В исследовании, недавно опубликованном в журнале Небольшой, авторы представляют обзор как микро-, так и наноразмерных технологий, которые продвинули диагностику вирусных заболеваний.
Исследование:Микро- и наноразмерные технологии диагностики вирусных инфекций. Кредит изображения:nito / Shutterstock.com
Диагностика вирусных инфекций во многом зависит от способности измерять вирусные молекулы, такие как олигонуклеотиды или гликопротеины, в биологическом образце. Некоторые из традиционных методов, которые используются для этого, включают полимеразную цепную реакцию (ПЦР), твердофазные иммуноанализы (SPI), культура клеток, и иммунофлуоресценция.
Хотя эти методы надежны и быстры, они часто связаны с несколькими ограничениями, включая относительно высокую стоимость, сложность методов, потребность в обученном персонале для проведения этих экспериментов, и отсутствие высокой точности. Эти подходы также не позволяют выявить около трети респираторных вирусных инфекций, вирусный гастроэнтерит, и вирусный энцефалит.
Четко, остается потребность в недорогих диагностических технологиях, которые практичны, портативный надежный, точный, и позволяют приложениям по месту оказания медицинской помощи (POC). Появление микро- и наноразмерных технологий предложило потенциальное решение проблем, связанных с традиционными методами, используемыми для вирусной диагностики.
Некоторые из ключевых преимуществ, связанных с микро- и наноразмерными технологиями, включают миниатюризацию, автоматизация практичность, и удобный характер. В этих технологиях часто используются недорогие микрофлюидные каналы с высоким отношением площади поверхности к объему и минимальными требованиями к объему. таким образом снижается расход образцов и дорогих реагентов. Микро- и наноразмерные технологии - это рентабельные решения, которые способны обнаруживать огромное разнообразие вирусов млекопитающих, которые, как известно, заражают людей.
На сегодняшний день, Микро- и наноразмерные технологии использовались для улучшения всех аспектов процессов диагностики вирусных заболеваний. Это включает отбор проб, обработка образцов, признание, обогащение методы обнаружения.
Различные типы образцов, полученных из человеческого тела, могут использоваться для обнаружения вирусных молекул в диагностических целях. Для большинства лабораторных тестов эти образцы включают слюну, сперма моча мокрота, и кал. Тем не мение, образцы также могут быть собраны, когда пациент подвергается хирургической процедуре и / или находится под наркозом, который включает цереброспинальный, амниотический шнур или синовиальная жидкость.
Мазки на основе пластырей с микроиглами (MN) уже несколько десятилетий используются для отбора проб. Некоторые преимущества, связанные с патчами MN, включают большую площадь поверхности и способность глубоко проникать в кожу, таким образом позволяя эффективно улавливать вирусы. По факту, при использовании для ранней этиологической диагностики COVID-19, удалось избежать высоких показателей «ложноотрицательных результатов».
Несколько различных типов устройств для взятия проб выдыхаемого воздуха для обнаружения вирусов также были разработаны на основе микро- и нанотехнологий. По сравнению с предыдущими устройствами для выдоха, которые очень неудобны, эти новые устройства более удобны и поэтому могут использоваться для раннего обнаружения респираторных вирусных инфекций.
Среди различных микро- и наноразмерных технологий, которые использовались для усовершенствования методов обнаружения вирусов, есть микрофлюидные технологии. Обработка микрожидкостных проб позволяет быстро обнаруживать вирусные патогены в динамической среде.
Технологии «лаборатория на кристалле», оснащенные микрожидкостными системами, дали многообещающие результаты с точки зрения их полезности в диагностике вирусов. Каждый канал микрожидкостной системы выполняет определенную функцию, например, пробоподготовку, смешивание реагентов, или обнаружение, что позволяет интегрировать традиционные методы обнаружения в миниатюрный чип.
Некоторые преимущества, связанные с этим типом диагностического устройства, включают минимальные требования к объему образца и универсальность как для клинических, так и для личных целей. Более того, эти микрофлюидные устройства также способны отделять любые нежелательные молекулы от интересующей цели, что позволяет легко обнаруживать вирусы в крови, слюна мазки из носоглотки, или образцы мочи.
