$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Polimorfizm pojedynczego nukleotydu (SNP), który jest pojedynczą różnicą par zasad w sekwencji DNA, jest jedną z najczęstszych odmian genetycznych. Aktualne badania donoszą, że SNP są związane z ryzykiem choroby, skutecznością leków i skutkami ubocznymi poszczególnych osób poprzez wpływ na funkcję genów. 1,2 Ostatnie badania wykazały również, że mutacje dwu- lub wielopunktowe (polimorfizm wielonukleotydowy) powodują określone choroby i indywidualne różnice w skutkach choroby. 3,4 Wykrycie polimorfizmu nukleotydów jest zatem niezbędne w badaniach przesiewowych w kierunku choroby. W ciągu ostatnich dwóch dekad opracowano proste i skuteczne metody szybkiego wykrywania oligonukleotydów specyficznych dla sekwencji. 1,5 Obecne podejścia do identyfikacji mutacji DNA zazwyczaj obejmują procedury takie jak unieruchomienie sondy, znakowanie fluorescencyjne, elektroforeza żelowa itp.,6,7 ale metody te na ogół wymagają długiego procesu analitycznego, drogiego sprzętu, dobrze wyszkolonych techników i znacznego zużycia próbek i odczynników.
Nanocząstka o dużym stosunku powierzchni do objętości i unikalnych właściwościach fizykochemicznych jest idealnym materiałem jako bardzo czuła i tania platforma do wykrywania specyficznych biomarkerów. Nanocząstki złota (AuNP) są szeroko stosowane do wykrywania DNA ze względu na ich dużą zdolność do modyfikacji za pomocą sond oligonukleotydowych. Opracowano również 8-10 technik detekcji SNP przy użyciu AuNP. 11-13 W niniejszej pracy przyjęliśmy nowatorskie podejście kolorymetryczne do wykrywania polimorfizmu wielonukleotydowego (MNP) poprzez wzrost sond AuNP za pośrednictwem hybrydyzacji DNA. 14 Ta prosta i szybka metoda sondowania opiera się na teorii, że różne długości jednoniciowego DNA (ssDNA) lub dwuniciowego DNA (dsDNA) sprzężonego z AuNP wpływają na rozmiar i kształt wzrostu AuNP (patrz rysunek 1). 15 Ta metoda wykrywania DNA charakteryzuje się niewielkim zużyciem odczynników, krótkim czasem trwania testu (kilka minut) i prostą procedurą bez kontroli termicznej, która może być potencjalnie stosowana w diagnostyce klinicznej i domowych badaniach przesiewowych.
Opracowano kilka systemów mikroprzepływowych do wykrywania sekwencji DNA; 16 Te systemy mikroprzepływowe, wywodzące się z tradycyjnych protokołów doświadczalnych, wymagały mniejszej liczby urządzeń na dużą skalę i uprościły protokoły eksperymentalne w celu poprawy czułości, granicy wykrywalności i swoistości biosensora DNA. Metody wykrywania DNA w układach mikroprzepływowych nadal wymagają jednak przyrządów do późniejszego procesu, takich jak maszyna do PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) do wzmacniania sygnału i czytnik fluorescencji do pojedynczego odczytu w celu identyfikacji heterogenicznego SNP. 17,18 Opracowanie prostej platformy bez późniejszego przetwarzania w celu bezpośredniego odczytu wyników polimorfizmu wielonukleotydowego jest wysoce pożądane. W porównaniu z dobrze stosowanymi, konwencjonalnymi, zamkniętymi systemami mikroprzepływowymi, urządzenia mikroprzepływowe o otwartej powierzchni obiecująco oferują kilka zalet, takich jak wyraźna ścieżka optyczna, łatwy dostęp do próbki, bezpośredni dostęp do środowiska oraz brak łatwo tworzącej się kawitacji lub niedrożności międzyfazowej w kanale. 19 W naszych poprzednich pracach wprowadzono prostą platformę pneumatyczną do manipulowania kroplami na otwartej powierzchni (zob. rys. 2). 20 Na tej platformie kropelki mogą być jednocześnie transportowane i manipulowane bez zakłóceń spowodowanych energią napędową za pomocą siły ssącej, która ma ogromny potencjał w zastosowaniach biologicznych i chemicznych. Ta platforma pneumatyczna została zatem wykorzystana do przeprowadzenia manipulacji próbkami DNA w celu wykrycia MNP w połączeniu z podejściem kolorymetrycznym wykorzystującym koncepcję wzrostu sond AuNP za pośrednictwem hybrydyzacji DNA.
Protokół przedstawiony w tym artykule opisuje proste wizualne wykrywanie polimorfizmów wielonukleotydowych na pneumatycznej platformie do manipulacji kropelkami na otwartej powierzchni. Praca ta potwierdza, że polimorfizm wielonukleotydowy jest wykrywalny gołym okiem; Proponowana platforma pneumatyczna nadaje się do zastosowań biologicznych i chemicznych.