Iroyin

Awọn ilana iwadii ti aṣa fun wiwa awọn aarun ajakalẹ nilo lilo awọn ohun elo benchtop ti ko dara fun idanwo aaye-itọju (POCT).Awọn microfluidics ti n yọ jade jẹ kekere ti o kere pupọ, adaṣe, ati imọ-ẹrọ iṣọpọ ti o jẹ yiyan ti o pọju si awọn ọna ibile fun iyara, idiyele kekere, deede awọn iwadii oju-aye.Awọn ọna iwadii molikula jẹ lilo pupọ ni awọn ẹrọ microfluidic bi awọn ọna ti o munadoko julọ fun wiwa pathogen.Atunwo yii ṣe akopọ awọn ilọsiwaju aipẹ ni awọn iwadii molikula ti o da lori microfluidic ti awọn aarun ajakalẹ lati oju eto ẹkọ ati ile-iṣẹ mejeeji.Ni akọkọ, a ṣapejuwe iṣelọpọ aṣoju lori-chip ti awọn acids nucleic, pẹlu iṣaju iṣaju ayẹwo, imudara, ati kika ifihan agbara.Awọn abuda, awọn anfani ati awọn aila-nfani ti awọn oriṣi mẹrin ti awọn iru ẹrọ microfluidic ni a ṣe afiwe lẹhinna.Nigbamii ti, a yoo jiroro lori lilo awọn igbelewọn oni-nọmba fun iwọn pipe ti awọn acids nucleic.Mejeeji kilasika ati awọn ohun elo iwadii molikula ti o da lori microfluidic ti iṣowo aipẹ jẹ akopọ bi ẹri ti ipo ọja lọwọlọwọ.Lakotan, a dabaa awọn itọnisọna iwaju fun ayẹwo microfluidic ti awọn aarun ajakalẹ.
Awọn arun ti o ni arun jẹ ṣẹlẹ nipasẹ awọn apanirun, pẹlu kokoro arun, awọn ọlọjẹ, ati awọn parasites, ti o pin kaakiri agbaye.Ko dabi awọn aarun miiran, awọn pathogens yarayara di akoran ati tan kaakiri laarin eniyan ati awọn ẹranko ti o gbalejo nipasẹ ifunmọ, afẹfẹ ati media omi [1].Idena arun ajakalẹ jẹ pataki bi iwọn ilera gbogbo eniyan.Awọn ilana akọkọ mẹta fun ijakadi awọn arun ajakalẹ: (1) ṣakoso orisun ti akoran;(2) idalọwọduro ti ọna gbigbe;(3) Idaabobo ti awọn eniyan ti o ni ifaragba.Lara awọn ilana akọkọ, iṣakoso orisun ti akoran ni a gba pe ilana pataki julọ nitori irọrun ati idiyele kekere.Ṣiṣayẹwo iyara, ipinya, ati itọju awọn ẹni-kọọkan ti o ni akoran jẹ pataki, to nilo iyara, ifarabalẹ, ati awọn ilana iwadii aisan deede [2].Ṣiṣayẹwo lọwọlọwọ ti awọn aarun ajakalẹ nigbagbogbo n ṣapọpọ idanwo ile-iwosan ti o da lori awọn ami ati awọn ami aisan ati awọn ijinlẹ yàrá gẹgẹbi aṣa sẹẹli ati awọn iwadii molikula, eyiti o nilo oṣiṣẹ ti oṣiṣẹ, awọn ilana aladanla, ati ohun elo idanwo gbowolori [3, 4].Idena awọn ajakale arun ajakalẹ nilo iyara, ilamẹjọ, ati ayẹwo iwadii agbegbe deede, paapaa ni awọn agbegbe ti o ni opin awọn orisun nibiti awọn aarun ajakalẹ jẹ wọpọ ati ti o lagbara [5], bakanna bi itọju ni aginju tabi ni oju ogun, nibiti awọn pajawiri ko ṣe asọtẹlẹ..itọju ilera ni opin [6].Ni aaye yii, microfluidics jẹ imọ-ẹrọ ti o ṣajọpọ awọn imọ-ẹrọ awọn ọna ṣiṣe microelectromechanical, nanotechnology, tabi imọ-ẹrọ awọn ohun elo fun ifọwọyi ito deede [7,8,9,10], n pese awọn aye tuntun fun wiwa aaye-ti-itọju (POCT).) awọn aṣoju ajakalẹ-arun ni ita awọn ile-iwosan ati awọn ile-iwosan.Ti a ṣe afiwe si awọn iwadii akoko ti aṣa, imọ-ẹrọ microfluidic nfunni ni ayẹwo ati awọn ifowopamọ iye owo fun awọn iwadii molikula lakoko awọn ibesile arun.Itankale agbaye ti arun coronavirus 2019 (COVID-19) jẹ eyiti o fa nipasẹ aarun atẹgun nla coronavirus 2 (SARS-CoV-2), nitorinaa pataki ti microfluidics fun idena akoko ati iṣakoso ti ajakaye-arun naa tun tẹnumọ [11, 12] , 13].Ko dabi awọn iwadii ti aṣa, microfluidic POCT nlo awọn ẹrọ amudani kekere ti o wa lati awọn atunnkanka benchtop si awọn ila idanwo ẹgbẹ kekere lati ṣe idanwo nitosi aaye iṣapẹẹrẹ [14].Awọn idanwo wọnyi jẹ ẹya irọrun tabi ko si igbaradi ayẹwo, imudara ifihan agbara iyara, ati awọn kika ifihan agbara ifura ti o mu abajade akoko kukuru ati awọn abajade deede laarin awọn iṣẹju.Wiwa ati iṣelọpọ ibi-pupọ ti awọn ohun elo ilera ti o da lori microfluidic ti faagun iye owo-doko wọn ati awọn ohun elo iwadii taara ni ita ile-iwosan, nitosi alaisan, ati paapaa ni ile.
Lara awọn ilana ti o wa tẹlẹ fun ṣiṣe iwadii aisan aarun, awọn iwadii molikula jẹ ọkan ninu awọn ifarabalẹ julọ [15, 16].Ni afikun, awọn iwadii molikula nigbagbogbo ni a lo bi boṣewa goolu fun wiwa lemọlemọfún ti COVID-19, gbigba wiwa taara ti awọn agbegbe pato-ọlọjẹ ti RNA tabi DNA ṣaaju ibẹrẹ ti esi ajẹsara [17, 18].Ninu atunyẹwo lọwọlọwọ, a ṣafihan awọn ilọsiwaju tuntun ni awọn ilana iwadii molikula ti o da lori microfluidics fun awọn aarun ajakalẹ-arun, lati oju-iwe ẹkọ si awọn iwo ile-iṣẹ iwaju (Fig. 1).A yoo bẹrẹ pẹlu awọn igbesẹ bọtini mẹta ni wiwa nucleic acid: on-chip pretreatment pretreatment, nucleic acid amplification, ati kika ifihan agbara.Lẹhinna a ṣe afiwe awọn oriṣiriṣi awọn iru ẹrọ microfluidic pẹlu eto ati iṣẹ wọn, ti n ṣafihan awọn abuda alailẹgbẹ (awọn agbara ati ailagbara).Wiwa acid nucleic oni nọmba jẹ ijiroro siwaju ati fifunni bi apẹẹrẹ ti imọ-ẹrọ iran kẹta fun iwọn pipe ti awọn ohun elo pathogen ajakale.Ni afikun, ọpọlọpọ aṣoju ati awọn ẹrọ POCT iṣowo tuntun ni yoo ṣafihan lati ṣafihan ipo lọwọlọwọ ti ọja POCT microfluidic fun awọn iwadii molikula.A yoo tun jiroro ati ṣe alaye iran wa fun awọn ohun elo iwaju.
Awọn modulu ti awọn eerun microfluidic fun wiwa nucleic acid le pin si awọn ẹka mẹta (ṣapẹẹrẹ, idanimọ, ati ifihan agbara) ni ibamu si awọn iṣẹ wọn [19].Lara awọn modulu wọnyi, module iṣapẹẹrẹ ni akọkọ mọ lysis ayẹwo ati isediwon acid nucleic.Module sensọ ni akọkọ n ṣakoso iyipada ati imudara awọn ifihan agbara acid nucleic.Module ifihan agbara iwari ifihan agbara iyipada ati ni ilọsiwaju nipasẹ awọn ti oye module.Da lori ilana ti wiwa awọn acids nucleic lori chirún kan, a yoo ṣe akopọ awọn oriṣiriṣi awọn eerun ti o le mọ iṣẹ “titẹ sii ati iṣelọpọ”.
Igbesẹ akọkọ ni wiwa nucleic acid ni isediwon acid nucleic, ie yiya sọtọ acid nucleic ibi-afẹde lati apẹẹrẹ atilẹba.Iyọkuro acid Nucleic ni a ṣe lati sọ awọn acids nucleic di mimọ lati awọn contaminants molikula miiran, rii daju iduroṣinṣin ti ipilẹ akọkọ ti awọn ohun elo acid nucleic, ati mu awọn abajade dara si.Iyọkuro acid Nucleic nilo lysis ayẹwo pataki ati imudani acid nucleic, didara ati ṣiṣe eyiti o ni ipa nla lori iwadii ati awọn abajade iwadii aisan.Eyikeyi awọn ipa ẹgbẹ arekereke lakoko isediwon le ṣe idinwo wiwa siwaju sii.Fun apẹẹrẹ, iṣesi pq polymerase (PCR) ati awọn ọna isothermal ampilifaya (LAMP) jẹ idinamọ nipasẹ diẹ ninu awọn nkanmimu Organic ti o ku bi ethanol ati isopropanol ninu awọn isọdọtun ipinya acid nucleic [20].Isediwon olomi-omi ati isediwon-alakoso ti o lagbara jẹ awọn ọna olokiki julọ fun ipinya awọn acids nucleic [21], sibẹsibẹ, isediwon olomi-omi lori chirún kan jẹ opin lalailopinpin, niwọn igba ti awọn reagents ti a lo ninu isediwon olomi-omi fa ipata ti ọpọlọpọ awọn eerun microfluidic. .Nibi, a ṣe afihan awọn ọna isediwon alakoso to lagbara ti o da lori microarray ati ṣe afiwe awọn anfani ati awọn aila-nfani wọn.