Поскольку многие образцы будут иметь низкие концентрации важных биомаркеров, которые используются для подтверждения диагноза вируса, важны точные и надежные методы распознавания и обогащения. Поскольку вирусы - чрезвычайно маленькие организмы, размер которых может составлять от 20 до 90 нанометров (нм), крайне важно, чтобы методы распознавания и обогащения были способны изолировать, визуализация, и дифференцировать эти маленькие микроорганизмы от других молекул в образце.
К этому концу, несколько разных наночастиц, включая квантовые точки, а также наночастицы на основе углерода и металла, были использованы для различных вирусных приложений. Особенно, функционализированные наночастицы, которые были конъюгированы с биомолекулами, такими как нуклеиновые кислоты, антитела, или белки повысили специфичность методов амплификации за счет обнаружения вирусов, даже при очень низких концентрациях.
Несколько методов обнаружения, основанных на микро- и наноразмерных технологиях, были разработаны с целью повышения чувствительности. рентабельность, и простота использования по сравнению с обычными методами обнаружения.
Методы на основе наночастиц, Например, часто используют металлические и неметаллические наночастицы в связи с их полезностью при обнаружении инфекционных заболеваний. Некоторые из наиболее распространенных металлических наночастиц, которые использовались для этой цели, включают золото, Серебряный, оксид железа, оксид цинка, и наночастицы диоксида титана.
Для обнаружения вирусов также использовалось несколько методов на основе микрочипов. Оптические датчики, электронные датчики, электромагнитный пьезоэлектрические биосенсоры, и биосенсоры микрочипов дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) - это некоторые из различных технологий, которые были объединены с платформами на чипе для миниатюризации диагностических методов.
Некоторые из различных методов, которые использовались для производства простых в использовании и недорогих микрожидкостных устройств, включают микрообработку, фрезерование с числовым программным управлением, мягкая литография, и диоксид углерода (CO 2 ) лазерная резка.
Методы двумерной (2D) и трехмерной (3D) печати также используются для ускорения производства различных устройств для диагностики вирусов. Важно отметить, что 3D-печать можно комбинировать с другими традиционными методами производства, например, обработка, фрезерование и литография, в стремлении изготавливать сложные устройства.
Дополнительные методы изготовления, которые обсуждались в связи с их полезностью при производстве микро- и наноразмерных систем для вирусной диагностики, включают трафаретную печать, ксурография, и лаборатория на печатной плате (PCB).
Общий, и микро-, и нанотехнологии играют все более важную роль в процессах диагностики вирусов. Клиническая проверка и оптимизация этих технологий по-прежнему необходимы для продвижения их внедрения как в исследования, так и в клинические приложения.
Микробиота кишечника может предсказать тяжесть COVID-19
Могут ли противовирусные соединения, полученные из микроводорослей, бороться с SARS-CoV-2 и другими вирусами?
Электронная таблетка для обнаружения газов для диагностики желудочно-кишечных заболеваний
Пробиотики как адъювантная терапия для пациентов с COVID-19
Болезнь Крона
Состав и структура микробиома носоглотки связаны с тяжестью заболевания COVID-19
Люди против вирусов - сможем ли мы избежать исчезновения в ближайшем будущем?
Эксперт утверждает, что антропогенные изменения окружающей среды могут привести к появлению болезнетворных микроорганизмов, не только извне, но и из нашего собственного микробиома, которые могут проло
Заболевание раздраженного кишечника увеличивает риск деменции
Ученые давно исследовали связь между кишечником и мозгом. Теперь, Новое исследование показывает, что у пожилых людей с хроническим воспалением пищеварительного тракта слабоумие может развиться более ч
Как укрепить свою иммунную систему для борьбы с коронавирусом
Пока мир борется с пандемией коронавируса, все больше и больше людей пытаются защитить себя от вируса всеми возможными способами. В настоящее время нет вакцин против тяжелого острого респираторного си