (yaitu dahak, sampel yang sangat kental yang digunakan untuk diagnosis penyakit pernapasan).
Dengan menggabungkan perangkat penyalur multifungsi di atas, berbagai perangkat POCT berbasis FAST dapat dikembangkan.Contohnya ditunjukkan pada Gambar 1. Pabrik tersebut berisi ruang pra-penyimpanan, ruang pencampuran, ruang reaksi, dan ruang limbah.Reagen dapat disimpan di ruang pra-penyimpanan untuk jangka waktu yang lama dan kemudian dibuang ke ruang pencampuran.Dengan tekanan yang tepat, reaktan yang tercampur dapat dipindahkan secara selektif ke ruang limbah atau ruang reaksi.
Karena deteksi PCR adalah standar emas untuk mendeteksi patogen seperti H1N1 dan COVID-19 dan melibatkan beberapa langkah reaksi, kami menggunakan platform FAST-POCT untuk deteksi PCR sebagai aplikasinya.Pada gambar.Gambar 4 menunjukkan proses pengujian PCR menggunakan platform FAST-POCT.Pertama, reagen eluting, reagen microbead magnetik, larutan pencuci A, dan larutan pencuci W dipipet ke dalam ruang pra-penyimpanan masing-masing E, M, W1 dan W2.Tahapan adsorpsi RNA ditunjukkan pada gambar.4a dan adalah sebagai berikut: (1) ketika tekanan P1 (=0,26 bar) diterapkan, sampel dipindahkan ke ruang M dan dibuang ke ruang pencampuran.(2) Tekanan udara P2 (= 0,12 bar) disuplai melalui port A yang terhubung ke bagian bawah ruang pencampuran.Meskipun sejumlah metode pencampuran telah menunjukkan potensinya dalam pencampuran cairan pada platform POCT (misalnya pencampuran serpentin 53, pencampuran acak 54, dan pencampuran batch 55), efisiensi dan efektivitas pencampurannya masih belum memuaskan.Ini mengadopsi metode pencampuran gelembung, di mana udara dimasukkan ke bagian bawah ruang pencampuran untuk menciptakan gelembung dalam cairan, setelah itu pusaran yang kuat dapat mencapai pencampuran sempurna dalam hitungan detik.Eksperimen pencampuran gelembung dilakukan dan hasilnya disajikan pada Gambar Tambahan S6.Terlihat bahwa ketika tekanan 0,10 bar diterapkan, pencampuran sempurna membutuhkan waktu sekitar 8 detik.Dengan meningkatkan tekanan menjadi 0,20 bar, pencampuran sempurna dicapai dalam waktu sekitar 2 detik.Metode untuk menghitung efisiensi pencampuran disajikan pada bagian Metode.(3) Gunakan magnet rubidium untuk mengekstraksi manik-manik, kemudian tekan P3 (= 0,17 bar) melalui port P untuk memindahkan reagen ke dalam ruang limbah.Pada gambar.Gambar 4b,c menunjukkan langkah-langkah pencucian untuk menghilangkan pengotor dari sampel sebagai berikut: (1) Larutan pencuci A dari ruang W1 dibuang ke ruang pencampuran bertekanan P1.(2) Kemudian lakukan proses bubble mixing.(3) Larutan pencuci A dipindahkan ke ruang cairan limbah, dan butiran mikro di ruang pencampuran ditarik keluar oleh magnet.Pencucian W (Gbr. 4c) mirip dengan pencucian A (Gbr. 4b).Perlu dicatat bahwa setiap langkah pencucian A dan W dilakukan dua kali.Gambar 4d menunjukkan langkah-langkah elusi untuk mengelusi RNA dari manik-manik;langkah pengenalan elusi dan pencampuran sama dengan langkah adsorpsi dan pencucian RNA yang dijelaskan di atas.Saat reagen elusi dipindahkan ke dalam ruang reaksi PCR pada tekanan P3 dan P4 (=0,23 bar), tekanan kritis tercapai untuk menutup lengan ruang reaksi PCR.Demikian pula, tekanan P4 juga membantu menutup jalan menuju ruang limbah.Dengan demikian, semua reagen elusi didistribusikan secara merata di antara empat ruang reaksi PCR untuk memulai reaksi PCR multipleks.Prosedur di atas disajikan dalam Film Tambahan S6.
