I en studie som nyligen publicerats i tidskriften Små, författarna ger en översyn av både mikro- och nanoskala-teknik som avancerade diagnosen virussjukdomar.
Studie:Mikro- och nanoskala -teknik för diagnos av virusinfektioner. Bildkredit:nito / Shutterstock.com
Diagnosen av virusinfektioner är till stor del beroende av förmågan att mäta virala molekyler som oligonukleotider eller glykoproteiner i ett biologiskt prov. Några av de konventionella metoderna som används för att göra detta inkluderar polymeraskedjereaktion (PCR), fastfas-immunanalyser (SPI), cell kultur, och immunfluorescens.
Även om dessa metoder är pålitliga och snabba, de är ofta förknippade med flera begränsningar inklusive relativt höga kostnader, metodernas komplexitet, behovet av utbildad personal för att genomföra dessa experiment, och brist på hög precision. Dessa tillvägagångssätt kan inte heller upptäcka ungefär en tredjedel av respiratoriska virusinfektioner, viral gastroenterit, och viral encefalit.
Klart, det finns fortfarande ett behov av billiga diagnostiska tekniker som är praktiska, portabla, pålitlig, exakt, och tillåta POC-applikationer. Framväxten av mikro- och nanoskala-teknik har gett en potentiell lösning på de utmaningar som är förknippade med de konventionella metoderna som används för viral diagnos.
Några av de viktigaste fördelarna med mikro- och nanoskala-teknik inkluderar miniatyrisering, automatisering, praktiskhet, och användarvänlig natur. Dessa tekniker använder ofta billiga mikrofluidkanaler med ett högt yt-till-volym-förhållande och minimala volymkrav, vilket minskar förbrukningen av prover och dyra reagenser. Mikro- och nanoskala-teknik är kostnadseffektiva lösningar som kan upptäcka den enorma mångfalden av däggdjursvirus som är kända för att infektera människor.
Hittills, mikro- och nanoskala-teknik har använts för att förbättra alla aspekter av virussjukdomens diagnostiska processer. Detta inkluderar provtagning, provbehandling, erkännande, berikning, detekteringsmetoder.
Olika typer av prover som erhållits från människokroppen kan användas för att detektera virala molekyler för diagnosändamål. För de flesta laboratorietester, dessa prover inkluderar saliv, sädesvätska, urin, sputum, och avföring. Dock, prover kan också samlas in när patienten genomgår ett kirurgiskt ingrepp och/eller är under narkos, som inkluderar cerebrospinal, fostervatten, sladd, eller ledvätska.
Microneedle (MN) lappbaserade pinnar har använts i flera decennier för provtagningssyfte. Några fördelar med MN -lappar inkluderar hög ytarea och förmågan att tränga djupt in i huden, vilket möjliggör en effektiv insamling av virus. Faktiskt, när den används för tidig etiologisk diagnos av COVID-19, höga ”falskt negativa resultat” har undvikits.
Flera olika typer av provtagningsanordningar för utandning av luft för virusdetektering har också utvecklats baserat på mikro- och nanoskala-teknik. Jämfört med tidigare utandningsenheter som är mycket obekväma, dessa nya anordningar är bekvämare och kan därför användas för tidig upptäckt av respiratoriska virusinfektioner.
Bland de olika mikro- och nanoskala-teknikerna som har använts för att främja viral detektionsmetoder inkluderar mikrofluid teknik. Mikrofluidisk provbearbetning kan snabbt upptäcka virala patogener i en dynamisk miljö.
Lab-on-chip-teknik som är utrustad med mikrofluidiska system har gett lovande resultat för deras användbarhet vid diagnos av virus. Varje kanal på mikrofluidsystemet har en specifik funktion, såsom provberedning, reagensblandning, eller upptäckt, vilket möjliggör integration av konventionella detektionsmetoder i ett miniatyriserat chip.
Några fördelar förknippade med denna typ av diagnosanordning inkluderar minimala provvolymskrav och mångsidighet för både kliniska och personliga ändamål. Vidare, dessa mikrofluidiska enheter kan också separera oönskade molekyler från målet av intresse, så att virus lätt kan upptäckas i blod, saliv, nasofaryngeal pinne, eller urinprov.
