تصف هذه الورقة تصنيع وتشغيل رقائق التحلل الصوتي الموائع الدقيقة باستخدام تقنية الرحلان الأكوستوفوريزي الموائع الدقيقة والميكروبيدات المعدلة بواسطة aptamer والتي يمكن استخدامها للعزل السريع والفعال للبكتيريا سالبة الجرام من الوسط.
مقالة منهجية
تصف هذه الورقة تصنيع وتشغيل رقائق التحلل الصوتي الموائع الدقيقة باستخدام تقنية الرحلان الأكوستوفوريزي الموائع الدقيقة والميكروبيدات المعدلة بواسطة aptamer والتي يمكن استخدامها للعزل السريع والفعال للبكتيريا سالبة الجرام من الوسط.
توضح هذه المقالة تصنيع وتشغيل رقائق الرحلان الأكوستوفورتيك الموائع الدقيقة باستخدام تقنية الرحلان الأجوستوفوريزي الموائع الدقيقة والميكروبيدات المعدلة بواسطة aptamer والتي يمكن استخدامها للعزل السريع والفعال للبكتيريا سالبة الجرام من الوسط. تعزز هذه الطريقة كفاءة الفصل باستخدام مزيج من القنوات الدقيقة الطويلة والمربعة. في هذا النظام، يتم حقن العينة والمخزن المؤقت في منفذ المدخل من خلال وحدة تحكم في التدفق. بالنسبة لتمركز الخرز وفصل العينات، يتم تطبيق طاقة التيار المتردد على محول الطاقة الكهرضغطية عبر مولد وظيفي مع مضخم طاقة لتوليد قوة إشعاع صوتي في القناة الدقيقة. هناك قناة متشعبة في كل من المدخل والمخرج ، مما يتيح الفصل والتنقية والتركيز في وقت واحد. يحتوي الجهاز على معدل استرداد يبلغ >98٪ ونقاء 97.8٪ حتى تركيز جرعة 10x. أظهرت هذه الدراسة معدل استرداد ونقاء أعلى من الطرق الحالية لفصل البكتيريا ، مما يشير إلى أن الجهاز يمكنه فصل البكتيريا بكفاءة.
ويجري تطوير منصات الموائع الدقيقة لعزل البكتيريا عن العينات الطبية والبيئية، بالإضافة إلى الطرق القائمة على النقل العازل للكهرباء، والرحلان المغناطيسي، واستخراج الخرز، والترشيح، والموائع الدقيقة بالطرد المركزي والتأثيرات بالقصور الذاتي، والموجات الصوتية السطحية 1,2. يستمر الكشف عن البكتيريا المسببة للأمراض باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، ولكنه عادة ما يكون شاقا ومعقدا ومستهلكا للوقت 3,4. تعد أنظمة الرحلان الأيكولومبي الموائع الدقيقة بديلا لمعالجة ذلك من خلال الإنتاجية المعقولة وعزل الخلايا غير الملامسة5،6،7. الرحلان الصوتي هو تقنية تفصل أو تركز الخرز باستخدام ظاهرة حركة المواد من خلال موجة صوتية. عندما تدخل الموجات الصوتية إلى القناة الدقيقة ، يتم فرزها وفقا لحجم الخرز وكثافته وما إلى ذلك ، ويمكن فصل الخلايا وفقا للخصائص الكيميائية الحيوية والكهربائية لوسط التعليق 7,8. وفقا لذلك ، تم متابعة العديد من الدراسات الصوتية بنشاط9،10،11 ، ومؤخرا ، تم إدخال المحاكاة العددية ثلاثية الأبعاد للحركة الصوتية الناجمة عن التدفق الصوتي المدفوع بالحدود في الموائع الدقيقة للموجة الصوتية السطحية الدائمة12.
تدرس الدراسات في مختلف المجالات كيفية استبدال الأجسام المضادة 2,3. Aptamer هي مادة مستهدفة ذات انتقائية وخصوصية عالية ، ويتم إجراء العديد من الدراسات2،9،10،13. تتميز Aptamers بصغر حجمها ، والاستقرار البيولوجي الممتاز ، والتكلفة المنخفضة ، وقابلية التكاثر العالية مقارنة بالأجسام المضادة ويتم دراستها في التطبيقات التشخيصية والعلاجية2،3،14.
هنا ، تصف هذه المقالة بروتوكول تقنية الرحلان الأكوستوفوريزي الموائع الدقيقة التي يمكن استخدامها للفصل السريع والفعال للبكتيريا سالبة الجرام (GN) عن وسط باستخدام الميكروبيدات المعدلة بواسطة aptamer. يولد هذا النظام موجة صوتية دائمة ثنائية الأبعاد (2D) من خلال تشغيل كهرضغطي واحد عن طريق تحفيز رنين متعامدين في وقت واحد داخل قناة دقيقة مستطيلة طويلة لمحاذاة وتركيز الميكروبيدات المرتبطة ب aptamer في العقدة ونقاط مضادة للعقدة لكفاءة الفصل 2,11,15,16 . هناك قناة متشعبة في كل من المدخل والمخرج ، مما يتيح الفصل والتنقية والتركيز في وقت واحد.
