◎ მიკროგადამრთველები სითხის მრავალმხრივი, საიმედო მოთხოვნის შესაბამისად დამუშავებისთვის

გმადლობთ, რომ ეწვიეთ www.chinacdoe.com.ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული CSS მხარდაჭერა.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).იმავდროულად, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვიყვანთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.

Lab-on-a-chip სისტემები ადგილზე შესაძლებლობებით გვთავაზობენ სწრაფი და ზუსტი დიაგნოზის პოტენციალს და გამოსადეგია რესურსებით შეზღუდულ გარემოში, სადაც არ არის ხელმისაწვდომი ბიოსამედიცინო აღჭურვილობა და გაწვრთნილი პროფესიონალები.თუმცა, ზრუნვის წერტილის ტესტირების სისტემის შექმნა, რომელსაც ერთდროულად აქვს ყველა საჭირო მახასიათებელი მრავალფუნქციური გაცემისთვის, მოთხოვნით გამოშვებისთვის, საიმედო მუშაობისა და რეაგენტების გრძელვადიანი შენახვისთვის, რჩება მთავარ გამოწვევად.აქ ჩვენ აღვწერთ ბერკეტით მოქმედი მიკრო გადამრთველის ტექნოლოგიას, რომელსაც შეუძლია სითხეებით მანიპულირება ნებისმიერი მიმართულებით, უზრუნველყოს ზუსტი და პროპორციული პასუხი ჰაერის წნევაზე და რჩება სტაბილური უეცარი მოძრაობებისა და ვიბრაციების მიმართ.ტექნოლოგიაზე დაყრდნობით, ჩვენ ასევე აღვწერთ პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის სისტემის შემუშავებას, რომელიც აერთიანებს რეაგენტის შეყვანის, შერევისა და რეაქციის ფუნქციებს ერთ პროცესში, რაც ახორციელებს „ნიმუშის პასუხში“ შესრულებას 18 პაციენტის ცხვირის ყველა კლინიკური ნიმუშისთვის. გრიპი და 18 ინდივიდუალური კონტროლი, ფლუორესცენციის ინტენსივობის კარგ შესაბამისობაში სტანდარტულ პოლიმერაზულ ჯაჭვურ რეაქციასთან (Pearson კოეფიციენტები > 0.9).ტექნოლოგიაზე დაყრდნობით, ჩვენ ასევე აღვწერთ პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის სისტემის შემუშავებას, რომელიც აერთიანებს რეაგენტის შეყვანას, შერევას და რეაქციის ფუნქციებს ერთ პროცესში, რაც ახორციელებს 18 პაციენტის ცხვირის ყველა კლინიკურ ნიმუშს "ნიმუში პასუხში". გრიპთან და 18 ინდივიდუალურ კონტროლთან, ფლუორესცენციის ინტენსივობის კარგ შესაბამისობაში სტანდარტულ პოლიმერაზულ ჯაჭვურ რეაქციასთან (Pearson კოეფიციენტები > 0.9).Основиваясь на этой технологии, мы также описываем разработку системы полимеразной цепной реакции, которая объединяет функции вообразно реагентов, смешивания и реакции во едноном процессе, 18 пациентов с Грипп და 18 отдельных контролей, в хорошем соответствии интензивности флуоресценции со стандардной полимеразной цепной реакцией (коэффициенты Пирсона> 0,9).ამ ტექნოლოგიის საფუძველზე, ჩვენ ასევე აღვწერთ პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის სისტემის განვითარებას, რომელიც აერთიანებს ინექციის, შერევისა და რეაგირების ფუნქციებს ერთ პროცესში, რაც საშუალებას აძლევს სინჯის გამოტანას გრიპის 18 პაციენტის ცხვირის ყველა კლინიკური ნიმუშისთვის.და 18 ინდივიდუალური კონტროლი, კარგად შეესაბამება სტანდარტული პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის ფლუორესცენციის ინტენსივობას (პირსონის კოეფიციენტები > 0.9).ამ ტექნოლოგიის საფუძველზე, ჩვენ ასევე აღვწერთ პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის სისტემის განვითარებას, რომელიც აერთიანებს რეაგენტის ინექციის, შერევის და რეაქციის ფუნქციებს, რათა გააანალიზოს ცხვირის ყველა კლინიკური ნიმუში 18 პაციენტის ცხვირის ნიმუშში. გრიპი და 18 ინდივიდუალური კონტროლი, ფლუორესცენციის ინტენსივობა შეესაბამება კარგად სტანდარტული პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციით (პირსონის კოეფიციენტი > 0,9).შემოთავაზებული პლატფორმა გარანტიას იძლევა ბიოსამედიცინო ანალიზის საიმედო ავტომატიზაციას და ამით შეუძლია დააჩქაროს მოვლის წერტილების ტესტირების მოწყობილობების კომერციალიზაცია.
ადამიანთა განვითარებადი დაავადებები, როგორიცაა 2020 წლის COVID-19 პანდემია, რომელმაც მილიონობით ადამიანის სიცოცხლე შეიწირა, სერიოზულ საფრთხეს უქმნის გლობალურ ჯანმრთელობას და ადამიანის ცივილიზაციას1.დაავადების ადრეული, სწრაფი და ზუსტი გამოვლენა გადამწყვეტია ვირუსის გავრცელების კონტროლისა და მკურნალობის შედეგების გასაუმჯობესებლად.ძირითადი დიაგნოსტიკური ეკოსისტემა, რომელიც დაფუძნებულია ცენტრალიზებულ ლაბორატორიებზე, სადაც ტესტის ნიმუშები იგზავნება საავადმყოფოებში ან დიაგნოსტიკურ კლინიკებში და მართავენ პროფესიონალები, ამჟამად ზღუდავს წვდომას თითქმის 5,8 მილიარდი ადამიანისთვის მთელს მსოფლიოში, განსაკუთრებით მათ, ვინც ცხოვრობს რესურსებით შეზღუდულ გარემოში.სადაც ძვირადღირებული ბიოსამედიცინო აღჭურვილობის და კვალიფიციური სპეციალისტების ნაკლებობაა.კლინიცისტები 2. ამრიგად, არსებობს გადაუდებელი აუცილებლობა, შეიმუშაოს იაფი და მოსახერხებელი ლაბორატორია-ჩიპზე სისტემა, მოვლის წერტილზე ტესტირების (POCT) შესაძლებლობით, რომელიც შეძლებს კლინიცისტებს მიაწოდოს დროული დიაგნოსტიკური ინფორმაცია, რათა მიიღონ ინფორმირებული დიაგნოზის გადაწყვეტილებები. .და მკურნალობა 3.
ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის (WHO) გაიდლაინებით ნათქვამია, რომ იდეალური POCT უნდა იყოს ხელმისაწვდომი, მოსახერხებელი (მარტივი გამოყენება მინიმალური ტრენინგით), ზუსტი (აარიდოთ ცრუ ნეგატივს ან ცრუ პოზიტიურს), სწრაფი და საიმედო (უზრუნველყოს კარგი განმეორებადობის თვისებები) და მიწოდება (გრძელვადიანი შენახვის უნარი და საბოლოო მომხმარებლებისთვის ხელმისაწვდომი)4.ამ მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, POCT სისტემებმა უნდა უზრუნველყონ შემდეგი მახასიათებლები: მრავალმხრივი დოზირება ხელით ჩარევის შესამცირებლად, მოთხოვნის მიხედვით გამოშვება მასშტაბური რეაგენტის ტრანსპორტირებაზე ზუსტი ტესტის შედეგებისთვის და საიმედო შესრულება გარემოს ვიბრაციის გაუძლო.ამჟამად, ყველაზე ფართოდ გამოყენებული POCT მოწყობილობაა გვერდითი ნაკადის ზოლი5,6, რომელიც შედგება ფოროვანი ნიტროცელულოზის მემბრანების რამდენიმე ფენისგან, რომელიც უბიძგებს ნიმუშის ძალიან მცირე რაოდენობას წინ და რეაგირებს წინასწარ იმობილიზებულ რეაგენტებთან კაპილარული ძალით.მიუხედავად იმისა, რომ მათ აქვთ დაბალი ღირებულების, გამოყენების სიმარტივის და სწრაფი შედეგების უპირატესობა, ნაკადის ზოლებზე დაფუძნებული POCT მოწყობილობების გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ ბიოლოგიური ტესტებისთვის (მაგ., გლუკოზის ტესტები7,8 და ორსულობის ტესტები9,10) მრავალსაფეხურიანი ანალიზის საჭიროების გარეშე.რეაქციები (მაგ. მრავალი რეაგენტის ჩატვირთვა, შერევა, მულტიპლექსირება).გარდა ამისა, მამოძრავებელი ძალები, რომლებიც აკონტროლებენ სითხის მოძრაობას (ანუ კაპილარული ძალები) არ იძლევა კარგ თანმიმდევრულობას, განსაკუთრებით პარტიებს შორის, რაც იწვევს ცუდ რეპროდუცირებას11 და გვერდითი ნაკადის ზოლებს უპირველეს ყოვლისა გამოსადეგია კარგი გამოვლენისთვის12,13.
გაფართოებულმა წარმოების შესაძლებლობებმა მიკრო და ნანომასშტაბით შექმნა შესაძლებლობები რაოდენობრივი გაზომვებისთვის მიკროფლუიდური POCT მოწყობილობების განვითარებისთვის14,15,16,17.18, 19 ინტერფეისის თვისებების და 20, 21, 22 არხების გეომეტრიის რეგულირებით, შესაძლებელია ამ მოწყობილობების კაპილარული ძალისა და ნაკადის სიჩქარის კონტროლი.თუმცა, მათი საიმედოობა, განსაკუთრებით ძლიერად დასველებული სითხეებისთვის, მიუღებელია წარმოების უზუსტობების, მატერიალური დეფექტების და გარემოს ვიბრაციის მიმართ მგრძნობელობის გამო.გარდა ამისა, იმის გამო, რომ კაპილარული ნაკადი იქმნება თხევადი აირის ინტერფეისზე, დამატებითი ნაკადი არ შეიძლება შემოვიდეს, განსაკუთრებით მიკროსთხევადი არხის სითხით შევსების შემდეგ.ამიტომ, უფრო რთული გამოვლენისთვის, ნიმუშის ინექციის რამდენიმე ეტაპი უნდა შესრულდეს24,25.