Eftersom många prover kommer att ha låga koncentrationer av viktiga biomarkörer som används för att stödja diagnosen av ett virus, noggrann och tillförlitlig teknik för erkännande och berikning är avgörande. Eftersom virus är extremt små organismer som kan vara mellan 20 och 90 nanometer (nm) stora, det är avgörande för att erkännande och berikningsmetoder ska kunna isolera, visualisera, och differentiera dessa små mikroorganismer från andra molekyler i provet.
För detta ändamål, flera olika nanopartiklar inklusive kvantprickar, samt kolbaserade och metalliska nanopartiklar, har använts för olika virala applikationer. Särskilt, funktionaliserade nanopartiklar som har konjugerats med biomolekyler som nukleinsyror, antikroppar, eller proteiner har ökat specificiteten hos amplifieringstekniker genom att känna av virus, även när den är närvarande vid mycket låga koncentrationer.
Flera detekteringstekniker baserade på mikro- och nanoskala-teknik har utvecklats för att förbättra känsligheten, kostnadseffektivitet, och användarvänlighet jämfört med konventionella detektionsmetoder.
Nanopartikelbaserade tekniker, till exempel, använder ofta metalliska och icke-metalliska nanopartiklar som ett resultat av deras användbarhet för att upptäcka infektionssjukdomar. Några av de vanligaste metalliska nanopartiklarna som har använts för detta ändamål inkluderar guld, silver, järnoxid, zinkoxid, och titandioxid -nanopartiklar.
Flera mikrochipbaserade tekniker har också använts för detektion av virus. Optiska sensorer, elektroniska sensorer, elektromagnetisk, piezoelektriska biosensorer, och deoxiribonukleinsyra (DNA) mikroarrays biosensorer är några av de olika teknikerna som har kopplats ihop med on-a-chip-plattformar för att minimera diagnostiska metoder.
Några av de olika metoderna som har använts för att producera lättanvända och billiga mikrofluidiska enheter inkluderar mikromaskinering, dator numerisk styrfräsning, mjuk litografi, och koldioxid (CO 2 ) laserskärning.
Tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) utskriftsmetoder har också använts för att påskynda produktionen av olika viral diagnostiska enheter. Viktigt, 3D -utskrift kan kombineras med andra konventionella tillverkningsmetoder, som bearbetning, fräsning, och litografi, i ett försök att tillverka komplexa enheter.
Ytterligare tillverkningsmetoder som diskuterades för deras användbarhet vid tillverkning av mikro- och nanoskala system för viraldiagnostiska ändamål inkluderar screentryck, xurografi, och kretskort (PCB).
Övergripande, både mikro- och nanoteknologier har alltmer växande roller i viral diagnostiska processer. Den kliniska validering och optimering av dessa tekniker behövs fortfarande för att främja deras införlivande i både forskning till kliniska tillämpningar.
Nanoteknik och COVID-19 diagnos och behandling
Kan antivirala läkemedel som härrör från mikroalger bekämpa SARS-CoV-2 och andra virus?
Genetisk risk för autoimmunitet kan vara kopplad till skillnader i tarmmikrobiom
Fekaltransplantation från vissa givare bättre än andra
En vegansk kost kan öka tarmmikrober som hjälper viktminskning
Forntida primatmikrobiomer kan ge mer information om mänsklig utveckling
Vad du äter kan förändra hur antibiotika påverkar din tarm
En ny studie av forskare vid Brown University i Rhode Island har funnit att kosten kan påverka hur tarmmikrobiomet påverkas av behandling med antibiotika. Forskarna undersökte hur antibiotika förändra
Forskning visar att tarmparasitangrepp minskar allvarligheten av COVID-19
Vi lär oss mer om COVID-19-sjukdomen varje dag. Vuxna i alla åldrar med vissa underliggande medicinska tillstånd löper ökad risk för allvarlig sjukdom från viruset som orsakar COVID-19. COVID-19, or
Snabbmat kan vara den främsta boven i tonårsdepression
Varför är depression ett så växande problem bland tonåringar i Amerika? Ett svar är vilken typ av mat de äter, enligt en ny studie av forskare vid University of Alabama i Birmingham. Tonårsdepressio