Silikoni jẹ ohun elo sobusitireti ti o ni ibamu pẹlu awọn acids nucleic nitori ibaramu biocompatibility, iduroṣinṣin, ati irọrun ti iyipada [22].Ni pataki, nigba ti a ba yipada pẹlu yanrin tabi awọn ohun elo miiran, akopọ yii ṣe afihan awọn ohun-ini lati ṣaja awọn acids nucleic ti ko ni agbara labẹ pH kekere, awọn ipo iyọ giga lakoko ti o yọkuro pẹlu pH giga, awọn solusan iyọ kekere.Da lori iṣẹlẹ yii, o ṣee ṣe lati sọ acid nucleic di mimọ.
Awọn ọna oriṣiriṣi ti awọn ohun elo ti o da lori siliki ni a ti lo fun isediwon acid nucleic ni microfluidics, gẹgẹbi awọn ilẹkẹ silica, awọn powders, awọn asẹ microfiber, ati awọn membran silica [23, 24, 25, 26].Ti o da lori awọn ohun-ini ti ohun elo, awọn ohun elo ti o da lori silikoni le ṣee lo ni awọn microcircuits ni awọn ọna oriṣiriṣi.Fun apẹẹrẹ, awọn granules silica, powders, ati awọn nanofilters iṣowo le jiroro ni gbe sinu awọn pores tabi awọn microchannels ti awọn eerun microfluidic ati ṣe iranlọwọ jade awọn acids nucleic lati awọn ayẹwo [27, 28, 29].Awọn membran siliki ti a ti yipada ni oju tun le ṣee lo lati sọ DNA di mimọ ni iyara lati awọn ọlọjẹ ni idiyele kekere.Fun apẹẹrẹ, Wang et al.[30] Nipa pipọ awọn aati amúṣantóbi ti denaturing pẹlu vesicle-alajaja pq paṣipaarọ pẹlu silica membrans bo pelu chitosan oligosaccharides, a wapọ eto šee gbe jade ti o ni ifijišẹ ri 102-108 ileto akoso sipo.(CFU) / milimita Vibrio parahaemolyticus., ati wiwa ti ọlọjẹ naa ni irọrun han.Powell et al.[31] Awọn microarrays ti o da lori silikoni lẹhinna ni a lo lati ṣe awari ọlọjẹ jedojedo C (HCV), ọlọjẹ ajẹsara eniyan (HIV), ọlọjẹ Zika, ati papillomavirus eniyan ati itankale adaṣe, ninu eyiti 1.3 μl tortuous microreactor ti ni idagbasoke lati gba awọn ọlọjẹ RNA.ki o si ṣe ni ipo ampilifaya.Ni afikun si awọn ọna wọnyi, awọn microcolumn silica ti a ṣe atunṣe dada tun ṣe ipa pataki ninu isediwon acid nucleic, bi jiometirika ati awọn ohun-ini ti ohun elo ti n ṣatunṣe pọ si ṣiṣe isediwon.Chen et al.[32] dabaa ipilẹ ẹrọ microfluidic kan fun ipinya ti RNA ifọkansi kekere ti o da lori awọn microcolumn silikoni ti a bo amino.Ẹrọ microfluidic yii ṣepọ akojọpọ awọn micropillars 0.25 cm2 lori sobusitireti ohun alumọni lati ṣaṣeyọri ṣiṣe isediwon ti o ga julọ nipasẹ agbegbe dada giga si apẹrẹ ipin iwọn didun.Anfani ti apẹrẹ yii ni pe ẹrọ microfluidic le ṣaṣeyọri to 95% ṣiṣe isediwon acid nucleic.Awọn ilana ti o da lori ohun alumọni wọnyi ṣe afihan iye ti iyasọtọ awọn acids nucleic ni iyara ni idiyele kekere.Ni apapo pẹlu awọn eerun microfluidic, awọn ilana isediwon ti o da lori silikoni ko le ṣe alekun ṣiṣe ti iṣawari acid nucleic nikan, ṣugbọn tun dẹrọ miniaturization ati isọpọ ti awọn ẹrọ itupalẹ [20].
Awọn ọna iyapa oofa lo awọn patikulu oofa lati ya sọtọ awọn acids nucleic ni iwaju aaye oofa ita.Awọn patikulu oofa ti o wọpọ pẹlu Fe3O4 tabi γ-Fe2O3 awọn patikulu oofa ti a bo pẹlu siliki, amino ati carboxyl [33,34,35,36].Ẹya iyatọ ti awọn patikulu oofa akawe si awọn ọna SPE ti o da lori silikoni jẹ irọrun ti ifọwọyi ati iṣakoso pẹlu awọn oofa ita.
Lilo ibaraenisepo electrostatic laarin awọn nucleic acids ati yanrin, labẹ awọn ipo ti iyọ giga ati pH kekere, awọn ohun elo nucleic ti wa ni ipolowo lori dada ti awọn patikulu oofa ti a bo siliki, lakoko ti o wa labẹ awọn ipo iyọ kekere ati pH giga, awọn ohun elo le ṣee fo. lẹẹkansi..Awọn ilẹkẹ oofa ti a bo siliki jẹ ki o ṣee ṣe lati yọ DNA kuro ninu awọn ayẹwo iwọn didun nla (400 μL) ni lilo išipopada iṣakoso oofa [37].Gẹgẹbi ifihan, Rodriguez-Mateos et al.[38] lo awọn oofa ti o le tun le ṣakoso gbigbe awọn ilẹkẹ oofa si awọn iyẹwu oriṣiriṣi.Da lori awọn patikulu oofa ti siliki ti a bo, awọn ẹda 470 / milimita ti SARS-CoV-2 genomic RNA le fa jade lati awọn ayẹwo omi idọti fun wiwa transcription yiyipada LAMP (RT-LAMP) ati pe idahun le ka laarin wakati 1.ihoho oju (Fig. 2a).
Awọn ẹrọ ti o da lori oofa ati awọn ohun elo la kọja.Aworan atọka ero ti ẹrọ microfluidic IFAST RT-LAMP fun iṣawari SARS-CoV-2 RNA (ti a ṣe lati [38]).b Centrifugal micro ẹrọ fun dSPE ti buccal swab nucleic acid (fara lati [39]).c Itumọ ti ara-agbara ayẹwo concentrator lilo ohun FTA® kaadi (fara lati [50]).d Fusion 5 àlẹmọ iwe títúnṣe pẹlu chitosan (fara lati [51]).SARS-CoV-2 aarun atẹgun nla nla coronavirus 2, RT-LAMP yiyipada transcription loop laja isothermal ampilifaya, awọn alabaṣiṣẹpọ imọ-ẹrọ FTA, NA nucleic acid
Awọn patikulu oofa ti o gba agbara ni pipe jẹ apẹrẹ fun sisopọ ẹhin fosifeti ti acid nucleic kan.Ni ifọkansi iyọ kan, awọn ẹgbẹ fosifeti ti o ni agbara ni odi ti awọn acids nucleic le jẹ idiyele daadaa lori dada ti awọn patikulu apapo oofa.Nitorinaa, awọn ẹwẹ titobi oofa pẹlu aaye ti o ni inira ati iwuwo giga ti awọn ẹgbẹ amino ni idagbasoke fun isediwon ti awọn acids nucleic.Lẹhin iyapa oofa ati idinamọ, awọn ẹwẹ titobi oofa ati awọn eka DNA le ṣee lo taara ni PCR, eyiti o yọkuro iwulo fun isọdọmọ eka ati mimu akoko ati awọn iṣẹ ṣiṣe [35].Awọn ẹwẹ titobi oofa ti a bo pẹlu awọn ẹgbẹ carboxyl odi ni a tun ti lo lati ya awọn acids nucleic ti a po si lori awọn aaye ni polyethylene glycol ifọkansi giga ati awọn ojutu iṣuu soda kiloraidi [36].Pẹlu awọn ilẹkẹ oofa ti a ṣe atunṣe dada wọnyi, isediwon DNA ni ibamu pẹlu imudara ti o tẹle.Dignan et al.[39] ṣapejuwe ẹrọ adaṣe centrifugal microfluidic adaṣe kan ati gbigbe fun iṣaju iṣaju acid nucleic, gbigba awọn oṣiṣẹ ti kii ṣe imọ-ẹrọ laaye lati lo lori aaye.Ni afikun, ibamu ti DNA ti o ya sọtọ pẹlu LAMP, ọna ti o dara julọ fun itusilẹ-itọju nucleic acid, tun ṣe afihan awọn ibeere ohun elo ti o kere ju ati ibamu fun awọn ayẹwo awọ-awọ (Fig. 2b).
Awọn ọna ilẹkẹ oofa nfunni ni iṣeeṣe ti isediwon adaṣe, diẹ ninu eyiti o wa ninu awọn olutọpa acid nucleic adaṣe adaṣe ti iṣowo [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, USA), QIAcube® HT;CapitalBio (Beijing, China) ati Biomek®;Beckman (Miami, Àwọn Ìpínlẹ̀ Aṣọ̀kan Amẹ́ríkà).), Florida, USA).Awọn anfani ti apapọ awọn ilẹkẹ oofa pẹlu microfluidics le ṣee lo fun isediwon adaṣe adaṣe daradara ti awọn acids nucleic, eyiti o le ni ilọsiwaju idagbasoke awọn iwadii molikula;sibẹsibẹ, awọn apapo ti se awọn ilẹkẹ pẹlu microfluidics si tun gbekele darale lori eka Iṣakoso awọn ọna šiše fun kongẹ ifọwọyi ti se ilẹkẹ, eyi ti o salaye awọn gbale ti owo awọn ọja jije bulky ati ki o gbowolori, eyi ti o se idinwo siwaju ohun elo ti se ilẹkẹ ni POCT.
