Habari

Mikakati ya kitamaduni ya uchunguzi wa kugundua magonjwa ya kuambukiza inahitaji matumizi ya vifaa vya benchi ambavyo havifai kwa upimaji wa uhakika (POCT).Microfluidi zinazoibuka ni teknolojia iliyoboreshwa sana, otomatiki na iliyounganishwa ambayo inaweza kuwa mbadala wa mbinu za kitamaduni za utambuzi wa haraka, wa bei ya chini na sahihi kwenye tovuti.Mbinu za uchunguzi wa molekuli hutumiwa sana katika vifaa vya microfluidic kama njia bora zaidi za kugundua pathojeni.Mapitio haya yanatoa muhtasari wa maendeleo ya hivi majuzi katika utambuzi wa magonjwa ya kuambukiza kwa msingi wa molekuli ya microfluidic kutoka kwa mtazamo wa kitaaluma na kiviwanda.Kwanza, tunaelezea usindikaji wa kawaida kwenye chip wa asidi nucleic, ikiwa ni pamoja na sampuli ya matibabu, ukuzaji, na usomaji wa ishara.Tabia, faida na hasara za aina nne za majukwaa ya microfluidic hulinganishwa.Ifuatayo, tutajadili matumizi ya majaribio ya dijiti kwa hesabu kamili ya asidi ya nucleic.Vifaa vyote viwili vya kitamaduni na vya hivi majuzi vya uchunguzi wa msingi wa Masi vimefupishwa kama ushahidi wa hali ya sasa ya soko.Hatimaye, tunapendekeza maelekezo ya baadaye ya uchunguzi wa microfluidic wa magonjwa ya kuambukiza.
Magonjwa ya kuambukiza husababishwa na vimelea vya magonjwa, ikiwa ni pamoja na bakteria, virusi, na vimelea, ambavyo vinasambazwa duniani kote.Tofauti na magonjwa mengine, vimelea vya magonjwa huambukizwa haraka na kuenea kati ya binadamu na wanyama mwenyeji kupitia chanjo, hewa na vyombo vya maji [1].Kuzuia magonjwa ya kuambukiza ni muhimu kama hatua ya afya ya umma.Mbinu tatu kuu za kupambana na magonjwa ya kuambukiza: (1) kudhibiti chanzo cha maambukizi;(2) usumbufu wa njia ya maambukizi;(3) ulinzi wa watu wanaohusika.Miongoni mwa mikakati kuu, udhibiti wa chanzo cha maambukizi unachukuliwa kuwa mkakati muhimu zaidi kutokana na urahisi na gharama nafuu.Utambuzi wa haraka, kutengwa, na matibabu ya watu walioambukizwa ni muhimu, inayohitaji mikakati ya haraka, nyeti na sahihi ya uchunguzi [2].Uchunguzi wa sasa wa magonjwa ya kuambukiza kwa kawaida huchanganya uchunguzi wa kimatibabu kulingana na ishara na dalili na tafiti za maabara kama vile utamaduni wa seli na uchunguzi wa molekuli, ambayo huhitaji wafanyakazi waliofunzwa, taratibu zinazohitaji nguvu kazi kubwa, na vifaa vya kupima gharama kubwa [3, 4].Kuzuia milipuko ya magonjwa ya kuambukiza kunahitaji utambuzi wa haraka, wa gharama nafuu na sahihi wa ndani, hasa katika maeneo yenye rasilimali chache ambapo magonjwa ya kuambukiza ni ya kawaida na makali [5], pamoja na matibabu nyikani au kwenye uwanja wa vita, ambapo dharura hazitabiriki..huduma ya matibabu ni mdogo [6].Katika muktadha huu, microfluidics ni teknolojia inayochanganya teknolojia ya mifumo midogo ya umeme, nanoteknolojia, au sayansi ya nyenzo kwa udhibiti sahihi wa ugiligili [7,8,9,10], ikitoa uwezekano mpya wa utambuzi wa mahali pa utunzaji (POCT).) mawakala wa kuambukiza nje ya hospitali na maabara.Ikilinganishwa na uchunguzi wa kitamaduni unaotumia wakati, teknolojia ya microfluidic inatoa uokoaji wa sampuli na gharama kwa uchunguzi wa molekuli wakati wa milipuko ya magonjwa.Kuenea ulimwenguni kwa ugonjwa wa coronavirus 2019 (COVID-19) husababishwa na ugonjwa mbaya wa kupumua kwa papo hapo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), kwa hivyo umuhimu wa microfluidics kwa kuzuia na kudhibiti kwa wakati janga unasisitizwa tena [11, 12 , 13].Tofauti na uchunguzi wa kitamaduni, POCT ya microfluidic hutumia vifaa vidogo vinavyobebeka kuanzia vichanganuzi vya benchi hadi vipande vidogo vya majaribio vya kando ili kujaribu karibu na sehemu ya sampuli [14].Majaribio haya yana utayarishaji rahisi au usio na sampuli, ukuzaji wa haraka wa mawimbi na usomaji nyeti wa mawimbi unaosababisha muda mfupi na matokeo sahihi ndani ya dakika.Upatikanaji na uzalishaji kwa wingi wa zana za huduma za afya zenye msingi wa microfluidic umepanua maombi yao ya uchunguzi wa moja kwa moja ya gharama nafuu na ya moja kwa moja nje ya hospitali, karibu na mgonjwa, na hata nyumbani.
Miongoni mwa mikakati iliyopo ya kutambua magonjwa ya kuambukiza, uchunguzi wa molekuli ni mojawapo ya nyeti zaidi [15, 16].Kwa kuongezea, uchunguzi wa molekuli mara nyingi hutumiwa kama kiwango cha dhahabu cha ugunduzi unaoendelea wa COVID-19, ikiruhusu ugunduzi wa moja kwa moja wa maeneo mahususi ya virusi vya RNA au DNA kabla ya kuanza kwa mwitikio wa kinga [17, 18].Katika mapitio ya sasa, tunawasilisha maendeleo ya hivi karibuni katika michakato ya uchunguzi wa molekuli ya microfluidics kwa magonjwa ya kuambukiza, kutoka kwa mtazamo wa kitaaluma hadi mitazamo ya baadaye ya viwanda (Mchoro 1).Tutaanza na hatua tatu muhimu katika ugunduzi wa asidi ya nukleiki: utayarishaji wa awali wa sampuli kwenye chip, ukuzaji wa asidi ya nukleiki na usomaji wa mawimbi.Kisha tulilinganisha aina tofauti za majukwaa ya microfluidic na muundo na kazi zao, kuonyesha sifa za kipekee (nguvu na udhaifu).Ugunduzi wa asidi ya nyuklia dijitali unajadiliwa zaidi na kutolewa kama mfano wa teknolojia ya kizazi cha tatu kwa uhakiki kamili wa molekuli za pathojeni zinazoambukiza.Kwa kuongezea, vifaa kadhaa vya kawaida na vya hivi karibuni vya kibiashara vya POCT vitawasilishwa ili kuonyesha hali ya sasa ya soko la microfluidic POCT kwa uchunguzi wa Masi.Pia tutajadili na kueleza maono yetu ya maombi yajayo.
Moduli za chip za microfluidic za utambuzi wa asidi ya nukleiki zinaweza kugawanywa katika kategoria tatu (sampuli, utambuzi, na uashiriaji) kulingana na kazi zao [19].Miongoni mwa moduli hizi, moduli ya sampuli inatambua hasa sampuli ya lysis na uchimbaji wa asidi ya nucleic.Moduli ya sensor inadhibiti hasa ubadilishaji na ukuzaji wa ishara za asidi ya nucleic.Moduli ya kuashiria hutambua ishara iliyobadilishwa na kuchakatwa na moduli ya kuhisi.Kulingana na mchakato wa kugundua asidi ya nucleic kwenye chip, tutafanya muhtasari wa chips mbalimbali ambazo zinaweza kutambua kazi ya "pembejeo na pato".
Hatua ya kwanza katika ugunduzi wa asidi ya nukleiki ni uchimbaji wa asidi ya nukleiki, yaani, kutenga asidi ya nukleiki lengwa kutoka kwa sampuli asili.Uchimbaji wa asidi ya nyuklia hufanywa ili kutakasa asidi nucleic kutoka kwa uchafu mwingine wa molekuli, kuhakikisha uadilifu wa muundo wa msingi wa molekuli za asidi ya nucleic, na kuboresha matokeo.Uchimbaji wa asidi ya nyuklia unahitaji sampuli muhimu ya lysis na kukamata asidi ya nucleic, ubora na ufanisi ambao una athari kubwa katika matokeo ya utafiti na uchunguzi.Madhara yoyote ya hila wakati wa uchimbaji yanaweza kuzuia ugunduzi zaidi.Kwa mfano, mbinu za mnyororo wa polimerasi (PCR) na mbinu za ukuzaji wa isothermal ya kitanzi (LAMP) zimezuiwa na baadhi ya vimumunyisho vya kikaboni kama vile ethanol na isopropanoli katika vitendanishi vya kutenganisha asidi ya nukleiki [20].Uchimbaji wa kioevu-kioevu na uchimbaji wa awamu dhabiti ndizo njia maarufu zaidi za kutenga asidi-nyuklia [21], hata hivyo, uchimbaji wa kioevu-kioevu kwenye chip ni mdogo sana, kwa kuwa vitendanishi vinavyotumiwa katika uchimbaji wa kioevu-kioevu husababisha ulikaji wa chips nyingi za microfluidic. .Hapa, tunaangazia njia za uchimbaji wa awamu dhabiti zenye msingi wa safu ndogo na kulinganisha faida na hasara zao.