Pada langkah adsorpsi RNA, sampel dimasukkan ke dalam saluran masuk M dan disuntikkan ke dalam ruang pencampuran bersama dengan larutan manik yang disimpan sebelumnya.Setelah butiran tercampur dan dikeluarkan, reagen didistribusikan ke ruang limbah.langkah pencucian b dan c, masukkan berbagai reagen pencuci yang telah disimpan sebelumnya ke dalam ruang pencampuran, dan setelah mencampur dan menghilangkan manik-manik, pindahkan reagen ke ruang cairan limbah.d Langkah elusi: Setelah memasukkan reagen elusi, pencampuran dan ekstraksi butiran, reagen dipindahkan ke ruang reaksi PCR.Kurva menunjukkan alur kerja dan parameter terkait dari berbagai tahapan.Tekanan adalah tekanan yang diberikan melalui masing-masing ruang.Volume adalah volume cairan dalam ruang pencampuran.Semua batang skala berukuran 1 cm.Data mentah disediakan sebagai file data mentah.
Prosedur pengujian PCR dilakukan dan Gambar Tambahan S7 menyajikan profil termal termasuk 20 menit waktu transkripsi terbalik dan 60 menit waktu siklus termal (95 dan 60 °C), dengan satu siklus termal adalah 90 detik (Film Tambahan S7)..FAST-POCT memerlukan waktu lebih sedikit untuk menyelesaikan satu siklus termal (90 detik) dibandingkan RT-PCR konvensional (180 detik untuk satu siklus termal).Hal ini dapat dijelaskan oleh rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi dan inersia termal yang rendah dari ruang reaksi mikro-PCR.Permukaan ruang adalah 96,6 mm2 dan volume ruang adalah 25 mm3, sehingga rasio permukaan terhadap volume kira-kira 3,86.Seperti yang terlihat pada Gambar Tambahan S10, area pengujian PCR pada platform kami memiliki lekukan di panel belakang, sehingga bagian bawah ruang PCR memiliki ketebalan 200 µm.Bantalan elastis konduktif termal dipasang pada permukaan pemanas pengontrol suhu, memastikan kontak erat dengan bagian belakang kotak uji.Hal ini mengurangi inersia termal platform dan meningkatkan efisiensi pemanasan/pendinginan.Selama siklus termal, parafin yang tertanam di platform meleleh dan mengalir ke ruang reaksi PCR, bertindak sebagai penutup untuk mencegah penguapan reagen dan kontaminasi lingkungan (lihat Film Tambahan S8).
Semua proses deteksi PCR yang dijelaskan di atas sepenuhnya otomatis menggunakan instrumen FAST-POCT yang dibuat khusus, yang terdiri dari unit kontrol tekanan terprogram, unit ekstraksi magnetik, unit kontrol suhu, dan unit penangkapan dan pemrosesan sinyal fluoresen.Sebagai catatan, kami menggunakan platform FAST-POCT untuk isolasi RNA dan kemudian menggunakan sampel RNA yang diekstraksi untuk reaksi PCR menggunakan sistem FAST-POCT dan sistem PCR desktop untuk perbandingan.Hasilnya hampir sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar Tambahan S8.Operator melakukan tugas sederhana: memasukkan sampel ke dalam ruang-M dan memasukkan platform ke dalam instrumen.Hasil tes kuantitatif tersedia dalam waktu sekitar 82 menit.Informasi rinci tentang alat FAST-POCT dapat ditemukan pada gambar tambahan.C9, C10 dan C11.
