Name: ميكروفلويديك طلبات للحصول على تشخيص احدة (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-02-03T23:55:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: اكتشف تصنيع الأجهزة الميكروفلويدية الحرارية للتشخيصات المتنقلة في البيئات محدودة الموارد. تتيح هذه التقنية استخراج الأحماض النووية وإجراء تفاعل البلمرة المتسلسل مباشرة على الشريحة لاكتشاف مسببات الأمراض.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

ليس لدى المؤلفين أي تضاربات مصالح للإفصاح عنها.

ميكروفلويديك طلبات للحصول على تشخيص احدة

Microfluidic Applications for Disposable Diagnostics

في هذه المقابلة ، والدكتور Klapperich يناقش تصنيع الأجهزة ميكروفلويديك بالحرارة وتطبيقها من أجل تطوير وسائل التشخيص الجديدة.

يناقش الدكتور Klapperich في هذه المقابلة تصنيع أجهزة الموائع الدقيقة المصنوعة من اللدائن الحرارية وتطبيقاتها في تطوير...

اسمي كاثرين كلاود بريدج، وأنا أستاذة في التصنيع والهندسة والهندسة الطبية الحيوية في جامعة بوسطن. وأشغل منصب مدير مختبر الأجهزة والبيئات الدقيقة الطبية الحيوية. نحن نعمل بشكل أساسي على ابتكار أدوات تشخيصية قابلة للتخلص منها لاستخدامها في التطبيقات ضمن المناطق محدودة الموارد.لذلك، نستخدم الموائع الدقيقة لتصنيع هذه الأجهزة. نحن مهتمون في الواقع بمجالي دراسة؛ حيث ينصب اهتمامنا الأساسي على بحث كيفية تفاعل الجزيئات الحيوية والخلايا مع أسطح البوليمرات البلاستيكية.هذا هو مجالنا الرئيسي الشامل. ويتجسد هذا العمل في تطبيقات الموائع الدقيقة للتشخيصات التي تستخدم لمرة واحدة. لذا، فإن ما نصنعه في المختبر هو أجهزة الموائع الدقيقة.في المواد thermoplastic، لا نستخدم عادةً PDMS، وهي المادة المطاطية التي يستخدمها معظم الأشخاص لصناعة أنظمة الموائع الدقيقة في المختبر. نحن نصنع أجهزتنا من المواد thermoplastic. ونهتم باستخدام هذه الأجهزة thermoplastic لإجراء البيولوجيا الجزيئية على المقياس الدقيق بطريقة تسمح بإجراء تلك البيولوجيا الجزيئية ميدانياً، بعيداً عن المختبرات المركزية.أما كيفية تطبيق ذلك في المختبر، فهي تتمثل في قيامنا بتصنيع بطاقات بلاستيكية صغيرة تحتوي بداخلها على أعمدة لاستخلاص الطور الصلب، أو أعمدة لتحلل الخلايا، أو أعمدة للخلط. كما نجري تفاعل البوليميراز المتسلسل على الرقاقة كتقنية للكشف. وتُدمج كل هذه المكونات في جهاز صغير، والذي يهدف البحث في رؤيته طويلة المدى إلى تحويله في النهاية إلى جهاز متكامل يمكن حمله واستخدامه ميدانياً أو في بيئات لا تتوفر فيها مختبرات واسعة النطاق بما تتطلبه من أجهزة طرد مركزي وحاضنات حرارية وغيرها.لذا، نود أن نتمكن بشكل مثالي من البدء بعينة بشرية مثل الدم أو البول أو البراز، أو مسحة من البلعوم الأنفي على سبيل المثال، والتي ستكون عبارة عن مخاط. ومن ثم، نحصل عند مخرج الشريحة على إجابة بنعم أو لا، حول ما إذا كان الشخص مصاباً بكائن حي دقيق معين. والطريقة التي نفعل بها ذلك هي من خلال البحث عن الـ DNA أو الـ RNA الخاص بذلك الكائن الحي الدقيق، اعتماداً على نوع الكائن، في عينة المريض.