Silicon ni nyenzo ya substrate inayoendana na asidi nucleic kutokana na utangamano wake, uthabiti, na urahisi wa kurekebishwa [22].Muhimu zaidi, inaporekebishwa na silika au nyenzo nyingine, mchanganyiko huu huonyesha sifa za kunyonya asidi nucleiki zilizo na chaji hasi chini ya pH ya chini, hali ya chumvi nyingi huku ikitoweka kwa pH ya juu, suluhu za chumvi kidogo.Kulingana na jambo hili, inawezekana kutakasa asidi ya nucleic.
Aina mbalimbali za nyenzo zenye msingi wa silika zimetumika kwa uchimbaji wa asidi ya nucleic katika microfluidics, kama vile shanga za silika, poda, vichungi vya microfiber, na utando wa silika [23, 24, 25, 26].Kulingana na mali ya nyenzo, vifaa vya msingi vya silicon vinaweza kutumika katika microcircuits kwa njia tofauti.Kwa mfano, chembechembe za silika, poda, na nanofilters za kibiashara zinaweza tu kuwekwa kwenye vinyweleo au njia ndogo za chips za microfluidic na kusaidia kutoa asidi nucleic kutoka kwa sampuli [27, 28, 29].Utando wa silika uliobadilishwa uso pia unaweza kutumika kusafisha kwa haraka DNA kutoka kwa vimelea vya magonjwa kwa gharama ya chini.Kwa mfano, Wang et al.[30] Kwa kuchanganya athari za ukuzaji wa denaturing na ubadilishanaji wa mnyororo wa upatanishi wa vesicle na utando wa silika uliofunikwa na oligosaccharides ya chitosan, mfumo wa kubebeka unaoweza kutumiwa mwingi ulianzishwa ambao uligundua kwa ufanisi vitengo 102-108 vya kuunda koloni.(CFU)/ml Vibrio parahaemolyticus., na uwepo wa virusi ulionekana kwa urahisi.Powell na wenzake.[31] Mipangilio midogo yenye msingi wa silicon ilitumiwa kugundua virusi vya hepatitis C (HCV), virusi vya upungufu wa kinga ya binadamu (VVU), virusi vya Zika, na papillomavirus ya binadamu na uenezi wa kiotomatiki, ambapo 1.3 μl kisababishi chenye mateso kilitengenezwa ili kunasa virusi vya RNA.na fanya ukuzaji wa situ.Mbali na njia hizi, safu ndogo za silika zilizobadilishwa uso pia zina jukumu muhimu katika uchimbaji wa asidi ya nukleiki, kwani jiometri na sifa za nyenzo za kurekebisha huongeza ufanisi wa uchimbaji.Chen na wengine.[32] ilipendekeza jukwaa la microfluidic la kutenganisha RNA ya mkazo wa chini kulingana na safu ndogo za silicon zilizopakwa amino.Kifaa hiki chenye maikrofoni huunganisha safu ndogo ya 0.25 cm2 kwenye substrate ya silikoni ili kufikia ufanisi wa juu wa uchimbaji kupitia muundo wa uwiano wa uso wa juu hadi wa ujazo.Faida ya muundo huu ni kwamba kifaa cha microfluidic kinaweza kufikia ufanisi wa uchimbaji wa asidi ya nucleic hadi 95%.Mikakati hii ya msingi wa silicon inaonyesha thamani ya kutenga kwa haraka asidi ya nucleic kwa gharama ya chini.Pamoja na chips za microfluidic, mikakati ya uchimbaji wa silicon haiwezi tu kuongeza ufanisi wa kutambua asidi ya nucleic, lakini pia kuwezesha miniaturization na ushirikiano wa vifaa vya uchambuzi [20].
Njia za kutenganisha sumaku hutumia chembe za sumaku kutenga asidi ya nukleiki mbele ya uwanja wa sumaku wa nje.Chembe za sumaku zinazotumiwa kwa kawaida ni pamoja na Fe3O4 au γ-Fe2O3 chembe za sumaku zilizopakwa silika, amino na kaboksili [33,34,35,36].Kipengele tofauti cha chembe za sumaku ikilinganishwa na mbinu za SPE za silicon ni urahisi wa kudanganywa na kudhibiti na sumaku za nje.
Kwa kutumia mwingiliano wa kielektroniki kati ya asidi nucleic na silika, chini ya hali ya chumvi nyingi na pH ya chini, asidi ya nucleic huwekwa kwenye uso wa chembe za sumaku zilizofunikwa na silika, wakati chini ya hali ya chumvi kidogo na pH ya juu, molekuli zinaweza kuoshwa. tena..Shanga za sumaku zilizopakwa silika hufanya iwezekane kutoa DNA kutoka kwa sampuli za kiasi kikubwa (400 μL) kwa kutumia mwendo unaodhibitiwa kwa sumaku [37].Kama maandamano, Rodriguez-Mateos et al.[38] ilitumia sumaku zinazoweza kusomeka kudhibiti uhamishaji wa shanga za sumaku hadi vyumba tofauti.Kulingana na chembe za sumaku zilizopakwa silika, nakala 470/mL za SARS-CoV-2 genomic RNA zinaweza kutolewa kutoka kwa sampuli za maji machafu kwa ajili ya kugundua unukuzi wa nyuma wa LAMP (RT-LAMP) na majibu yanaweza kusomwa ndani ya saa 1.jicho uchi (Mchoro 2a).
Vifaa kulingana na vifaa vya magnetic na porous.Mchoro dhahania wa kifaa kidogo cha IFAST RT-LAMP cha ugunduzi wa SARS-CoV-2 RNA (kilichonakiliwa kutoka [38]).b Kifaa kidogo cha Centrifugal cha dSPE cha asidi ya nukleiki ya usufi ya buccal (imechukuliwa kutoka [39]).c Kontakta ya sampuli inayojiendesha yenyewe kwa kutumia kadi ya FTA® (iliyochukuliwa kutoka [50]).d Fusion 5 chujio karatasi iliyorekebishwa kwa chitosan (ilichukuliwa kutoka [51]).SARS-CoV-2 ugonjwa kali wa kupumua kwa papo hapo coronavirus 2, kitanzi cha unukuzi cha nyuma cha RT-LAMP kilichopatanishwa na ukuzaji wa isothermal, washirika wa teknolojia ya vipataji vya FTA, asidi ya nukleiki ya NA.
Chembe za sumaku zenye chaji chanya ni bora kwa kuambatisha uti wa mgongo wa fosfeti wa asidi nucleic.Katika mkusanyiko fulani wa chumvi, vikundi vya phosphate vya kushtakiwa vibaya vya asidi ya nucleic vinaweza kushtakiwa vyema juu ya uso wa chembe za mchanganyiko wa magnetic.Kwa hivyo, nanoparticles za sumaku zilizo na uso mbaya na msongamano mkubwa wa vikundi vya amino zilitengenezwa kwa uchimbaji wa asidi ya nucleic.Baada ya kutenganishwa kwa sumaku na kuzuia, chembechembe za sumaku na chembechembe za DNA zinaweza kutumika moja kwa moja katika PCR, ambayo huondoa hitaji la utakaso tata na unaotumia wakati na shughuli za elution [35].Nanoparticles za sumaku zilizopakwa na vikundi hasi vya kaboksili pia zimetumika kutenganisha asidi ya nukleiki iliyotangazwa kwenye nyuso katika mkusanyiko wa juu wa poliethilini glikoli na miyeyusho ya kloridi ya sodiamu [36].Kwa shanga hizi za sumaku zilizobadilishwa uso, uchimbaji wa DNA unaendana na ukuzaji unaofuata.Dignan na wengine.[39] alielezea jukwaa la kiotomatiki na linalobebeka la centrifugal microfluidic kwa matibabu ya awali ya asidi ya nukleiki, kuruhusu wafanyikazi wasio wa kiufundi kuitumia kwenye tovuti.Kwa kuongeza, utangamano wa DNA iliyotengwa na LAMP, njia inayofaa kwa uchambuzi wa asidi ya nucleic ya uhakika, inaonyesha zaidi mahitaji madogo ya vifaa na kufaa kwa vipimo vya rangi (Mchoro 2b).
Mbinu za ushanga wa sumaku hutoa uwezekano wa uchimbaji wa kiotomatiki, ambao baadhi yake hupatikana katika vichimbaji vya asidi ya nukleiki otomatiki vya kibiashara [KingFisher;ThermoFisher (Waltham, MA, USA), QIAcube® HT;CapitalBio (Beijing, China) na Biomek®;Beckman (Miami, Marekani).), Florida, Marekani)].Faida za kuchanganya shanga za sumaku na microfluidics zinaweza kutumika kwa uchimbaji bora wa kiotomatiki wa asidi ya nucleic, ambayo inaweza kuendeleza maendeleo ya uchunguzi wa molekuli;hata hivyo, mchanganyiko wa shanga za sumaku na microfluidics bado hutegemea sana mifumo changamano ya udhibiti kwa upotoshaji sahihi wa shanga za sumaku, ambayo inaelezea umaarufu wa bidhaa za kibiashara kuwa nyingi na za gharama kubwa, ambayo inazuia matumizi zaidi ya shanga za sumaku katika POCT.
Nyenzo kadhaa za vinyweleo kama vile vichungi vya nitrocellulose vilivyorekebishwa, kadi za Finders Technology Associates (FTA), karatasi za chujio zenye msingi wa polyethersulfone, na vifaa vilivyopakwa glycan pia vimetumika kugundua asidi ya nukleiki [40, 41, 42, 43, 44].Nyenzo zenye nyuzinyuzi zenye vinyweleo kama vile karatasi yenye nyuzi zilitumiwa kwanza kutenganisha DNA kwa kushikanisha molekuli za DNA zenye nyuzi ndefu na nyuzi.Pores ndogo husababisha kizuizi kikubwa cha kimwili cha molekuli za DNA, ambayo inathiri vyema uchimbaji wa DNA.Kwa sababu ya saizi tofauti za pore za karatasi ya nyuzi, ufanisi wa uchimbaji hauwezi kukidhi mahitaji ya ukuzaji wa DNA [45, 46].Kadi ya FTA ni karatasi ya kichujio cha kibiashara inayotumika katika uwanja wa dawa za uchunguzi na hutumika sana katika maeneo mengine ya uchunguzi wa molekuli.Kupitia matumizi ya karatasi ya chujio cha selulosi iliyoingizwa na kemikali mbalimbali ili kulainisha utando wa seli kwenye sampuli, DNA iliyotolewa inalindwa kutokana na uharibifu kwa hadi miaka 2.Hivi majuzi, karatasi ya selulosi iliyotiwa mimba imetengenezwa kwa ajili ya kugundua vimelea mbalimbali vya magonjwa, ikiwa ni pamoja na SARS-CoV-2, leishmaniasis, na malaria [47,48,49].VVU katika plazima ya pekee huwekwa lysed moja kwa moja, na asidi ya nukleiki ya virusi hutajirishwa katika utando wa mtiririko wa FTA® uliojengwa ndani ya kontakta, ambayo inaruhusu utayarishaji bora wa asidi nucleic [50] (Mchoro 2c).Tatizo kuu la ugunduzi wa asidi ya nukleiki kwa kutumia kadi za FTA ni kwamba kemikali kama vile guanidine na isopropanoli huzuia athari za ukuzaji zinazofuata.Ili kutatua tatizo hili, tulitengeneza karatasi ya chujio iliyorekebishwa ya Fusion 5 ya chitosan, ambayo inachanganya faida za upatanishi wa molekuli za DNA na karatasi ya chujio cha nyuzi, na utangazaji wa kielektroniki wa DNA kwenye misombo iliyobadilishwa chitosan ili kufikia uchimbaji bora wa asidi ya nucleic. ..chujio nyuzi [51] (Kielelezo 2d).Vile vile, Zhu et al.[52] ilionyesha mbinu ya PCR iliyobadilishwa chitosan kulingana na mfumo wa in situ kapilari microfluidic kwa kutengwa kwa haraka na kugundua virusi vya Zika RNA.Asidi za nyuklia zinaweza kutangazwa/kufutwa kwa mchanganyiko wa lysate/PCR, mtawalia, kwa kuzingatia sifa ya kuwasha/kuzima ya chitosan.kuwasha na kuzima”, inayoitikia pH.
Kama ilivyoelezwa hapo juu, mikakati hii inachanganya faida za nyenzo mbalimbali za awamu imara na kuongeza ufanisi wa uchimbaji wa asidi ya nucleic katika microfluidics.Katika matumizi ya vitendo, matumizi ya nyenzo hizi kwa kiasi kikubwa ni ya kiuchumi, na matibabu sahihi ya uso au urekebishaji wa uso wa vifaa vya kawaida na vifaa hivi pia vinaweza kuhifadhi kazi zao.Kwa hiyo, inaaminika kuwa utekelezaji wa mikakati hii baada ya utafiti wa majaribio unaweza kupunguza gharama.
Jaribio la asidi ya nyuklia kwenye majukwaa ya microfluidic mara nyingi hutumia sampuli ndogo za ujazo (< 100 µl), kwa hivyo huhitaji upanuzi wa asidi ya nukleiki inayolengwa na uchunguzi mahususi kwa ajili ya kugeuzwa kuwa mawimbi ambayo ni rahisi kutambua mkondo wa chini (macho, umeme, na sumaku) [53, 54]. Jaribio la asidi ya nyuklia kwenye majukwaa ya microfluidic mara nyingi hutumia sampuli ndogo za ujazo (< 100 µl), kwa hivyo huhitaji upanuzi wa asidi ya nukleiki inayolengwa na uchunguzi mahususi kwa ajili ya kugeuzwa kuwa mawimbi ambayo ni rahisi kutambua mkondo wa chini (macho, umeme, na sumaku) [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]. Wakati wa kupima asidi nukleiki kwenye majukwaa ya microfluidic, sampuli ndogo za ujazo (<100 µL) hutumiwa mara nyingi, kwa hivyo upanuzi wa asidi ya nukleiki inayolengwa na uchunguzi maalum unahitajika ili kuigeuza kuwa mawimbi rahisi kwa utambuzi wa baadae (macho, umeme na sumaku) [53, 54].微流控 平台 上 的 核酸 通常 使用 小样本量 （（（（小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量）））. ].微流控 平台 上 的 核酸 使用 小样本量 （（（（（（（（小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量 小样本量）） ]. 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]]. Ugunduzi wa asidi nyukilia kwenye majukwaa ya microfluidic kawaida hutumia sampuli ndogo za ujazo (<100 μl), ambayo inahitaji upanuzi wa asidi ya nukleiki inayolengwa na uchunguzi maalum ili kuzigeuza kuwa ishara za utambuzi wa baadaye (macho, umeme, na sumaku) [53, 54]] .Ukuzaji wa asidi ya nyuklia katika microfluidics pia unaweza kuongeza kasi ya athari, kuongeza mipaka ya ugunduzi, kupunguza mahitaji ya sampuli, na kuboresha usahihi wa ugunduzi [55, 56].Katika miaka ya hivi karibuni, pamoja na utambuzi wa ugunduzi wa haraka na sahihi, mbinu mbalimbali za ukuzaji wa asidi nukleiki zimetumika katika microfluidics, ikiwa ni pamoja na PCR na baadhi ya athari za ukuzaji wa isothermal.Sehemu hii itafanya muhtasari wa mbinu za utambuzi wa asidi ya nukleiki kulingana na mifumo ya microfluidic.
PCR ni uigaji wa mchakato wa urudufishaji wa DNA wa kiumbe, nadharia ambayo imeelezwa kwa undani mahali pengine na haitajadiliwa hapa.PCR inaweza kukuza kiwango kidogo sana cha DNA/RNA inayolengwa kwa kasi kubwa, hivyo kufanya PCR kuwa zana yenye nguvu ya utambuzi wa haraka wa asidi nukleiki.Katika miongo ya hivi majuzi, vifaa vingi vya kubebeka vya microfluidic vilivyo na mifumo ya baiskeli ya joto ya PCR vimetengenezwa ili kukidhi mahitaji ya uchunguzi wa uhakika [57, 58].PCR ya On-chip inaweza kugawanywa katika aina nne (mtiririko wa kawaida, unaoendelea, uliobadilishwa anga, na PCR inayobadilika) kulingana na mbinu tofauti za kudhibiti halijoto [59].Kwa mfano, Gee et al.[60] ilibuni mbinu ya kiidadi cha unukuzi wa moja kwa moja ya PCR (RT-qPCR) kwenye jukwaa lao la microfluidic kwa ajili ya utambuzi wa multiplex wa SARS-CoV-2, virusi vya mafua A na B katika sampuli za usufi wa koo (Kielelezo 3a) .Park et al.[61] iliunda chipu rahisi ya uchanganuzi wa pathojeni kwa kuunganisha filamu nyembamba ya PCR, elektrodi, na moduli ya microfluidic inayoendeshwa na vidole vya polydimethylsiloxane.Walakini, kazi zote mbili zinajumuisha mapungufu ya kawaida ya PCR ya kawaida.PCR inahitaji uendeshaji wa baiskeli ya joto, ambayo inazuia uboreshaji mdogo wa kifaa na kupunguza muda wa majaribio.
Ukuzaji wa utiririshaji unaoendelea kulingana na microfluidic na PCR inayobadilisha nafasi ni muhimu ili kushughulikia suala hili.Kwa kutumia chaneli ndefu ya nyoka au chaneli fupi iliyonyooka, mtiririko wa PCR unaoendelea unaweza kutoa ukuzaji wa haraka kwa vitendanishi vinavyozunguka kikamilifu katika kanda tatu za joto na pampu ya mbali.Uendeshaji huu kwa mafanikio huepuka awamu ya mpito kati ya halijoto tofauti za athari na hivyo kupunguza kwa kiasi kikubwa muda wa majaribio [62] (Mchoro 3b).Katika utafiti mwingine wa Jung et al.[63] alipendekeza kichanganuzi kipya cha kijenetiki cha mzunguko wa PCR ambacho huchanganya sifa za kudumu na mtiririko wa PCR kwa unukuzi wa PCR wa kasi zaidi na wa kuzidisha (Kielelezo 3c).Kwa upanuzi wa asidi ya nukleiki, microchip ya PCR itazungushwa kupitia vitalu vitatu vya kupasha joto kwa viwango tofauti vya joto: 1. Kizuizi cha utengano 94°C, 2. Kizuizi cha kupachika saa 58°C, 3. Kizuizi cha upanuzi saa 72°C.
Matumizi ya PCR katika microfluidics.Uwakilishi wa kiratibu wa dirRT-qPCR kwenye jukwaa la microfluidic (iliyochukuliwa kutoka [60]).b Uwakilishi wa kimkakati wa safu ndogo ya mtiririko wa PCR kulingana na chaneli ya nyoka (iliyochukuliwa kutoka [62]).c Uwakilishi wa kimkakati wa kichanganuzi cha kijenetiki cha PCR kinachozunguka, kinachojumuisha microchip, vitalu vitatu vya kupokanzwa na motor stepper (iliyochukuliwa kutoka [63]).d Mchoro wa thermoconvection PCR na uwekaji katikati na usanidi (uliochukuliwa kutoka [64]).DirRT-qPCR, mwitikio wa mnyororo wa unukuzi wa moja kwa moja wa kiasi cha nyuma wa polimasi
Kwa kutumia kapilari na vitanzi au hata sahani nyembamba, convection PCR inaweza kuongeza kasi ya asidi nucleiki kwa convection asilia ya bure ya mafuta bila hitaji la pampu ya nje.Kwa mfano, jukwaa la cyclic olefin polima la microfluidic liliundwa kwa hatua ya kupokeza iliyobuniwa ambayo hutumia baiskeli ya joto na uwekaji katikati kwenye chaneli ndogo ya kitanzi cha PCR [64] (Mchoro 3d).Suluhisho la mmenyuko linaendeshwa na convection ya joto, ambayo hubadilishana mara kwa mara joto la juu na la chini katika microchannel yenye muundo wa annular.Mchakato mzima wa ukuzaji unaweza kukamilika kwa dakika 10 na kikomo cha kugundua cha 70.5 pg/channel.
Kama inavyotarajiwa, PCR ya haraka ni chombo chenye nguvu cha mifumo iliyounganishwa kikamilifu ya uchunguzi wa sampuli-mwitiko wa molekuli na uchanganuzi wa wingi.PCR ya haraka hupunguza kwa kiasi kikubwa muda unaohitajika kugundua SARS-CoV-2, ambayo inachangia udhibiti mzuri wa janga la COVID-19.
PCR inahitaji kizunguka cha joto ambacho hakifai kwa POCT.Hivi karibuni zaidi, mbinu za amplification za isothermal zimetumika kwa microfluidics, ikiwa ni pamoja na lakini sio mdogo kwa LAMP, recombinase amplification ya polymerase (RPA), na amplification kulingana na mlolongo wa asidi ya nucleic [65,66,67,68].Kwa mbinu hizi, asidi ya nucleic huimarishwa kwa joto la mara kwa mara, na kuwezesha kuundwa kwa vifaa vya POCT vya gharama nafuu, nyeti sana kwa ajili ya uchunguzi wa molekuli.
Vipimo vya LAMP vilivyo na kiwango cha juu cha microfluidics huruhusu kugundua magonjwa mengi ya kuambukiza [42, 69, 70, 71].Kwa kuchanganya na mfumo wa centrifugal microfluidic, LAMP inaweza kuwezesha zaidi automatisering ya kugundua asidi ya nucleic [69, 72, 73, 74, 75].SlipChip ya spin-and-react ilitengenezwa kwa utambuzi wa kuona wa bakteria nyingi sambamba kwa kutumia LAMP [76] (Mchoro 4a).Wakati wa kutumia LAMP iliyoboreshwa katika jaribio, uwiano wa ishara-kwa-kelele wa fluorescence ulikuwa takriban mara 5, na kikomo cha kugundua kilifikia nakala 7.2 / μl za DNA ya genomic. Zaidi ya hayo, kuwepo kwa vimelea vitano vya kawaida vya bakteria ya usagaji chakula, ikiwa ni pamoja na Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis na Vibrio parahaemolyticus, vilionyeshwa kulingana na mbinu katika chini ya dakika 60. Zaidi ya hayo, kuwepo kwa vimelea vitano vya kawaida vya bakteria ya usagaji chakula, ikiwa ni pamoja na Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis na Vibrio parahaemolyticus, vilionyeshwa kulingana na mbinu katika chini ya dakika 60.Zaidi ya hayo, kuwepo kwa vimelea vitano vya kawaida vya bakteria kwenye njia ya utumbo, ikiwa ni pamoja na Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvialis na Vibrio parahaemolyticus, kulionekana kwa kutumia njia hii katika muda wa chini ya dakika 60.此外 ， 基于 该 在 <60 分钟 内 可 视化 五 种 常见 细菌病 原体 的 存在 存在 存在 包括 蜡状 芽孢杆菌 、 肠杆菌 、 肠 氏 菌此外 ， 基于 该 在 <60 分钟 内 视化 了 种 常见 消化道 的 存在 存在 包括 包括 芽孢杆菌 、 大 肠杆菌 、 氏 菌 、 和 副溶血弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 弧菌 HIPKwa kuongezea, uwepo wa vimelea vitano vya kawaida vya utumbo wa bakteria, ikiwa ni pamoja na Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio fluvius, na Vibrio parahaemolyticus, ulionekana kwa kutumia njia hii chini ya dakika 60.
Faida za LAMP katika microfluidics ni pamoja na, kati ya zingine, majibu ya haraka na ugunduzi mdogo.Hata hivyo, kutokana na joto la mmenyuko (karibu 70 ° C), erosoli huzalishwa kwa lazima wakati wa LAMP, na kusababisha kiwango cha juu cha chanya cha uongo.Umaalumu wa upimaji, muundo wa msingi, na udhibiti wa halijoto pia unahitaji kuboreshwa kwa ajili ya LAMP.Kwa kuongeza, miundo ya chip inayotekeleza utambuzi wa shabaha nyingi kwenye chip moja ni ya thamani kubwa na inapaswa kuendelezwa.Kwa kuongeza, LAMP inafaa kwa ajili ya kugundua madhumuni mbalimbali kuunganishwa katika chip moja, ambayo ni ya umuhimu mkubwa, lakini bado kuna nafasi nyingi za maendeleo.
Kiwango cha juu cha chanya cha uwongo cha LAMP kinaweza kupunguzwa kwa kiasi kwa kutumia RPA, kwani halijoto ya chini ya mmenyuko (~37 °C) husababisha matatizo machache ya uvukizi [77].Katika mfumo wa RPA, vianzio viwili vilivyo kinyume huanzisha usanisi wa DNA kwa kumfunga kwa recombinase na ukuzaji unaweza kukamilika ndani ya dakika 10 [78,79,80,81].Kwa hiyo, mchakato mzima wa RPA ni kasi zaidi kuliko PCR au LAMP.Katika miaka ya hivi karibuni, teknolojia ya microfluidic imeonyeshwa kuboresha zaidi kasi na usahihi wa RPA [82,83,84].Kwa mfano, Liu et al.[85] ilitengeneza jaribio la ukuzaji wa polimerasi ya utiririko mdogo wa kimakrofluidic iliyojumuishwa kwa upataji wa haraka na nyeti wa SARS-CoV-2 kwa kuunganisha unukuzi wa kinyume RPA (RT-RPA) na mfumo wa ugunduzi wa utepe wa mtihani wa mtiririko wa pande zote.katika mfumo mmoja wa microfluidic.Kielelezo 4b).Kikomo cha utambuzi ni nakala 1/µl au nakala 30/sampuli, na ugunduzi unaweza kukamilika baada ya kama dakika 30.Kong na wengine.wameunda kifaa cha microfluidic kinachoweza kuvaliwa.[86] alitumia halijoto ya mwili na mfumo wa kugundua fluorescence unaotegemea simu ya mkononi ili kutambua kwa haraka na moja kwa moja DNA ya HIV-1 kwa kutumia RPA (Mchoro 4c).Kipimo cha RPA kinachoweza kuvaliwa hutambua nakala 100/mL za mfuatano unaolengwa ndani ya dakika 24, na hivyo kuonyesha uwezekano mkubwa wa utambuzi wa haraka wa watoto wachanga walioambukizwa VVU-1 katika mipangilio isiyo na rasilimali.
Ukuzaji wa isothermal katika upimaji wa uhakika wa utunzaji (POCT).Ukuzaji na utengenezaji wa spin na majibu SlipChip.Baada ya kulehemu kwa plasma, chips za juu na za chini zilikusanywa pamoja na seti ya karanga ili kuunda chip ya mwisho (iliyochukuliwa kutoka [76]).b Utaratibu wa mfumo wa MI-IF-RPA wa utambuzi wa COVID-19 (uliorekebishwa kutoka [85]).c Mchoro wa kipimo cha RPA kinachoweza kuvaliwa kwa utambuzi wa haraka wa DNA ya VVU-1 (iliyochukuliwa kutoka [86]).SE Salmonella enterica, VF Vibrio fluvius, VP Vibrio parahaemolyticus, BC Bacillus cereus, EC Escherichia coli, FAM carboxyfluorescein, virusi vya ukimwi wa binadamu HIV, RPA recombinase amplification polymerase, LED light etting diode, MI-IF-IF-Imerali ya Microfluode ya Redio ya LED, MI-IF-IF-Imerasi ndogo ya MI-IF-IDA Influode. Ukuzaji
RPA yenye msingi wa microfluidic inaendelea kwa kasi, hata hivyo, gharama ya utengenezaji wa chip na matumizi ya athari ni ya juu sana na lazima ipunguzwe ili kuongeza upatikanaji wa teknolojia hii.Kwa kuongeza, unyeti mkubwa wa RPA unaweza kuathiri amplification ya bidhaa zisizo maalum, hasa mbele ya uchafuzi.Vizuizi hivi vinaweza kuathiri utumiaji wa RPA katika mifumo ya microfluidic na kustahili uboreshaji zaidi.Vitangulizi vilivyoundwa vyema na uchunguzi wa shabaha mbalimbali pia vinahitajika ili kuboresha uwezekano wa mikakati ya microfluidic yenye msingi wa RPA katika POCT.
Cas13 na Cas12a zina uwezo wa kupasua asidi nucleiki nasibu na hivyo basi zinaweza kutengenezwa kama zana za utambuzi na uchunguzi.Cas13 na Cas12a huwashwa zinapofungwa ili kulenga DNA au RNA, mtawalia.Mara baada ya kuamilishwa, protini huanza kupasua asidi nucleiki nyingine zilizo karibu, baada ya hapo mwongozo wa RNA unaolenga asidi ya nukleiki maalum ya pathojeni inaweza kupasua vichunguzi vya umeme vilivyozimwa na kutoa umeme.Kulingana na nadharia hii, Kellner et al.[87] ilibuni mbinu inayotegemea Cas13 [Specific High-sensitivity Reporter Enzymatic UnLOCKING (SHERLOCK)], na Broughton et al.[88] ilibuni mbinu nyingine kulingana na Cas12a [CRISPR Trans Reporter inayolenga DNA endonuclease (DTECR)].
Katika miaka ya hivi karibuni, mbinu mbalimbali za kugundua asidi ya nucleic kulingana na CRISPR zimeonekana [89, 90].Mbinu za kawaida za msingi wa CRISPR mara nyingi hutumia muda na kazi kubwa kutokana na taratibu nyingi ikiwa ni pamoja na uchimbaji wa asidi ya nukleiki, ukuzaji na ugunduzi wa CRISPR.Mfiduo wa vimiminika kwa hewa unaweza kuongeza uwezekano wa matokeo chanya ya uwongo.Kwa kuzingatia hapo juu, mifumo inayotegemea CRISPR inahitaji uboreshaji.
Jukwaa la microfluidic linalodhibitiwa na nyumatiki ambalo linaweza kufanya uchanganuzi 24 sambamba limeundwa kwa ajili ya programu za utambuzi za CRISPR-Cas12a na CRISPR-Cas13a [91].Mfumo huo una kifaa cha kugundua umeme ambacho hupita upanuzi wa asidi ya nukleiki na kutambua kiotomatiki sampuli za DNA na RNA za femtomolar.Chen na wengine.[92] ukuzaji uliounganishwa wa recombinase na mfumo wa CRISPR-Cas12a katika microfluidi za katikati (Mchoro 5a).Kazi hii inashinda ugumu wa kuunganisha michakato hii miwili kwa sababu Cas12a inaweza kusaga DNA ya mjumbe na kuzuia mchakato wa ukuzaji.Kwa kuongeza, Chen et al.[92] pia ilihifadhi awali vitendanishi vya athari katika udhibiti wa microfluidic wa katikati ili kukamilisha mchakato mzima kiotomatiki.Katika kazi nyingine, Silva et al.[93] ilibuni mbinu ya uchunguzi bila ukuzaji wa CRISPR/Cas12a na simu mahiri ili kugundua SARS-CoV-2 (Mchoro 5b).Kipimo hiki, kinachojulikana kama mfumo usio na ukuzaji wa ukuzaji kwa msingi wa simu ya rununu, ni pamoja na kimeng'enya kinachotegemea CRISPR/Cas ambacho kinatokana na taswira ya simu mahiri ya mawimbi ya viputo vinavyotokana na katalasi katika chaneli ndogo za fluiidi.Ugunduzi nyeti wa chini ya nakala 50/µl za asidi nucleic bila ukuzaji wa awali, mchakato mzima kutoka kwa sindano ya sampuli hadi usomaji wa ishara huchukua dakika 71 pekee.
Njia za kugundua asidi ya nyuklia kulingana na CRISPR.Centrifugal POCT kwa uchunguzi jumuishi wa molekuli kulingana na CRISPR (imechukuliwa kutoka [92]).b Ukuzaji wa jaribio la CASCADE la uchanganuzi wa simu mahiri wa SARS-CoV-2 (uliorekebishwa kutoka [93]).RAA recombinase amplification, PAM karibu protospacer motif, CRISPR iliyounganishwa marudio fupi ya palindromic kwa vipindi vya kawaida, mfumo wa CASCADE bila ukuzaji wa simu ya mkononi na vimeng'enya vinavyotegemea CRISPR/CAS, 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride EDC
Kama hatua ya mwisho ya ugunduzi wa asidi ya nukleiki, ugunduzi wa mawimbi huakisi moja kwa moja matokeo ya uchunguzi na ni jambo muhimu katika uundaji wa POCT bora, nyeti na sahihi.Ishara zinaweza kusomwa kwa kutumia mbinu mbalimbali kama vile mbinu za umeme, kemikali, rangi na mbinu za sumaku.Katika sehemu hii, tunaelezea mantiki kwa kila mbinu na kulinganisha uchunguzi wa Masi ya magonjwa ya kuambukiza katika microfluidics.
Mikakati ya msingi wa Fluorescence hutumiwa sana kwa uchunguzi wa POCT wa magonjwa ya kuambukiza kutokana na faida zao za ajabu za unyeti bora, gharama ya chini, urahisi wa uendeshaji, na uchambuzi wa uhakika wa huduma [94, 95].Mikakati hii hutumia fluorophores zilizo na lebo kama vile rangi za fluorescent na nanomaterials ili kuunda mawimbi inayoweza kutambulika (uboreshaji wa fluorescence au kuzimwa).Ugunduzi huu unapendekeza kuwa mikakati inayotegemea umeme inaweza kugawanywa katika uwekaji lebo wa moja kwa moja wa fluorescent, kuwasha ishara, na ugunduzi wa kuzima kwa umeme [96].Ugunduzi wa lebo za umeme wa moja kwa moja hutumia lebo maalum za fluorescent kuweka lebo mahususi ambazo hutoa kiwango maalum cha fluorescence zinapofungwa kwa kuchagua kwa lengo.Kwa ugunduzi wa umeme kulingana na ishara, ubora wa mawimbi ya umeme unahusiana vyema na ukubwa wa riba.Uzito wa fluorescence hauwezekani kwa kukosekana kwa lengo na hugunduliwa wakati kiasi cha kutosha cha lengo kinapatikana.Kinyume chake, ukubwa wa umeme unaotambuliwa na fluorescence ya "kuzima kwa ishara" huwiana kinyume na kiasi cha lengo, mwanzoni hufikia thamani ya juu na hupungua polepole lengo linapopanuliwa.Kwa mfano, kwa kutumia utaratibu wa trans-cleavage unaotegemea lengo-Cas13a, Tian et al.[97] ilitengeneza mkakati wa utambuzi wa riwaya ili kugundua RNA ambazo hukwepa unukuzi wa kinyume moja kwa moja (Mchoro 6a).Baada ya kushikamana na RNA zinazolengwa za ziada, changamano cha CRISPR-Cas13-RNA kinaweza kuwashwa, na hivyo kusababisha utengano wa kimkakati na RNA za ripota zisizo maalum.Ripota aliye na lebo ya umeme [fluorophore (F)] hutazimwa na kizima (Q) kikiwa sawa na fluoresces kinapovunjwa na changamano kilichowashwa.
Faida ya ugunduzi wa elektroni ni kasi ya juu ya kugundua, uzalishaji rahisi, gharama ya chini, rahisi kubeba na udhibiti wa kiotomatiki.Ni njia yenye nguvu ya uchanganuzi kwa programu za POCT.Kulingana na transistors za athari ya shamba za graphene Gao et al.[98] ilitengeneza nanobiosensor kwa ajili ya utambuzi wa wingi wa antijeni za ugonjwa wa Lyme kutoka kwa bakteria ya Borrelia burgdorferi yenye kikomo cha utambuzi cha 2 pg/mL (Mchoro 6b).
Vipimo vya rangi vimetumika katika programu za POCT, kunufaika na faida za kubebeka, gharama ya chini, urahisi wa kutayarisha, na usomaji wa kuona.Ugunduzi wa rangi unaweza kutumia uoksidishaji wa nanomaterials za peroxidase au peroxidase-kama, ujumlishaji wa nanomaterials, na uongezaji wa rangi za kiashirio ili kubadilisha maelezo kuhusu kuwepo kwa asidi lengwa ya nukleiki kuwa mabadiliko ya rangi yanayoonekana [99, 100, 101].Hasa, nanoparticles za dhahabu hutumiwa sana katika ukuzaji wa mikakati ya rangi, na kwa sababu ya uwezo wao wa kushawishi mabadiliko ya haraka na muhimu ya rangi, kuna shauku inayoongezeka katika ukuzaji wa majukwaa ya rangi ya POCT kwa utambuzi wa magonjwa ya kuambukiza katika situ [102].Kwa kifaa kilichounganishwa cha centrifugal microfluidic [103], vimelea vya magonjwa vinavyotokana na chakula katika sampuli za maziwa yaliyochafuliwa vinaweza kutambuliwa kiotomatiki katika kiwango cha seli 10 za bakteria, na matokeo yanaweza kusomwa kwa kuonekana ndani ya dakika 65 (Mchoro 6c).
Mbinu za kutambua sumaku zinaweza kutambua kwa usahihi vichanganuzi kwa kutumia nyenzo za sumaku, na kumekuwa na shauku kubwa katika programu za POCT katika miongo ya hivi karibuni.Mbinu za kutambua sumaku zina manufaa fulani ya kipekee kama vile nyenzo za sumaku za gharama ya chini badala ya vipengee vya gharama kubwa vya macho.Hata hivyo, matumizi ya uga sumaku huboresha ugunduzi wa ufanisi na kupunguza muda wa maandalizi ya sampuli [104].Zaidi ya hayo, matokeo ya uchunguzi wa sumaku yanaonyesha umaalum wa juu, usikivu, na uwiano wa juu wa mawimbi hadi kelele kutokana na mawimbi duni ya usuli wa sumaku ya sampuli za kibayolojia [105].Sharma na wengine.iliunganisha makutano ya sumaku ya makutano kulingana na biosensor kwenye jukwaa la microchip inayobebeka.[106] kwa ajili ya kugundua vimelea vya maradhi kwa wingi (Kielelezo 6d).Sensorer za kibayolojia hugundua kwa uangalifu asidi ya nukleiki ya subnanomolar iliyotengwa na viini vya magonjwa.
Mbinu ya kawaida ya kutambua ishara.Dhana ya utambuzi wa hali ya juu wa Cas13a (ilichukuliwa kutoka [97]).b Graphene nanobiosensor FET pamoja na Lyme GroES scFv (imechukuliwa kutoka [98]).c Viashiria vya rangi kwa ajili ya kugundua vimelea vya magonjwa kwa wingi kwa njia ya chakula katika chip ya microfluidic ya katikati: Sampuli za 1 na 3 zenye vimelea vinavyolengwa, na sampuli za 2, 4 na 5 zisizo na vimelea lengwa (zilizochukuliwa kutoka [103]) .d Biosensor kulingana na makutano ya handaki ya sumaku, ikijumuisha jukwaa, amplifier ya kuzuia iliyojengewa ndani, kitengo cha kudhibiti, na usambazaji wa nishati ya uzalishaji/upataji wa mawimbi (imechukuliwa kutoka [106]).GFET Graphene FET, Escherichia coli, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, PC PC, PDMS Dimethicone, PMMA polymethyl methacrylate
Licha ya sifa bora za njia za kugundua hapo juu, bado zina hasara.Njia hizi zinalinganishwa (meza 1), ikijumuisha baadhi ya programu zilizo na maelezo (faida na hasara).
Pamoja na maendeleo ya microfluidics, mifumo ya microelectromechanical, nanoteknolojia na sayansi ya vifaa, matumizi ya chips microfluidic kwa ajili ya kugundua magonjwa ya kuambukiza inaendelea daima [55,96,107,108].Udanganyifu sahihi wa vifaa vya miniature na maji huchangia usahihi wa uchunguzi na ufanisi wa gharama.Kwa hiyo, kwa ajili ya maendeleo zaidi, jitihada zimefanywa ili kuboresha na kuboresha chips, na kusababisha chips mbalimbali za microfluidic na miundo na kazi tofauti.Hapa tunatoa kwa ufupi aina kadhaa za kawaida za majukwaa ya microfluidic na kulinganisha sifa zao (faida na hasara).Kwa kuongezea, mifano mingi iliyoorodheshwa hapa chini inalenga hasa katika kupambana na SARS-CoV-2.
LOCCs ndio mifumo changamano ya uchanganuzi changamani iliyozoeleka zaidi na utendakazi wake ni mdogo sana, umeunganishwa, otomatiki na kusawazishwa kutoka kwa sampuli ya sindano na utayarishaji, udhibiti wa mtiririko na ugunduzi wa kioevu [109, 110].Vimiminika hubadilishwa kwa njia ya jiometri iliyoundwa kwa uangalifu na mwingiliano wa athari nyingi za kimwili kama vile viwango vya shinikizo, hatua ya kapilari, mienendo ya kielektroniki, sehemu za sumaku na mawimbi ya akustisk [111].LOCC inaonyesha faida bora katika uchunguzi wa matokeo ya juu na ugunduzi mwingi, kwa kasi ya uchambuzi wa haraka, saizi ndogo ya sampuli, matumizi ya chini ya nishati, na usimamizi wa juu na ufanisi wa uendeshaji;hata hivyo, vifaa vya LOCC ni hafifu sana, na vinatengeneza, vifungashio, na vinaingiliana.Walakini, kuzidisha na kutumia tena kunakabiliwa na shida kubwa [96].Ikilinganishwa na majukwaa mengine, LOCC ina faida za kipekee katika suala la utofauti wa kiwango cha juu cha matumizi na upatanifu bora wa teknolojia, lakini hasara zake pia ni dhahiri, yaani uchangamano wa juu na kutorudiwa duni.Utegemezi wa pampu za nje, ambazo mara nyingi ni nyingi na za gharama kubwa, hupunguza zaidi matumizi yao katika POCT.
Wakati wa mlipuko wa COVID-19, LOCC ilipokea umakini mwingi.Wakati huo huo, kuna chips kadhaa mpya zinazochanganya teknolojia kadhaa.Kwa mfano, simu mahiri sasa zinatumika sana kama vifaa vinavyobebeka vya uchanganuzi na zina uwezo mkubwa wa kuunganishwa kwa LOCC.Sun et al.[21] alitengeneza chipu ya microfluidic ambayo inaruhusu kuzidisha mfuatano maalum wa asidi ya nukleiki ya vimelea vitano, ikijumuisha SARS-CoV-2, kwa kutumia LAMP na kuzichanganua kwa kutumia simu mahiri ndani ya saa 1 baada ya mwisho wa majibu.Kama mfano mwingine, Sundah et al.[112] iliunda swichi ya molekuli [ukuzaji wa kichocheo kwa swichi ya hali ya mpito ya molekuli (CATCH)] kwa utambuzi wa moja kwa moja na nyeti wa shabaha za SARS-CoV-2 RNA kwa kutumia simu mahiri. CATCH inaoana na LOCC inayobebeka na inafanikisha utendakazi wa hali ya juu (takriban nakala 8 za RNA/μl; < h 1 kwa joto la kawaida) [112]. CATCH inaoana na LOCC inayobebeka na inafanikisha utendakazi wa hali ya juu (takriban nakala 8 za RNA/μl; < h 1 kwa joto la kawaida) [112]. CATCH совместим с портативным LOCC na обеспечивает превосходную производительность (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 ч при компечи12]. CATCH inaoana na LOCC inayobebeka na hutoa upitishaji bora (takriban nakala 8 za RNA/µl; < h 1 kwa joto la kawaida) [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 na обладает превосходной производительностью (примерно 8 копий РНК/мкл; < 1 часа при комнат121 тем.) CATCH inaoana na LOCC zinazobebeka na ina utendakazi bora (takriban nakala 8 za RNA/µl; chini ya saa 1 kwenye halijoto ya kawaida) [112].Kwa kuongeza, vifaa vya LOCC vya uchunguzi wa molekuli pia hutumia nguvu fulani za uendeshaji kama vile utupu, kunyoosha na sehemu za umeme.Kang na wengine.[113] ilionyesha PCR ya wakati halisi, yenye kasi zaidi ya nanoplasma-on-a-chip kwa utambuzi wa haraka na wa kiasi wa COVID-19 katika nyanja hiyo kwa kutumia chipu ya PCR ya kioevu ya plasmonic ya utupu.Li et al.[114] baadaye ilitengeneza chipu ya microfluidic inayoendeshwa kwa kunyoosha ambayo iliwezesha utambuzi wa COVID-19.Jukwaa hutumia mfumo wa ukuzaji wa RT-LAMP ili kubaini ikiwa sampuli ni chanya au hasi kimaelezo.Baadaye, Ramachandran et al.[115] iliafiki viwango vinavyofaa vya uga wa kielektroniki kwa kutumia isotachophoresis (ITP), mbinu maalum ya kulenga ioni iliyotekelezwa katika microfluidics.Kwa ITP, RNA lengwa kutoka kwa sampuli mbichi za usufi wa nasopharyngeal zinaweza kusafishwa kiotomatiki.Kisha Ramachandran et al.[115] Kuchanganya utakaso huu wa ITP na LAMP iliyoboreshwa ya ITP na vipimo vya CRISPR viligundua SARS-CoV-2 katika usufi wa pua ya binadamu na vielelezo vya kimatibabu katika takriban dakika 35.Kwa kuongeza, mawazo mapya yanajitokeza daima.Jadhav na wengine.[116] ilipendekeza mpango wa uchunguzi kulingana na uchunguzi wa juu wa Raman ulioimarishwa pamoja na kifaa cha microfluidic kilicho na nanotube za kaboni iliyoelekezwa kiwima/fedha au nanotubes ndogo za elektrospun.Vichujio vidogo vilivyojengewa ndani vilivyo na utando vinaweza kutupwa.Kifaa hiki husafirisha virusi kutoka kwa vimiminika/miminiko mbalimbali ya mwili kama vile mate, nasopharynx na machozi.Kwa hivyo, titer ya virusi ni nyingi na virusi vinaweza kutambuliwa kwa usahihi na sahihi ya Raman.
LOAD ni jukwaa la microfluidic la katikati ambalo michakato yote inadhibitiwa na itifaki ya masafa ambayo huzungusha substrate yenye muundo mdogo [110].Kifaa cha LOAD kina sifa ya kutumia nguvu ya centrifugal kama nguvu muhimu ya kuendesha.Kimiminiko pia kinakabiliwa na kapilari, nguvu za Euler na Coriolis.Kwa kutumia kifaa cha centrifuge, uchambuzi unafanywa katika operesheni ya kioevu inayoendelea kutoka kwa radial ndani hadi nafasi ya nje, kuondoa hitaji la neli ya ziada ya nje, pampu, actuators, na vali zinazofanya kazi.Kwa kifupi, njia moja ya kudhibiti hurahisisha operesheni.Vikosi vinavyofanya kazi kwenye kioevu kwenye chaneli sawa ya microfluidic kwa umbali sawa kutoka kwa kituo cha mzigo ni sawa, ambayo inafanya uwezekano wa kurudia muundo wa kituo.Kwa hivyo, vifaa vya LOAD ni rahisi na vya kiuchumi zaidi kubuni na kutengeneza kuliko vifaa vya kawaida vya LOCC, wakati athari kwa kiasi kikubwa ni huru na sambamba;hata hivyo, kutokana na nguvu ya juu ya mitambo ya vifaa vya centrifugal, nyenzo za chip zilizopo ni mdogo na kiasi kidogo ni vigumu.kwa gari.Wakati huo huo, vifaa vingi vya LOAD vimeundwa kwa matumizi moja tu, ambayo ni ghali kwa ugunduzi wa kiwango kikubwa [96, 117, 118, 119].