მიკროსთხევად მოწყობილობებს შორის, ცენტრიდანული მიკროფლუიდური მოწყობილობები ამჟამად ერთ-ერთი საუკეთესო გამოსავალია POCT26,27-ისთვის.მისი მამოძრავებელი მექანიზმი ხელსაყრელია იმით, რომ მამოძრავებელი ძალის კონტროლი შესაძლებელია ბრუნვის სიჩქარის რეგულირებით.თუმცა, მინუსი არის ის, რომ ცენტრიდანული ძალა ყოველთვის მიმართულია მოწყობილობის გარე კიდეზე, რაც ართულებს უფრო რთული ანალიზებისთვის საჭირო მრავალსაფეხურიანი რეაქციების განხორციელებას.მიუხედავად იმისა, რომ დამატებითი მამოძრავებელი ძალები (მაგ. კაპილარები 28, 29 და მრავალი სხვა 30, 31, 32, 33, 34, 35) ცენტრიდანული ძალის გარდა შემოყვანილია მრავალფუნქციური დოზირებისას, სითხის გაუთვალისწინებელი გადაცემა მაინც შეიძლება მოხდეს, რადგან ეს დამატებითი ძალები, როგორც წესი, ბრძანებებია. ცენტრიდანულ ძალაზე დაბალი სიდიდის, რაც მათ ეფექტურს ხდის მხოლოდ მცირე ოპერაციულ დიაპაზონში ან მიუწვდომელია მოთხოვნის შემთხვევაში სითხის გამოშვებით.პნევმატური მანიპულაციების ჩართვა ცენტრიდანულ მიკროფლუიდებში, როგორიცაა ცენტრიდანული კინეტიკური მეთოდები 36, 37, 38, თერმოპნევმატური მეთოდები 39 და აქტიური პნევმატური მეთოდები 40, აღმოჩნდა მიმზიდველი ალტერნატივა.კონტრფუგოდინამიკური მიდგომით, მოწყობილობაში ინტეგრირებულია დამატებითი ღრუ და დამაკავშირებელი მიკროარხები, როგორც გარე, ასევე შიდა მოქმედებისთვის, თუმცა მისი ტუმბოს ეფექტურობა (75%-დან 90%-მდე დიაპაზონში) დიდად არის დამოკიდებული სატუმბი ციკლების რაოდენობაზე და სიბლანტეზე. სითხის.თერმოპნევმატური მეთოდით, ლატექსის მემბრანა და სითხის გადამტანი კამერა სპეციალურად შექმნილია შესასვლელის დალუქვისთვის ან ხელახლა გასახსნელად, როდესაც დაჭერილი ჰაერის მოცულობა თბება ან გაგრილდება.თუმცა, გათბობა/გაგრილების დაყენება იწვევს ნელი რეაგირების პრობლემებს და ზღუდავს მის გამოყენებას თერმოსენსიტიურ ანალიზებში (მაგ., პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის (PCR) გაძლიერება).აქტიური პნევმატური მიდგომით, მოთხოვნაზე გათავისუფლება და შიგნით მოძრაობა მიიღწევა მაღალი სიჩქარის ძრავების მიერ დადებითი წნევისა და ზუსტად შესაბამისი ბრუნვის სიჩქარის ერთდროული გამოყენებით.არსებობს სხვა წარმატებული მიდგომები მხოლოდ პნევმატური აქტივატორების გამოყენებით (დადებითი წნევა 41, 42 ან უარყოფითი წნევა 43) და ჩვეულებრივ დახურული სარქვლის დიზაინი.პნევმატურ პალატაში ზეწოლის თანმიმდევრული გამოყენებით, სითხე პერისტალტიკურად ტუმბოს წინ, ხოლო ნორმალურად დახურული სარქველი ხელს უშლის სითხის უკან გადინებას პერისტალტიკის გამო, რითაც ახორციელებს სითხის რთულ ოპერაციებს.თუმცა, ამჟამად არსებობს მხოლოდ შეზღუდული რაოდენობის მიკროსთხევადი ტექნოლოგიები, რომლებსაც შეუძლიათ კომპლექსური თხევადი ოპერაციების შესრულება ერთ POCT მოწყობილობაში, მათ შორის მრავალფუნქციური დისპენსირება, მოთხოვნით გამოშვება, საიმედო შესრულება, გრძელვადიანი შენახვა, მაღალი სიბლანტის სითხეების მართვა. და ხარჯთეფექტური წარმოება.ყველა ერთდროულად.მრავალსაფეხურიანი ფუნქციონალური ოპერაციის არარსებობა ასევე შეიძლება იყოს ერთ-ერთი მიზეზი იმისა, რომ მხოლოდ რამდენიმე კომერციული POCT პროდუქტი, როგორიცაა Cepheid, Binx, Visby, Cobas Liat და Rhonda, დღემდე წარმატებით იქნა დანერგილი ღია ბაზარზე.
ამ ნაშრომში, ჩვენ შემოგთავაზებთ პნევმატურ მიკროსლუიურ ამძრავს, რომელიც დაფუძნებულია მწვანე რგოლის მიკრო გადართვის ტექნოლოგიაზე (FAST).FAST აერთიანებს ყველა საჭირო თვისებას ერთდროულად მიკროლიტრიდან მილილიტრამდე რეაგენტების ფართო სპექტრისთვის.FAST შედგება ელასტიური გარსებისგან, ბერკეტებისა და ბლოკებისგან.ჰაერის წნევის გამოყენების გარეშე მემბრანები, ბერკეტები და ბლოკები შეიძლება მჭიდროდ დაიხუროს და შიგნით სითხე დიდხანს შეინახოს.როდესაც შესაბამისი წნევა გამოიყენება და ბერკეტის სიგრძეზე რეგულირდება, დიაფრაგმა ფართოვდება და უბიძგებს ბერკეტს ღია მდგომარეობაში, რაც სითხის გავლის საშუალებას აძლევს.ეს საშუალებას იძლევა სითხეების მრავალფუნქციური გაზომვა კასკადურად, ერთდროული, თანმიმდევრული ან შერჩევითი გზით.
ჩვენ შევიმუშავეთ PCR სისტემა FAST-ის გამოყენებით, რათა გამოიმუშაოთ პასუხი ნიმუშის შედეგები გრიპის A და B ვირუსების (IAV და IBV) გამოსავლენად.ჩვენ მივაღწიეთ გამოვლენის ქვედა ზღვარს (LOD) 102 ასლი/მლ, ჩვენმა მულტიპლექსურმა ანალიზმა აჩვენა სპეციფიკა IAV და IBV-სთვის და დაუშვა გრიპის ვირუსის პათოტიპირება.კლინიკური ტესტირების შედეგები 18 პაციენტისა და 18 ჯანმრთელი ადამიანის ცხვირის ნაცხის ნიმუშის გამოყენებით აჩვენებენ კარგ შესაბამისობას ფლუორესცენციის ინტენსივობაში სტანდარტულ RT-PCR-თან (Pearson კოეფიციენტები > 0.9).კლინიკური ტესტირების შედეგები 18 პაციენტისა და 18 ჯანმრთელი ადამიანის ცხვირის ნაცხის ნიმუშის გამოყენებით აჩვენებენ კარგ შესაბამისობას ფლუორესცენციის ინტენსივობაში სტანდარტულ RT-PCR-თან (Pearson კოეფიციენტები > 0.9).Результаты клинических испытаний со использованием образца мазка из носа от 18 пациентов и 18 здоровых лиц показывают хорошее совети интензивно флуоресценции стандартной ОТ-Прцы >0 (0).კლინიკური კვლევების შედეგები ცხვირის ნაცხის ნიმუშის გამოყენებით 18 პაციენტისა და 18 ჯანმრთელი პირისგან აჩვენებენ კარგ შეთანხმებას სტანდარტული RT-PCR ფლუორესცენციის ინტენსივობას შორის (Pearson-ის კოეფიციენტები > 0.9).0.9 .. .................. Результаты клинических испытаний со использованием образцов назальных мазков от 18 პაციენტები და 18 ზдоровых лиц გამოავლინა უფრო ძვირადღირებული ინტენსივობა флуоресценции и оценка тн.კლინიკური კვლევების შედეგებმა ცხვირის ნაცხის ნიმუშების გამოყენებით 18 პაციენტიდან და 18 ჯანმრთელი ინდივიდიდან აჩვენა კარგი თანხვედრა ფლუორესცენციის ინტენსივობასა და სტანდარტულ RT-PCR-ს შორის (Pearson-ის კოეფიციენტი > 0.9).FAST-POCT მოწყობილობის სავარაუდო მატერიალური ღირებულება არის დაახლოებით 1 აშშ დოლარი (დამატებითი ცხრილი 1) და შეიძლება შემცირდეს ფართომასშტაბიანი წარმოების მეთოდების გამოყენებით (მაგ. ინექციური ჩამოსხმა).ფაქტობრივად, FAST-ზე დაფუძნებულ POCT მოწყობილობებს აქვთ WHO-ს მიერ დადგენილი ყველა საჭირო ფუნქცია და თავსებადია ბიოქიმიური ტესტირების ახალ მეთოდებთან, როგორიცაა პლაზმური თერმული ციკლი44, ამპლიფიკაციის გარეშე იმუნოანალიზები45 და ნანოსხეულების ფუნქციონალიზაციის ტესტები46, რომლებიც POCT სისტემების ხერხემალია.შესაძლებლობა.
ნახ.1a გვიჩვენებს FAST-POCT პლატფორმის სტრუქტურას, რომელიც შედგება ოთხი თხევადი კამერისგან: წინასწარ შესანახი კამერა, შერევის კამერა, რეაქციის კამერა და ნარჩენების კამერა.სითხის ნაკადის კონტროლის გასაღები არის FAST დიზაინი (შედგება ელასტიური გარსებისგან, ბერკეტებისა და ბლოკებისგან), რომელიც მდებარეობს წინასწარ შესანახ კამერაში და შერევის კამერაში.როგორც პნევმატური მოქმედების მეთოდი, FAST დიზაინი უზრუნველყოფს სითხის ნაკადის ზუსტ კონტროლს, მათ შორის დახურულ/ღია გადართვას, მრავალმხრივ დოზირებას, მოთხოვნილ სითხის გამოშვებას, საიმედო მუშაობას (მაგ. გარემოს ვიბრაციის მიმართ უგრძნობლობა) და ხანგრძლივ შენახვას.FAST-POCT პლატფორმა შედგება ოთხი ფენისგან: საყრდენი ფენა, ელასტიური ფირის ფენა, პლასტიკური ფირის ფენა და საფარი ფენა, როგორც ნაჩვენებია გაფართოებულ ხედში 1b (ასევე დეტალურად ნაჩვენებია დამატებით სურათებში S1 და S2 ).ყველა არხი და სითხის სატრანსპორტო კამერა (როგორიცაა წინასწარ შესანახი და რეაქციის კამერები) ჩაშენებულია PLA (პოლილაქტური მჟავა) სუბსტრატებში 0,2 მმ (უწვრილესი ნაწილი) 5 მმ სისქემდე.ელასტიური ფირის მასალა არის 300 μm სისქის PDMS, რომელიც ადვილად აფართოებს ჰაერის წნევის გამოყენებისას მისი „თხელი სისქის“ და ელასტიურობის დაბალი მოდულის გამო (დაახლოებით 2,25 MPa47).პოლიეთილენის ფირის ფენა დამზადებულია პოლიეთილენის ტერეფტალატისგან (PET) 100 მკმ სისქით, რათა დაიცვას ელასტიური ფილმი ჰაერის წნევის ზედმეტი დეფორმაციისგან.კამერების შესაბამისად, სუბსტრატის ფენას აქვს ბერკეტები, რომლებიც დაკავშირებულია საფარის ფენასთან (PLA-ისგან დამზადებული) ანჯამებით სითხის დინების გასაკონტროლებლად.ელასტიური ფილმი დამაგრდა საყრდენი ფენაზე ორმხრივი წებოვანი ლენტის გამოყენებით (ARseal 90880) და დაფარული იყო პლასტიკური ფილმით.სამი ფენა აწყობილი იყო სუბსტრატზე საფარის ფენის T-კლიპის დიზაინის გამოყენებით.T-სამაგრს აქვს უფსკრული ორ ფეხს შორის.როდესაც სამაგრი ჩასვეს ღარში, ორი ფეხი ოდნავ მოხრილი იყო, შემდეგ დაუბრუნდა თავდაპირველ მდგომარეობას და მჭიდროდ შეკრა თავსახური და საყრდენი ღარში გავლისას (დამატებითი სურ. S1).შემდეგ ოთხი ფენა იკრიბება კონექტორების გამოყენებით.
პლატფორმის სქემატური დიაგრამა, რომელიც ასახავს FAST-ის სხვადასხვა ფუნქციურ ნაწილებსა და მახასიათებლებს.b FAST-POCT პლატფორმის გაფართოებული დიაგრამა.c პლატფორმის ფოტო აშშ-ის მეოთხედი დოლარის მონეტის გვერდით.