لذا، تكمن التحديات التقنية التي تظهر إلى حد كبير في جانب تحضير العينة من تلك المعادلة. فعندما تبدأ بالدم أو البراز أو البول، يتعين عليك الانتقال من حالة يكون فيها لديك عينة بشرية غير نقية تحتوي على الكثير من الجسيمات المحتملة أو مثبطات تفاعل PCR أو تقنيات التضخيم الأخرى. وتريد في النهاية الحصول على عينة منقاة ومستخلصة من الأحماض النووية، والتي يمكنك استخدامها بعد ذلك لتضخيم أو البحث عن DNA أو RNA معين يخبرك ما إذا كان الكائن الحي الدقيق الذي تبحث عنه موجودًا.لذا، ومن أجل تنقية هذه العينات، يتعين عليك القيام ببعض الخطوات. أولاً، يجب تصفية العينة، وهو أمر قد يتضمن -اعتماداً على العينة- تصفية خشنة أو خطوة طرد مركزي سريعة قبل وضع العينة على الشريحة. لذا، نحن نحاول دائماً البدء بالعينات كما تصل إلينا من الطبيب السريري.لذا، فيما يتعلق بعينات البول والبراز ومسحات البلعوم الأنفي، هدفنا هو أن يقوم الطبيب بعمله كالمعتاد وأخذ العينة بالطريقة التي يتبعها عادةً. ومن ثم، نقوم بأخذ تلك العينة ووضعها على الرقائق. وبناءً على ذلك، إذا كانت هناك حاجة لإجراء المزيد من عمليات الترشيح في هذه الخطوة، فإن ذلك الترشيح سيحدث داخل الرقاقة.تتضمن الخطوة الثانية، وبما أننا نجري مقاييس جزيئية، ضرورة تحلل الخلايا والكائنات الدقيقة الموجودة في تلك العينة. لذا نقوم بعد ذلك بخطوة تحلل، والتي تتضمن عادةً دفع العينة عبر مرشح ذي حجم مسام صغير. وأحياناً يحتوي هذا المرشح أيضاً على جسيمات نانوية مثل أنابيب الكربون النانوية، التي تمتلك حوافاً حادة يمكن استخدامها لتمزيق بعض الكائنات التي تمتلك جدران خلوية أكثر متانة مثل C difficile، وهي بكتيريا موجبة الجرام نتعامل معها، ويصعب تحللها للغاية.لذا، يتعين علينا توفير أعمدة تحلل أكثر قوة. ولكن عادةً ما نقوم بعملية تحلل كيميائية وميكانيكية مشتركة داخل الرقاقة. بعد ذلك، يكون هدفنا هو أخذ ناتج التحلل ثم استخلاص الأحماض النووية المنقاة.لذا، نقوم بتمرير ناتج التحلل عبر عمود استخلاص بالطور الصلب مدمج في الرقاقة الموائع الدقيقة. وهذا العمود المخصص للاستخلاص بالطور الصلب مصنوع من البلاستيك، وقد تم تصنيعه باستخدام كيمياء مُحفزة ضوئيًا داخل قناة الموائع الدقيقة بعد الانتهاء من تصنيعها. كما أنه يكون مُشبعًا عادةً بجسيمات السيليكا لأننا نرغب في ربط الأحماض النووية وتحريرها.في بعض الحالات، قمنا بدمج حبيبات oligo DT إذا أردنا ربط وتحرير mRNA على وجه التحديد، على سبيل المثال، أو حبيبات تحتوي على أجسام مضادة معينة، إذا أردنا ربط وتحرير بروتينات محددة. ويمكننا تصنيع أعمدة استخلاص تقوم بكل هذه المهام. ولكننا سنعرض لكم اليوم كيفية تصنيع عمود استخلاص sase باستخدام حبيبات السيليكا.بعد إتمام ذلك، يتم تمرير المستخلص الخلوي عبر عمود السيليكا، وهو يعمل تماماً كما تعمل أطقم kyogen في المختبرات ذات النطاق الواسع. ثم نقوم بعملية الغسل للتخلص من جميع المكونات الأخرى غير المرغوب فيها، مثل جميع الكربوهيدرات والليبيدات والمواد الأخرى الموجودة في المستخلص الخلوي وفي بقية العينة البشرية التي لا نحتاجها. وفي النهاية، نقوم بعملية الشطف باستخدام الماء.والمميز في أعمدة الاستخلاص بالطور الصلب ذات المقياس الميكروي هذه هو أنه يمكننا إجراء الشطف بكمية صغيرة جداً من الماء، عادة ما تكون في حدود 1 إلى 5 µL. ونستعيد بذلك جميع الأحماض النووية التي وضعناها تقريباً؛ حيث تبلغ نسبة الكفاءة لدينا حوالي 70 إلى 90% في أول 10 µL نستعيدها من تلك القناة.