Influenza yang disebabkan oleh virus influenza A (IAV), B (IBV), C (ICV) dan D (IDV) merupakan fenomena global yang umum.Dari jumlah tersebut, IAV dan IBV bertanggung jawab atas kasus-kasus parah dan epidemi musiman, menginfeksi 5-15% populasi dunia, menyebabkan 3-5 juta kasus parah dan menyebabkan 290.000-650.000 kematian setiap tahunnya.Penyakit pernafasan56,57.Diagnosis dini IAV dan IB sangat penting untuk mengurangi morbiditas dan beban ekonomi yang terkait.Di antara teknik diagnostik yang tersedia, reaksi berantai reverse transkriptase polimerase (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik, dan akurat (>99%)58,59.Di antara teknik diagnostik yang tersedia, reaksi berantai reverse transkriptase polimerase (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik, dan akurat (>99%)58,59.Среди доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (Обратной транскриптазой) -ПЦР) считается наиболее чувствительной, специфичной dan точной (> 99%)58,59.Di antara metode diagnostik yang tersedia, reaksi berantai reverse transkriptase polimerase (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik dan akurat (> 99%)58,59. Ini adalah cara yang paling efektif untuk menangani masalah ini (Обратной транскриптазой) (ОТ-П ЦР) считается наиболее чувствительной, специфичной dan точной (>99%)58,59.Dari metode diagnostik yang tersedia, reaksi berantai reverse transkriptase polimerase (RT-PCR) dianggap paling sensitif, spesifik dan akurat (>99%)58,59.Namun, metode RT-PCR tradisional memerlukan pemipetan, pencampuran, penyaluran, dan pemindahan cairan secara berulang-ulang, sehingga membatasi penggunaannya oleh para profesional di rangkaian terbatas sumber daya.Di sini, platform FAST-POCT digunakan untuk deteksi PCR masing-masing IAV dan IBV, untuk mendapatkan batas bawah deteksi (LOD).Selain itu, IAV dan IBV telah digandakan untuk membedakan berbagai patotipe antar spesies, sehingga memberikan platform yang menjanjikan untuk analisis genetik dan kemampuan untuk mengobati penyakit secara akurat.
Pada gambar.Gambar 5a menunjukkan hasil pengujian HAV PCR menggunakan 150 μl RNA virus yang telah dimurnikan sebagai sampel.Pada gambar.Gambar 5a(i) menunjukkan bahwa pada konsentrasi HAV 106 salinan/ml, intensitas fluoresensi (ΔRn) dapat mencapai 0,830, dan ketika konsentrasi diturunkan menjadi 102 salinan/ml, ΔRn masih dapat mencapai 0,365, yang berarti lebih tinggi dari itu dari kelompok kontrol negatif kosong (0,002), sekitar 100 kali lebih tinggi.Untuk kuantifikasi berdasarkan enam percobaan independen, kurva kalibrasi linier dihasilkan antara konsentrasi log dan ambang siklus (Ct) IAV (Gambar 5a(ii)), R2 = 0,993, berkisar antara 102-106 salinan/mL.hasilnya sesuai dengan metode RT-PCR konvensional.Pada gambar.5a(iii) menunjukkan gambar fluoresen dari hasil pengujian setelah 40 siklus platform FAST-POCT.Kami menemukan bahwa platform FAST-POCT dapat mendeteksi HAV serendah 102 salinan/mL.Namun, metode tradisional tidak memiliki nilai Ct sebesar 102 salinan/mL, sehingga LOD-nya sekitar 103 salinan/mL.Kami berhipotesis bahwa hal ini mungkin disebabkan oleh tingginya efisiensi pencampuran gelembung.Eksperimen uji PCR dilakukan pada RNA IAV yang dimurnikan untuk mengevaluasi berbagai metode pencampuran, termasuk pencampuran kocok (metode pencampuran yang sama seperti pada operasi RT-PCR konvensional), pencampuran vial (metode ini, 3 detik pada 0,12 bar) dan tanpa pencampuran sebagai kelompok kontrol. ..Hasilnya dapat ditemukan pada Gambar Tambahan S12.Terlihat bahwa pada konsentrasi RNA yang lebih tinggi (106 kopi/mL), nilai Ct pada berbagai metode pencampuran hampir sama dengan pada pencampuran gelembung.Ketika konsentrasi RNA turun menjadi 102 salinan/mL, campuran shake dan kontrol tidak memiliki nilai Ct, sedangkan metode bubble mix masih memberikan nilai Ct sebesar 36,9, berada di bawah ambang batas Ct sebesar 38. Hasil menunjukkan karakteristik pencampuran yang dominan. vesikel, yang juga telah dibuktikan dalam literatur lain, yang mungkin juga menjelaskan mengapa sensitivitas platform FAST-POCT sedikit lebih tinggi dibandingkan RT-PCR konvensional.Pada gambar.Gambar 5b menunjukkan hasil analisis PCR sampel RNA IBV yang dimurnikan berkisar antara 101 hingga 106 salinan/ml.Hasilnya serupa dengan tes IAV, mencapai R2 = 0,994 dan LOD 102 salinan/mL.
analisis PCR virus influenza A (IAV) dengan konsentrasi IAV berkisar antara 106 hingga 101 salinan/mL menggunakan buffer TE sebagai kontrol negatif (NC).(i) Kurva fluoresensi waktu nyata.(ii) Kurva kalibrasi linier antara konsentrasi RNA IAV logaritmik dan ambang batas siklus (Ct) untuk metode pengujian FAST dan konvensional.(iii) Gambar fluoresen IAV FAST-POCT setelah 40 siklus.b, deteksi PCR virus influenza B (IBV) dengan (i) spektrum fluoresensi waktu nyata.(ii) Kurva kalibrasi linier dan (iii) gambar fluoresensi FAST-POCT IBV setelah 40 siklus.Batas bawah deteksi (LOD) IAV dan IBV yang menggunakan platform FAST-POCT adalah 102 salinan/mL, lebih rendah dibandingkan metode konvensional (103 salinan/mL).c Hasil tes multipleks untuk IAV dan IBV.GAPDH digunakan sebagai kontrol positif dan buffer TE digunakan sebagai kontrol negatif untuk mencegah kemungkinan kontaminasi dan amplifikasi latar belakang.Empat jenis sampel berbeda dapat dibedakan: (1) sampel negatif khusus GAPDH (“IAV-/IBV-”);(2) Infeksi IAV (“IAV+/IBV-”) dengan IAV dan GAPDH;(3) Infeksi IBV (“IAV-/IBV+”) dengan IBV dan GAPDH;(4) Infeksi IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) dengan IAV, IBV dan GAPDH.Garis putus-putus mewakili garis ambang batas.n = 6 percobaan yang independen secara biologis dilakukan, data ditampilkan sebagai ± standar deviasi.Data mentah disajikan sebagai file data mentah.
Pada gambar.5c menunjukkan hasil uji multipleksing untuk IAV/IBV.Di sini, lisat virus digunakan sebagai larutan sampel menggantikan RNA yang dimurnikan, dan empat primer untuk IAV, IBV, GAPDH (kontrol positif) dan buffer TE (kontrol negatif) ditambahkan ke empat ruang reaksi berbeda pada platform FAST-POCT.Kontrol positif dan negatif digunakan di sini untuk mencegah kemungkinan kontaminasi dan peningkatan latar belakang.Pengujian dibagi menjadi empat kelompok: (1) sampel negatif GAPDH (“IAV-/IBV-”);(2) Terinfeksi IAV (“IAV+/IBV-”) versus IAV dan GAPDH;(3) IBV-.terinfeksi (“IAV-”) -/IBV+”) IBV dan GAPDH;(4) Infeksi IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) dengan IAV, IBV dan GAPDH.Pada gambar.Gambar 5c menunjukkan bahwa ketika sampel negatif diterapkan, intensitas fluoresensi ΔRn ruang kontrol positif adalah 0,860, dan ΔRn IAV dan IBV serupa dengan kontrol negatif (0,002).Untuk kelompok IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ dan IAV+/IBV+, kamera IAV/GAPDH, IBV/GAPDH dan IAV/IBV/GAPDH masing-masing menunjukkan intensitas fluoresensi yang signifikan, sementara kamera lainnya bahkan menunjukkan intensitas fluoresensi di latar belakang. level 40 setelah siklus termal.Dari pengujian di atas, platform FAST-POCT menunjukkan spesifisitas yang luar biasa dan memungkinkan kami membuat patotipe virus influenza yang berbeda secara bersamaan.
Untuk memvalidasi penerapan klinis FAST-POCT, kami menguji 36 spesimen klinis (spesimen usap hidung) dari pasien IB (n=18) dan kontrol non-IB (n=18) (Gambar 6a).Informasi pasien disajikan pada Tabel Tambahan 3. Status infeksi IB dikonfirmasi secara independen dan protokol penelitian disetujui oleh Rumah Sakit Afiliasi Pertama Universitas Zhejiang (Hangzhou, Zhejiang).Setiap sampel pasien dibagi menjadi dua kategori.Satu diproses menggunakan FAST-POCT dan yang lainnya diproses menggunakan sistem PCR desktop (SLAN-96P, China).Kedua pengujian menggunakan alat pemurnian dan deteksi yang sama.Pada gambar.Gambar 6b menunjukkan hasil FAST-POCT dan PCR transkripsi balik konvensional (RT-PCR).Kami membandingkan intensitas fluoresensi (FAST-POCT) dengan -log2(Ct), di mana Ct adalah ambang batas siklus untuk RT-PCR konvensional.Ada kesepakatan yang baik antara kedua metode tersebut.FAST-POCT dan RT-PCR menunjukkan korelasi positif yang kuat dengan nilai rasio Pearson (r) sebesar 0,90 (Gambar 6b).Kami kemudian menilai keakuratan diagnostik FAST-POCT.Distribusi intensitas fluoresensi (FL) untuk sampel positif dan negatif disediakan sebagai ukuran analitik independen (Gambar 6c).Nilai FL secara signifikan lebih tinggi pada pasien IB dibandingkan pada kontrol (****P = 3,31 × 10-19; uji t dua sisi) (Gbr. 6d).Selanjutnya, kurva karakteristik operasi penerima (ROC) IBV diplot.Kami menemukan bahwa akurasi diagnostik sangat baik, dengan area di bawah kurva 1 (Gbr. 6e).Harap dicatat bahwa karena adanya kewajiban pemesanan masker di Tiongkok karena COVID-19 pada tahun 2020, kami belum mengidentifikasi pasien dengan IBD, sehingga semua spesimen klinis yang positif (yaitu spesimen usap hidung) hanya untuk IBV.
Desain studi klinis.Sebanyak 36 sampel, termasuk 18 sampel pasien dan 18 kontrol non-influenza, dianalisis menggunakan platform FAST-POCT dan RT-PCR konvensional.b Menilai konsistensi analitis antara FAST-POCT PCR dan RT-PCR konvensional.Hasilnya berkorelasi positif (Pearson r = 0,90).c Tingkat intensitas fluoresensi pada 18 pasien IB dan 18 kontrol.d Pada pasien IB (+), nilai FL secara signifikan lebih tinggi dibandingkan pada kelompok kontrol (-) (****P = 3,31 × 10-19; uji t dua sisi; n = 36).Untuk setiap plot persegi, penanda hitam di tengah mewakili median, dan garis bawah dan atas kotak masing-masing mewakili persentil ke-25 dan ke-75.Whisker meluas ke titik data minimum dan maksimum, yang tidak dianggap outlier.e kurva ROC.Garis putus-putus d mewakili nilai ambang batas yang diperkirakan dari analisis ROC.AUC untuk IBV adalah 1. Data mentah disediakan sebagai file data mentah.
Pada artikel ini, kami menyajikan FAST, yang memiliki karakteristik yang diperlukan untuk POCT yang ideal.Keunggulan teknologi kami meliputi: (1) Dosis serbaguna (kaskade, simultan, berurutan, dan selektif), pelepasan sesuai permintaan (pelepasan tekanan yang diberikan secara cepat dan proporsional) dan pengoperasian yang andal (getaran pada 150 derajat) (2) penyimpanan jangka panjang (pengujian dipercepat selama 2 tahun, penurunan berat badan sekitar 0,3%);(3) kemampuan bekerja dengan cairan dengan rentang keterbasahan dan viskositas yang luas (viskositas hingga 5500 cP);(4) Ekonomis (Perkiraan biaya material perangkat FAST-POCT PCR adalah sekitar US$1).Dengan menggabungkan dispenser multifungsi, platform FAST-POCT terintegrasi untuk deteksi PCR terhadap virus influenza A dan B telah didemonstrasikan dan diterapkan.FAST-POCT hanya membutuhkan waktu 82 menit.Uji klinis dengan 36 sampel usap hidung menunjukkan kesesuaian yang baik dalam intensitas fluoresensi dengan standar RT-PCR (koefisien Pearson > 0,9).Uji klinis dengan 36 sampel usap hidung menunjukkan kesesuaian yang baik dalam intensitas fluoresensi dengan standar RT-PCR (koefisien Pearson > 0,9).Klik di sini untuk 36 orang yang tidak dapat dihubungi dan tidak dapat dihubungi с тандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).Uji klinis dengan 36 sampel usap hidung menunjukkan kesesuaian yang baik dengan intensitas fluoresensi RT-PCR standar (koefisien Pearson > 0,9).RT-PCR Klien 36 orang yang bertanggung jawab dan tidak ada yang perlu dilibatkan dan со стандартной ОТ-ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).Uji klinis terhadap 36 spesimen usap hidung menunjukkan kesesuaian intensitas fluoresensi yang baik dengan standar RT-PCR (koefisien Pearson > 0,9).Sejalan dengan penelitian ini, berbagai metode biokimia yang muncul (misalnya, siklus termal plasma, immunoassay bebas amplifikasi, dan uji fungsionalisasi nanobody) telah menunjukkan potensinya dalam POCT.Namun, karena kurangnya platform POCT yang sepenuhnya terintegrasi dan kuat, metode-metode ini pasti memerlukan prosedur pra-pemrosesan yang terpisah (misalnya, isolasi RNA44, inkubasi45 dan pencucian46), yang selanjutnya melengkapi pekerjaan saat ini dengan metode-metode ini untuk mengimplementasikan fungsi-fungsi POCT tingkat lanjut dengan parameter yang diperlukan.kinerja keluaran pengambilan-dalam-respons.Dalam pekerjaan ini, meskipun pompa udara yang digunakan untuk mengaktifkan katup FAST berukuran cukup kecil untuk diintegrasikan ke dalam instrumen benchtop (Gbr. S9, S10), pompa tersebut masih mengonsumsi daya yang signifikan dan menimbulkan kebisingan.Pada prinsipnya, pompa pneumatik dengan faktor bentuk yang lebih kecil dapat diganti dengan cara lain, seperti penggunaan gaya elektromagnetik atau penggerak jari.Perbaikan lebih lanjut dapat mencakup, misalnya, mengadaptasi perangkat untuk pengujian biokimia yang berbeda dan spesifik, menggunakan metode deteksi baru yang tidak memerlukan sistem pemanas/pendingin, sehingga menyediakan platform POCT tanpa alat untuk aplikasi PCR.Kami percaya bahwa mengingat platform FAST menyediakan cara untuk memanipulasi cairan, kami percaya bahwa teknologi FAST yang diusulkan menghadirkan potensi untuk menciptakan platform bersama tidak hanya untuk pengujian biomedis, tetapi juga untuk pemantauan lingkungan, pengujian kualitas makanan, bahan dan sintesis obat. ..
Pengumpulan dan penggunaan spesimen usap hidung manusia telah disetujui oleh Komite Etik Rumah Sakit Afiliasi Pertama Universitas Zhejiang (IIT20220330B).Sampel usap hidung yang diambil berjumlah 36 orang, terdiri dari 16 orang dewasa <30 tahun, 7 orang dewasa > 40 tahun, dan 19 laki-laki, 17 perempuan.Sampel usap hidung yang diambil berjumlah 36 orang, terdiri dari 16 orang dewasa <30 tahun, 7 orang dewasa > 40 tahun, dan 19 laki-laki, 17 perempuan.Было собрано 36 образцов мазков из носа, в которых приняли участие 16 взрослых < 30 лет, 7 взрослых старше 40 bulan, 19 bulan dan 17 bulan.Sebanyak 36 spesimen usap hidung dikumpulkan dari 16 orang dewasa <30 tahun, 7 orang dewasa di atas 40 tahun, 19 laki-laki dan 17 perempuan..Data demografis disajikan pada Tabel Tambahan 3. Persetujuan diperoleh dari semua peserta.Seluruh peserta diduga menderita influenza dan dites secara sukarela tanpa kompensasi.
Basis dan tutupnya FAST terbuat dari asam polilaktat (PLA) dan dicetak oleh printer 3D Ender 3 Pro (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).Pita perekat dua sisi dibeli dari Adhesives Research, Inc. Model 90880. Film PET setebal 100 µm dibeli dari McMaster-Carr.Perekat dan film PET dipotong menggunakan pemotong Silhouette Cameo 2 dari Silhouette America, Inc. Film elastis terbuat dari bahan PDMS dengan cetakan injeksi.Pertama, bingkai PET setebal 200 µm dipotong menggunakan sistem laser dan direkatkan ke lembaran PMMA setebal 3 mm menggunakan pita perekat dua sisi 100 µm.Prekursor PDMS (Sylgard 184; Bagian A: Bagian B = 10:1, Dow Corning) kemudian dituangkan ke dalam cetakan dan batang kaca digunakan untuk menghilangkan kelebihan PDMS.Setelah pengawetan pada suhu 70°C selama 3 jam, film PDMS setebal 300 μm dapat dikupas dari cetakan.