Orisirisi awọn ohun elo laini gẹgẹbi awọn asẹ nitrocellulose ti a ṣe atunṣe, Awọn kaadi Awọn ẹlẹgbẹ Imọ-ẹrọ Finders (FTA), awọn iwe asẹ ti o da lori polyethersulfone, ati awọn ohun elo ti a bo glycan tun ti lo fun wiwa nucleic acid [40, 41, 42, 43, 44].Awọn ohun elo fibrous alafo gẹgẹbi iwe fibrous ni a kọkọ lo lati ya DNA sọtọ nipasẹ ti ara ti ara awọn ohun elo DNA ti o gun gigun pẹlu awọn okun.Awọn pores kekere ja si ihamọ ti ara ti o lagbara ti awọn ohun elo DNA, eyiti o daadaa ni ipa lori isediwon DNA.Nitori awọn titobi pore ti o yatọ ti iwe fibrous, ṣiṣe isediwon ko le pade awọn iwulo ti imudara DNA [45, 46].Kaadi FTA jẹ iwe àlẹmọ iṣowo ti a lo ni aaye oogun oniwadi ati lilo pupọ ni awọn agbegbe miiran ti awọn iwadii molikula.Nipasẹ lilo iwe àlẹmọ cellulose ti a ṣe pẹlu ọpọlọpọ awọn kemikali lati lyse awọn membran sẹẹli ninu apẹẹrẹ, DNA ti o tu silẹ ni aabo lati ibajẹ fun ọdun meji 2.Laipẹ diẹ, iwe cellulose ti ko ni inu ti ni idagbasoke fun wiwa molikula ti ọpọlọpọ awọn ọlọjẹ, pẹlu SARS-CoV-2, leishmaniasis, ati iba [47,48,49].HIV ni pilasima ti o ya sọtọ ti wa ni lysed taara, ati viral nucleic acid ti wa ni idarato ninu FTA® sisan awo awọ ti a ṣe sinu concentrator, eyiti ngbanilaaye iṣelọpọ daradara ti nucleic acid [50] (Fig. 2c).Iṣoro akọkọ pẹlu wiwa nucleic acid nipa lilo awọn kaadi FTA ni pe awọn kemikali bii guanidine ati isopropanol ṣe idiwọ awọn aati imudara ti o tẹle.Lati yanju iṣoro yii, a ṣe agbekalẹ iwe àlẹmọ Fusion 5 chitosan, eyiti o dapọ awọn anfani ti mejeeji interlacing ti ara ti awọn ohun elo DNA ati iwe àlẹmọ fibrous, ati adsorption electrostatic ti DNA lori awọn agbo ogun ti chitosan ti a yipada lati ṣaṣeyọri isediwon acid nucleic ti o munadoko pupọ. ..àlẹmọ awọn okun [51] (Fig. 2d).Bakanna, Zhu et al.[52] ṣe afihan ọna PCR ti o ni atunṣe chitosan kan ti o da lori eto microfluidic capillary ti o wa ni ipo fun ipinya ni kiakia ati wiwa kokoro Zika RNA.Awọn acids Nucleic le jẹ adsorbed/desorbed ni lysate adalu/PCR alabọde, ni atele, da lori ohun-ini titan / pipa ti chitosan.tan ati pipa”, ṣe idahun si pH.
Gẹgẹbi a ti sọ loke, awọn ọgbọn wọnyi darapọ awọn anfani ti ọpọlọpọ awọn ohun elo alakoso to lagbara ati mu iṣẹ ṣiṣe ti isediwon acid nucleic pọ si ni microfluidics.Ni awọn ohun elo ti o wulo, lilo awọn ohun elo wọnyi ni titobi nla jẹ aiṣe-aje, ati itọju oju-ara ti o dara tabi iyipada ti awọn ohun elo ti o wọpọ pẹlu awọn ohun elo wọnyi le tun ṣe itọju iṣẹ wọn.Nitorinaa, o gbagbọ pe imuse awọn ilana wọnyi lẹhin ikẹkọ awakọ le dinku awọn idiyele.
Idanwo Nucleic acid lori awọn iru ẹrọ microfluidic nigbagbogbo nlo awọn iwọn ayẹwo kekere (<100 µl), nitorinaa nilo imudara ti awọn acids nucleic afojusun pẹlu awọn iwadii kan pato fun iyipada si ifihan agbara ti o rọrun fun wiwa isalẹ (opitika, itanna, ati oofa) [53, 54]. Idanwo Nucleic acid lori awọn iru ẹrọ microfluidic nigbagbogbo nlo awọn iwọn ayẹwo kekere (<100 µl), nitorinaa nilo imudara ti awọn acids nucleic afojusun pẹlu awọn iwadii kan pato fun iyipada si ifihan agbara ti o rọrun fun wiwa isalẹ (opitika, itanna, ati oofa) [53, 54]. При тестировании нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах часто используются небольшие объемы образцов (< 100 мкл), поэтому требуется амплификация целевых нуклеиновых кислот с помощью специальных зондов для преобразования в сигнал, удобный для последующего обнаружения (оптического, электрического и магнитного) [53, 54]. Nigbati o ba ṣe idanwo awọn acids nucleic lori awọn iru ẹrọ microfluidic, awọn iwọn ayẹwo kekere (<100 µL) ni a lo nigbagbogbo, nitorinaa imudara ti awọn acids nucleic afojusun pẹlu awọn iwadii pataki ni a nilo lati yi pada si ifihan ti o rọrun fun wiwa atẹle (opitika, itanna, ati oofa) [53, 54].微流控微流控平台 的 的 核酸 检测 检测 检测 检测 通常 μ μ μ μ μ 探针 扩增 扩增 目标 目标 目标 目标 核酸 便于 便于 下游 下游 检测 检测 检测 检测 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 (电学 磁学 磁学) 的 信号 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学].微流控 上 的 的 核酸 核酸 检测 检测 使用 使用 小样本量 小样本量 小样本量 探针 探针 扩增 扩增 下游 下游 下游 下游 下游 下游 下游 下游 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学 磁学]. Обнаружение нуклеиновых кислот на микрожидкостных платформах обычно использует небольшие объемы образцов (<100 мкл), что требует амплификации целевых нуклеиновых кислот с помощью специальных зондов для преобразования в сигналы для последующего обнаружения (оптического, электрического и магнитного) [53, 54]]. Ṣiṣawari awọn acids nucleic lori awọn iru ẹrọ microfluidic nigbagbogbo nlo awọn iwọn ayẹwo kekere (<100 μl), eyiti o nilo imudara ti awọn acids nucleic afojusun pẹlu awọn iwadii pataki lati yi wọn pada si awọn ifihan agbara fun wiwa atẹle (opitika, itanna, ati oofa) [53, 54]] .Nucleic acid ampilifaya ni microfluidics tun le yara awọn aati, je ki awọn opin wiwa, din awọn ibeere ayẹwo, ki o si mu išedede wiwa [55, 56].Ni awọn ọdun aipẹ, pẹlu riri iyara ati wiwa deede, ọpọlọpọ awọn ọna imudara acid nucleic ti lo ni microfluidics, pẹlu PCR ati diẹ ninu awọn aati imudara isothermal.Abala yii yoo ṣe akopọ awọn ọna fun wiwa nucleic acid ti o da lori awọn eto microfluidic.
PCR jẹ kikopa ti ilana ẹda DNA ti ohun-ara kan, ilana ti eyiti a ṣe apejuwe ni kikun ni ibomiiran ati pe kii yoo jiroro nibi.PCR le ṣe alekun iye kekere ti ibi-afẹde DNA/RNA ni iwọn aropin, ṣiṣe PCR ohun elo ti o lagbara fun wiwa iyara ti awọn acids nucleic.Ni awọn ewadun aipẹ, ọpọlọpọ awọn ẹrọ microfluidic to ṣee gbe ti o ni ipese pẹlu awọn ọna ṣiṣe gigun kẹkẹ PCR ti ni idagbasoke lati pade awọn iwulo ti awọn iwadii aisan-ojuami [57, 58].PCR ori-chip le pin si awọn oriṣi mẹrin (ajọpọ, ṣiṣan lilọsiwaju, yiyi aye, ati PCR convective) ni ibamu si awọn ọna iṣakoso iwọn otutu ti o yatọ [59].Fun apẹẹrẹ, Gee et al.[60] ṣe agbekalẹ ọna pipo transcription PCR (RT-qPCR) taara lori pẹpẹ microfluidic tiwọn fun wiwa multiplex SARS-CoV-2, aarun ayọkẹlẹ A ati awọn ọlọjẹ B ninu awọn ayẹwo swab ọfun (Fig. 3a).Park et al.[61] ṣe agbero-pipẹ itupalẹ pathogen ti o rọrun nipasẹ sisọpọ PCR fiimu tinrin, awọn amọna, ati module microfluidic ti o da lori polydimethylsiloxane ti o ni ika ọwọ.Sibẹsibẹ, awọn mejeeji ṣiṣẹ pẹlu awọn ailagbara ti o wọpọ ti PCR ti aṣa.PCR nilo gigun kẹkẹ gbigbona, eyiti o fi opin si miniaturization ẹrọ siwaju ati akoko idanwo idinku.
Idagbasoke ti ṣiṣan lilọsiwaju ti o da lori microfluidic ati PCR ti o yipada aaye jẹ pataki lati koju ọran yii.Lilo ikanni serpentine gigun tabi ikanni gigun kukuru, PCR ṣiṣan lemọlemọ le pese imudara ni iyara nipasẹ titan kaakiri awọn reagenti ni awọn agbegbe preheat mẹta pẹlu fifa-pipa-pipa.Išišẹ yii ni aṣeyọri yago fun ipele iyipada laarin awọn iwọn otutu ti o yatọ ati nitorinaa dinku akoko idanwo ni pataki [62] (Fig. 3b).Ninu iwadi miiran nipasẹ Jung et al.[63] dabaa titun kan Rotari PCR jiini analyzer ti o daapọ awọn abuda kan ti o wa titi ati sisan PCR fun ultrafast ati multiplex yiyipada transcription PCR (Fig. 3c).Fun imudara acid nucleic, PCR microchip yoo yi nipasẹ awọn bulọọki alapapo mẹta ni awọn iwọn otutu oriṣiriṣi: 1. Denaturation block 94°C, 2. Annealing block at 58°C, 3. Imugboroosi Àkọsílẹ ni 72°C.