لذا، إذا قمنا بالغسل مرتين باستخدام 2 إلى 10 µL، فإننا نستعيد جميع الأحماض النووية التي وضعناها هناك تقريبًا. وبذلك، لا نحصل فقط على عينة نظيفة صالحة لتفاعل PCR، بل نحصل أيضًا على عينة ذات تركيز أعلى بكثير مما يمكن الحصول عليه باستخدام المجموعات المخبرية القياسية. لذا فإن الهدف النهائي من جميع تقنيات تحضير العينات هذه هو جعل النتائج متوافقة مع بعض الأعمال الأخرى التي أجراها الباحثون.عمل رائع جداً في هذا المجال يوضح إمكانية إجراء تضخيم PCR على شريحة. يمكنك أيضاً إجراء تفاعل النسخ العكسي على شريحة إذا كنت تتعامل مع فيروس RNA أو إذا كنت ترغب في إجراء تجربة للتعبير الجيني. كما يمكن ربط تقنيات تحضير العينات لدينا مباشرة بـ PCR على الشريحة، وبذلك لن تضطر إلى القيام بأي من عمليات التنقية وتحضير العينات على طاولة المختبر.بالإضافة إلى ذلك، هناك خطوة التركيز التي ستحتاج إلى القيام بها من أجل الحصول على الأحجام الضئيلة اللازمة لإجراء تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) المتعدد على شريحة صغيرة. لذا، فإن التجارب التي سنعرضها لكم اليوم توضح كيفية تجميع الشريحة الموائع دقيقة، والمصنوعة من اللدائن الحرارية وليس من مادة PDMS؛ وهو ما يتطلب عملية تصنيع مختلفة قليلاً عن تلك المستخدمة عادةً، وكيفية ختم هذه الشرائح.ثم سنوضح كيفية إجراء الكيمياء المحفزة بالضوء داخل الشريحة لتكوين المونوليثات البوليمرية التي تُستخدم لكل من تحلل الخلايا والاستخلاص بالطور الصلب. وفي نهاية هذه العملية، والتي تعد حالياً عمليات نمطية في المختبر ولكن يمكن دمجها وقد دُمجت بالفعل، سنحصل في النهاية على عينة عالية التركيز من الأحماض النووية، RNA و DNA في الماء، والتي يمكنها الانتقال بعد ذلك إلى وحدة PCR أو وحدة تضخيم أخرى حيث يمكن تحديد نوع الكائن الحي الدقيق أو العدوى. في الواقع، لدينا منحة نعمل عليها حالياً حيث بدأنا في جمع عينات بشرية من مركز بوسطن الطبي من مرضى قد يكونون مصابين أو غير مصابين بإنفلونزا A. وبما أننا في موسم الإنفلونزا، فإن هذه هي العينات التي نقوم بجمعها.وبعد ذلك في المختبر، نقوم بإجراء المقايسات المعيارية الذهبية للتحقق مما إذا كان الشخص مصاباً بإنفلونزا A، وهي أساساً مقايسة استنبات تتطلب عدة أيام للتنفيذ. وبالتوازي مع ذلك، نقوم بتمرير هذه العينات عبر وحدات الرقاقة الحالية؛ حيث نمررها عبر عمود التحلل، ثم عبر عمود الاستخلاص بالطور الصلب، وبعد ذلك نقوم بإجراء تفاعل PCR لمعرفة مدى كفاءة أدائنا مقارنة بالطرق المعيارية الذهبية.هذه هي المرحلة التي وصلنا إليها حالياً. وإذا نجحت تلك التجارب، أعتقد أننا قد نصل خلال السنوات الأربع إلى الست القادمة إلى وضع يتوفر فيه شريحة متكاملة ومقايسة كاملة لفيروس influenza A، كما أننا نعمل أيضاً على clostridium difficile وعينات البراز. ونحن قريبون جداً ليس فقط من دمج الجهاز، بل وأيضاً دمج المقايسة.لذا، يجب أن يتم تطوير المقايسة وتصميم الشريحة جنباً إلى جنب. وبالنسبة لتطبيق معين يهدف للوصول إلى مرحلة رعاية المرضى، فإنها عملية موجهة نحو الهدف حقاً؛ إذ يتعين عليك معرفة العينة التي تبدأ بها والكائن الحي الدقيق الذي تبحث عنه من أجل تحسين الشريحة لتكون مناسبة للاستخدام عند سرير المريض.لذا، لا أعتقد أننا بعيدون جداً عن تحقيق ذلك في شكل نموذج أولي. هذه هي أهدافنا النهائية، لذا آمل أن نصل إليها.