FAST-POCT პლატფორმის მუშაობის მექანიზმი ნაჩვენებია სურათზე 2. ძირითადი კომპონენტებია ბლოკები საბაზისო ფენაზე და ჰინგები საფარის ფენაზე, რაც იწვევს ჩარევის დიზაინს, როდესაც ოთხი ფენა იკრიბება T- ფორმის გამოყენებით. .როდესაც ჰაერის წნევა არ არის გამოყენებული (ნახ. 2a), ჩარევის მორგება იწვევს რქის მოხრას და დეფორმაციას, და დალუქვის ძალა გამოიყენება ბერკეტის მეშვეობით, რათა დააჭიროს ელასტიური ფილმი ბლოკზე, და სითხე განისაზღვრება დალუქვის ღრუში. როგორც დალუქული სახელმწიფო.უნდა აღინიშნოს, რომ ამ მდგომარეობაში ბერკეტი გარედან მოხრილია, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 2a-ზე გვერდითი ხედიდან.როდესაც ჰაერი მიეწოდება (ნახ. 2ბ), ელასტიური მემბრანა ფართოვდება გარედან საფარისკენ და უბიძგებს ბერკეტს მაღლა, რითაც იხსნება უფსკრული ბერკეტსა და ბლოკს შორის სითხის შემდეგ კამერაში შესადინებლად, რომელიც განისაზღვრება, როგორც ღია მდგომარეობა. .ჰაერის წნევის გათავისუფლების შემდეგ, ბერკეტს შეუძლია დაბრუნდეს თავდაპირველ პოზიციაზე და დარჩეს მჭიდრო საკინძების ელასტიურობის გამო.ბერკეტის მოძრაობის ვიდეოები წარმოდგენილია დამატებით ფილმში S1.
ა. სქემატური დიაგრამა და ფოტოები დახურვისას.წნევის არარსებობის შემთხვევაში, ბერკეტი აჭერს მემბრანას ბლოკს და სითხე ილუქება.ბ კარგ მდგომარეობაში.როდესაც ზეწოლა ხდება, მემბრანა ფართოვდება და უბიძგებს ბერკეტს მაღლა, ასე რომ არხი იხსნება და სითხე შეიძლება მიედინება.გ განსაზღვრეთ კრიტიკული წნევის დამახასიათებელი ზომა.დამახასიათებელი ზომები მოიცავს ბერკეტის სიგრძეს (L), სლაიდერსა და საკინძს შორის მანძილს (l) და ბერკეტის პროტრუზიის სისქეს (t).Fs არის დატკეპნის ძალა დროსელის B წერტილში. q არის ერთნაირად განაწილებული დატვირთვა ბერკეტზე.Tx* წარმოადგენს ბრუნვის მომენტს, რომელიც განვითარებულია hinged ბერკეტით.კრიტიკული წნევა არის წნევა, რომელიც საჭიროა ბერკეტის ასამაღლებლად და სითხის გადინებისთვის.დ კრიტიკულ წნევასა და ელემენტის ზომას შორის ურთიერთობის თეორიული და ექსპერიმენტული შედეგები.ჩატარდა n = 6 დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი და მონაცემები ნაჩვენებია ± სტანდარტული გადახრის სახით.ნედლეული მონაცემები წარმოდგენილია როგორც ნედლეული მონაცემთა ფაილები.
სხივის თეორიაზე დაფუძნებული ანალიტიკური მოდელი შემუშავებულია კრიტიკული წნევის Pc-ის დამოკიდებულების გასაანალიზებლად, რომლის დროსაც უფსკრული იხსნება გეომეტრიულ პარამეტრებზე (მაგალითად, L არის ბერკეტის სიგრძე, l არის მანძილი ბლოკსა და ბლოკს შორის. ანჯა, S არის ბერკეტი. კონტაქტის არე სითხესთან t არის ბერკეტის ამოღების სისქე, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2c).როგორც აღწერილია დამატებით შენიშვნებში და დამატებით სურათზე S3-ში, უფსკრული იხსნება, როდესაც \({P}_{c}\ge \frac{2{F}_{s}l}{SL}\), სადაც Fs არის ბრუნვის მომენტი. \ ({T}_{x}^{\ast}(={F}_{s}l)\) ჩარევის მორგებასთან დაკავშირებული ძალების აღმოსაფხვრელად და სამაგრის დახრის გამოწვევის მიზნით.ექსპერიმენტული პასუხი და ანალიტიკური მოდელი აჩვენებს კარგ შეთანხმებას (ნახ. 2d), რომელიც გვიჩვენებს, რომ კრიტიკული წნევა Pc იზრდება t/l-ის გაზრდით და L კლებით, რაც ადვილად აიხსნება კლასიკური სხივის მოდელით, ანუ ბრუნვის მომენტი იზრდება t/Lift-ით. .ამრიგად, ჩვენი თეორიული ანალიზი ნათლად აჩვენებს, რომ კრიტიკული წნევის ეფექტურად კონტროლი შესაძლებელია ბერკეტის სიგრძის L და ტ/ლ თანაფარდობის რეგულირებით, რაც მნიშვნელოვან საფუძველს იძლევა FAST-POCT პლატფორმის დიზაინისთვის.
FAST-POCT პლატფორმა უზრუნველყოფს მრავალფუნქციურ დისპენსიას (ასახულია სურათზე 3a ჩასმული და ექსპერიმენტი), რაც წარმატებული POCT-ის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, სადაც სითხეს შეუძლია მიედინება ნებისმიერი მიმართულებით და ნებისმიერი თანმიმდევრობით (კასკადური, ერთდროული, თანმიმდევრული) ან შერჩევითი მრავალარხიანი გაცემა .- დოზირების ფუნქცია.ნახ.3a(i) გვიჩვენებს დოზირების კასკადურ რეჟიმს, რომელშიც ორი ან მეტი კამერა კასკადირებულია ბლოკების გამოყენებით სხვადასხვა რეაგენტების გამოსაყოფად და ბერკეტის გამოყენებით ღია და დახურული მდგომარეობის გასაკონტროლებლად.როდესაც ზეწოლა ხდება, სითხე მიედინება ზემოდან ქვედა პალატაში კასკადური წესით.უნდა აღინიშნოს, რომ კასკადის კამერები შეიძლება შეივსოს სველი ქიმიკატებით ან მშრალი ქიმიკატებით, როგორიცაა ლიოფილიზებული ფხვნილები.3a(i) ნახატზე ექსპერიმენტში, ზედა კამერიდან წითელი მელანი ლურჯი საღებავის ფხვნილთან ერთად (სპილენძის სულფატი) მიედინება მეორე კამერაში და ხდება მუქი ლურჯი, როდესაც ის აღწევს ქვედა კამერას.ის ასევე აჩვენებს საკონტროლო წნევას სატუმბი სითხისთვის.ანალოგიურად, როდესაც ერთი ბერკეტი ორ კამერას უკავშირდება, ის ხდება ერთდროული ინექციის რეჟიმი, როგორც ნაჩვენებია ნახ.3a(ii), რომელშიც სითხე შეიძლება თანაბრად გადანაწილდეს ორ ან მეტ პალატაზე ზეწოლის დროს.ვინაიდან კრიტიკული წნევა დამოკიდებულია ბერკეტის სიგრძეზე, ბერკეტის სიგრძე შეიძლება დარეგულირდეს თანმიმდევრული ინექციის ნიმუშის მისაღწევად, როგორც ნაჩვენებია ნახ.3a (iii).გრძელი ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_long) დაკავშირებული იყო B კამერასთან და მოკლე ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_short > Pc_long) დაკავშირებული იყო A კამერასთან. როგორც P1 წნევა (Pc_long < P1 < Pc_short) იყო გამოყენებული, მხოლოდ წითელი სითხე. შეიძლება მიედინება B კამერაში და როდესაც წნევა გაიზარდა P2-მდე (> Pc_მოკლე), ლურჯი სითხე შეიძლება მიედინება A კამერაში. ეს თანმიმდევრული ინექციის რეჟიმი ვრცელდება სხვადასხვა სითხეებზე, რომლებიც გადადიან მათთან დაკავშირებულ კამერებში თანმიმდევრობით, რაც გადამწყვეტია წარმატებული POCT-ისთვის. მოწყობილობა.გრძელი ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_long) დაკავშირებული იყო B კამერასთან და მოკლე ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_short > Pc_long) დაკავშირებული იყო A კამერასთან. როგორც P1 წნევა (Pc_long < P1 < Pc_short) იყო გამოყენებული, მხოლოდ წითელი სითხე. შეიძლება მიედინება B კამერაში და როდესაც წნევა გაიზარდა P2-მდე (> Pc_მოკლე), ლურჯი სითხე შეიძლება მიედინება A კამერაში. ეს თანმიმდევრული ინექციის რეჟიმი ვრცელდება სხვადასხვა სითხეებზე, რომლებიც გადადიან მათთან დაკავშირებულ კამერებში თანმიმდევრობით, რაც გადამწყვეტია წარმატებული POCT-ისთვის. მოწყობილობა.Длинный рычаг (с критическим давлением Pc_long) был соединен со камерой B, а короткий рычаг (с критическим давлением Pc_short > Pc_long) был соединен со камерой A. Приложении Pc_Long (P.P сть, выделенная красным может течь в Камеру B, и когда давление было увеличено до P2 (> Pc_short), синяя жидкость может течь в камеру A то имеет решающее значение для წარმატებითй POCT.გრძელი ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_long) დაკავშირებული იყო B კამერასთან, ხოლო მოკლე ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_short > Pc_long) დაუკავშირდა კამერას A. როდესაც ზეწოლა P1 (Pc_long < P1 < Pc_short), მხოლოდ სითხე ხაზგასმულია. წითელში შეიძლება ჩაედინება B კამერაში და როდესაც წნევა გაიზარდა P2-მდე (> Pc_მოკლე), ლურჯი სითხე შეიძლება შემოვიდეს A კამერაში. ეს თანმიმდევრული ინექციის რეჟიმი გამოიყენება სხვადასხვა სითხეებზე, რომლებიც თანმიმდევრულად გადადიან შესაბამის კამერებში, რაც კრიტიკულია. წარმატებული POCT-ისთვის.მოწყობილობა. დлинный рычаг (критическое давление Pc_long) соединен со камерой B, а короткий рычаг (критическое давление Pc_short > Pc_long) соединен со камерой A.გრძელი მკლავი (კრიტიკული წნევა Pc_long) უკავშირდება კამერას B და მოკლე მკლავი (კრიტიკული წნევა Pc_short > Pc_long) უკავშირდება კამერას A.განაცხადის შეტანა P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) კამერაში B შეიძლება შეასრულოს მხოლოდ P2-მდე (> Pc_short) კამერაში.როდესაც წნევა P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) გამოიყენება, მხოლოდ წითელი სითხე შეიძლება შევიდეს B კამერაში, ხოლო როდესაც წნევა იზრდება P2-მდე (> Pc_short), ლურჯი სითხე შეიძლება შევიდეს A კამერაში. ეს თანმიმდევრული ინექციის რეჟიმი შესაფერისია თანმიმდევრული გადაცემისთვის. სხვადასხვა სითხეები შესაბამის კამერებში, რაც გადამწყვეტია POCT მოწყობილობის წარმატებული მუშაობისთვის.ნახაზი 3a(iv) გვიჩვენებს შერჩევითი ინექციის რეჟიმს, სადაც მთავარ კამერას ჰქონდა მოკლე (კრიტიკული წნევით Pc_short) და გრძელი ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_long < Pc_short), რომლებიც დაკავშირებული იყო A კამერასთან და B კამერასთან, დამატებით. სხვა საჰაერო არხზე, რომელიც დაკავშირებულია B კამერასთან. სითხის A კამერაში გადასატანად, მოწყობილობაზე ერთდროულად იქნა გამოყენებული წნევა P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) და P2 (P2 > P1) P1 + P2 > Pc_short.