Ohun elo ti PCR ni microfluidics.Aṣoju sikematiki ti dirRT-qPCR lori pẹpẹ microfluidic kan (ti a ṣe lati [60]).b Asoju sikematiki ti a lemọlemọfún sisan PCR microarray da lori a serpentine ikanni (fara lati [62]).c Aṣoju sikematiki ti onitupalẹ jiini PCR Rotari, ti o ni microchip kan, awọn bulọọki alapapo mẹta ati motor stepper (farada lati [63]).d Aworan ti thermoconvection PCR pẹlu centrifugation ati setup (fara lati [64]).DirRT-qPCR, pipo taara iyipada transcription pq polymerase
Lilo awọn capillaries ati awọn losiwajulosehin tabi paapaa awọn awo tinrin, PCR convection le ṣe alekun awọn acids nucleic ni iyara nipasẹ convection ooru ọfẹ ti ara laisi iwulo fun fifa itagbangba.Fun apẹẹrẹ, Syeed microfluidic olefin polymer kan ti iyipo ni idagbasoke lori ipele alapapo yiyi ti a ṣẹda ti o nlo gigun kẹkẹ gbona pẹlu centrifugation ni microchannel loop PCR [64] (Fig. 3d).Ojutu ifasẹyin jẹ idari nipasẹ isunmọ igbona, eyiti o paarọ nigbagbogbo ga ati iwọn otutu kekere ni microchannel kan pẹlu eto anular kan.Gbogbo ilana imudara le pari ni iṣẹju mẹwa 10 pẹlu opin wiwa ti 70.5 pg/ikanni.
Gẹgẹbi a ti ṣe yẹ, PCR iyara jẹ ohun elo ti o lagbara fun iwadii molikula idahun-apejuwe ni kikun ati awọn eto itupalẹ multiplex.PCR iyara dinku ni pataki akoko ti o nilo lati ṣawari SARS-CoV-2, eyiti o ṣe alabapin si iṣakoso imunadoko ti ajakaye-arun COVID-19.
PCR nilo kan eka gbona cycler ti o ni ko dara fun POCT.Laipẹ diẹ, awọn ilana imudara isothermal ti lo si awọn microfluidics, pẹlu ṣugbọn kii ṣe opin si LAMP, recombinase polymerase amplification (RPA), ati imudara ti o da lori awọn ilana acid nucleic [65,66,67,68].Pẹlu awọn imuposi wọnyi, awọn acids nucleic ti wa ni imudara ni iwọn otutu igbagbogbo, ni irọrun ṣiṣẹda idiyele kekere, awọn ohun elo POCT ti o ni itara pupọ fun awọn iwadii molikula.
Awọn idanwo LAMP ti o da lori microfluidics giga-giga gba wiwa ọpọ ti awọn arun ajakalẹ [42, 69, 70, 71].Ni apapo pẹlu eto microfluidic centrifugal kan, LAMP le tun dẹrọ adaṣe ti wiwa nucleic acid [69, 72, 73, 74, 75].Spin-ati-react SlipChip jẹ idagbasoke fun wiwa wiwo ti awọn kokoro arun ti o jọra pupọ nipa lilo LAMP [76] (Fig. 4a).Nigbati o ba nlo LAMP iṣapeye ninu idanwo naa, ipin ifihan fluorescence-si-ariwo jẹ isunmọ 5-agbo, ati pe opin wiwa de awọn ẹda 7.2/μl ti DNA genomic. Pẹlupẹlu, aye ti awọn pathogens ti ounjẹ ounjẹ marun ti o wọpọ, pẹlu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ati Vibrio parahaemolyticus, ni a ṣe afihan ti o da lori ọna ni <60 min. Pẹlupẹlu, aye ti awọn pathogens ti ounjẹ ounjẹ marun ti o wọpọ, pẹlu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ati Vibrio parahaemolyticus, ni a ṣe afihan ti o da lori ọna ni <60 min.Pẹlupẹlu, wiwa awọn kokoro arun marun ti o wọpọ ti apa ti ounjẹ, pẹlu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis ati Vibrio parahaemolyticus, ni a wo oju ni lilo ọna yii ni o kere ju iṣẹju 60.此外，基于该方法在<60分钟内可视化了五种常见消化道细菌病原体的存在，包括蜡状芽孢杆菌、大肠杆菌、肠沙门氏菌、河流弧菌和副溶血性弧菌。此外 ， 基于 该 方法 在 <60 分钟 内 视化 了 五 种 常见 消化道 细菌病 的 存在 ， 包括 芽孢杆菌 、 大 肠杆菌 、 肠 氏 菌 、 弧菌 和 副溶血性。。。 弧菌 弧菌 弧菌弧菌 弧菌 弧 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 HIPNi afikun, wiwa awọn aarun ikun ti o wọpọ marun ti o wọpọ, pẹlu Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvius, ati Vibrio parahaemolyticus, ni a wo oju ni lilo ọna yii ni o kere ju iṣẹju 60.
Awọn anfani ti LAMP ni microfluidics pẹlu, laarin awọn miiran, idahun yara ati wiwa kekere.Bibẹẹkọ, nitori iwọn otutu ifasẹyin (ni ayika 70°C), awọn aerosols ti wa ni ipilẹṣẹ laiseaniani lakoko LAMP, ti o yọrisi oṣuwọn rere eke ga.Isọdi pato, apẹrẹ alakoko, ati iṣakoso iwọn otutu tun nilo lati wa ni iṣapeye fun LAMP.Ni afikun, awọn apẹrẹ chirún ti o ṣe wiwa wiwa ibi-afẹde pupọ lori chirún kan jẹ iye nla ati pe o yẹ ki o ni idagbasoke.Ni afikun, LAMP jẹ o dara fun wiwa ọpọlọpọ-idi ti a ṣepọ ni chirún kan, eyiti o jẹ pataki nla, ṣugbọn yara tun wa fun idagbasoke.
Oṣuwọn idaniloju eke giga ti LAMP le dinku ni apakan pẹlu RPA, bi iwọn otutu ifasẹyin kekere ti o jo (~ 37 °C) ṣe abajade ni awọn iṣoro evaporation diẹ diẹ [77].Ninu eto RPA, awọn alakoko meji ti o lodi si pilẹṣẹ DNA kolaginni nipa mimu si recombinase ati ampilifaya le ti wa ni pari laarin 10 iṣẹju [78,79,80,81].Nitorinaa, gbogbo ilana RPA yiyara pupọ ju PCR tabi LAMP.Ni awọn ọdun aipẹ, imọ-ẹrọ microfluidic ti han lati mu ilọsiwaju iyara ati deede ti RPA [82,83,84].Fun apẹẹrẹ, Liu et al.[85] ṣe agbekalẹ microfluidic iṣọpọ ṣiṣan ita ita polymerase recombinase assay fun wiwa iyara ati ifura ti SARS-CoV-2 nipasẹ iṣakojọpọ transcription RPA (RT-RPA) ati eto wiwa ṣiṣan ṣiṣan ita ita gbogbo agbaye.sinu kan nikan microfluidic eto.olusin 4b).Opin wiwa jẹ ẹda 1/µl tabi 30 idaako/ayẹwo, ati pe wiwa le pari ni bii ọgbọn iṣẹju.Kong et al.ti ṣe agbekalẹ ẹrọ microfluidic ti o wọ.[86] lo iwọn otutu ara ati eto wiwa fluorescence ti o da lori foonu alagbeka lati ṣe awari HIV-1 DNA ni iyara ati taara nipa lilo RPA (Aworan 4c).Ayẹwo RPA wearable ṣe awari 100 idaako/mL ti ọna ibi-afẹde laarin awọn iṣẹju 24, n ṣe afihan agbara nla fun iwadii iyara ti awọn ọmọ-ọwọ ti o ni akoran HIV-1 ni awọn eto to lopin awọn orisun.
Imudara Isothermal ni idanwo aaye-ti-itọju (POCT).Idagbasoke ati iṣelọpọ ti iyipo ati ifaseyin SlipChip.Lẹhin alurinmorin pilasima, awọn eerun oke ati isalẹ ni a pejọ pẹlu ṣeto awọn eso lati dagba chirún ikẹhin (ti a ṣe deede lati [76]).b Sikematiki ti eto MI-IF-RPA fun wiwa COVID-19 (ti a ṣe lati [85]).c Sikematiki ti idanwo RPA ti o wọ fun wiwa iyara ti DNA HIV-1 (ti a ṣe deede lati [86]).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM carboxyfluorescein, kokoro ajẹsara eda eniyan HIV, RPA recombinase polymerase ampilifaya, LED ina emitting diode, MI-IF-RPA Microfluids-Polymerase Retrofluids Integ Imudara
RPA ti o da lori Microfluidic n dagbasoke ni iyara, sibẹsibẹ, idiyele ti iṣelọpọ chirún ati agbara ifasẹyin ga ju ati pe o gbọdọ dinku lati mu wiwa ti imọ-ẹrọ yii pọ si.Ni afikun, ifamọ giga ti RPA le ni ipa imudara ti awọn ọja ti kii ṣe pato, ni pataki niwaju ibajẹ.Awọn idiwọn wọnyi le ni ipa lori ohun elo RPA ni awọn eto microfluidic ati iteriba ilọsiwaju siwaju sii.Awọn alakoko ti a ṣe apẹrẹ daradara ati awọn iwadii fun ọpọlọpọ awọn ibi-afẹde ni a tun nilo lati mu ilọsiwaju ti awọn ilana microfluidic ti o da lori RPA ni POCT.
Cas13 ati Cas12a ni agbara lati ya awọn acids nucleic laileto ati nitorinaa o le ṣe idagbasoke bi wiwa ati awọn irinṣẹ iwadii.Cas13 ati Cas12a ti mu ṣiṣẹ lori isọdi si DNA tabi RNA, ni atele.Ni kete ti o ti mu ṣiṣẹ, amuaradagba bẹrẹ lati ṣa awọn acids nucleic miiran ti o wa nitosi, lẹhinna itọsọna awọn RNA ti o fojusi awọn acids nucleic pato-pato le fa awọn iwadii fluorescent ti o ti pa ati tu silẹ fluorescence.Da lori ero yii, Kellner et al.[87] ṣe agbekalẹ ọna orisun Cas13 kan [Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter UnlockING (SHERLOCK)], ati Broughton et al.[88] ṣe agbekalẹ ọna miiran ti o da lori Cas12a [CRISPR Trans Reporter ti o fojusi DNA endonuclease (DTECR)].
