Иммуноанализ на основе CD/DVD

на основе компакт -диска / цифрового универсального диска (CD/DVD) Иммуноанализ представляет собой метод определения концентрации соединения в исследовательских и диагностических лабораториях путем выполнения теста на адаптированной поверхности CD/DVD с использованием адаптированного привода оптических дисков ; эти методы обсуждались и прототипировались в исследовательских лабораториях с 1991 года. ^{[ 1 ]}

Принцип

Компакт-диски и DVD-диски имеют поверхность из поликарбоната и металлический отражающий слой, которые позволяют хранить и извлекать информацию. Металлическую пленку иногда изготавливают из чистого золота, которое отличается высокой стабильностью и идеальными оптическими свойствами. ^{[ 2 ]} Металл может действовать как субстрат, позволяющий соединениям связываться с ним. Это изменяет отражающие и преломляющие свойства диска. Чтение диска основано на захвате аналоговых сигналов дисководом. Сигналы указывают на количество аналита в образце. ^{[ 1 ]}

Поскольку диск вращается, платформа имеет возможность пропускать через него образец через микрофлюидные каналы и выполнять несколько этапов, что дает возможность подготовки образца и проведения более одного анализа за один цикл. ^{[ 1 ]}

Анализы на основе CD/DVD потенциально могут быть использованы для любого иммуноанализа уже используемого , а также для многих анализов, используемых в аналитической химии , при условии, что аналиты имеют соответствующий зонд, растворимы и достаточно велики, чтобы изменить угол падения. ^{[ 1 ]}

Платформа микрочипов

Компакт-диски и DVD-диски имеют защитную пленку, которую необходимо снять, чтобы открыть золотую отражающую пленку или основу из поликарбоната (ПК). Поверхность диска можно активировать, чтобы обнажить металлический слой, который позволяет соединениям связываться с ним. Такие соединения, как УФ/озон или обработка кислородной плазмой, можно использовать для активации диска и создания гидрофильной поверхности с плотно упакованными группами карбоновой кислоты. ^{[ 1 ]}

В качестве одноразового микроанализа можно напечатать на активированных дисках бесконтактный принтер, чтобы нанести на диск нанолитровые количества конъюгатов покрытия. Белки или антитела, действующие как молекулы-зонды, затем могут ковалентно связываться с поверхностью диска и их можно инкубировать. ( Канальную пластину из полидиметилсилоксана ПДМС) также можно использовать для иммобилизации зондов в линейной матрице. Пластину удаляют, и процесс повторяют с другой пластиной, чтобы доставить образцы аналита в линейную решетку, перпендикулярную матрице зондов. Образцы зонда и аналита могут связываться или гибридизоваться на пересечениях матриц с образованием прямоугольных участков гибридизации. Перед чтением диск моют, ополаскивают и сушат. ^{[ 1 ]} Этот процесс можно выполнить вручную или автоматически; теоретически диски с готовыми анализами можно производить и продавать в массовом порядке. ^{[ 1 ]}

Инструментальный анализ

Для чтения анализов можно использовать стандартные устройства чтения CD/DVD. Считыватели CD/DVD содержат лазер, набор оптических элементов, которые формируют и фокусируют лазер, драйвер диска и детектор сигнала, которые функционируют следующим образом: ^{[ 1 ]}

Лазер излучает свет выбранной длины волны.
Пучок света попадает на аналит в пятнах микрочипов и преломляется. Масса аналита приводит к тому, что угол отраженного света отличается от угла падающего света. Отражающие свойства CD/DVD изменяются в зависимости от количества аналита в образце.
Ослабленный сигнал достигает фотодиода датчика привода.
Аналоговые сигналы извлекаются, оцифровываются и преобразуются в изображение.