يمكن أن يكون هذا البروتوكول مفيدا في مجال التشخيص المبكر للأمراض المعدية البكتيرية ، بالإضافة إلى استجابة سريعة وانتقائية وحساسة للعدوى البكتيرية المسببة للأمراض من خلال مراقبة المياه في الوقت الفعلي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تصميم رقاقة الرحلان الفموائع الدقيقة
ملاحظة: يوضح الشكل 1 مخططا لفصل وجمع الميكروبيدات المستهدفة من القنوات الدقيقة بواسطة الرحلان الأوكوستوبيريس. تم تصميم رقاقة الرحلان الأيكولومبي الموائع الدقيقة باستخدام برنامج CAD.
2. تصنيع رقاقة الرحلان الأكوستوفوريزي ميكروفلويديك
ملاحظة: قم بتجميع أربع طبقات بالترتيب التالي: طبقة من زجاج البورسليكات والسيليكون، وطبقة من السيليكون، وطبقة من زجاج البورسليكات، وطبقة PZT، كما هو موضح في الشكل 3A، B.
3. السلالات البكتيرية والثقافة
ملاحظة: ارجع إلى الجدول 2 لاختيار واحتضان بكتيريا GN والبكتيريا إيجابية الجرام (GP) للتجارب. للحصول على طريقة الثقافة، راجع الخطوات 3.1-3.4. يجب احتضان جميع البكتيريا تحت الظروف الهوائية حتى يتم الحصول على امتصاص 0.4 عند 600 نانومتر (OD600).
4. الميكروبيدات وتجميد أبتامر على الميكروبيدات
5. إعداد وتشغيل الرحلان الصوتي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يوضح الشكل 5 صورة تدفق الخرز كدالة لجهد PZT (إيقاف التشغيل ، 0.1 فولت ، 0.5 فولت ، 5 فولت). في حالة الشريحة الصوتية التي تم إدخالها في هذه الدراسة ، تم التأكيد على أنه مع زيادة جهد PZT ، زاد التركيز المركزي للخرز بحجم 10 ميكرومتر. تركزت معظم الخرز بحجم 10 ميكرومتر في الوسط عند 5 فولت من جهد PZT. ومن خلال هذه النتيجة، تم توليد تردد رنين يبلغ 3.66 ميغاهيرتز في مولد دالة أحادي القناة، وتم تضخيم إشارة عامة بمقدار 16 ديسيبل (حوالي 9 مرات) باستخدام مضخم طاقة.
ويبين
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
قمنا بتطوير جهاز الموائع الدقيقة للرفع الصوتي لالتقاط ونقل بكتيريا GN من عينات المستنبتة بسرعة عالية استنادا إلى طريقة تشغيل مستمرة وفقا لحجمها ونوعها ، والميكروبيدات المعدلة بواسطة aptamer. تتيح القناة الدقيقة المربعة الطويلة تصميما أبسط وكفاءة أكبر من حيث التكلفة للهروب الحرقفي ثنائي الأبعاد مما تم الإبلاغ عنه سابقا20،21،22،23،24،25
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
تم دعم هذا العمل من خلال منحة المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا (NRF) التي تمولها الحكومة الكورية (وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات). (لا. NRF-2021R1A2C1011380)
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1 وميكرو ؛ م ميكروبيدات البوليسترين | بانج مختبرات | PS04001 | حبات حجم الخلية |
| 10 & مايكرو; m الميكروبيدات المغلفة بالستربتافيدين | Bang Laboratories | CP01007 | حبات تقارب Aptamer |
| 4 بوصة رقاقة السيليكون / قالب SU-8 | 4science | 29-03573-01 | مكونات رقاقة |
| Aptamer | Integrated DNA Technologies | GN3-6'RNA | لاقتران زجاج البكتيريا |
| Schott | BOROFLOAT 33 | المركزي للرقاقة | |
| Daihan | CF-10 | ضياع الجسيمات | |
| الغراء cyanoacrylate | 3M | AD100 | إرفاق PZT ب Microchip |
| Escherichia coli DH5 & alpha ؛ | KCTC | KCTC2571 | البكتيريا المستهدفة |
| مولد وظيفي | GW Instek | AFG-2225 | توليد تردد |
| كاميرا عالية السرعة | Photron | FASTCAM مراقبة مصغرة | للفصل |
| صفيحة ساخنة | كلوحة | HI-1000 | لعلاج السائل PDMS |
| KOVAX-SYRINGE 10 مل حقنة | كوريالقاح | 22G-10ML | املأ قناة الرحل الأكسوتوفوريسي الموائع الدقيقة بالماء منزوع المعادن الخالي من الفقاعات. |
| سائل بولي ديميثيل سيلوكسان ، PDMS | داو كورنينج إنك. | سيلجارد 184 | مكونات رقاقة |
| LB Broth Miller | BD Difco | 244620 | زراعة الخلايا (وسط لوريا بيرتاني) |
| مجهر | أوليمبوس كورب. | IX-81 | مراقبة الفصل |
| PBS العازلة | الجدي العلمي | PBS-1A | البكتيريا الضاهلة |
| PEEK Tubes | Saint-Gobain Ppl Corp. | AAD04103 | حقن أو جمع الجسيمات |
| محول الطاقة الكهرضغطية | Fuji Ceramics | C-213 | توليد موجة محددة في القناة |
| مضخم الطاقة | مضخم البحوث | 75A250A | تضخيم |
| تحكم ضغط التردد /&mu ؛ فلوكون | AMED | AMED- & مو ؛ flucon | التحكم في ضغط الهواء / التحكم في التدفق |
| المخزن المؤقت Tris-HCl | invitrogen | 15567027 | ضياع الجسيمات |
| أنبوب الدوار | SeouLin Bioscience | SLRM-3 | تعديل aptamer والخرزة |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن