Diagnos vu virale Infektiounen mat Mikro- an Nanoskala Technologien

De Besoin fir Bevëlkerungswäit, séier, sensibel, a kosteneffektiv Diagnostik ass wesentlech eropgaang als Resultat vum schwéieren akuten Otemsyndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), den causative Agent vu Coronavirus Krankheeten 2019 (COVID-19). Grouss Skala Tester ass wichteg fir d'Infektiounen effektiv ze kontrolléieren an hiren Impakt op d'Wirtschaft an d'ëffentlech Gesondheet ze minimiséieren.

An enger Studie déi kierzlech am Journal publizéiert gouf Kleng, d'Auteuren bidden eng Iwwerpréiwung iwwer béid Mikro- an Nanoskala Technologien déi d'Diagnostik vu virale Krankheeten fortgeschratt hunn.

Studie:Mikro an Nanoskala Technologien fir Diagnos vu Viral Infektiounen. Bildkreditt:nito / Shutterstock.com

Konventionell Methoden fir viral Krankheeten ze diagnostizéieren

D'Diagnostik vu virale Infektiounen ass gréisstendeels ofhängeg vun der Fäegkeet fir viral Moleküle wéi Oligonucleotiden oder Glykoproteine ​​an engem biologesche Probe ze moossen. E puer vun de konventionelle Methoden déi benotzt gi fir dëst ze maachen enthalen Polymerase Kettenreaktioun (PCR), Solid-Phase Immunoassays (SPIs), Zellkultur, an Immunofluoreszenz.

Och wa dës Methoden zouverléisseg a séier sinn, si gi dacks mat e puer Aschränkunge verbonne mat abegraff relativ héich Käschte, d'Komplexitéit vun de Methoden, de Besoin fir trainéiert Personal fir dës Experimenter ze maachen, an e Mangel u héijer Präzisioun. Dës Approche sinn och net fäeg ongeféier en Drëttel vun den Atmungsvirale Infektiounen z'entdecken, viral Gastroenteritis, a viral Encephalitis.

Kloer, et bleift e Bedierfnes fir bëlleg Diagnosetechnologien déi praktesch sinn, portabel, zouverléisseg, korrekt, an erlaabt Point-of-Care (POC) Uwendungen. D'Entstoe vu Mikro- an Nanoskala Technologien huet eng potenziell Opléisung ugebuede fir d'Erausfuerderunge verbonne mat de konventionelle Methode fir viral Diagnos benotzt.

Virdeeler vu Mikro- an Nanoskala Technologien

E puer vun de Schlësselvirdeeler verbonne mat Mikro- an Nanoskala Technologien enthalen Miniaturiséierung, Automatiséierung, praktesch, a userfrëndlech Natur. Dës Technologien benotzen dacks bëlleg Microfluid Kanäl mat engem héijen Uewerfläch-zu-Volumen Verhältnis a minimale Volumen Ufuerderunge, sou reduzéiert de Konsum vu Proben an deier Reagenz. Mikro- an Nanoskala Technologien si kosteneffektiv Léisungen, déi fäeg sinn déi enorm Diversitéit vu Mamendéierenvirus z'entdecken, bekannt fir d'Mënschen z'infizéieren.

Sech treffen, Mikro- an Nanoskala Technologien goufen benotzt fir all Aspekter vun de virale Krankheet diagnostesche Prozesser ze verbesseren. Dëst enthält Probe, Probe Veraarbechtung, Unerkennung, Beräicherung, Detektiounsmethoden.

Prouf

Verschidde Aarte vu Proben aus dem mënschleche Kierper kënne benotzt gi fir viral Moleküle fir Diagnoszwecker z'entdecken. Fir déi meescht Labo Tester, dës Proben enthalen Spaut, Semen, Urin, Sputum, a Feeën. Wéi och ëmmer, Proben kënnen och gesammelt ginn wann de Patient eng chirurgesch Prozedur mécht an/oder ënner Anästhesie ass, déi cerebrospinal enthält, amniotesch, Schnouer, oder synovial Flëssegkeet.

Microneedle (MN) Patch-baséiert Swabs goufen zënter e puer Joerzéngte fir Probezwecker benotzt. E puer Virdeeler verbonne mat MN Patches enthalen héich Uewerfläch an d'Fäegkeet fir déif an d'Haut ze penetréieren, sou datt d'effizient Capture vu Virussen erlaabt ass. Tatsächlech, wann se fir fréi etiologesch Diagnos vum COVID-19 benotzt gëtt, héich 'falsch negativ Resultat' Tariffer goufen vermeit.

Verschidde verschidden Aarte vun ausatmen Loftsamplungsapparater fir viral Detektioun goufen och entwéckelt op Basis vu Mikro- an Nanoskala Technologien. Am Verglach mat fréiere Ausatmungsapparater déi héich onbequem sinn, dës nei Apparater si méi bequem a kënne dofir benotzt gi fir déi fréi Erkennung vun respiratoresche Viralinfektiounen.

Mikrofluid Probeveraarbechtung

Ënnert de verschiddene Mikro- an Nanoskala Technologien, déi benotzt gi fir viral Detektiounsmethoden virzebereeden, enthält microfluidesch Technologien. Mikrofluidesch Probeveraarbechtung kann séier viral Pathogenen an engem dynameschen Ëmfeld feststellen.