microfluidic-applications-for-disposable-diagnostics

Research

JoVE Journal

Biology

علم الأحياء

نظهر بروتوكولات لتصنيع وأتمتة polydimethylsiloxane المرنة (PDMS) المستندة صفائف microvalve التي لا تحتاج الى طاقة اضافية لإغلاق وحدات التخزين ميزة تعريف دقيق photolithographically. ويرد موازية subnanoliter الحجم خلاط ووضع نظام متكامل للنضح ميكروفلويديك.

رقائق ميكروفلويديك مع الشواهد صالحة Microvalve المرنة

قطيرة المنصات المرتكزة ميكروفلويديك من المرشحين واعدة للتجارب إنتاجية عالية نظرا لأنها قادرة على توليد بيكو لتر ، ذاتية مجزأة السفن بأسعار غير مكلفة كيلوهرتز. من خلال التكامل مع الأساليب مضان سريع وحساسة وعالية الدقة الطيفية ، يمكن أن كميات كبيرة من المعلومات التي يتم انشاؤها داخل هذه النظم استخراج بكفاءة ، وتسخيرها والاستفادة منها.

طرق الكشف عن منصات مضان الحبرية ميكروفلويديك

وقد تم تطوير رقاقة متكاملة بالحرارة ميكروفلويديك لاستخدامها بوصفها التشخيص الجزيئي. رقاقة يؤدي استخلاص الحمض النووي، الناسخ العكسي، وPCR. يتم وصف طرق لانتاج وتشغيل الشريحة.

ميكروفلويديك تصنيع المعالج وطريقة للكشف عن الأنفلونزا

في هذه المقالة نقدم رقاقة ميكروفلويديك لتحليل خلية واحدة. أنه يسمح للالكمي للبروتينات الخلايا، والإنزيمات، العوامل المساعدة، ورسله الثاني عن طريق فحوصات الفلورسنت أو المناعية.

رقاقة ميكروفلويديك للتحليل الكيميائي للخلايا متعددة الاستخدامات واحدة

في هذه المقالة نصف تقنيات مختلفة لمنصات النماذج الأولية السريعة للموائع الدقيقة. تعتمد التقنيات المقترحة على الإيبوكسي الحساسة للأشعة فوق البنفسجية (UV) والمعالجة بدرجة الحرارة ، والأنابيب القائمة على polydimethylsiloxane (PDMS) ، والترابط السلكي ، والأفلام اللاصقة متباينة الخواص. تم تطوير إجراءات التجميع المقدمة لكل من الأجهزة ذات الاستخدام لمرة واحدة وكذلك أنظمة الموائع الدقيقة القابلة لإعادة الاستخدام.