ნახაზი 3a(iv) გვიჩვენებს შერჩევითი ინექციის რეჟიმს, სადაც მთავარ კამერას ჰქონდა მოკლე (კრიტიკული წნევით Pc_short) და გრძელი ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_long < Pc_short), რომლებიც დაკავშირებული იყო A კამერასთან და B კამერასთან, დამატებით. სხვა საჰაერო არხზე, რომელიც დაკავშირებულია B კამერასთან. სითხის A კამერაში გადასატანად, მოწყობილობაზე ერთდროულად იქნა გამოყენებული წნევა P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) და P2 (P2 > P1) P1 + P2 > Pc_short.ნახ.3а(iv) показан режим селективного впрыска, при што котором основная камера имела короткий (с критическим давлением Pc_short) და длинный рычаг (с критическим давлением Pc_long < Pc_short), კოторые дольной сомерой сомено.3a(iv) გვიჩვენებს შერჩევითი ინექციის რეჟიმს, რომლის დროსაც მთავარ კამერას ჰქონდა მოკლე (კრიტიკული წნევით Pc_short) და გრძელი ბერკეტი (კრიტიკული წნევით Pc_long < Pc_short), რომლებიც დამატებით იყო დაკავშირებული A კამერასთან და B კამერასთან.к друго воздушному каналу, соединенному со камерой B.სხვა საჰაერო არხზე, რომელიც დაკავშირებულია B კამერასთან. სითხის A კამერაში პირველად გადასატანად, P1 (Pc_long < P1 < Pc_short) და P2 (P2 > P1) ერთდროულად იქნა გამოყენებული მოწყობილობაზე, სადაც P1 + P2 > Pc_short. 3а(iv) показан режим селективного впрыска, когда основная камера друго имеет короткий стержень (с критическим давлением Pc_short) и длинный стержень (с критическим давлением Pc_long < Pc_short), внимателен и соединенные со камено му каналу, подключенному к комнате B.3a(iv) გვიჩვენებს შერჩევითი ინექციის რეჟიმს, როდესაც მთავარ კამერას აქვს მოკლე ღერო (კრიტიკული წნევა Pc_short) და გრძელი ღერო (კრიტიკული წნევა Pc_long < Pc_short) დაკავშირებული, შესაბამისად A და B კამერასთან, და გარდა სხვა ჰაერის გასასვლელისა, დაკავშირებულია B ოთახთან.ამრიგად, P2 ხელს უშლის სითხის შეღწევას B პალატაში;იმავდროულად, მთლიანი წნევა P1 + P2 აჭარბებდა კრიტიკულ წნევას, რათა გაეაქტიურებინა უფრო მოკლე ბერკეტი, რომელიც დაკავშირებულია A კამერაში, რათა სითხის ნაკადის საშუალება მიეცეს A კამერაში. შემდეგ, როდესაც B კამერის შევსება იყო საჭირო, ჩვენ მხოლოდ P1 უნდა გამოვიყენოთ (Pc_long < P1 < Pc_short) მთავარ პალატაში გრძელი ბერკეტის გასააქტიურებლად და სითხის B კამერაში შესვლის დასაშვებად. აშკარად ჩანს t = 3 წმ-დან 9 წმ-მდე, რომ სითხე A კამერაში რჩებოდა მუდმივი, ხოლო ის გაიზარდა პალატაში. B როდესაც ზეწოლა P1 იყო გამოყენებული.იმავდროულად, მთლიანი წნევა P1 + P2 აჭარბებდა კრიტიკულ წნევას, რათა გაეაქტიურებინა უფრო მოკლე ბერკეტი, რომელიც დაკავშირებულია A კამერაში, რათა სითხის ნაკადის საშუალება მიეცეს A კამერაში. შემდეგ, როდესაც B კამერის შევსება იყო საჭირო, ჩვენ მხოლოდ P1 უნდა გამოვიყენოთ (Pc_long < P1 < Pc_short) მთავარ პალატაში გრძელი ბერკეტის გასააქტიურებლად და სითხის B კამერაში შესვლის დასაშვებად. აშკარად ჩანს t = 3 წმ-დან 9 წმ-მდე, რომ სითხე A კამერაში რჩებოდა მუდმივი, ხოლო ის გაიზარდა პალატაში. B როდესაც ზეწოლა P1 იყო გამოყენებული.Между тем, общее давление P1 + P2 превысило критическое давление, чтобы აქტიურობს повеќе короткий рычаг, соединенный со камерой A, чтобы позволить жидкости течь в камеру може только применить P1 (Pc_long < P1 < Pc_short ) ძირითადი კამერით, ჩტობы ააქტიურებს длинный рычаг და дать жидкости течь в камеру B.იმავდროულად, მთლიანი წნევა P1 + P2 გადააჭარბა კრიტიკულ წნევას, რათა გააქტიურდეს უფრო მოკლე ბერკეტი, რომელიც დაკავშირებულია A კამერაში, რათა სითხე მიეცეს A კამერაში. შემდეგ, როდესაც B კამერა უნდა შეივსოს, ჩვენ მხოლოდ P1 უნდა გამოვიყენოთ (Pc_long < P1 < Pc_short ) მთავარ პალატაში გრძელი ბერკეტის გასააქტიურებლად და სითხის B კამერაში შესვლის ნებადართულია. აშკარად ჩანს, რომ t = 3 წმ-სა და 9 წმ-ს შორის სითხე კამერაში A რჩებოდა მუდმივი, ხოლო კამერაში გაიზარდა.B როდესაც ზეწოლა P1 გამოიყენება.ამავდროულად, მთლიანი წნევა P1 + P2 აღემატება კრიტიკულ წნევას, ააქტიურებს უფრო მოკლე ბერკეტის დამაკავშირებელ კამერას A, რაც საშუალებას აძლევს სითხეს მიედინება A კამერაში.როდესაც დროა A კამერის შევსება, ჩვენ უბრალოდ ვიყენებთ P1 მთავარ კამერაში და P2 მეორად კამერაში.ამგვარად, ნაკადის ქცევა შეიძლება შერჩევით გადაერთოს A და B კამერებს შორის. ოთხი მრავალფუნქციური განაწილების რეჟიმის ნაკადის ქცევა შეგიძლიათ ნახოთ დამატებით ფილმში S2.
მრავალფუნქციური დავალების ილუსტრაცია, ანუ (i) კასკადური, (ii) ერთდროული, (iii) თანმიმდევრული და (iv) შერჩევითი დავალება.მრუდები წარმოადგენს ამ ოთხი განაწილების რეჟიმის სამუშაო პროცესს და პარამეტრებს.ბ გრძელვადიანი შენახვის ტესტების შედეგები დეიონიზებულ წყალში და ეთანოლში.ჩატარდა n = 5 დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი და მონაცემები ნაჩვენებია როგორც ± sd c.სტაბილურობის ტესტის დემონსტრირება, როდესაც FAST მოწყობილობა და კაპილარული სარქველი (CV) მოწყობილობა იყო (i) სტატიკურ და (ii) ვიბრაციულ მდგომარეობაში.(iii) მოცულობა და დრო FAST და CV მოწყობილობებისთვის სხვადასხვა კუთხური სიხშირეზე.d ტესტის შედეგების გამოქვეყნება მოთხოვნით (i) FAST მოწყობილობაზე და (ii) CV მოწყობილობაზე.(iii) კავშირი მოცულობასა და დროს შორის FAST და CV მოწყობილობებისთვის წყვეტილი წნევის რეჟიმის გამოყენებით.ყველა მასშტაბის ზოლები, 1 სმ.ნედლეული მონაცემები მოწოდებულია როგორც ნედლეული მონაცემთა ფაილები.
რეაგენტების გრძელვადიანი შენახვა წარმატებული POCT მოწყობილობის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, რომელიც არატრენინგ პერსონალს საშუალებას მისცემს გაუმკლავდეს მრავალ რეაგენტს.მიუხედავად იმისა, რომ ბევრმა ტექნოლოგიამ აჩვენა თავისი პოტენციალი გრძელვადიანი შენახვისთვის (მაგ., 35 მიკროდისპენსერი, 48 ბლისტერული შეფუთვა და 49 ჯოხი შეფუთვა), საჭიროა სპეციალური მიმღების განყოფილება პაკეტის მოსათავსებლად, რაც ზრდის ღირებულებას და სირთულეს;უფრო მეტიც, შენახვის ეს მექანიზმები არ იძლევა მოთხოვნის შესაბამისად გაცემას და იწვევს რეაგენტების გაფლანგვას შეფუთვაში ნარჩენების გამო.გრძელვადიანი შენახვის შესაძლებლობა დადასტურდა დაჩქარებული სიცოცხლის ტესტის ჩატარებით CNC-დამუშავებული PMMA მასალის გამოყენებით მისი მცირე უხეშობისა და გაზის შეღწევადობის წინააღმდეგობის გამო (დამატებითი სურათი S5).ტესტის აპარატი ივსებოდა დეიონიზებული წყლით (დეიონიზებული წყალი) და 70% ეთანოლით (არასტაბილური რეაგენტების სიმულაციური) 65°C ტემპერატურაზე 9 დღის განმავლობაში.ორივე დეიონიზებული წყალი და ეთანოლი ინახებოდა ალუმინის ფოლგის გამოყენებით ზემოდან წვდომის დაბლოკვის მიზნით.ლიტერატურაში მოხსენებული არენიუსის განტოლება და შეღწევადობის აქტივაციის ენერგია50,51 გამოყენებული იქნა რეალურ დროში ეკვივალენტის გამოსათვლელად.ნახ.3b გვიჩვენებს წონის დაკარგვის საშუალო შედეგებს 5 ნიმუშისთვის, რომლებიც ინახება 65°C ტემპერატურაზე 9 დღის განმავლობაში, რაც ექვივალენტურია 0,30% დეიონიზებული წყლისთვის და 0,72% 70% ეთანოლისთვის 2 წლის განმავლობაში 23°C ტემპერატურაზე.
ნახ.3c გვიჩვენებს ვიბრაციის ტესტს.ვინაიდან კაპილარული სარქველი (CV) არის სითხის დამუშავების ყველაზე პოპულარული მეთოდი არსებულ POCT28,29 მოწყობილობებს შორის, შედარებისთვის გამოყენებული იქნა CV მოწყობილობა 300 μm სიგანისა და 200 μm სიღრმის.ჩანს, რომ როდესაც ორივე მოწყობილობა სტაციონარული რჩება, FAST-POCT პლატფორმის სითხე ილუქება და CV მოწყობილობაში არსებული სითხე იკეტება არხის უეცარი გაფართოების გამო, რაც ამცირებს კაპილარების ძალებს.თუმცა, ორბიტალური ვიბრატორის კუთხური სიხშირის მატებასთან ერთად, სითხე FAST-POCT პლატფორმაში რჩება დალუქული, მაგრამ CV მოწყობილობაში არსებული სითხე მიედინება ქვედა პალატაში (იხილეთ აგრეთვე დამატებითი ფილმი S3).ეს ვარაუდობს, რომ FAST-POCT პლატფორმის დეფორმირებადი ანჯახებს შეუძლიათ ძლიერი მექანიკური ძალა გამოიყენონ მოდულზე, რათა მჭიდროდ დაიხუროს სითხე პალატაში.თუმცა, CV მოწყობილობებში სითხე ინახება მყარ, ჰაერსა და თხევად ფაზებს შორის ბალანსის გამო, რაც ქმნის არასტაბილურობას და ვიბრაციამ შეიძლება დაარღვიოს ბალანსი და გამოიწვიოს ნაკადის მოულოდნელი ქცევა.FAST-POCT პლატფორმის უპირატესობა ის არის, რომ ის უზრუნველყოფს საიმედო ფუნქციონირებას და თავიდან აიცილებს წარუმატებლობას ვიბრაციების არსებობისას, რომლებიც ჩვეულებრივ ხდება მიწოდებისა და ექსპლუატაციის დროს.
FAST-POCT პლატფორმის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი მოთხოვნით გამოშვება, რაც რაოდენობრივი ანალიზის მთავარი მოთხოვნაა.ნახ.3D ადარებს FAST-POCT პლატფორმისა და CV მოწყობილობის მოთხოვნით გამოშვებას.მდებარეობა ნახ.3d(iii) ჩვენ ვხედავთ, რომ FAST მოწყობილობა სწრაფად რეაგირებს წნევის სიგნალზე.როდესაც FAST-POCT პლატფორმაზე ზეწოლა განხორციელდა, სითხე მიედინებოდა, როდესაც წნევა განთავისუფლდა, ნაკადი მაშინვე შეწყდა (ნახ. 3d(i)).ეს ქმედება აიხსნება საკინძების სწრაფი ელასტიური დაბრუნებით, რომელიც აჭერს ბერკეტს უკან ბლოკზე და ხურავს კამერას.თუმცა, სითხე აგრძელებდა დინებას CV მოწყობილობაში, რაც საბოლოოდ გამოიწვია სითხის მოულოდნელი მოცულობა დაახლოებით 100 μl წნევის განთავისუფლების შემდეგ (სურათი 3d(ii) და დამატებითი ფილმი S4).ეს აიხსნება კაპილარების დამაგრების ეფექტის გაქრობით CV-ის სრული დასველებისას პირველი ინექციის შემდეგ.
POCT აპლიკაციებისთვის გამოწვევად რჩება სხვადასხვა ტენიანობის და სიბლანტის სითხეების დამუშავების უნარი იმავე მოწყობილობაში.ცუდი დატენიანებამ შეიძლება გამოიწვიოს გაჟონვა ან სხვა მოულოდნელი ნაკადის ქცევა არხებში და დამხმარე მოწყობილობა, როგორიცაა მორევის მიქსერები, ცენტრიფუგები და ფილტრები ხშირად საჭიროა მაღალი ბლანტი სითხეების მოსამზადებლად 52 .ჩვენ გამოვცადეთ კავშირი კრიტიკულ წნევასა და სითხის თვისებებს შორის (დასველებადობისა და სიბლანტის ფართო დიაპაზონით).შედეგები ნაჩვენებია ცხრილში 1 და ვიდეო S5-ში.ჩანს, რომ კამერაში შესაძლებელია სხვადასხვა ტენიანობის და სიბლანტის სითხეების დალუქვა, ხოლო წნევის დროს, 5500 cP-მდე სიბლანტის მქონე სითხეებიც კი შეიძლება გადავიდეს მიმდებარე კამერაში, რაც შესაძლებელს გახდის მაღალი ნიმუშების აღმოჩენას. სიბლანტე (ანუ ნახველი, ძალიან ბლანტი ნიმუში, რომელიც გამოიყენება რესპირატორული დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის).
ზემოაღნიშნული მრავალფუნქციური გამანაწილებელი მოწყობილობების კომბინაციით, შეიძლება შეიქმნას FAST-ზე დაფუძნებული POCT მოწყობილობების ფართო სპექტრი.მაგალითი ნაჩვენებია სურათზე 1. ქარხანა შეიცავს წინასწარ შესანახ კამერას, შერევის კამერას, რეაქციის კამერას და ნარჩენების კამერას.რეაგენტები შეიძლება ინახებოდეს წინასწარ შესანახ კამერაში დიდი ხნის განმავლობაში და შემდეგ ჩაშვებული შერევის პალატაში.სწორი წნევით, შერეული რეაგენტები შეიძლება შერჩევით გადავიდეს ნარჩენების კამერაში ან რეაქციის პალატაში.
იმის გამო, რომ PCR გამოვლენა არის ოქროს სტანდარტი პათოგენების გამოსავლენად, როგორიცაა H1N1 და COVID-19 და მოიცავს რეაქციის მრავალ ეტაპს, ჩვენ გამოვიყენეთ FAST-POCT პლატფორმა PCR გამოვლენისთვის, როგორც აპლიკაცია.ნახ.4 გვიჩვენებს PCR ტესტირების პროცესს FAST-POCT პლატფორმის გამოყენებით.პირველ რიგში, გამორეცხვის რეაგენტი, მაგნიტური მიკრომძივის რეაგენტი, სარეცხი ხსნარი A და სარეცხი ხსნარი W პიპეტირდება წინასწარ შესანახ კამერებში E, M, W1 და W2, შესაბამისად.რნმ-ის ადსორბციის ეტაპები ნაჩვენებია ნახ.4a და არის შემდეგი: (1) P1 წნევის (=0,26 ბარი) გამოყენებისას, ნიმუში გადადის M კამერაში და ჩაედინება შერევის კამერაში.(2) ჰაერის წნევა P2 (= 0,12 ბარი) მიეწოდება A პორტით, რომელიც დაკავშირებულია შერევის კამერის ძირთან.მიუხედავად იმისა, რომ შერევის რამდენიმე მეთოდმა აჩვენა თავისი პოტენციალი სითხეების შერევაში POCT პლატფორმებზე (მაგ. სერპენტინის შერევა 53, შემთხვევითი შერევა 54 და ჯგუფური შერევა 55), მათი შერევის ეფექტურობა და ეფექტურობა ჯერ კიდევ არ არის დამაკმაყოფილებელი.იგი იყენებს ბუშტების შერევის მეთოდს, რომლის დროსაც ჰაერი შეჰყავთ შერევის კამერის ფსკერში სითხეში ბუშტების შესაქმნელად, რის შემდეგაც მძლავრ მორევს შეუძლია მიაღწიოს სრულ შერევას წამებში.ჩატარდა ბუშტების შერევის ექსპერიმენტები და შედეგები წარმოდგენილია დამატებით სურათზე S6.ჩანს, რომ 0,10 ბარის წნევის გამოყენებისას სრულ შერევას დაახლოებით 8 წამი სჭირდება.წნევის 0,20 ბარამდე გაზრდით, სრული შერევა მიიღწევა დაახლოებით 2 წამში.შერევის ეფექტურობის გამოთვლის მეთოდები წარმოდგენილია მეთოდების განყოფილებაში.(3) გამოიყენეთ რუბიდიუმის მაგნიტი მარცვლების ამოსაღებად, შემდეგ დააწექით P3 (= 0,17 ბარი) P პორტით, რათა გადაიტანოთ რეაგენტები ნარჩენების კამერაში.ნახ.4b,c გვიჩვენებს სარეცხი ეტაპებს სინჯიდან მინარევების მოსაშორებლად შემდეგნაირად: (1) სარეცხი ხსნარი A კამერიდან W1 ჩაედინება წნევის შერევის პალატაში P1.(2) შემდეგ გააკეთეთ ბუშტების შერევის პროცესი.(3) სარეცხი ხსნარი A გადადის ნარჩენების სითხის კამერაში, ხოლო შერევის პალატაში არსებული მიკრომძივები ამოღებულია მაგნიტით.სარეცხი W (ნახ. 4c) იყო A სარეცხის მსგავსი (ნახ. 4b).უნდა აღინიშნოს, რომ რეცხვის თითოეული ეტაპი A და W ორჯერ შესრულდა.სურათი 4d გვიჩვენებს გამორეცხვის საფეხურებს რნმ-ის გამორეცხვისთვის მძივებიდან;გამორეცხვისა და შერევის დანერგვის საფეხურები იგივეა, რაც ზემოთ აღწერილი რნმ-ის ადსორბციის და სარეცხი ეტაპები.როდესაც გამორეცხვის რეაგენტები გადადის PCR რეაქციის პალატაში P3 და P4 ზეწოლის ქვეშ (=0,23 ბარი), კრიტიკული წნევა მიიღწევა PCR რეაქციის კამერის მკლავის დალუქვისთვის.ანალოგიურად, P4 წნევა ასევე ხელს უწყობს ნარჩენების პალატაში გადასასვლელის დალუქვას.ამგვარად, ყველა გამორეცხვის რეაგენტი თანაბრად გადანაწილდა PCR რეაქციის ოთხ პალატაში მულტიპლექსური PCR რეაქციების დასაწყებად.ზემოაღნიშნული პროცედურა წარმოდგენილია დამატებით ფილმში S6.
რნმ-ის ადსორბციის საფეხურზე ნიმუში შეჰყავთ შესავალ M-ში და შეჰყავთ შერევის კამერაში ადრე შენახულ მძივის ხსნართან ერთად.გრანულების შერევისა და ამოღების შემდეგ, რეაგენტები ნაწილდება ნარჩენების პალატაში.b და c სარეცხი ეტაპები, შეიტანეთ სხვადასხვა წინასწარ შენახული სარეცხი რეაგენტები შერევის კამერაში, ხოლო მძივების შერევისა და ამოღების შემდეგ გადაიტანეთ რეაგენტები ნარჩენების სითხის კამერაში.d გამორეცხვის საფეხური: გამორეცხვის რეაგენტების შეყვანის, შერევისა და მარცვლების ამოღების შემდეგ, რეაგენტები გადადის PCR რეაქციის პალატაში.მრუდები გვიჩვენებს სამუშაო პროცესს და მასთან დაკავშირებულ პარამეტრებს სხვადასხვა ეტაპებზე.წნევა არის ზეწოლა, რომელიც ხორციელდება ცალკეულ პალატებში.მოცულობა არის სითხის მოცულობა შერევის პალატაში.ყველა მასშტაბის ზოლები არის 1 სმ.ნედლეული მონაცემები მოწოდებულია როგორც ნედლეული მონაცემთა ფაილები.
ჩატარდა PCR ტესტირების პროცედურა და დამატებითი სურათი S7 წარმოადგენს თერმული პროფილებს, მათ შორის 20 წუთის საპირისპირო ტრანსკრიფციის დროს და 60 წუთის თერმული ციკლის დროის (95 და 60 °C), ერთი თერმული ციკლი არის 90 წმ (დამატებითი ფილმი S7)..FAST-POCT მოითხოვს ნაკლებ დროს ერთი თერმული ციკლის დასასრულებლად (90 წამი), ვიდრე ჩვეულებრივი RT-PCR (180 წამი ერთი თერმული ციკლისთვის).ეს შეიძლება აიხსნას ზედაპირის ფართობის მაღალი მოცულობის თანაფარდობით და მიკრო-PCR რეაქციის პალატის დაბალი თერმული ინერციით.კამერის ზედაპირი არის 96,6 მმ2 და კამერის მოცულობა 25 მმ3, რაც ზედაპირისა და მოცულობის თანაფარდობას შეადგენს დაახლოებით 3,86.როგორც დამატებითი სურათი S10-ში ჩანს, ჩვენი პლატფორმის PCR ტესტის ზონას აქვს ღარი უკანა პანელზე, რაც PCR კამერის ქვედა ნაწილს 200 მკმ სისქის ხდის.თერმოგამტარი ელასტიური საფენი მიმაგრებულია ტემპერატურის კონტროლერის გამათბობელ ზედაპირზე, რაც უზრუნველყოფს ტესტის ყუთის უკანა მხარეს მჭიდრო კონტაქტს.ეს ამცირებს პლატფორმის თერმულ ინერციას და აუმჯობესებს გათბობის/გაგრილების ეფექტურობას.თერმული ციკლის დროს, პლატფორმაში ჩაშენებული პარაფინი დნება და მიედინება PCR რეაქციის პალატაში, მოქმედებს როგორც დალუქული, რათა თავიდან აიცილოს რეაგენტის აორთქლება და გარემოს დაბინძურება (იხ. დამატებითი ფილმი S8).
ყველა ზემოთ აღწერილი PCR გამოვლენის პროცესი იყო სრულად ავტომატიზირებული სპეციალური FAST-POCT ინსტრუმენტის გამოყენებით, რომელიც შედგებოდა დაპროგრამებული წნევის კონტროლის ერთეულისგან, მაგნიტური ამოღების განყოფილებისგან, ტემპერატურის კონტროლის განყოფილებისგან და ფლუორესცენტური სიგნალის აღების და დამუშავების განყოფილებისგან.აღსანიშნავია, რომ ჩვენ გამოვიყენეთ FAST-POCT პლატფორმა რნმ-ის იზოლაციისთვის და შემდეგ გამოვიყენეთ ამოღებული რნმ-ის ნიმუშები PCR რეაქციებისთვის FAST-POCT სისტემის და დესკტოპის PCR სისტემის გამოყენებით შედარებისთვის.შედეგები თითქმის იგივე იყო, რაც ნაჩვენებია დამატებით სურათზე S8.ოპერატორი ასრულებს მარტივ დავალებას: ატარებს ნიმუშს M-კამერაში და აყენებს პლატფორმას ინსტრუმენტში.რაოდენობრივი ტესტის შედეგები ხელმისაწვდომია დაახლოებით 82 წუთში.დეტალური ინფორმაცია FAST-POCT ხელსაწყოების შესახებ შეგიძლიათ იხილოთ დამატებით ფიგურაში.C9, C10 და C11.