Katika miongo ya hivi karibuni, LOAD, ambayo inachukuliwa kuwa mojawapo ya vifaa vya microfluidic vinavyoahidi zaidi, imepokea tahadhari kubwa kutoka kwa watafiti na watengenezaji.Kwa hivyo, LOAD imepata kukubalika kote na imetumika kwa uchunguzi wa molekuli ya vimelea vya kuambukiza [120, 121, 122, 123, 124], haswa wakati wa mlipuko wa COVID-19.Kwa mfano, mwishoni mwa 2020, Ji et al.[60] ilionyesha jaribio la moja kwa moja la RT-qPCR kwa utambuzi wa haraka na kiotomatiki sambamba wa SARS-CoV-2 na maambukizi ya mafua A na B katika vielelezo vya usufi wa koo.Kisha Xiong et al.[74] aliwasilisha jukwaa la microfluidic la discoid lililounganishwa la LAMP kwa ugunduzi wa haraka, sahihi, na kwa wakati mmoja wa virusi saba vya kupumua kwa binadamu, ikijumuisha SARS-CoV-2, ndani ya dakika 40.Mapema 2021, de Oliveira et al.[73] ilionyesha chip ya polystyrene toner centrifugal microfluidic, inayoendeshwa kwa mikono kwa kizunguzungu kwenye ncha ya vidole, kwa utambuzi wa molekuli ya RT-LAMP ya COVID-19.Baadaye, Dignan et al.[39] aliwasilisha kifaa kiotomatiki kinachobebeka cha centrifuge kwa ajili ya utakaso wa SARS-CoV-2 RNA moja kwa moja kutoka kwa sehemu za usufi.Medved et al.[53] ilipendekeza mfumo wa sampuli wa erosoli wa SARS-CoV-2 ulio na sauti ndogo inayozungusha chipu ya umeme ya fluorescent yenye kikomo cha utambuzi cha nakala 10/μL na kiwango cha chini cha mzunguko wa dakika 15.Suarez na wenzake.[75] hivi majuzi iliripoti uundwaji wa jukwaa jumuishi la moduli la centrifugal microfluidic kwa utambuzi wa moja kwa moja wa SARS-CoV-2 RNA katika sampuli za usufi za nasopharyngeal ambazo hazijaamilishwa kwa kutumia LAMP.Mifano hii inaonyesha manufaa na ahadi kubwa za LOAD katika uchunguzi wa molekuli ya COVID-19.
Mnamo mwaka wa 1945 Muller na Clegg [125] waliwasilisha kwa mara ya kwanza chaneli za microfluidic kwenye karatasi kwa kutumia karatasi ya chujio na mafuta ya taa.Mnamo 2007, kikundi cha Whitesides [126] kiliunda jukwaa la kwanza la kazi la karatasi kwa upimaji wa protini na glukosi.Karatasi imekuwa substrate bora kwa microfluidics.Karatasi ina sifa asili kama vile haidrophilicity na muundo wa vinyweleo, utangamano bora wa kibiolojia, uzani mwepesi, kunyumbulika, kukunjwa, gharama ya chini, urahisi wa kutumia na urahisi.µPAD za kawaida hujumuisha miundo haidrofili/haidrofobi iliyojengwa kwenye sehemu ndogo za karatasi.Kulingana na muundo wa pande tatu, μPAD zinaweza kugawanywa katika mbili-dimensional (2D) na tatu-dimensional (3D) μPADs.2D µPADs hutengenezwa kwa kutengeneza mipaka ya haidrofobu ili kuunda chaneli za microfluidic, wakati 3D µPADs kawaida hutengenezwa kutoka kwa safu za karatasi ndogo ya 2D, wakati mwingine kwa kukunja karatasi, mbinu za kuteleza, chaneli wazi, na uchapishaji wa 3D [96].Kimiminiko chenye maji au kibayolojia kwenye μPAD kimsingi hudhibitiwa kwa nguvu ya kapilari bila chanzo cha nguvu cha nje, kuwezesha uhifadhi wa awali wa vitendanishi, utunzaji wa sampuli na ugunduzi wa zidishi.Hata hivyo, udhibiti sahihi wa mtiririko na ugunduzi wa multiplex unatatizwa na kasi ya kutosha ya kutambua, unyeti, na utumiaji tena [96, 127, 128, 129, 130].
Kama jukwaa lisilo la kawaida la microfluidic, μPAD imekuzwa sana na kuendelezwa kwa uchunguzi wa molekuli ya magonjwa ya kuambukiza kama vile HCV, VVU, na SARS-CoV-2 [131, 132].Kwa ugunduzi maalum na nyeti wa HCV, Tengam et al.[133] ilitengeneza sensa mpya ya kibaolojia kulingana na karatasi ya umeme kwa kutumia uchunguzi mahususi wa asidi ya nukleiki kulingana na pyrrolidinyl peptidi.Asidi za nyuklia hazijasogezwa kwa ushirikiano kwenye karatasi ya selulosi iliyooksidishwa kwa kiasi kwa upunguzaji wa alkylation kati ya vikundi vya amino na vikundi vya aldehidi, na utambuzi unategemea fluorescence.Ishara hizi zinaweza kusomwa na kifaa maalum kilicho na kamera ya umeme inayobebeka pamoja na kamera ya simu ya rununu.Baadaye, Lu et al.[134] ilibuni elektrodi inayoweza kunyumbulika kulingana na karatasi kulingana na nikeli/nanoparticles za dhahabu/carbon nanotubes/polyvinyl alkoholi organometallic composites za utambuzi wa lengo la VVU kwa mseto wa DNA kwa kutumia methylene bluu kama kiashirio cha DNA redox.Hivi majuzi, Chowdury et al.[135] aliwasilisha muundo dhahania wa jukwaa la upimaji wa mahali pa utunzaji wa µPAD kwa kutumia mate mabichi ya mgonjwa pamoja na LAMP na teknolojia inayobebeka ya kupiga picha kwa ugunduzi wa uchanganuzi wa COVID-19.
Majaribio ya mtiririko wa baadaye huongoza viowevu kwa nguvu za kapilari na kudhibiti mwendo wa kiowevu kwa unyevunyevu na sifa za substrates zenye vinyweleo au zenye muundo mdogo.Vifaa vya utiririshaji wa upande vinajumuisha sampuli, unganisha, incubator na utambuzi, na pedi za kunyonya.Molekuli za asidi nukleiki katika LFA hutambua viunganishi mahususi ambavyo huhifadhiwa awali kwenye tovuti ya kuunganisha na kuunganishwa kama changamano.Wakati kioevu kinapita kwenye sahani za incubation na kugundua, complexes huchukuliwa na molekuli za kukamata ziko kwenye mistari ya mtihani na udhibiti, kuonyesha matokeo ambayo yanaweza kusomwa moja kwa moja kwa jicho la uchi.Kwa kawaida, LFA inaweza kukamilika kwa dakika 2-15, ambayo ni kasi zaidi kuliko ugunduzi wa jadi.Kutokana na utaratibu maalum, LFA inahitaji shughuli chache na hauhitaji vifaa vya ziada, ambayo inafanya kuwa rahisi sana kwa mtumiaji.Ni rahisi kutengeneza na miniaturize, na gharama ya substrates ya karatasi ni ya chini.Hata hivyo, hutumiwa tu kwa uchambuzi wa ubora, na kutambua kiasi ni vigumu sana, na uwezo wa kuzidisha na upitishaji ni mdogo sana, na asidi moja tu ya kutosha ya nucleic inaweza kugunduliwa kwa wakati mmoja [96,110,127].
Ingawa matumizi mengi ya LFA yanalenga uchunguzi wa kinga mwilini, utumiaji wa LFA kwa uchunguzi wa molekuli katika chips za microfluidic pia ni nzuri na maarufu [136].Katika kesi ya virusi vya hepatitis B, VVU na SARS-CoV-2 LFA Gong et al.[137] ilipendekeza mfumo wa ubadilishaji wa nanoparticle LFA wa juu na kuonyesha unyumbulifu wa jukwaa hili lililo na chembechembe ndogo na kubebeka kupitia ugunduzi nyeti na wa kiasi wa shabaha nyingi kama vile asidi ya nukleiki ya HBV.Kwa kuongeza, Fu et al.[138] ilionyesha riwaya ya LFA kulingana na uchunguzi wa juu wa Raman kwa uchanganuzi wa kiasi cha DNA ya VVU-1 katika viwango vya chini.Kwa utambuzi wa haraka na nyeti wa SARS-CoV-2, Liu et al.[85] ilitengeneza uchanganuzi wa mtiririko wa pembeni wa microfluidic-jumuishi wa RPA kwa kuchanganya RT-RPA na mfumo wa utambuzi wa mtiririko wa pande zote katika mfumo mmoja wa microfluidic.
Utumiaji wa majukwaa anuwai ya microfluidic hutofautiana kulingana na tafiti maalum, kuchukua faida kamili ya uwezo na faida za majukwaa.Ikiwa na vali, pampu na mifereji ya bei nafuu, LOCC ndilo jukwaa pana zaidi la utofauti wa maombi na ushirikiano na chumba kikubwa zaidi cha maendeleo.Kwa hivyo, tunatumai na kupendekeza kwamba tafiti mpya zaidi zifanywe katika LOCC kama jaribio la kwanza na kwamba masharti yataboreshwa.Aidha, mbinu bora zaidi na sahihi zinatarajiwa kugunduliwa na kutumika katika mfumo.LOAD ina ubora katika udhibiti sahihi wa vimiminika kutoka kwa vifaa vilivyopo vya LOCC na huonyesha manufaa ya kipekee katika hifadhi moja kwa nguvu ya katikati bila hitaji la viendeshi vya nje, huku majibu sambamba yanaweza kutenganishwa na kusawazishwa.Kwa hivyo, katika siku zijazo, LOAD itakuwa jukwaa kuu la microfluidic na uendeshaji mdogo wa mwongozo na teknolojia za kukomaa zaidi na otomatiki.Mfumo wa µPAD unachanganya manufaa ya LOCC na nyenzo za karatasi kwa gharama nafuu, uchunguzi wa matumizi moja.Kwa hiyo, maendeleo ya baadaye yanapaswa kuzingatia teknolojia rahisi na imara.Kwa kuongeza, LFA inafaa kwa uchunguzi wa macho, na kuahidi kupunguza matumizi ya sampuli na kuharakisha utambuzi.Ulinganisho wa kina wa jukwaa unaonyeshwa kwenye Jedwali 2.
Uchanganuzi wa kidijitali hugawanya sampuli katika viini vingi, ambavyo kila moja ina idadi tofauti ya molekuli lengwa [139, 140].Vipimo vya kidijitali hutoa manufaa makubwa kwa kufanya hesabu kamili kwa kufanya maelfu ya majaribio sambamba ya kemikali ya kibayolojia kwa wakati mmoja na mmoja mmoja katika sehemu za mizani ya mikroni badala ya katika awamu inayoendelea.Ikilinganishwa na microfluidi za kitamaduni, athari za compartment zinaweza kupunguza kiasi cha sampuli, kuongeza ufanisi wa athari, na kuunganishwa kwa urahisi na njia zingine za uchanganuzi bila hitaji la chaneli, pampu, vali, na miundo thabiti [141, 142, 143, 144, 145, 146, 147] .Mbinu mbili zifuatazo hutumiwa katika uchanganuzi wa kidijitali ili kufikia mgawanyo sawa na sahihi wa suluhu, ikiwa ni pamoja na vitendanishi na sampuli kama vile seli, asidi nukleiki, na chembe au molekuli nyinginezo: (1) dondosha emulsion zinazotumia kukosekana kwa uthabiti wa kiolesura cha kioevu;(2) mgawanyiko wa safu unafanywa na vikwazo vya kijiometri vya kifaa.Katika njia ya kwanza, matone yaliyo na vitendanishi na sampuli katika chaneli ndogo zinaweza kuundwa kwa mbinu tulivu kama vile ushirikiano wa sasa, utiririshaji, uzingatiaji wa mtiririko, uigaji kwa hatua, uigaji wa microchannel, na utando kupitia nguvu za viscous shear na uigaji na mabadiliko ya chaneli.ujanibishaji [143, 145, 146, 148, 149] au kutumia mbinu amilifu [150, 151], ambayo huanzisha nishati ya ziada kupitia udhibiti wa umeme, sumaku, mafuta na mitambo.Katika mbinu ya mwisho, usawa bora wa kiasi cha maji katika vyumba vya microfluidic hushirikiwa kwa kuweka miundo ya anga ya ukubwa sawa, kama vile micropits na safu za uso [152,153,154].Hasa, matone ni sehemu kuu za mtiririko ambazo zinaweza pia kuzalishwa na kubadilishwa kwenye safu za elektrodi kulingana na microfluidi za dijiti (DMF).Uwekaji umeme wa dielectrics ni mojawapo ya nadharia zilizosomwa vyema zaidi za DMF, kwa kuwa uwekaji wa umeme wa dielectri huruhusu upotoshaji sahihi wa matone ya mtu binafsi, kudhibiti umbo la ishara za umeme za kioevu na asymmetric zinazopita pande tofauti [141, 144].Shughuli kuu zilizo na matone katika DMF ni pamoja na kupanga, kugawanyika, na kuunganisha [151, 155, 156], ambayo inaweza kutumika katika nyanja mbalimbali za uchambuzi, hasa katika kugundua molekuli [157, 158, 159].
Ugunduzi wa asidi ya nyuklia dijitali ni teknolojia ya uchunguzi wa molekuli ya kizazi cha tatu ifuatayo PCR ya kawaida na PCR ya muda halisi ya kiasi (qPCR), sambamba na mfuatano wa matokeo ya juu na biopsy ya kioevu.Katika miongo miwili iliyopita, asidi ya nyuklia ya dijiti imekua haraka katika uwanja wa uchunguzi wa molekuli ya vimelea vya kuambukiza [160, 161, 162].Ukadiriaji kamili wa ugunduzi wa asidi ya nyuklia ya dijiti huanza kwa kufunga sampuli na vitendanishi katika sehemu mahususi ili kuhakikisha kuwa kila mfuatano unaolengwa una uwezekano sawa wa kuingia katika kila sehemu ya mtu binafsi.Kinadharia, kila sehemu inaweza kugawiwa mifuatano lengwa nyingi, au kunaweza kusiwe na mfumo huru wa uchukuaji sauti.Kupitia njia mbalimbali za kutambua zilizofafanuliwa hapo juu, vyumba vilivyo na mpangilio wa lengo la vijiumbe vidogo vinavyotoa mawimbi juu ya kizingiti fulani vinaweza kuonekana kwa macho au kwa mashine na kuwekewa lebo kuwa chanya, huku sehemu nyingine zinazotoa mawimbi chini ya kizingiti zimeandikwa kama chanya. .hasi, ambayo hufanya ishara kwa kila sehemu kuwa boolean.Kwa hivyo, kwa kuhesabu idadi ya vyumba vilivyoundwa na kiwango cha matokeo chanya baada ya majibu, nakala asili za sampuli za jaribio zinaweza kulinganishwa kwa kutumia fomula ya usambazaji ya Poisson bila hitaji la curve ya kawaida, ambayo inahitajika kwa uchanganuzi wa kawaida wa kiasi kama hicho. kama qPCR.[163] Ikilinganishwa na mbinu za kitamaduni za uchunguzi wa molekuli, ugunduzi wa asidi ya nukleiki kidijitali una kiwango cha juu cha kujiendesha, kasi ya juu ya uchanganuzi na usikivu, vitendanishi vichache, uchafuzi mdogo, na muundo na utengenezaji rahisi zaidi.Kwa sababu hizi, matumizi ya majaribio ya dijiti, haswa njia za msingi, kwa utambuzi wa Masi, kuchanganya mbinu za ukuzaji na usomaji wa ishara, imesomwa vizuri wakati wa mlipuko muhimu wa SARS-CoV-2.Kwa mfano, Yin et al.[164] mbinu za kidijitali za kidijitali na za haraka za PCR kugundua jeni za ORF1ab, N, na RNase P katika SARS-CoV-2 katika chipu ndogo ya fluidic.Kwa hakika, mfumo uliweza kutambua ishara chanya ndani ya sekunde 115, ambayo ni kasi zaidi kuliko PCR ya kawaida, ikionyesha ufanisi wake katika kutambua hatua ya huduma (Mchoro 7a).Dong et al.[165], Panda et al.[157], Chen et al.[166] na Alteri et al.[167] pia ilitumia droplet digital PCR (ddPCR) kugundua SARS-CoV-2 katika mfumo wa microfluidic na matokeo ya kuvutia.Ili kuboresha zaidi kiwango cha ugunduzi, Shen et al.[168] ilipata upigaji picha wa chip kulingana na ddPCR kwa muda wa sekunde 15 bila kutumia mbinu za kuunganisha picha, kuharakisha mchakato wa teknolojia ya ddPCR kutoka kwa maabara hadi matumizi.Sio tu njia za ukuzaji wa mafuta kama vile PCR zinatumika, lakini pia njia za ukuzaji wa isothermal hutumiwa kurahisisha hali ya athari na majibu ya haraka.Lu et al.[71] ilitengeneza SlipChip kwa uchanganuzi wa matone, yenye uwezo wa kutoa matone ya ukubwa mbalimbali katika msongamano mkubwa katika hatua moja na kutathmini asidi nucleic ya SARS-CoV-2 kwa kutumia LAMP ya dijiti (Mchoro 7b).Kama teknolojia inayoendelea kwa kasi, CRISPR pia inaweza kuchukua jukumu muhimu katika ugunduzi wa asidi ya nyuklia ya dijiti kupitia upigaji picha wa rangi bila hitaji la madoa ya ziada ya asidi ya nuklei.Ackerman na wengine.ilitengeneza mmenyuko wa mchanganyiko wa matrix kwa tathmini ya wingi wa asidi ya nucleic.[158] iligundua virusi 169 vinavyohusishwa na binadamu, ikiwa ni pamoja na SARS-CoV-2, katika matone yaliyo na vitendanishi vya kutambua asidi ya nucleic kulingana na CRISPR-Cas13 katika upimaji wa microwell (Mchoro 7c).Kwa kuongeza, amplification ya isothermal na teknolojia ya CRISPR inaweza kutumika katika mfumo huo ili kuchanganya faida za wote wawili.Park et al.[169] Jaribio la kidijitali la CRISPR/Cas12a lilitengenezwa katika chipu ya kibiashara ya microfluidic kwa ajili ya kugundua SARS-CoV-2 iliyotolewa na kuuawa kwa joto kulingana na RT-RPA ya hatua moja yenye ugunduzi mfupi na wa juu zaidi wa mawimbi kwenda chinichini. uwiano wa wakati., anuwai pana ya nguvu na unyeti bora (Mchoro 7d).Baadhi ya maelezo ya mifano hii yametolewa katika Jedwali 3.
Jukwaa la kawaida la dijiti la utambuzi wa asidi ya nukleiki.a Mtiririko wa haraka wa kazi wa PCR wa dijiti una hatua nne muhimu: utayarishaji wa sampuli, usambazaji wa mchanganyiko wa athari, mchakato wa ukuzaji, na ujanibishaji lengwa (uliochukuliwa kutoka [164]).b Uchanganuzi wa kimkakati wa matone ya SlipChip kwa uundaji wa matone katika msongamano wa juu (imechukuliwa kutoka [71]).c CARMEN-Cas mchoro wa mtiririko wa kazi13 (umechukuliwa kutoka [158]).d Muhtasari wa ugunduzi wa juu wa virusi vya dijiti kwa kutumia CRISPR/Cas kwenye chungu kimoja (kilichonakiliwa kutoka [169]).W/O maji-ndani ya mafuta, polydimethylsiloxane PDMS, PCR polymerase chain reaction, DAQ data collection, PID sawia derivative, CARMEN combinatorial matrix reaction for multiplex nucleic acid tathmini, SARS-CoV-2, kali kali ya kupumua kwa papo hapo, coronavirus 2 , RT Ukuzaji wa reverse transcriptase recombinase polymerase-RPA, mawimbi ya S/B nyuma