عالية الإنتاجية ميكروفلويديك السريع وانخفاض تكلفة النماذج طرق التعبئة والتغليف

نقدم بيوشيب القائم ميكروفلويديك الكهروكيميائية للكشف عن تهجين الحمض النووي. التالية ssDNA التحقيق functionalization، يتم دراسة خصوصية وحساسية، والحد من الكشف مع أهداف ssDNA تكميلية وغير تكميلية. وتوضح النتائج أن تأثير الأحداث تهجين الحمض النووي على النظام الكهروكيميائية، مع حد الكشف عن 3.8 نانومتر.

وبيوشيب الكهروكيميائية استنادا ميكروفلويديك لتسمية خالية تحليل الحمض النووي التهجين

علينا أن نظهر منصة ميكروفلويديك مع شبكة القطب سطح المتكاملة التي تجمع بين الاستشعار عن نبض مقاوم (RPS) مع سي دي إم أيه (CDMA)، إلى تعدد كشف والتحجيم من الجزيئات في قنوات ميكروفلويديك متعددة.

منصة ميكروفلويديك مع تعدد كشف الالكترونية لتتبع المكانية من الجسيمات

صمم منصة biosensor موائع جزيئية وملفقة استخدام تكنولوجيا مقاوم الضوء الفيلم جافة منخفضة التكلفة للتحديد الكمي لمختلف التحاليل السريعة والحساسة. يسمح هذا النظام تستخدم مرة واحدة لقراءات الكهروكيميائية لفحوصات المرتبط بالانزيم على-رقاقة-معطلة عن طريق تقنية وقف التدفق.

الفيلم الجافة على أساس مقاوم الضوء Biosensor موائع جزيئية الكهروكيميائية منصة: تصنيع الجهاز وإعداد مقايسة على شريحة، ونظام التشغيل

microfluidic الرقمية القائمة على الكهربية هي تقنية تستخدم تغييرًا مدفوعًا بالجهد في زاوية الاتصال الظاهرة لقطرة بحجم ميكرولتر لتسهيل التلاعب بها. الجمع بين هذا مع الخرز المغناطيسي وظيفية تمكن من دمج عمليات وحدة مختبرية متعددة لإعداد عينة وتحديد مسببات الأمراض باستخدام الانزيم المرتبطة المناعة الاختزال (ELISA).

منصة Microfluidics الرقمية المستندة إلى الكهربية للعينات المناعية المناعية المرتبطة بالإنزيمات الآلية

الموائع الدقيقة هي أداة قوية لتطوير الاختبارات التشخيصية. ومع ذلك ، غالبا ما تكون هناك حاجة إلى معدات ومواد باهظة الثمن ، بالإضافة إلى تقنيات التصنيع والمناولة الشاقة. هنا ، نقوم بتفصيل بروتوكول تصنيع جهاز الموائع الدقيقة الأكريليك للمقايسات المناعية المغناطيسية الدقيقة والجسيمات النانوية في بيئة منخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام.

الطحن الدقيق للتحكم العددي بالكمبيوتر لجهاز أكريليك الموائع الدقيقة مع تقييد متداخل للمقايسات المناعية المغناطيسية القائمة على الجسيمات النانوية

اكتشف تصنيع الأجهزة الميكروفلويدية الحرارية للتشخيصات المتنقلة في البيئات محدودة الموارد. تتيح هذه التقنية استخراج الأحماض النووية وإجراء تفاعل البلمرة المتسلسل مباشرة على الشريحة لاكتشاف مسببات الأمراض.

ميكروفلويديك طلبات للحصول على تشخيص احدة

استكشف المزيد من الفيديوهات