Ni awọn ọdun aipẹ, awọn ọna oriṣiriṣi fun wiwa awọn acids nucleic ti o da lori CRISPR ti han [89, 90].Awọn ọna orisun CRISPR ti aṣa jẹ igbagbogbo n gba akoko ati aladanla laala nitori awọn ilana pupọ pẹlu isediwon acid nucleic, imudara ati wiwa CRISPR.Ifihan awọn olomi si afẹfẹ le ṣe alekun aye ti awọn abajade rere eke.Fun eyi ti o wa loke, awọn ọna ṣiṣe orisun CRISPR wa ni iwulo pupọ ti iṣapeye.
Syeed microfluidic ti iṣakoso pneumatically ti o le ṣe awọn itupalẹ 24 ni afiwe ti ni idagbasoke fun awọn ohun elo wiwa CRISPR-Cas12a ati CRISPR-Cas13a [91].Eto naa ti ni ipese pẹlu ohun elo wiwa fluorescence ti o fori ampilifaya acid nucleic ati ṣe iwari DNA femtomolar ati awọn ayẹwo RNA laifọwọyi.Chen et al.[92] imudara atunṣe atunṣe pẹlu eto CRISPR-Cas12a ni centrifugal microfluidics (Fig. 5a).Iṣẹ yii bori iṣoro ti iṣakojọpọ awọn ilana meji wọnyi nitori Cas12a le ṣagbe DNA ojiṣẹ ati ki o dẹkun ilana imudara.Ni afikun, Chen et al.[92] afikun ohun ti o ti fipamọ awọn reagents lenu tẹlẹ ni a centrifugal microfluidic Iṣakoso lati laifọwọyi pari gbogbo ilana.Ninu iṣẹ miiran, Silva et al.[93] ṣe agbekalẹ ọna iwadii laisi CRISPR/Cas12a ampilifaya ati foonuiyara kan lati ṣawari SARS-CoV-2 (Fig. 5b).Iwadii yii, ti a mọ si eto ti ko ni imudara ti o da lori foonu, pẹlu enzymu ti o gbẹkẹle CRISPR/Cas ti o da lori iwoye foonuiyara ti awọn ifihan agbara nkuta ti ipilẹṣẹ catalase ni awọn ikanni microfluidic.Wiwa ifarabalẹ ti o kere ju awọn adakọ 50/µl ti acid nucleic laisi iṣaju iṣaju, gbogbo ilana lati abẹrẹ ayẹwo si kika ifihan agbara gba to iṣẹju 71 nikan.
Awọn ọna wiwa Nucleic acid da lori CRISPR.Centrifugal POCT fun awọn iwadii molikula ti a ṣepọ ti o da lori CRISPR (ti a ṣe lati [92]).b Idagbasoke ti idanwo CASCADE fun itupalẹ ti o da lori foonuiyara ti SARS-CoV-2 (ti a ṣe deede lati [93]).RAA recombinase ampilifaya, PAM lẹgbẹ protospacer motif, CRISPR clustered kukuru palindromic ntun ni deede awọn aaye arin, CASCADE eto lai foonu alagbeka ampilifaya pẹlu CRISPR/CAS-dependent ensaemusi, 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride EDC
Gẹgẹbi igbesẹ ti o kẹhin ni wiwa nucleic acid, iṣawari ifihan taara ṣe afihan awọn abajade iwadii aisan ati pe o jẹ ifosiwewe to ṣe pataki ni idagbasoke ti imunadoko, ifarabalẹ, ati POCT deede.O le ka awọn ifihan agbara ni lilo awọn ọna oriṣiriṣi bii Fuluorisenti, elekitirokemika, awọ-awọ ati awọn ọgbọn oofa.Ni apakan yii, a ṣe apejuwe idi ti ọna kọọkan ati ṣe afiwe awọn iwadii molikula ti awọn aarun ajakalẹ-arun ni microfluidics.
Awọn ilana ti o da lori Fluorescence jẹ lilo pupọ fun awọn iwadii POCT ti awọn aarun ajakalẹ nitori awọn anfani iyalẹnu wọn ti ifamọ ti o dara julọ, idiyele kekere, irọrun iṣẹ, ati itupalẹ aaye-itọju [94, 95].Awọn ọgbọn wọnyi lo aami fluorophores gẹgẹbi awọn awọ fluorescent ati awọn nanomaterials lati ṣẹda ifihan agbara ti a rii (imudara fluorescence tabi quenching).Wiwa yii ni imọran pe awọn ilana ti o da lori fluorescence le pin si isamisi Fuluorisenti taara, ifihan-lori, ati ifihan ifihan fluorescent [96].Ṣiṣawari aami fluorescent taara nlo awọn aami fluorescent pataki lati ṣe aami awọn ligands kan pato ti o ṣe agbejade iye kan pato ti fluorescence nigba yiyan ti a dè si ibi-afẹde kan.Fun wiwa ti o da lori ifihan agbara, didara ifihan agbara fluorescent jẹ daadaa ni ibatan si titobi anfani.Kikan Fuluorescence jẹ aifiyesi ni isansa ti ibi-afẹde kan ati pe o jẹ wiwa nigbati iye ibi-afẹde to to ba wa.Lọna miiran, kikankikan ti fluorescence ti a rii nipasẹ “ifihan-pipa” fluorescence jẹ ilodi si iye ibi-afẹde, lakoko ti o de iye ti o pọju ati dinku ni diėdiẹ bi ibi-afẹde naa ti pọ si.Fun apẹẹrẹ, ni lilo ẹrọ CRISPR-Cas13a ti o gbẹkẹle ibi-afẹde trans-cleavage, Tian et al.[97] ṣe agbekalẹ ilana idanimọ aramada lati ṣawari awọn RNA ti o fori yiyipada transcription taara (Fig. 6a).Ni dipọ si awọn RNA ibi-afẹde, eka CRISPR-Cas13-RNA le mu ṣiṣẹ, ti nfa ifasilẹ transcollateral nipasẹ awọn RNA onirohin ti kii ṣe pato.Onirohin ti o ni aami fluorescently [fluorophore (F)] ti wa ni pipa nipasẹ quencher (Q) ti o wa ni mimu ati awọn fluoresces nigbati o ba pin nipasẹ eka ti a mu ṣiṣẹ.
Anfani ti wiwa elekitiroki jẹ iyara wiwa giga, iṣelọpọ irọrun, idiyele kekere, rọrun lati gbe ati iṣakoso adaṣe.O jẹ ọna itupalẹ ti o lagbara fun awọn ohun elo POCT.Da lori awọn transistors ipa aaye graphene Gao et al.[98] ṣe agbekalẹ nanobiosensor fun wiwa multiplex ti awọn antigens arun Lyme lati inu kokoro arun Borrelia burgdorferi pẹlu opin wiwa ti 2 pg/mL (Fig. 6b).
A ti lo awọn igbelewọn awọ-awọ ni awọn ohun elo POCT, ni anfani lati awọn anfani ti gbigbe, idiyele kekere, irọrun ti igbaradi, ati kika wiwo.Wiwa awọ-awọ le lo oxidation ti peroxidase tabi peroxidase-like nanomaterials, ikojọpọ awọn ohun elo nanomaterials, ati afikun awọn awọ atọka lati yi alaye pada nipa wiwa awọn acids nucleic afojusun sinu awọn iyipada awọ ti o han [99, 100, 101].Ni pataki, awọn ẹwẹ titobi goolu jẹ lilo pupọ ni idagbasoke awọn ilana awọ-awọ, ati nitori agbara wọn lati fa iyara ati awọn iyipada awọ pataki, iwulo n pọ si ni idagbasoke awọn iru ẹrọ awọ POCT fun ni iwadii ipo ti awọn aarun ajakalẹ [102].Pẹlu ohun elo centrifugal microfluidic ti a ṣepọ [103], awọn pathogens ti o wa ninu ounjẹ ni awọn ayẹwo wara ti a ti doti ni a le rii laifọwọyi ni ipele ti awọn sẹẹli kokoro 10, ati awọn esi le ṣee ka ni oju laarin awọn iṣẹju 65 (Fig. 6c).
Awọn ilana imọ-ẹrọ oofa le rii deede awọn atunnkanka nipa lilo awọn ohun elo oofa, ati pe iwulo pataki ti wa ninu awọn ohun elo POCT ni awọn ewadun aipẹ.Awọn ilana imọ-ẹrọ oofa ni diẹ ninu awọn anfani alailẹgbẹ gẹgẹbi awọn ohun elo oofa iye owo kekere dipo awọn paati opiti gbowolori.Bibẹẹkọ, lilo aaye oofa kan ṣe ilọsiwaju ṣiṣe wiwa ati dinku akoko igbaradi ayẹwo [104].Ni afikun, awọn abajade ti iwadii oofa ṣe afihan iyasọtọ giga, ifamọ, ati ipin ifihan agbara-si-ariwo nitori ami isale oofa ti ko ṣe pataki ti awọn ayẹwo ti ibi [105].Sharma et al.ṣepọ ọna asopọ oju eefin oofa ti o da biosensor sinu pẹpẹ microchip to ṣee gbe.[106] fun wiwa multiplex ti pathogens (Fig. 6d).Biosensors ṣe awari ni ifarabalẹ awọn acids nucleic subnanomolar ti o ya sọtọ si awọn ọlọjẹ.
Ọna wiwa ifihan agbara aṣoju.Ero ti iṣawari hyperlocalized ti Cas13a (ti a ṣe atunṣe lati [97]).b Graphene nanobiosensor FET ni apapo pẹlu Lyme GroES scFv (fara lati [98]).c Awọn itọkasi Colorimetric fun wiwa multiplex ti awọn pathogens ti ounjẹ ni chirún microfluidic centrifugal: Nọmba 1 ati No. .d Biosensor ti o da lori isunmọ oju eefin oofa, pẹlu pẹpẹ kan, ampilifaya ìdènà ti a ṣe sinu, ẹyọ iṣakoso kan, ati ipese agbara fun iran ifihan agbara/imura (ti a ṣe deede lati [106]).GFET Graphene FET, Escherichia coli, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA polymethyl methacrylate
Pelu awọn abuda ti o dara julọ ti awọn ọna wiwa loke, wọn tun ni awọn alailanfani.Awọn ọna wọnyi ni a ṣe afiwe (tabili 1), pẹlu diẹ ninu awọn ohun elo pẹlu awọn alaye (Aleebu ati awọn konsi).
Pẹlu idagbasoke ti awọn microfluidics, awọn ọna ṣiṣe microelectromechanical, nanotechnology ati awọn imọ-ẹrọ ohun elo, lilo awọn eerun microfluidic fun wiwa awọn arun ajakalẹ jẹ ilọsiwaju nigbagbogbo [55,96,107,108].Ifọwọyi kongẹ ti ohun elo kekere ati awọn ito ṣe alabapin si deede iwadii aisan ati ṣiṣe-iye owo.Nitorinaa, fun idagbasoke siwaju, a ti ṣe awọn akitiyan lati mu dara ati igbesoke awọn eerun igi, Abajade ni ọpọlọpọ awọn eerun microfluidic pẹlu awọn ẹya ati awọn iṣẹ oriṣiriṣi.Nibi a ṣafihan ni ṣoki ọpọlọpọ awọn iru ti o wọpọ ti awọn iru ẹrọ microfluidic ati ṣe afiwe awọn abuda wọn (awọn anfani ati awọn konsi).Ni afikun, pupọ julọ awọn apẹẹrẹ ti a ṣe akojọ si isalẹ ni idojukọ akọkọ lori koju SARS-CoV-2.
Awọn LOCC jẹ awọn ọna ṣiṣe itupalẹ eka kekere ti o wọpọ julọ ati awọn iṣẹ ṣiṣe wọn jẹ iwontunwọnsi gaan, iṣọpọ, adaṣe ati ni afiwe lati abẹrẹ ayẹwo ati igbaradi, iṣakoso ṣiṣan ati wiwa omi [109, 110].Awọn olomi ti wa ni ifọwọyi nipasẹ jiometirika ti a ṣe ni pẹkipẹki ati ibaraenisepo ti ọpọlọpọ awọn ipa ti ara gẹgẹbi awọn gradients titẹ, iṣẹ capillary, elekitiriki, awọn aaye oofa ati awọn igbi akusitiki [111].LOCC ṣe afihan awọn anfani ti o dara julọ ni ibojuwo-giga-giga ati wiwa ọpọ, pẹlu iyara itupalẹ iyara, iwọn ayẹwo kekere, agbara agbara kekere, ati iṣakoso giga ati ṣiṣe ṣiṣe;sibẹsibẹ, awọn ẹrọ LOCC jẹ elege pupọ, ati iṣelọpọ, apoti, ati interfacing.Bibẹẹkọ, ọpọ ati ilotunlo dojukọ awọn iṣoro nla [96].Ti a ṣe afiwe si awọn iru ẹrọ miiran, LOCC ni awọn anfani alailẹgbẹ ni awọn ofin ti iyatọ ohun elo ti o pọju ati ibaramu imọ-ẹrọ ti o dara julọ, ṣugbọn awọn aila-nfani rẹ tun han gbangba, eyun idiju giga ati aiṣe atunṣe ti ko dara.Igbẹkẹle lori awọn ifasoke itagbangba, eyiti o jẹ igba pupọ ati gbowolori, ṣe opin siwaju lilo wọn ni POCT.
Lakoko ibesile COVID-19, LOCC gba akiyesi pupọ.Ni akoko kanna, ọpọlọpọ awọn eerun tuntun wa ti o darapọ awọn imọ-ẹrọ pupọ.Fun apẹẹrẹ, awọn fonutologbolori ti wa ni lilo pupọ bi awọn ẹrọ atupale gbigbe ati ni agbara nla fun iṣọpọ LOCC.Sun et al.[21] ṣe chirún microfluidic kan ti o fun laaye ni ọpọlọpọ awọn ilana itọsẹ acid nucleic kan pato ti awọn pathogens marun, pẹlu SARS-CoV-2, ni lilo LAMP ati ṣe itupalẹ wọn nipa lilo foonuiyara kan laarin wakati 1 lẹhin opin iṣesi naa.Gẹgẹbi apẹẹrẹ miiran, Sundah et al.[112] ṣẹda iyipada molikula kan (imudara katalitiki nipasẹ iyipada ipo iyipada molikula (CATCH)] fun wiwa taara ati itara ti awọn ibi-afẹde SARS-CoV-2 RNA nipa lilo awọn fonutologbolori. CATCH ni ibamu pẹlu LOCC to ṣee gbe ati pe o ṣaṣeyọri iṣẹ ti o ga julọ (isunmọ awọn ẹda RNA 8/μl; <1h ni otutu yara) [112]. CATCH ni ibamu pẹlu LOCC to ṣee gbe ati pe o ṣaṣeyọri iṣẹ ti o ga julọ (isunmọ awọn ẹda RNA 8/μl; <1h ni otutu yara) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC и обеспечивает превосходную производительность ( примерно 8 копий Рентерно 8 копий Ремерный 8 копий Рермерный. CATCH ni ibamu pẹlu LOCC to ṣee gbe ati pe o pese igbejade to dara julọ (bii awọn ẹda RNA 8/µl; <1h ni otutu yara) [112]. CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时）[112] CATCH 与便携式LOCC 兼容并具有卓越的性能（大约8 RNA 拷贝/μl；室温下< 1 小时）[112] CATCH совместим с портативными LOCC и обладает превосходной производной CATCH ni ibamu pẹlu awọn LOCC to ṣee gbe ati pe o ni iṣẹ to dara julọ (bii awọn ẹda RNA 8/µl; <1 wakati ni otutu yara) [112].Ni afikun, awọn ẹrọ LOCC fun awọn iwadii molikula tun lo diẹ ninu awọn ipa awakọ bii igbale, isan, ati awọn aaye ina.Kang et al.[113] ṣe afihan akoko gidi kan, ultra-fast nanoplasma-on-a-chip PCR fun iyara ati ayẹwo pipo ti COVID-19 ni aaye ni lilo chirún PCR olomi plasmonic igbale.Li et al.[114] lẹhinna ṣe idagbasoke chirún microfluidic ti o na-na ti o mu ki ayẹwo COVID-19 ṣiṣẹ.Syeed nlo eto imudara RT-LAMP lati pinnu boya ayẹwo kan jẹ rere tabi odi.Lẹhinna, Ramachandran et al.[115] ṣe aṣeyọri awọn gradients aaye ina ti o yẹ ni lilo isotachophoresis (ITP), ilana idojukọ ion yiyan ti a ṣe imuse ni microfluidics.Pẹlu ITP, RNA afojusun lati awọn ayẹwo swab nasopharyngeal aise le jẹ mimọ laifọwọyi.Lẹhinna Ramachandran et al.[115] Apapọ iwẹnumọ ITP yii pẹlu LAMP ti o ni ilọsiwaju ITP ati awọn idanwo CRISPR ṣe awari SARS-CoV-2 ninu swab nasopharyngeal eniyan ati awọn apẹẹrẹ ile-iwosan ni bii iṣẹju 35.Ni afikun, awọn imọran titun n farahan nigbagbogbo.Jadhav et al.[116] dabaa ero iwadii aisan ti o da lori imudara oju-aye Raman spectroscopy ni apapo pẹlu ẹrọ microfluidic kan ti o ni boya goolu ti o ni inaro/erogba nanotubes ti a bo fadaka tabi elekitirospun micro/nanotubes isọnu.Awọn microchannel àlẹmọ ti a ṣe sinu Membrane jẹ isọnu.Awọn ẹrọ adsorbs virus lati orisirisi awọn omi ara / exudations bi itọ, nasopharynx ati omije.Nitorinaa, titer kokoro jẹ lọpọlọpọ ati pe ọlọjẹ naa le ṣe idanimọ ni deede nipasẹ ibuwọlu Raman.
LOAD jẹ ipilẹ microfluidic centrifugal ninu eyiti gbogbo awọn ilana ni iṣakoso nipasẹ ilana igbohunsafẹfẹ ti o yi sobusitireti microstructured kan [110].Ẹrọ LOAD jẹ ẹya nipasẹ lilo agbara centrifugal gẹgẹbi agbara awakọ pataki.Awọn olomi tun jẹ koko-ọrọ si capillary, Euler ati awọn ologun Coriolis.Lilo ohun elo centrifuge, awọn itupalẹ ni a ṣe ni iṣẹ olomi lemọlemọ lati inu radial si ipo ita, imukuro iwulo fun afikun ọpọn itagbangba, awọn ifasoke, awọn oṣere, ati awọn falifu ti nṣiṣe lọwọ.Ni kukuru, ọna iṣakoso ẹyọkan n ṣe simplifies iṣẹ.Awọn ipa ti n ṣiṣẹ lori omi ni ikanni microfluidic kanna ni ijinna kanna lati ile-iṣẹ fifuye jẹ dogba, eyiti o jẹ ki o ṣee ṣe lati tun ọna ọna ikanni ṣe.Nitorinaa, ohun elo LOAD rọrun ati ọrọ-aje diẹ sii lati ṣe apẹrẹ ati iṣelọpọ ju ohun elo LOCC deede, lakoko ti awọn aati jẹ ominira pupọ ati ni afiwe;sibẹsibẹ, nitori awọn ga darí agbara ti centrifugal ẹrọ, wa ni ërún ohun elo ti wa ni opin ati awọn kekere ipele ni o wa soro.si ọkọ ayọkẹlẹ.Ni akoko kanna, ọpọlọpọ awọn ẹrọ LOAD jẹ apẹrẹ fun lilo ẹyọkan, eyiti o jẹ gbowolori fun wiwa titobi nla [96, 117, 118, 119].
Ni awọn ewadun aipẹ, LOAD, ti a gba ọkan ninu awọn ẹrọ microfluidic ti o ni ileri julọ, ti gba akiyesi akude lati ọdọ awọn oniwadi ati awọn aṣelọpọ.Nitorinaa, LOAD ti ni itẹwọgba jakejado ati pe o ti lo fun awọn iwadii molikula ti awọn aarun ajakalẹ [120, 121, 122, 123, 124], ni pataki lakoko ibesile COVID-19.Fun apẹẹrẹ, ni opin 2020, Ji et al.[60] ṣe afihan idanwo RT-qPCR taara fun wiwa iyara ati adaṣe adaṣe ti SARS-CoV-2 ati awọn akoran aarun ayọkẹlẹ A ati B ninu awọn apẹẹrẹ swab ọfun.Lẹhinna Xiong et al.[74] ṣe afihan pẹpẹ microfluidic discoid ti o ṣepọ LAMP fun iyara, deede, ati wiwa igbakanna ti awọn coronaviruses atẹgun eniyan meje, pẹlu SARS-CoV-2, laarin awọn iṣẹju 40.Ni ibẹrẹ 2021, de Oliveira et al.[73] ṣe afihan chirún microfluidic centrifugal toner polystyrene kan, ti a ṣiṣẹ pẹlu ọwọ pẹlu ẹrọ iyipo ika, fun ayẹwo molikula RT-LAMP ti COVID-19.Lẹhinna, Dignan et al.[39] ṣe afihan ohun elo microdevice centrifuge to ṣee gbe adaṣe fun isọdimọ ti SARS-CoV-2 RNA taara lati awọn apakan swab buccal.Medved et al.[53] dabaa eto iṣapẹẹrẹ aerosol SARS-CoV-2 inline pẹlu chirún fluorescent microfluidic yiyi iwọn didun kekere pẹlu opin wiwa ti awọn adakọ 10/μL ati iloro iyipo ti o kere ju ti iṣẹju 15.Suarez et al.[75] laipẹ ṣe ijabọ idagbasoke ti ipilẹ ẹrọ microfluidic centrifugal modular kan ti irẹpọ fun wiwa taara ti SARS-CoV-2 RNA ninu awọn ayẹwo swab nasopharyngeal ti ooru ti ko ṣiṣẹ ni lilo LAMP.Awọn apẹẹrẹ wọnyi ṣe afihan awọn anfani nla ati ileri ti LOAD ninu awọn iwadii molikula ti COVID-19.
Ni ọdun 1945 Muller ati Clegg [125] kọkọ ṣafihan awọn ikanni microfluidic sori iwe nipa lilo iwe àlẹmọ ati paraffin.Ni ọdun 2007, ẹgbẹ Whitesides [126] ṣẹda ipilẹ iwe iṣẹ akọkọ fun amuaradagba ati idanwo glucose.Iwe ti di sobusitireti pipe fun microfluidics.Iwe naa ni awọn ohun-ini inherent gẹgẹbi hydrophilicity ati ọna alafo, biocompatibility ti o dara julọ, iwuwo ina, irọrun, iyipada, idiyele kekere, irọrun ti lilo ati irọrun.Awọn µPAD kilasika ni awọn ẹya hydrophilic/hydrophobic ti a ṣe sori awọn sobusitireti iwe.Ti o da lori eto onisẹpo mẹta, awọn μPAD le pin si awọn iwọn meji (2D) ati awọn μPAD onisẹpo mẹta (3D).Awọn 2D µPAD ni a ṣe nipasẹ ṣiṣe awọn aala hydrophobic lati ṣe awọn ikanni microfluidic, lakoko ti awọn 3D µPADs nigbagbogbo ni a ṣe lati awọn akopọ ti awọn fẹlẹfẹlẹ ti iwe microfluidic 2D, nigbakan nipasẹ kika iwe, awọn ilana isokuso, awọn ikanni ṣiṣi, ati titẹ sita 3D [96].Awọn olomi olomi tabi ti ibi lori μPAD jẹ iṣakoso akọkọ nipasẹ agbara capillary laisi orisun agbara itagbangba, irọrun iṣaju iṣaju ti awọn reagents, mimu ayẹwo, ati wiwa multiplex.Sibẹsibẹ, iṣakoso ṣiṣan deede ati wiwa multiplex jẹ idilọwọ nipasẹ iyara wiwa ti ko to, ifamọ, ati atunlo [96, 127, 128, 129, 130].
Gẹgẹbi pẹpẹ microfluidic dani, μPAD ti ni igbega ni ibigbogbo ati idagbasoke fun iwadii molikula ti awọn aarun ajakalẹ bii HCV, HIV, ati SARS-CoV-2 [131, 132].Fun yiyan ati wiwa ifura ti HCV, Tengam et al.[133] ṣe agbekalẹ biosensor aramada ti o da lori iwe Fuluorisenti nipa lilo iwadii acid nucleic kan pato ti o da lori pyrrolidinyl peptide.Awọn acids Nucleic ti wa ni covalently aibikita lori iwe cellulose ti o ni oxidized ni apakan nipasẹ alkylation idinku laarin awọn ẹgbẹ amino ati awọn ẹgbẹ aldehyde, ati wiwa da lori itanna.Awọn ifihan agbara wọnyi le jẹ kika nipasẹ ẹrọ pataki ti a ṣe pẹlu kamẹra fluorescent to šee gbe ni apapo pẹlu kamẹra foonu kan.Lẹhinna, Lu et al.[134] ṣe apẹrẹ elekiturodu rọ ti o da lori iwe ti o da lori nickel/goolu awọn ẹwẹ titobi / carbon nanotubes/polyvinyl alcohol organometallic framework composites fun wiwa ibi-afẹde HIV nipasẹ DNA hybridization nipa lilo buluu methylene gẹgẹbi itọkasi DNA redox.Laipẹ diẹ, Chowdury et al.[135] ṣe afihan apẹrẹ Syeed ile-aye kan fun idanwo aaye-ti-itọju µPAD nipa lilo itọ alaisan aise ni apapọ pẹlu LAMP ati imọ-ẹrọ aworan gbigbe fun wiwa itupalẹ COVID-19.
Awọn idanwo sisan ti ita n ṣe itọsọna awọn ito nipasẹ awọn ipa agbara capillary ati iṣipopada ito nipasẹ aibikita ati awọn abuda ti la kọja tabi awọn sobusitireti eleto.Awọn ẹrọ ṣiṣan ita ni apẹẹrẹ, conjugate, incubator ati wiwa, ati awọn paadi ti o gba.Awọn moleku acid nucleic ni LFA ṣe idanimọ awọn amọ kan pato ti o ti fipamọ tẹlẹ ni aaye abuda ati dipọ bi awọn eka.Bi omi ṣe n kọja nipasẹ awọn awopọ ati wiwa, awọn eka naa ni a mu nipasẹ awọn ohun elo imudani ti o wa lori idanwo ati awọn laini iṣakoso, ti n ṣafihan awọn abajade ti o le ka taara si oju ihoho.Ni deede, LFA le pari ni awọn iṣẹju 2-15, eyiti o yara ju iṣawari aṣa lọ.Nitori ẹrọ pataki, LFA nilo awọn iṣẹ diẹ ati pe ko nilo ohun elo afikun, eyiti o jẹ ki o jẹ ore-olumulo pupọ.O rọrun lati ṣe iṣelọpọ ati miniaturize, ati idiyele ti awọn sobusitireti ti o da lori iwe jẹ kekere.Bibẹẹkọ, o jẹ lilo nikan fun itupalẹ agbara, ati wiwa pipo jẹ nira pupọ, ati pe agbara multiplexing ati iṣelọpọ jẹ opin pupọ, ati pe ọkan nikan ni acid nucleic ti o to ni a le rii ni akoko kan [96,110,127].
Botilẹjẹpe ọpọlọpọ awọn ohun elo ti LFA ni idojukọ lori awọn ajẹsara ajẹsara, lilo LFA fun awọn iwadii molikula ninu awọn eerun microfluidic tun munadoko ati olokiki [136].Ninu ọran ti ọlọjẹ jedojedo B, HIV ati SARS-CoV-2 LFA Gong et al.[137] dabaa ipilẹ iru ẹrọ nanoparticle LFA ti o ni iyipada ati ṣe afihan iṣipopada ti ipilẹ kekere ati gbigbe gbigbe nipasẹ wiwa ifarabalẹ ati iwọn ti awọn ibi-afẹde pupọ gẹgẹbi HBV nucleic acid.Ni afikun, Fu et al.[138] ṣe afihan aramada LFA kan ti o da lori imudara oju-aye Raman spectroscopy fun itupalẹ pipo ti HIV-1 DNA ni awọn ifọkansi kekere.Fun wiwa iyara ati ifura ti SARS-CoV-2, Liu et al.[85] ṣe agbekalẹ microfluidic-ṣepọ RPA itusilẹ ṣiṣan ita nipasẹ apapọ RT-RPA ati eto wiwa ṣiṣan ita gbogbo agbaye sinu eto microfluidic kan.
Ohun elo ti ọpọlọpọ awọn iru ẹrọ microfluidic yatọ da lori awọn ẹkọ kan pato, ni anfani ni kikun ti awọn agbara ati awọn anfani ti awọn iru ẹrọ.Pẹlu awọn falifu ti o ni ifarada, awọn ifasoke ati awọn ọna gbigbe, LOCC jẹ pẹpẹ ti okeerẹ julọ fun oniruuru ohun elo ati ibaraenisepo pẹlu yara nla julọ fun idagbasoke.Nitorinaa, a nireti ati ṣeduro pe awọn iwadii tuntun ni a ṣe ni LOCC bi igbiyanju akọkọ ati pe awọn ipo wa ni iṣapeye.Ni afikun, diẹ sii daradara ati awọn ọna deede ni a nireti lati ṣawari ati lo ninu eto naa.LOAD tayọ ni iṣakoso kongẹ ti awọn fifa lati awọn ẹrọ LOCC ti o wa ati ṣafihan awọn anfani alailẹgbẹ ni awọn awakọ ẹyọkan nipasẹ agbara centrifugal laisi iwulo fun awọn awakọ ita, lakoko ti awọn idahun ti o jọra le jẹ lọtọ ati muṣiṣẹpọ.Nitorinaa, ni ọjọ iwaju, LOAD yoo di ipilẹ microfluidic akọkọ pẹlu awọn iṣẹ afọwọṣe ti o dinku ati awọn imọ-ẹrọ ti o dagba ati adaṣe diẹ sii.Syeed µPAD darapọ awọn anfani ti LOCC ati awọn ohun elo orisun iwe fun idiyele kekere, awọn iwadii aisan lilo ẹyọkan.Nitorinaa, idagbasoke iwaju yẹ ki o dojukọ lori irọrun ati awọn imọ-ẹrọ ti iṣeto daradara.Ni afikun, LFA ti baamu daradara fun wiwa oju ihoho, ni ileri lati dinku lilo ayẹwo ati wiwa iyara.Ifiwewe Syeed alaye jẹ afihan ni Tabili 2.