Foto untuk distribusi serbaguna, penerbitan sesuai permintaan, dan performa andal diambil dengan kamera berkecepatan tinggi (Sony AX700 1000 fps).Pengocok orbital yang digunakan dalam uji reliabilitas dibeli dari SCILOGEX (SCI-O180).Tekanan udara dihasilkan oleh kompresor udara, dan beberapa pengatur tekanan presisi digital digunakan untuk mengatur nilai tekanan.Proses pengujian perilaku aliran adalah sebagai berikut.Cairan dalam jumlah tertentu disuntikkan ke dalam perangkat uji dan kamera berkecepatan tinggi digunakan untuk merekam perilaku aliran.Gambar diam kemudian diambil dari video perilaku aliran pada waktu tertentu, dan area sisanya dihitung menggunakan perangkat lunak Image-Pro Plus, yang kemudian dikalikan dengan kedalaman kamera untuk menghitung volume.Rincian sistem pengujian perilaku aliran dapat ditemukan pada Gambar Tambahan S4.
Suntikkan 50 μl microbeads dan 100 μl air deionisasi ke dalam alat pencampur botol.Foto performa campuran diambil dengan kamera kecepatan tinggi setiap 0,1 detik pada tekanan 0,1 bar, 0,15 bar, dan 0,2 bar.Informasi piksel pada saat proses blending dapat diperoleh dari gambar tersebut dengan menggunakan software pengolah foto (Photoshop CS6).Dan efisiensi pencampuran dapat dicapai dengan Persamaan 53 berikut.
di mana M adalah efisiensi pencampuran, N adalah jumlah total piksel sampel, dan ci dan \(\bar{c}\) adalah konsentrasi normalisasi yang diharapkan dan yang diharapkan.Efisiensi pencampuran berkisar dari 0 (0%, tidak tercampur) hingga 1 (100%, tercampur sempurna).Hasilnya ditunjukkan pada Gambar Tambahan S6.
Kit RT-PCR real-time untuk IAV dan IBV, termasuk sampel RNA IAV dan IBV (cat. no. RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, Tiongkok), buffer Tris-EDTA (buffer TE no. B541019 , Sangon Biotech, Tiongkok), Kit Pemurnian RNA Kontrol Positif (Nomor Komponen Z-ME-0010, Liferiver, Tiongkok) dan Solusi GAPDH (No. Komponen M591101, Sangon Biotech, Tiongkok) tersedia secara komersial.Kit pemurnian RNA mencakup buffer pengikat, pencuci A, pencuci W, eluen, manik mikro magnetik, dan pembawa akrilik.Kit RT-PCR real-time IAV dan IBV mencakup campuran deteksi PCR asam nukleat IFVA dan enzim RT-PCR.Tambahkan 6 μl AcrylCarrier dan 20 μl manik-manik magnetik ke dalam 500 μl larutan buffer pengikat, kocok rata lalu siapkan larutan manik.Tambahkan 21 ml etanol pada pencuci A dan W, kocok rata hingga diperoleh larutan pencuci A dan W berturut-turut.Kemudian, 18 μl campuran fluoresen PCR dengan asam nukleat IFVA dan 1 μl enzim RT-PCR ditambahkan ke dalam 1 μl larutan TE, dikocok dan disentrifugasi selama beberapa detik, diperoleh 20 μl primer IAV dan IBV.
Ikuti prosedur pemurnian RNA berikut: (1) adsorpsi RNA.Pipet 526 µl larutan pelet ke dalam tabung centrifuge 1,5 ml dan tambahkan 150 µl sampel, kemudian kocok tabung secara manual ke atas dan ke bawah sebanyak 10 kali.Pindahkan 676 µl campuran ke kolom afinitas dan sentrifugasi pada 1,88 x 104 g selama 60 detik.Saluran pembuangan berikutnya kemudian dibuang.(2) Pencucian tahap pertama.Tambahkan 500 μl larutan pencuci A ke kolom afinitas, sentrifugasi pada 1,88 x 104 g selama 40 detik, dan buang larutan bekas.Proses pencucian ini diulangi sebanyak dua kali.(3) pencucian tahap kedua.Tambahkan 500 μl larutan pencuci W ke kolom afinitas, sentrifugasi pada 1,88×104 g selama 15 detik dan buang larutan bekas.Proses pencucian ini diulangi sebanyak dua kali.(4) Elusi.Tambahkan 200 μl eluat ke kolom afinitas dan sentrifugasi pada 1,88 x 104 g selama 2 menit.(5) RT-PCR: Eluat diinjeksikan ke dalam 20 μl larutan primer dalam tabung PCR, kemudian tabung tersebut ditempatkan pada alat uji PCR real-time (SLAN-96P) untuk melakukan proses RT-PCR.Keseluruhan proses deteksi memakan waktu kurang lebih 140 menit (20 menit untuk pemurnian RNA dan 120 menit untuk deteksi PCR).
