Блог

Oct 19, 2023

Фильм

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4902 (2022) Цитировать эту статью

3463 Доступа

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Система «лаборатория на чипе» с возможностью тестирования на месте оказания медицинской помощи обеспечивает быстрый и точный диагностический потенциал и полезна в условиях ограниченных ресурсов, где биомедицинское оборудование и квалифицированные специалисты недоступны. Однако создание системы тестирования на месте оказания медицинской помощи, которая одновременно обладала бы всеми необходимыми функциями многофункционального дозирования, выпуска по требованию, надежной работы и возможности длительного хранения реагентов, по-прежнему остается серьезной проблемой. Здесь мы описываем технологию переключателя с пленочным рычагом, которая может манипулировать жидкостями в любом направлении, обеспечивать точную и пропорциональную реакцию срабатывания приложенного пневматического давления, а также сохранять надежность во время резких движений и вибраций. На основе этой технологии мы также описываем разработку системы полимеразной цепной реакции, которая объединяет введение реагентов, смешивание и функции реакции в одном процессе, что обеспечивает эффективность «образец в ответ» для всех клинических образцов из носа от 18 пациентов с Грипп и 18 отдельных контролей, в хорошем соответствии интенсивности флуоресценции со стандартной полимеразной цепной реакцией (коэффициенты Пирсона> 0,9). Предлагаемая платформа обещает надежную автоматизацию биомедицинского анализа и, таким образом, может ускорить коммерциализацию ряда устройств для тестирования в местах оказания медицинской помощи.

Новые заболевания человека, такие как пандемия COVID-19 в 2020 году, которая привела к гибели миллионов жизней, представляют собой серьезную угрозу глобальному здравоохранению и человеческой цивилизации1. Раннее, быстрое и точное выявление заболеваний имеет решающее значение для контроля распространения вируса и достижения улучшенных результатов лечения. Основные диагностические экосистемы, основанные на централизованных лабораториях, где образцы для тестирования отправляются в больницы или диагностические клиники и обслуживаются профессиональным персоналом, в настоящее время ограничивают доступ почти для 5,8 миллиардов человек во всем мире, особенно для тех, кто живет в странах с ограниченными ресурсами и не имеет дорогостоящего биомедицинского оборудования. и квалифицированные врачи2. Таким образом, крайне желательно разработать недорогую и удобную для пользователя систему «лаборатория на чипе» с возможностью тестирования на месте оказания медицинской помощи (POCT), которая предоставляет врачам своевременную диагностическую информацию для принятия обоснованных решений относительно диагностики и лечения3.

В рекомендациях Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) говорится, что идеальная ПОКТ должна быть доступной, удобной для пользователя (простой в использовании при минимальном обучении), точной (избегать ложноотрицательных или ложноположительных результатов), быстрой и надежной (обеспечивать хорошую воспроизводимость). и доставляемые (способные к долгосрочному хранению и легко получаемые конечными пользователями)4. Чтобы соответствовать этим требованиям, системы POCT должны предлагать следующие функции: многофункциональное дозирование для уменьшения ручного вмешательства, выпуск по требованию для пропорционального управления транспортировкой реагентов для получения точных результатов тестирования и надежную работу, чтобы противостоять вибрациям окружающей среды. Наиболее широко используемыми устройствами POCT в настоящее время являются полоски с боковым потоком5,6, состоящие из нескольких слоев пористых нитроцеллюлозных мембран, которые перемещают очень небольшие количества образца вперед, реагируя при этом на предварительно иммобилизованные реагенты посредством капиллярной силы. Несмотря на низкую стоимость, простоту использования и преимущества быстрых результатов, устройства POCT на основе полосок потока можно применять только для биологических анализов (например, определения уровня глюкозы7,8 и теста на беременность9,10), не требуя многоэтапных реакций. (например, загрузка нескольких реагентов, смешивание, мультиплексная реакция). Кроме того, движущая сила, контролирующая движение жидкости (т. е. капиллярная сила), не обеспечивает хорошей согласованности, особенно между различными партиями, что приводит к плохой воспроизводимости11 и делает полоски бокового потока полезными в основном для качественного обнаружения12,13.

Передовые возможности микро- и нанопроизводства создали возможности для разработки микрофлюидных устройств POCT для количественных измерений14,15,16,17. Настраивая межфазные свойства18,19 и геометрию каналов20,21,22, можно контролировать капиллярную силу и скорость потока в этих устройствах. Однако их надежность, особенно для сильно смачивающих жидкостей, по-прежнему неприемлема из-за неточности изготовления, несовершенства материалов и восприимчивости к вибрациям окружающей среды23. Более того, поскольку на границе раздела жидкость-воздух создается капиллярный поток, дополнительные потоки не могут быть введены, особенно после того, как микрофлюидные каналы заполнены жидкостью. В результате для достижения более сложного анализа необходимо выполнить несколько этапов введения образца24,25.