Awọn itupalẹ oni nọmba pin apẹẹrẹ si ọpọlọpọ awọn microreactors, ọkọọkan ninu eyiti o ni nọmba ọtọtọ ti awọn moleku ibi-afẹde [139, 140].Awọn idanwo oni nọmba nfunni ni awọn anfani pataki fun ṣiṣe iwọn pipe nipa ṣiṣe awọn ẹgbẹẹgbẹrun awọn adanwo biokemika ti o jọra nigbakanna ati ni ẹyọkan ni awọn ipin iwọn iwọn micron kuku ju ni ipele lilọsiwaju.Ti a ṣe afiwe si microfluidics ibile, awọn aati apakan le dinku iwọn didun ayẹwo, mu iṣẹ ṣiṣe iṣe pọ si, ati ni irọrun ṣepọ pẹlu awọn ọna itupalẹ miiran laisi iwulo fun awọn ikanni, awọn ifasoke, awọn falifu, ati awọn apẹrẹ iwapọ [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147].Awọn ọna meji wọnyi ni a lo ni awọn igbelewọn oni-nọmba lati ṣaṣeyọri aṣọ-aṣọ ati ipinya deede ti awọn solusan, pẹlu awọn reagents ati awọn apẹẹrẹ bii awọn sẹẹli, awọn acids nucleic, ati awọn patikulu miiran tabi awọn ohun elo: (1) silẹ awọn emulsions ti nlo aisedeede wiwo wiwo omi;(2) pipin orun ni a ṣe nipasẹ awọn ihamọ jiometirika ti ẹrọ naa.Ni akọkọ ọna, droplets ti o ni awọn reagents ati awọn ayẹwo ni microchannels le wa ni da nipa palolo ọna bi àjọ-lọwọlọwọ, crossflow, sisan idojukọ, ipele emulsification, microchannel emulsification, ati membran nipasẹ viscous rirẹ-agbara agbara ati emulsification pẹlu ikanni ayipada.isọdibilẹ [143, 145, 146, 148, 149] tabi lilo awọn ọna ṣiṣe [150, 151], eyiti o ṣafihan agbara afikun nipasẹ itanna, oofa, gbona ati iṣakoso ẹrọ.Ni ọna ti o kẹhin, iṣọkan iwọn didun omi ti o dara julọ ni awọn iyẹwu microfluidic jẹ pinpin nipasẹ titọju awọn ẹya aaye ti iwọn kanna, gẹgẹbi awọn micropits ati awọn apẹrẹ oju ilẹ [152,153,154].Ni pataki, awọn droplets jẹ awọn apakan ṣiṣan pataki ti o tun le ṣe ipilẹṣẹ ati ifọwọyi lori awọn ọna elekiturodu ti o da lori microfluidics oni-nọmba (DMF).Electrowetting ti dielectrics jẹ ọkan ninu awọn imọ-ẹrọ DMF ti o dara julọ ti a ṣe iwadi, niwọn igba ti elekitirowe ti dielectrics ngbanilaaye ifọwọyi deede ti awọn silė kọọkan, iṣakoso apẹrẹ ti omi ati awọn ifihan agbara itanna asymmetric ti o kọja nipasẹ awọn ẹgbẹ oriṣiriṣi [141, 144].Awọn iṣẹ akọkọ pẹlu awọn droplets ni DMF pẹlu tito lẹsẹsẹ, pipin, ati idapọ [151, 155, 156], eyiti o le lo ni awọn aaye oriṣiriṣi ti itupalẹ, paapaa ni wiwa molikula [157, 158, 159].
Wiwa acid nucleic oni nọmba jẹ imọ-ẹrọ iwadii molikula ti iran-kẹta ni atẹle PCR ti aṣa ati PCR akoko gidi pipo (qPCR), ni afiwe pẹlu tito-ọna-giga ati biopsy olomi.Ni awọn ọdun meji sẹhin, awọn acids nucleic oni-nọmba ti ni idagbasoke ni iyara ni aaye ti iwadii molikula ti awọn aarun ajakalẹ [160, 161, 162].Isọdi pipe ti wiwa nucleic acid oni nọmba bẹrẹ pẹlu awọn ayẹwo iṣakojọpọ ati awọn reagents sinu awọn yara kọọkan lati rii daju pe ọkọọkan ibi-afẹde ni iṣeeṣe kanna ti titẹ si apakan kọọkan kọọkan.Ni imọ-jinlẹ, apakan kọọkan le jẹ sọtọ awọn ilana ibi-afẹde pupọ, tabi ko le jẹ eto microreaction ominira.Nipasẹ awọn ọna ṣiṣe oye ti a ṣalaye loke, awọn ipin pẹlu awọn ilana ibi-afẹde makirobia ti o ṣe awọn ifihan agbara loke iloro kan le jẹ wiwo pẹlu oju ihoho tabi ẹrọ kan ati pe wọn jẹ aami bi rere, lakoko ti awọn apakan miiran ti o ṣe awọn ifihan agbara ni isalẹ iloro ni aami bi rere. .awọn odi, eyiti o jẹ ki ifihan agbara fun apakan kọọkan jẹ boolean.Nitorinaa, nipa ṣiṣe iṣiro nọmba awọn yara ti o ṣẹda ati oṣuwọn awọn abajade rere lẹhin ifasẹyin, awọn ẹda atilẹba ti awọn ayẹwo idanwo le ni ibamu pẹlu lilo agbekalẹ pinpin Poisson laisi iwulo fun titẹ boṣewa, eyiti o nilo fun awọn itupale pipo igbagbogbo bii iru. bi qPCR.[163] Ti a ṣe afiwe pẹlu awọn ọna iwadii molikula ibile, wiwa nucleic acid oni-nọmba ni iwọn adaṣe ti o ga julọ, iyara itupalẹ ti o ga ati ifamọ, awọn reagents diẹ, ibajẹ ti o dinku, ati apẹrẹ ati iṣelọpọ ti o rọrun.Fun awọn idi wọnyi, lilo awọn igbelewọn oni-nọmba, ni pataki awọn ọna ti o da silẹ, fun awọn iwadii molikula, apapọ titobi ati awọn ilana kika kika, ti ni ikẹkọ daradara lakoko ibesile pataki ti SARS-CoV-2.Fun apẹẹrẹ, Yin et al.[164] ni idapo droplet oni-nọmba ati awọn ọna PCR yara lati ṣawari awọn jiini ORF1ab, N, ati RNase P ni SARS-CoV-2 ni chirún microfluidic kan.Ni pataki, eto naa ni anfani lati ṣe idanimọ ifihan agbara rere laarin awọn aaya 115, eyiti o yara ju PCR ti aṣa lọ, nfihan imunadoko rẹ ni wiwa aaye-itọju (Nọmba 7a).Dong et al.[165], Sow et al.[157], Chen et al.[166] ati Alteri et al.[167] tun lo PCR oni-nọmba droplet (ddPCR) lati ṣawari SARS-CoV-2 ninu eto microfluidic pẹlu awọn abajade iwunilori.Lati ni ilọsiwaju ilọsiwaju oṣuwọn wiwa, Shen et al.[168] ti o ṣaṣeyọri ddPCR-orisun chirún aworan ni diẹ bi 15 s laisi lilo awọn ilana imunpo aworan, yiyara ilana imọ-ẹrọ ddPCR lati lab si ohun elo.Kii ṣe awọn ọna imudara igbona nikan gẹgẹbi PCR ni a lo, ṣugbọn tun awọn ọna imudara isothermal ni a lo lati ṣe irọrun awọn ipo iṣesi ati idahun iyara.Lu et al.[71] ni idagbasoke SlipChip fun itupalẹ droplet, ti o lagbara ti ipilẹṣẹ awọn isunmi ti awọn iwọn pupọ ni awọn iwuwo giga ni igbesẹ kan ati ṣe iwọn awọn acids nucleic SARS-CoV-2 nipa lilo LAMP oni-nọmba (Aworan 7b).Gẹgẹbi imọ-ẹrọ ti nyara ni kiakia, CRISPR tun le ṣe ipa pataki ninu wiwa nucleic acid oni-nọmba nipasẹ aworan awọ-awọ ti o rọrun laisi iwulo fun afikun awọn abawọn nucleic acid.Ackerman et al.ni idagbasoke iṣesi matrix apapọ fun igbelewọn multiplex ti awọn acids nucleic.[158] ṣe awari awọn ọlọjẹ 169 ti o ni nkan ṣe pẹlu eniyan, pẹlu SARS-CoV-2, ninu awọn isun omi ti o ni CRISPR-Cas13-orisun nucleic acid reagents ninu idanwo microwell (Aworan 7c).Ni afikun, isothermal amplification ati imọ-ẹrọ CRISPR le ṣee lo ni eto kanna lati darapo awọn anfani ti awọn mejeeji.Park et al.[169] Ayẹwo oni-nọmba CRISPR/Cas12a ni idagbasoke ni chirún microfluidic ti iṣowo fun wiwa ti jade ati ooru-pa SARS-CoV-2 ti o da lori RT-RPA ipele-ẹyọkan pẹlu ifihan ifihan kukuru ati ti o ga julọ-si-ipilẹṣẹ. akoko ratio., gbooro ìmúdàgba ibiti ati ki o dara ifamọ (Fig. 7d).Diẹ ninu awọn apejuwe ti awọn apẹẹrẹ wọnyi ni a fun ni Tabili 3.
Syeed oni nọmba aṣoju fun wiwa nucleic acid.a Ilọ-iṣẹ PCR oni-nọmba iyara ni awọn igbesẹ bọtini mẹrin: igbaradi ayẹwo, pinpin adalu esi, ilana imudara, ati iwọn ibi-afẹde (ti a ṣe deede lati [164]).b Ṣiṣayẹwo iṣiro ti SlipChip droplets fun idasile droplet ni iwuwo giga (ti a ṣe lati [71]).c CARMEN-Cas workflow diagram13 (fara lati [158]).d Akopọ ti iṣawari ọlọjẹ oni-nọmba to ti ni ilọsiwaju pẹlu CRISPR/Cas ninu ikoko kan (farada lati [169]).W/O omi-in-epo, polydimethylsiloxane PDMS, PCR polymerase pq reaction, DAQ data collection, PID proportion in integral derivative, CARMEN combinatorial matrix reaction for multiplex nucleic acid, SARS-CoV-2, aarun atẹgun nla, coronavirus 2, Amudara RT ti yiyipada transcriptase recombinase polymerase-RPA, ifihan S/B ni abẹlẹ