გრიპის A (IAV), B (IBV), C (ICV) და D (IDV) ვირუსებით გამოწვეული გრიპი საერთო გლობალური ფენომენია.მათგან IAV და IBV პასუხისმგებელნი არიან ყველაზე მძიმე შემთხვევებზე და სეზონურ ეპიდემიებზე, რომლებიც აინფიცირებს მსოფლიოს მოსახლეობის 5-15%-ს, იწვევს 3-5 მილიონ მძიმე შემთხვევას და იწვევს 290,000-650,000 სიკვდილს ყოველწლიურად.რესპირატორული დაავადებები56,57.IAV და IB-ის ადრეული დიაგნოსტიკა აუცილებელია ავადობის და მასთან დაკავშირებული ეკონომიკური ტვირთის შესამცირებლად.ხელმისაწვდომ დიაგნოსტიკურ მეთოდებს შორის, საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (RT-PCR) ითვლება ყველაზე მგრძნობიარე, სპეციფიკური და ზუსტი (>99%)58,59.ხელმისაწვდომ დიაგნოსტიკურ მეთოდებს შორის, საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (RT-PCR) ითვლება ყველაზე მგრძნობიარე, სპეციფიკური და ზუსტი (>99%)58,59.Среди доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (ОТ-ПЦР) считается наиболее чувствительной, სპეციფიური და ზუსტი (> 99%)58,59.ხელმისაწვდომ დიაგნოსტიკურ მეთოდებს შორის უკუტრანსკრიპტაზას პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (RT-PCR) ითვლება ყველაზე მგრძნობიარე, სპეციფიკურ და ზუსტ (> 99%)58,59. Из доступных диагностических методов полимеразная цепная реакция со обратной транскриптазой (ОТ-ПЦР) считается наиболее чувствительной, სპეციფიური და ზუსტი (>99%)58,59.ხელმისაწვდომი დიაგნოსტიკური მეთოდებიდან, უკუტრანსკრიპტაზას პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (RT-PCR) ითვლება ყველაზე მგრძნობიარე, სპეციფიკურ და ზუსტ (>99%)58,59.თუმცა, ტრადიციული RT-PCR მეთოდები მოითხოვს განმეორებით პიპეტინგს, შერევას, გაცემას და სითხის გადაცემას, რაც ზღუდავს მათ გამოყენებას პროფესიონალების მიერ რესურსებით შეზღუდული პარამეტრებით.აქ FAST-POCT პლატფორმა გამოიყენებოდა IAV და IBV PCR გამოვლენისთვის, შესაბამისად მათი აღმოჩენის ქვედა ლიმიტის (LOD) მისაღებად.გარდა ამისა, IAV და IBV იყო მულტიპლექსირებული, რათა განსხვავდებოდეს სხვადასხვა პათოტიპები სახეობებში, რაც უზრუნველყოფს გენეტიკური ანალიზის პერსპექტიულ პლატფორმას და დაავადების ზუსტი მკურნალობის უნარს.
ნახ.5a გვიჩვენებს HAV PCR ტესტირების შედეგებს 150 μl გაწმენდილი ვირუსული რნმ-ის ნიმუშად.ნახ.5a(i) გვიჩვენებს, რომ HAV კონცენტრაციით 106 ასლი/მლ, ფლუორესცენციის ინტენსივობამ (ΔRn) შეიძლება მიაღწიოს 0,830-ს, ხოლო როდესაც კონცენტრაცია მცირდება 102 ასლ/მლ-მდე, ΔRn მაინც შეიძლება მიაღწიოს 0,365-ს, რაც შეესაბამება მასზე მეტს. ცარიელი უარყოფითი საკონტროლო ჯგუფიდან (0.002), დაახლოებით 100-ჯერ მეტი.ექვს დამოუკიდებელ ექსპერიმენტზე დაფუძნებული რაოდენობრივი დასადგენად, ხაზოვანი კალიბრაციის მრუდი შეიქმნა IAV-ის ჟურნალის კონცენტრაციასა და ციკლის ზღურბლს (Ct) შორის (ნახ. 5a(ii)), R2 = 0.993, 102-106 ასლი/მლ.შედეგები კარგად შეესაბამება ჩვეულებრივ RT-PCR მეთოდებს.ნახ.5a(iii) აჩვენებს ტესტის შედეგების ფლუორესცენტურ სურათებს FAST-POCT პლატფორმის 40 ციკლის შემდეგ.ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ FAST-POCT პლატფორმას შეუძლია HAV აღმოაჩინოს 102 ასლი/მლ-მდე.თუმცა, ტრადიციულ მეთოდს არ აქვს Ct მნიშვნელობა 102 ასლი/მლ, რაც მას LOD-ს შეადგენს დაახლოებით 103 ასლი/მლ.ჩვენ ვივარაუდეთ, რომ ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს ბუშტების შერევის მაღალი ეფექტურობით.PCR ტესტის ექსპერიმენტები ჩატარდა გაწმენდილი IAV რნმ-ზე სხვადასხვა შერევის მეთოდების შესაფასებლად, მათ შორის შერყევის შერევა (იგივე შერევის მეთოდი, როგორც ჩვეულებრივ RT-PCR ოპერაციაში), ფლაკონში შერევა (ეს მეთოდი, 3 წმ 0.12 ბარზე) და შერევის გარეშე, როგორც საკონტროლო ჯგუფი. ..შედეგები შეგიძლიათ იხილოთ დამატებით სურათზე S12.ჩანს, რომ რნმ-ის უფრო მაღალი კონცენტრაციით (106 ასლი/მლ), სხვადასხვა შერევის მეთოდების Ct მნიშვნელობები თითქმის იგივეა, რაც ბუშტების შერევისას.როდესაც რნმ-ის კონცენტრაცია დაეცა 102 ასლ/მლ-მდე, შერყევის მიქსს და კონტროლს არ ჰქონდა Ct მნიშვნელობები, ხოლო ბუშტუკების შერევის მეთოდს მაინც აძლევდა Ct მნიშვნელობას 36.9, რომელიც იყო Ct 38-ის ზღურბლზე ქვემოთ. შედეგები აჩვენებს შერევის დომინანტურ მახასიათებელს. ვეზიკულები, რაც ასევე ნაჩვენებია სხვა ლიტერატურაში, რამაც შეიძლება ასევე აიხსნას, თუ რატომ არის FAST-POCT პლატფორმის მგრძნობელობა ოდნავ უფრო მაღალი ვიდრე ჩვეულებრივი RT-PCR.ნახ.5b გვიჩვენებს გაწმენდილი IBV რნმ-ის ნიმუშების PCR ანალიზის შედეგებს 101-დან 106 ასლ/მლ-მდე.შედეგები იყო IAV ტესტის მსგავსი, მიღწეულია R2 = 0.994 და LOD 102 ასლი/მლ.
გრიპის A ვირუსის (IAV) PCR ანალიზი IAV კონცენტრაციით 106-დან 101 ასლი/მლ-მდე TE ბუფერის გამოყენებით, როგორც უარყოფითი კონტროლი (NC).(i) რეალურ დროში ფლუორესცენციის მრუდი.(ii) წრფივი კალიბრაციის მრუდი ლოგარითმული IAV RNA კონცენტრაციასა და ციკლის ზღურბლს (Ct) შორის FAST და ჩვეულებრივი ტესტირების მეთოდებისთვის.(iii) IAV FAST-POCT ფლუორესცენტური გამოსახულება 40 ციკლის შემდეგ.ბ, გრიპის B ვირუსის (IBV) PCR გამოვლენა (i) რეალურ დროში ფლუორესცენციის სპექტრით.(ii) წრფივი კალიბრაციის მრუდი და (iii) FAST-POCT IBV ფლუორესცენციის სურათი 40 ციკლის შემდეგ.გამოვლენის ქვედა ზღვარი (LOD) IAV და IBV-სთვის FAST-POCT პლატფორმის გამოყენებით იყო 102 ასლი/მლ, რაც უფრო დაბალია ვიდრე ჩვეულებრივი მეთოდები (103 ასლი/მლ).c Multiplex ტესტის შედეგები IAV და IBV-სთვის.GAPDH გამოიყენებოდა როგორც დადებითი კონტროლი და TE ბუფერი გამოიყენებოდა, როგორც უარყოფითი კონტროლი შესაძლო დაბინძურების და ფონური გაძლიერების თავიდან ასაცილებლად.ნიმუშის ოთხი განსხვავებული ტიპი შეიძლება გამოიყოს: (1) GAPDH-მხოლოდ უარყოფითი ნიმუშები (“IAV-/IBV-”);(2) IAV ინფექცია (“IAV+/IBV-”) IAV და GAPDH;(3) IBV ინფექცია (“IAV-/IBV+”) IBV და GAPDH;(4) IAV/IBV ინფექცია (“IAV+/IBV+”) IAV, IBV და GAPDH.წერტილოვანი ხაზი წარმოადგენს ზღურბლის ხაზს.ჩატარდა n = 6 ბიოლოგიურად დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი, მონაცემები ნაჩვენებია ± სტანდარტული გადახრის სახით.ნედლეული მონაცემები წარმოდგენილია როგორც ნედლეული მონაცემთა ფაილები.
ნახ.5c გვიჩვენებს მულტიპლექსირების ტესტის შედეგებს IAV/IBV-სთვის.აქ, ვირუსის ლიზატი გამოიყენებოდა როგორც ნიმუშის ხსნარი გასუფთავებული რნმ-ის ნაცვლად და ოთხი პრაიმერი IAV, IBV, GAPDH (დადებითი კონტროლი) და TE ბუფერი (უარყოფითი კონტროლი) დაემატა FAST-POCT პლატფორმის ოთხ განსხვავებულ რეაქციის კამერას.დადებითი და უარყოფითი კონტროლი აქ გამოიყენება შესაძლო დაბინძურების თავიდან ასაცილებლად და ფონის გაუმჯობესების მიზნით.ტესტები დაიყო ოთხ ჯგუფად: (1) GAPDH-უარყოფითი ნიმუშები (“IAV-/IBV-”);(2) IAV-ით ინფიცირებული (“IAV+/IBV-”) IAV და GAPDH-ის წინააღმდეგ;(3) IBV-.ინფიცირებული (“IAV-”) -/IBV+”) IBV და GAPDH;(4) IAV/IBV (“IAV+/IBV+”) ინფექცია IAV, IBV და GAPDH.ნახ.5c გვიჩვენებს, რომ უარყოფითი ნიმუშების გამოყენებისას, დადებითი საკონტროლო კამერის ფლუორესცენციის ΔRn ინტენსივობა იყო 0,860 და IAV და IBV ΔRn მსგავსი იყო უარყოფითი კონტროლის (0,002).IAV+/IBV-, IAV-/IBV+ და IAV+/IBV+ ჯგუფებისთვის, IAV/GAPDH, IBV/GAPDH და IAV/IBV/GAPDH კამერებმა, შესაბამისად, აჩვენეს ფლუორესცენციის მნიშვნელოვანი ინტენსივობა, ხოლო სხვა კამერები კი აჩვენებდნენ ფლუორესცენციის ინტენსივობას ფონზე. დონე 40 თერმული ციკლის შემდეგ.ზემოთ მოყვანილი ტესტებიდან, FAST-POCT პლატფორმამ აჩვენა გამორჩეული სპეციფიკა და მოგვცა საშუალება ერთდროულად გაგვეკეთებინა სხვადასხვა გრიპის ვირუსების პათოტიპი.