Sebanyak 526 µl larutan bead, 1000 µl larutan pencuci A, 1000 µl larutan pencuci W, 200 µl eluat dan 20 µl larutan primer ditambahkan terlebih dahulu dan disimpan dalam ruang M, W1, W2, E dan ruang deteksi PCR.Perakitan platform.Kemudian, 150 μl sampel dipipet ke dalam ruang M dan platform FAST-POCT dimasukkan ke dalam instrumen uji yang ditunjukkan pada Gambar Tambahan S9.Setelah sekitar 82 menit, hasil tes tersedia.
Kecuali disebutkan lain, semua hasil tes disajikan sebagai rata-rata ± SD setelah minimal enam ulangan hanya menggunakan platform FAST-POCT dan sampel yang independen secara biologis.Tidak ada data yang dikeluarkan dari analisis.Eksperimennya tidak acak.Para peneliti tidak buta terhadap tugas kelompok selama percobaan.
Untuk informasi lebih lanjut tentang desain penelitian, lihat abstrak Laporan Penelitian Alam yang ditautkan ke artikel ini.
Data yang mendukung hasil penelitian ini tersedia di Informasi Tambahan.Artikel ini memberikan data asli.
Chagla, Z. & Madhukar, P. Penguat COVID-19 di negara-negara kaya akan menunda pemberian vaksin untuk semua.Chagla, Z. & Madhukar, P. Penguat COVID-19 di negara-negara kaya akan menunda pemberian vaksin untuk semua.Chagla, Z. dan Madhukar, P. Penguat COVID-19 di negara-negara kaya akan menunda pemberian vaksin untuk semua orang.Chagla, Z. dan Madhukar, P. Vaksinasi ulang COVID-19 di negara-negara kaya akan menunda vaksinasi untuk semua orang.pengobatan nasional.27 Agustus 1659–1665 (2021).
Faust, L. dkk.Pengujian SARS-CoV-2 di negara-negara berpenghasilan rendah dan menengah: ketersediaan dan keterjangkauan di sektor layanan kesehatan swasta.infeksi mikroba.22, 511–514 (2020).
Organisasi Kesehatan Dunia.Prevalensi global dan kejadian infeksi menular seksual tertentu yang dapat disembuhkan: tinjauan dan perkiraan.Jenewa: WHO, WHO/HIV_AIDS/2 https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/66818/WHO_HIV_AIDS_2001.02.pdf (2001).
Fenton, EM dkk.Beberapa strip uji aliran samping cetakan 2D.aplikasi ASS.Alma mater.Inter Milan.1, 124–129 (2009).
Schilling, KM dkk.Perangkat analisis berbasis kertas mikrofluida yang tertutup sepenuhnya.dubur.Bahan kimia.84, 1579–1585 (2012).
Lapenter, N. dkk.Imunokromatografi berbasis kertas yang kompetitif dipadukan dengan elektroda yang dimodifikasi enzim memungkinkan pemantauan nirkabel dan penentuan elektrokimia cotinine urin.Sensor 21, 1659 (2021).
Zhu, X. dkk.Mengukur biomarker penyakit dengan platform cairan lateral terintegrasi nanozim serbaguna menggunakan glukometer.sensor biologis.Bioelektronik.126, 690–696 (2019).
Boo, S.dkk.Strip tes kehamilan untuk mendeteksi bakteri patogen menggunakan bunga nano hibrida concanavalin A-human chorionic gonadotropin-Cu3(PO4)2, pemisahan magnetik, dan pembacaan ponsel pintar.Komputer mikro.Majalah.185, 464 (2018).