Lab-on-Chip Technologien, déi mat mikrofluidesche Systemer ausgestatt sinn, hu verspriechend Resultater fir hiren Utility bei der Diagnostik vu Viren produzéiert. All Kanal um Mikrofluidesche System huet eng spezifesch Funktioun wéi Probe Virbereedung, Reagensmëschung, oder Detektioun, sou datt d'Integratioun vu konventionelle Detektiounsmethoden an e miniaturiséierte Chip erlaabt ass.

E puer Virdeeler verbonne mat dëser Zort Diagnoseapparat enthalen minimale Probe Volumen Ufuerderunge a Villsäitegkeet fir béid klinesch a perséinlech Zwecker. Ausserdeem, dës Mikrofluid Geräter kënnen och all ongewollt Molekülle vum Zil vun Interesse trennen, sou datt Virussen einfach am Blutt festgestallt kënne ginn, Spaut, nasopharyngeal Schwächen, oder Urinproben.

Unerkennung a Beräicherung vu Biomarker

Wéi vill Proben niddereg Konzentratioune vu wichtege Biomarker hunn, déi benotzt gi fir d'Diagnos vun engem Virus z'ënnerstëtzen, korrekt an zouverléisseg Unerkennung an Beräicherungstechnike si wesentlech. Well Virussen extrem kleng Organismen sinn, déi tëscht 20 an 90 Nanometer (nm) grouss kënne sinn, et ass entscheedend fir Unerkennung a Beräicherungsmethoden fäeg ze isoléieren, visualiséieren, a differenzéiert dës kleng Mikroorganismen vun anere Molekülle bannent der Probe.

Zu dësem Enn, verschidde verschidde Nanopartikel abegraff Quantepunkten, souwéi kuelestoffbaséiert a metallesch Nanopartikel, goufen fir verschidde viral Uwendungen benotzt. Besonnesch, funktionaliséierter Nanopartikel déi mat Biomoleküle wéi Nukleinsäuren konjugéiert goufen, Antikörper, oder Proteine ​​hunn d'Spezifizitéit vun de Verstäerkungstechnike erhéicht andeems se Virussen detektéieren, och wa se a ganz nidderege Konzentratioune präsent sinn.

Detektiounsmethoden

Verschidde Detektiounstechnike baséiert op Mikro- an Nanoskala Technologien goufen entwéckelt an engem Effort fir d'Sensibilitéit ze verbesseren, Käschte-Effizienz, a Liichtegkeet ze benotzen am Verglach mat konventionelle Detektiounsmethoden.

Nanopartikel-baséiert Techniken, zum Beispill, benotzen dacks metallesch an net-metallesch Nanopartikelen als Resultat vun hirem Utility bei der Detektioun vun infektiiv Krankheeten. E puer vun den heefegste metallesche Nanopartikelen, déi fir dësen Zweck benotzt goufen, enthalen Gold, Sëlwer, Eisenoxid, Zinkoxid, an Titandioxid Nanopartikelen.

Verschidde Mikrochip-baséiert Technike goufen och benotzt fir d'Detektioun vu Virussen. Optesch Sensoren, elektronesch Sensoren, elektromagnetesch, piezoelektresche Biosensoren, an Deoxyribonukleinsäure (DNA) Mikroarray Biosensoren sinn e puer vun de verschiddenen Technologien, déi mat on-a-Chip Plattforme gekoppelt gi fir d'Diagnostikmethoden ze miniaturiséieren.

Fabrikatioun Apparater

E puer vun de verschiddene Methoden déi benotzt gi fir einfach ze benotzen a bëlleg Mikrofluid Geräter ze produzéieren enthalen Mikromaschinen, Computer numeresch Kontrollfräsen, mëll Lithographie, und Kuelendioxid (CO ₂ ) Laser opzedeelen.

Zweedimensional (2D) an dreidimensional (3D) Dréckmethoden goufen och benotzt fir d'Produktioun vu verschiddene virale Diagnoseapparater ze beschleunegen. Wichteg, 3D Dréckerei ka mat anere konventionelle Produktiounsmethoden kombinéiert ginn, wéi Maschinn, Fräsen, a Lithographie, an engem Effort fir komplex Apparater ze fabrizéieren.

Zousätzlech Fabrikatiounsmethoden, déi diskutéiert gi fir hiren Utility bei der Produktioun vu Mikro- an Nanoskala Systemer fir viral diagnostesch Zwecker enthalen Écran Dréckerei, Xurographie, a Labo-op-gedréckt Circuit Board (PCB).

Fazit

Insgesamt, béid Mikro- an Nanotechnologien hunn ëmmer méi grouss Rollen a virale diagnostesche Prozesser. Déi klinesch Validatioun an Optimiséierung vun dësen Technologien sinn nach ëmmer noutwendeg fir hir Integratioun a béid Fuerschung a klinesch Uwendungen ze förderen.

• Medikamentelutéierend endotracheal Réier fir d'Airway Komplikatiounen ze vermeiden
• Flagging potenziell molekulare Prädiktoren vun der Äntwert op biologesch Therapien an der ulzerativer Kolitis