FAST-POCT-ის კლინიკური გამოყენებადობის დასადასტურებლად, ჩვენ გამოვცადეთ 36 კლინიკური ნიმუში (ცხვირის ნაცხის ნიმუში) IB პაციენტებისგან (n=18) და არა-IB კონტროლისგან (n=18) (სურათი 6a).პაციენტის ინფორმაცია წარმოდგენილია დამატებით ცხრილში 3. IB ინფექციის სტატუსი დამოუკიდებლად დადასტურდა და კვლევის პროტოკოლი დამტკიცებული იყო ჟეჯიანგის უნივერსიტეტის პირველი შვილობილი საავადმყოფოს მიერ (ჰანგჯოუ, ჟეჯიანგი).პაციენტების თითოეული ნიმუში დაყოფილი იყო ორ კატეგორიად.ერთი დამუშავდა FAST-POCT-ით და მეორე დამუშავდა დესკტოპის PCR სისტემის გამოყენებით (SLAN-96P, ჩინეთი).ორივე ანალიზი იყენებს იგივე გამწმენდისა და გამოვლენის კომპლექტს.ნახ.6b გვიჩვენებს FAST-POCT და ჩვეულებრივი საპირისპირო ტრანსკრიფციის PCR (RT-PCR) შედეგებს.ჩვენ შევადარეთ ფლუორესცენციის ინტენსივობა (FAST-POCT) -log2(Ct), სადაც Ct არის ციკლის ზღვარი ჩვეულებრივი RT-PCR-სთვის.ორ მეთოდს შორის კარგი შეთანხმება იყო.FAST-POCT და RT-PCR აჩვენებდნენ ძლიერ პოზიტიურ კორელაციას პირსონის თანაფარდობის (r) მნიშვნელობით 0.90 (სურათი 6b).შემდეგ ჩვენ შევაფასეთ FAST-POCT-ის დიაგნოსტიკური სიზუსტე.ფლუორესცენციის ინტენსივობის (FL) განაწილება დადებითი და უარყოფითი ნიმუშებისთვის მოწოდებული იყო, როგორც დამოუკიდებელი ანალიტიკური საზომი (ნახ. 6c).FL მნიშვნელობები მნიშვნელოვნად მაღალი იყო IB პაციენტებში, ვიდრე საკონტროლოებში (****P = 3.31 × 10-19; ორკუდიანი t-ტესტი) (ნახ. 6d).შემდეგი, IBV მიმღების ოპერაციული მახასიათებლების (ROC) მრუდები იყო გამოსახული.ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ დიაგნოსტიკური სიზუსტე იყო ძალიან კარგი, ფართობით 1-ის მრუდის ქვეშ (ნახ. 6e).გთხოვთ, გაითვალისწინოთ, რომ 2020 წლისთვის COVID-19-ის გამო ჩინეთში ნიღბის სავალდებულო შეკვეთის გამო, ჩვენ არ გამოვავლინეთ IBD-ით დაავადებული პაციენტები, ამიტომ ყველა დადებითი კლინიკური ნიმუში (ანუ ცხვირის ნაცხის ნიმუში) იყო მხოლოდ IBV-სთვის.
კლინიკური კვლევის დიზაინი.სულ 36 ნიმუში, მათ შორის 18 პაციენტის ნიმუში და 18 არაგრიპის კონტროლი, გაანალიზდა FAST-POCT პლატფორმის და ჩვეულებრივი RT-PCR-ის გამოყენებით.b შეაფასეთ ანალიტიკური თანმიმდევრულობა FAST-POCT PCR-სა და ჩვეულებრივ RT-PCR-ს შორის.შედეგები დადებითად იყო დაკავშირებული (Pearson r = 0.90).c ფლუორესცენციის ინტენსივობის დონეები 18 IB პაციენტში და 18 საკონტროლოში.d IB პაციენტებში (+), FL მნიშვნელობები მნიშვნელოვნად მაღალი იყო, ვიდრე საკონტროლო ჯგუფში (-) (****P = 3.31 × 10-19; ორკუდიანი t-ტესტი; n = 36).თითოეული კვადრატული ნაკვეთისთვის, ცენტრში შავი მარკერი წარმოადგენს მედიანას, ხოლო ქვედა და ზედა ხაზები წარმოადგენს 25-ე და 75-ე პროცენტებს, შესაბამისად.ულვაშები ვრცელდება მინიმალურ და მაქსიმალურ მონაცემებზე, რომლებიც არ განიხილება გარედან.e ROC მრუდი.წერტილოვანი ხაზი d წარმოადგენს ზღვრულ მნიშვნელობას, რომელიც შეფასებულია ROC ანალიზიდან.AUC IBV-სთვის არის 1. ნედლეული მონაცემები მოწოდებულია როგორც ნედლეული მონაცემთა ფაილები.
ამ სტატიაში წარმოგიდგენთ FAST-ს, რომელსაც გააჩნია იდეალური POCT-ისთვის საჭირო მახასიათებლები.ჩვენი ტექნოლოგიის უპირატესობებში შედის: (1) მრავალმხრივი დოზირება (კასკადური, ერთდროული, თანმიმდევრული და შერჩევითი), გამოშვება მოთხოვნით (გამოყენებული წნევის სწრაფი და პროპორციული გათავისუფლება) და საიმედო მუშაობა (ვიბრაცია 150 გრადუსზე) (2) გრძელვადიანი შენახვა (2 წელი დაჩქარებული ტესტირება, წონის დაკლება დაახლოებით 0.3%);(3) სითხეებთან მუშაობის უნარი დატენიანებისა და სიბლანტის ფართო სპექტრით (სიბლანტე 5500 cP-მდე);(4) ეკონომიური (FAST-POCT PCR მოწყობილობის სავარაუდო მატერიალური ღირებულება არის დაახლოებით 1 აშშ დოლარი).მრავალფუნქციური დისპენსერების კომბინაციით ნაჩვენები და გამოყენებული იქნა ინტეგრირებული FAST-POCT პლატფორმა გრიპის A და B ვირუსების PCR გამოვლენისთვის.FAST-POCT-ს მხოლოდ 82 წუთი სჭირდება.კლინიკურმა ტესტებმა ცხვირის ნაცხის 36 ნიმუშით აჩვენა კარგი შესაბამისობა ფლუორესცენციის ინტენსივობაში სტანდარტულ RT-PCR-თან (Pearson კოეფიციენტები > 0.9).კლინიკურმა ტესტებმა ცხვირის ნაცხის 36 ნიმუშით აჩვენა კარგი შესაბამისობა ფლუორესცენციის ინტენსივობაში სტანდარტულ RT-PCR-თან (Pearson კოეფიციენტები > 0.9).Клинические тесты с 36 образцами мазков из носа показали хорошее соответствие интензивности флуоресценции стандартной ОТ-ПЦР (коэффициенты Пирсона > 0,9).კლინიკურმა ტესტებმა ცხვირის ნაცხის 36 ნიმუშით აჩვენა კარგი თანხვედრა სტანდარტული RT-PCR-ის ფლუორესცენციის ინტენსივობასთან (Pearson-ის კოეფიციენტები > 0.9). RT-PCR Клинические испытания 36 образцов мазков из носа показали хорошее совпадение интензивности флуоресценции со стандардной ОТ-ПЦР (коэффициент Пирсона > 0,9).ცხვირის ნაცხის 36 ნიმუშის კლინიკურმა ტესტმა აჩვენა ფლუორესცენციის ინტენსივობის კარგი თანხვედრა სტანდარტულ RT-PCR-თან (Pearson's კოეფიციენტი > 0.9).ამ სამუშაოს პარალელურად, სხვადასხვა განვითარებადმა ბიოქიმიურმა მეთოდებმა (მაგ., პლაზმის თერმული ციკლი, ამპლიფიკაციის გარეშე იმუნოანალიზები და ნანოსხეულების ფუნქციონალიზაციის ანალიზები) აჩვენეს თავიანთი პოტენციალი POCT-ში.თუმცა, სრულად ინტეგრირებული და ძლიერი POCT პლატფორმის არარსებობის გამო, ეს მეთოდები აუცილებლად მოითხოვს ცალკეული წინასწარი დამუშავების პროცედურებს (მაგ., რნმ-ის იზოლაცია44, ინკუბაცია45 და რეცხვა46), რაც შემდგომ ავსებს ამ მეთოდებთან მიმდინარე მუშაობას POCT-ის მოწინავე ფუნქციების განსახორციელებლად. საჭირო პარამეტრები.მოპოვება პასუხში გამომავალი შესრულება.ამ ნამუშევარში, მიუხედავად იმისა, რომ ჰაერის ტუმბო, რომელიც გამოიყენება FAST სარქვლის გასააქტიურებლად, საკმარისად მცირეა იმისათვის, რომ ინტეგრირებული იყოს სკამზე ინსტრუმენტში (ნახ. S9, S10), ის მაინც მოიხმარს მნიშვნელოვან ენერგიას და წარმოქმნის ხმაურს.პრინციპში, უფრო მცირე ზომის პნევმატური ტუმბოები შეიძლება შეიცვალოს სხვა საშუალებებით, როგორიცაა ელექტრომაგნიტური ძალის გამოყენება ან თითის გააქტიურება.შემდგომი გაუმჯობესება შეიძლება მოიცავდეს, მაგალითად, კომპლექტების ადაპტაციას სხვადასხვა და სპეციფიკური ბიოქიმიური ანალიზისთვის, ახალი აღმოჩენის მეთოდების გამოყენებით, რომლებიც არ საჭიროებენ გათბობის/გაგრილების სისტემებს, რაც უზრუნველყოფს ხელსაწყოების გარეშე POCT პლატფორმას PCR აპლიკაციებისთვის.ჩვენ გვჯერა, რომ იმის გათვალისწინებით, რომ FAST პლატფორმა უზრუნველყოფს სითხეებით მანიპულირების საშუალებას, ჩვენ გვჯერა, რომ შემოთავაზებული FAST ტექნოლოგია წარმოადგენს საერთო პლატფორმის შექმნის პოტენციალს არა მხოლოდ ბიოსამედიცინო ტესტირებისთვის, არამედ გარემოს მონიტორინგისთვის, საკვების ხარისხის ტესტირებისთვის, მასალებისა და წამლების სინთეზისთვის. ..
ადამიანის ცხვირის ნაცხის ნიმუშების შეგროვება და გამოყენება დამტკიცებულია ჟეჯიანგის უნივერსიტეტის პირველი შვილობილი საავადმყოფოს ეთიკის კომიტეტის მიერ (IIT20220330B).შეგროვდა 36 ცხვირის ნაცხის ნიმუში, მათ შორის 16 ზრდასრული <30 წლის, 7 ზრდასრული > 40 წლის და 19 მამაკაცი, 17 ქალი.შეგროვდა 36 ცხვირის ნაცხის ნიმუში, მათ შორის 16 ზრდასრული <30 წლის, 7 ზრდასრული > 40 წლის და 19 მამაკაცი, 17 ქალი.Было собрано 36 образцов мазков из носа, в которых приняли участие 16 взрослых < 30 წელი, 7 უფროსი 40 წელი, 19 კაცი და 17 ქალი.ცხვირის ნაცხის ოცდათექვსმეტი ნიმუში შეგროვდა 16 ზრდასრული <30 წლის ასაკის, 7 ზრდასრული 40 წელზე უფროსი ასაკის, 19 მამაკაცი და 17 ქალი..დემოგრაფიული მონაცემები წარმოდგენილია დამატებით ცხრილში 3. ინფორმირებული თანხმობა იქნა მიღებული ყველა მონაწილისგან.ყველა მონაწილე იყო გრიპის ეჭვმიტანილი და ნებაყოფლობით ტესტირება ჩაუტარდა კომპენსაციის გარეშე.
FAST ბაზა და სახურავი დამზადებულია პოლილაქტური მჟავისგან (PLA) და დაბეჭდილია Ender 3 Pro 3D პრინტერის მიერ (Shenzhen Transcend 3D Technology Co., Ltd.).ორმხრივი ლენტი შეძენილია Adhesives Research, Inc. Model 90880-დან. PET ფილმი 100 მკმ სისქით შეძენილია McMaster-Carr-ისგან.როგორც წებოვანი, ასევე PET ფილმი მოჭრილი იქნა Silhouette Cameo 2 საჭრელით Silhouette America, Inc.-ისგან. ელასტიური ფილმი დამზადებულია PDMS მასალისგან ინექციური ჩამოსხმის გზით.თავდაპირველად, 200 მკმ სისქის PET ჩარჩო მოიჭრა ლაზერული სისტემის გამოყენებით და დამაგრდა 3 მმ სისქის PMMA ფურცელზე 100 μm ორმხრივი წებოვანი ლენტის გამოყენებით.PDMS წინამორბედი (Sylgard 184; ნაწილი A: ნაწილი B = 10:1, Dow Corning) შემდეგ გადაისხეს ფორმაში და გამოიყენეს მინის ღერო ზედმეტი PDMS-ის მოსაშორებლად.70°C-ზე 3 საათის განმავლობაში გამაგრების შემდეგ, 300 მკმ სისქის PDMS ფირის ამოღება შესაძლებელია ყალიბიდან.
ფოტოები მრავალმხრივი დისტრიბუციისთვის, მოთხოვნით გამოქვეყნებისთვის და საიმედო შესრულებისთვის გადაღებულია მაღალსიჩქარიანი კამერით (Sony AX700 1000 fps).სანდოობის ტესტში გამოყენებული ორბიტალური შეკერი შეძენილია SCILOGEX-ისგან (SCI-O180).ჰაერის წნევა წარმოიქმნება ჰაერის კომპრესორის მიერ და წნევის მნიშვნელობის დასარეგულირებლად გამოიყენება რამდენიმე ციფრული ზუსტი წნევის რეგულატორი.ნაკადის ქცევის ტესტირების პროცესი შემდეგია.წინასწარ განსაზღვრული რაოდენობის სითხე შეიყვანეს სატესტო მოწყობილობაში და გამოიყენეს მაღალი სიჩქარის კამერა ნაკადის ქცევის ჩასაწერად.შემდეგ სურათები გადაიღეს ნაკადის ქცევის ვიდეოებიდან ფიქსირებულ დროში, ხოლო დარჩენილი ფართობი გამოითვალა Image-Pro Plus პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით, რომელიც შემდეგ მრავლდებოდა კამერის სიღრმეზე მოცულობის გამოსათვლელად.ნაკადის ქცევის ტესტირების სისტემის დეტალები შეგიძლიათ იხილოთ დამატებით სურათზე S4.
შეიტანეთ 50 μl მიკრომძივები და 100 μl დეიონიზებული წყალი ფლაკონის შერევის მოწყობილობაში.შერეული შესრულების ფოტოები გადაღებულია მაღალი სიჩქარის კამერით ყოველ 0,1 წამში 0,1 ბარი, 0,15 ბარი და 0,2 ბარი წნევით.პიქსელების ინფორმაციის მიღება შერწყმის პროცესის დროს შესაძლებელია ამ სურათებიდან ფოტოების დამუშავების პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით (Photoshop CS6).და შერევის ეფექტურობის მიღწევა შესაძლებელია შემდეგი განტოლებით 53.
სადაც M არის შერევის ეფექტურობა, N არის ნიმუშის პიქსელების საერთო რაოდენობა და ci და \(\bar{c}\) არის ნორმალიზებული და მოსალოდნელი ნორმალიზებული კონცენტრაციები.შერევის ეფექტურობა მერყეობს 0-დან (0%, შეურევლად) 1-მდე (100%, სრულად შერეული).შედეგები ნაჩვენებია დამატებით სურათზე S6.
რეალურ დროში RT-PCR ნაკრები IAV და IBV, მათ შორის IAV და IBV RNA ნიმუშები (კატ. No. RR-0051-02/RR-0052-02, Liferiver, ჩინეთი), Tris-EDTA ბუფერი (TE ბუფერი No. B541019 , Sangon Biotech, ჩინეთი), პოზიტიური კონტროლის RNA გამწმენდი ნაკრები (ნაწილი No. Z-ME-0010, Liferiver, ჩინეთი) და GAPDH Solution (ნაწილი No. M591101, Sangon Biotech, ჩინეთი) კომერციულად ხელმისაწვდომია.რნმ-ის გამწმენდი ნაკრები მოიცავს შემაკავშირებელ ბუფერს, სარეცხი A, სარეცხი W, ელუენტს, მაგნიტურ მიკრომძივებს და აკრილის მატარებელს.IAV და IBV რეალურ დროში RT-PCR კომპლექტები მოიცავს IFVA ნუკლეინის მჟავას PCR გამოვლენის მიქსს და RT-PCR ფერმენტს.დაამატეთ 6 μl AcrylCarrier და 20 μl მაგნიტური მარცვლები 500 μl შემაკავშირებელ ბუფერულ ხსნარს, კარგად შეანჯღრიეთ და შემდეგ მოამზადეთ მძივის ხსნარი.დაუმატეთ 21 მლ ეთანოლი სარეცხი A და W, კარგად შეანჯღრიეთ, რომ მიიღოთ სარეცხი A და W ხსნარები, შესაბამისად.შემდეგ, 18 μl ფლუორესცენტური PCR ნარევი IFVA ნუკლეინის მჟავასთან და 1 μl RT-PCR ფერმენტი დაემატა 1 μl TE ხსნარს, შეანჯღრიეთ და ცენტრიფუგირებულ იქნა რამდენიმე წამის განმავლობაში, მიღებულ იქნა 20 μl IAV და IBV პრაიმერები.
დაიცავით რნმ-ის გაწმენდის შემდეგი პროცედურა: (1) რნმ ადსორბცია.პიპეტით 526 μl გრანულების ხსნარი 1,5 მლ ცენტრიფუგა მილში და დაამატეთ 150 μl ნიმუში, შემდეგ ხელით შეანჯღრიეთ მილი ზევით და ქვევით 10-ჯერ.გადაიტანეთ 676 μl ნარევი აფინურ სვეტში და ცენტრიფუგა 1,88 x 104 გ 60 წამის განმავლობაში.შემდგომი დრენაჟები შემდეგ იშლება.(2) რეცხვის პირველი ეტაპი.დაამატეთ 500 მკლ სარეცხი ხსნარი A აფინიტურ სვეტს, ცენტრიფუგა 1,88 x 104 გ 40 წმ და გადააგდეთ დახარჯული ხსნარი.ეს სარეცხი პროცესი ორჯერ განმეორდა.(3) რეცხვის მეორე ეტაპი.დაამატეთ 500 მკლ სარეცხი ხსნარი W აფინურ სვეტში, ცენტრიფუგა 1,88×104 გ-ზე 15 წმ და გადააგდეთ დახარჯული ხსნარი.ეს სარეცხი პროცესი ორჯერ განმეორდა.(4) ელუცია.დაამატეთ 200 μl ელუატი აფინურ სვეტში და ცენტრიფუგა 1,88 x 104 გ 2 წუთის განმავლობაში.(5) RT-PCR: ელუატი შეჰყავდათ პრაიმერის ხსნარში 20 μl PCR მილში, შემდეგ მილი მოთავსდა რეალურ დროში PCR ტესტის აპარატში (SLAN-96P) RT-PCR პროცესის განსახორციელებლად.გამოვლენის მთლიან პროცესს დაახლოებით 140 წუთი სჭირდება (20 წუთი რნმ-ის გაწმენდისთვის და 120 წუთი PCR-ის გამოვლენისთვის).
526 μl მძივის ხსნარი, 1000 μl სარეცხი ხსნარი A, 1000 μl სარეცხი ხსნარი W, 200 μl ელუატი და 20 μl პრაიმერის ხსნარი წინასწარ დაემატა და ინახებოდა M, W1, W2, E და PCR გამოვლენის კამერებში.პლატფორმის შეკრება.შემდეგ, ნიმუშის 150 μl პიპეტით M კამერაში და FAST-POCT პლატფორმა ჩასვეს ტესტ ინსტრუმენტში, რომელიც ნაჩვენებია დამატებით სურათზე S9.დაახლოებით 82 წუთის შემდეგ, ტესტის შედეგები ხელმისაწვდომი იყო.
თუ სხვა რამ არ არის აღნიშნული, ყველა ტესტის შედეგი წარმოდგენილია როგორც საშუალო ± SD მინიმუმ ექვსი გამეორების შემდეგ მხოლოდ FAST-POCT პლატფორმის და ბიოლოგიურად დამოუკიდებელი ნიმუშების გამოყენებით.არცერთი მონაცემი არ იყო გამორიცხული ანალიზიდან.ექსპერიმენტები შემთხვევითი არ არის.ექსპერიმენტის დროს მკვლევარები ბრმა არ იყვნენ ჯგუფური ამოცანების მიმართ.
კვლევის დიზაინის შესახებ დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ ბუნების კვლევის ანგარიშის აბსტრაქტი, რომელიც დაკავშირებულია ამ სტატიასთან.
ამ კვლევის შედეგების მხარდამჭერი მონაცემები ხელმისაწვდომია დამატებით ინფორმაციაში.ამ სტატიაში მოცემულია ორიგინალური მონაცემები.
ჩაგლა, ზ. და მადჰუკარი, პ. COVID-19-ის გამაძლიერებლები მდიდარ ქვეყნებში აჭიანურებენ ვაქცინებს ყველასთვის.ჩაგლა, ზ. და მადჰუკარი, პ. COVID-19-ის გამაძლიერებლები მდიდარ ქვეყნებში აჭიანურებენ ვაქცინებს ყველასთვის.ჩაგლა, ზ. და მადჰუკარი, პ. COVID-19-ის გამაძლიერებლები მდიდარ ქვეყნებში ყველასთვის ვაქცინაციის შეფერხებას გამოიწვევს.ჩაგლა, ზ. და მადჰუკარი, პ. COVID-19-ის რევაქცინაცია მდიდარ ქვეყნებში ყველასთვის გადაიდება ვაქცინაცია.ეროვნული მედიცინა.27, 1659–1665 (2021).
ფაუსტი, ლ. და სხვ.SARS-CoV-2 ტესტირება დაბალი და საშუალო შემოსავლის ქვეყნებში: ხელმისაწვდომობა და ხელმისაწვდომობა კერძო ჯანდაცვის სექტორში.მიკრობული ინფექცია.22, 511–514 (2020).
Ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაცია.შერჩეული განკურნებადი სქესობრივი გზით გადამდები ინფექციების გლობალური გავრცელება და სიხშირე: მიმოხილვა და შეფასებები.ჟენევა: WHO, WHO/HIV_AIDS/2 https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/66818/WHO_HIV_AIDS_2001.02.pdf (2001).
ფენტონი, EM და სხვ.მრავალი 2D ჩამოსხმული გვერდითი ნაკადის ტესტის ზოლები.ASS აპლიკაცია.ალმა მატერი.მილანის ინტერი.1, 124–129 (2009).
შილინგი, KM და სხვ.სრულად დახურული მიკროფლუიდური ქაღალდზე დაფუძნებული ანალიზის მოწყობილობა.ანუსის.ქიმიური.84, 1579–1585 (2012).
ლაპენტერი, ნ. და სხვ.კონკურენტუნარიანი ქაღალდზე დაფუძნებული იმუნოქრომატოგრაფია ფერმენტებით მოდიფიცირებულ ელექტროდებთან ერთად იძლევა უკაბელო მონიტორინგს და შარდის კოტინინის ელექტროქიმიურ განსაზღვრას.Sensors 21, 1659 (2021).
ჟუ, X. და სხვ.დაავადების ბიომარკერების რაოდენობრივი განსაზღვრა მრავალმხრივი ნანოზიმებით ინტეგრირებული გვერდითი სითხის პლატფორმით გლუკომეტრის გამოყენებით.ბიოლოგიური სენსორი.ბიოელექტრონიკა.126, 690–696 (2019).
ბუ, ს. და სხვ.ორსულობის ტესტის ზოლები პათოგენური ბაქტერიების გამოსავლენად კონკანავალინი A-ადამიანის ქორიონული გონადოტროპინი-Cu3(PO4)2 ჰიბრიდული ნანოყვავილების გამოყენებით, მაგნიტური გამოყოფა და სმარტფონის კითხვა.მიკროკომპიუტერი.Ჟურნალი.185, 464 (2018).