Сигнал или оптическая плотность изображения обратно пропорциональна концентрации. ^{[ 1 ]} Также можно измерить показатель преломления света, который прямо пропорционален концентрации. Читаемый сигнал генерируется только в том случае, если размер образца составляет не менее 200 нм, в противном случае он слишком мал, чтобы существенно нарушить отражение падающего лазерного света. ^{[ 3 ]}

Программное обеспечение для диагностики DVD, такое как Kprobe, ODC и PlexUtilities, также можно использовать для тестирования массивов и анализов, подготовленных на DVD. Эти программы основаны на базовом алгоритме исправления ошибок DVD. DVD-диски организованы по секторам, каждый из которых состоит из 2064 байт. Блок кода логического исправления ошибок (ECC) состоит из 16 секторов данных. Блок ECC — это базовый блок для тестирования качества диска путем подсчета количества внутренних ошибок четности (PIE) или внутренних ошибок четности (PIF). Программное обеспечение может анализировать плотность PIF, которая пропорциональна концентрации аналита. ^{[ 4 ]}

Улучшения платформы

Если аналиты слишком малы для генерации читаемого сигнала для определения концентрации, матрицу анализа можно изменить. Анализы на основе CD/DVD используют оптические свойства золота . Биоконъюгаты наночастиц золота представляют собой индикаторы, используемые для повышения чувствительности анализа. ^{[ 5 ]} Наночастицы золота можно идентифицировать с помощью фотометрических или плазмонных детекторов. Чем меньше наночастицы, тем более чувствительным становится анализ.

Раствор усилителя серебра также используется для повышения отражающих свойств образцов. золота Наночастицы обладают каталитическими свойствами, которые заставляют их восстанавливать ионы серебра до металлического серебра. Металлическое серебро откладывается на аналитах и вызывает усиление сигналов. Металлическое серебро легче обнаружить с помощью камер, сканеров или других устройств, чем аналит в отдельности. Тем не менее, эта процедура улучшения требует многих дополнительных этапов реакции и промывки, которые могут привести к аналитическим ошибкам. ^{[ 1 ]}

Проблемы

По состоянию на 2016 год проблемы включают оптимизацию обработки образцов, оптимизацию поверхностей дисков, разработку считывателей, которые могут использовать несколько цветов света и считывание для мультиплексирования, а также для клинического использования, получение разрешений регулирующих органов. Эта область аналогична платформам «лаборатория на чипе» . ^{[ 1 ]}

По состоянию на 2010 год такие компании, как Gyros AB, Tecan и Burstein Technologies, работали над выводом на рынок иммуноанализов и оборудования на основе CD/DVD. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Мораис, С; Пучадес, Р; Макейра, А (июль 2016 г.). «Дисковые микрочипы: принципы и аналитические приложения». Аналитическая и биоаналитическая химия . 408 (17): 4523–34. дои : 10.1007/s00216-016-9423-1 . ПМИД 26922341 . S2CID 40196526 .
^ Ю, Хуа-Чжун (2004). «Новая химия на старых компакт-дисках». Химические коммуникации (23): 2633–2636. дои : 10.1039/B412784F . ПМИД 15568049 .
^ Ю, Хуа-Чжун; Ли, Юньчао; Оу, Лили М.-Л. (19 февраля 2013 г.). «Чтение биоанализов на основе дисков со стандартными компьютерными приводами». Отчеты о химических исследованиях . 46 (2): 258–268. дои : 10.1021/ar300104b . ПМИД 23025412 .
^ Чжао, Сюэцзяо; Ли, Сяочунь; Кюи, Кайе; Ю, Хуа-Чжун (май 2014 г.). «Диагностическое программное обеспечение DVD для чтения биоанализов с дисков, сравнительное исследование». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 195 : 116–122. дои : 10.1016/j.snb.2013.12.087 .
^ Мораис, Сержи; Тамарит-Лопес, Хесус; Карраскоса, Хавьер; Пучадес, Роуз; Макейра, Анхель (3 июля 2008 г.). «Аналитический взгляд на технологию компакт-дисков в иммуносенсировании». Аналитическая и биоаналитическая химия . 391 (8): 2837–2844. дои : 10.1007/s00216-008-2224-4 . ПМИД 18597081 . S2CID 42173596 .
^ Лин, Чун-Че; Ван, Юнг-Хао; У, Хуэй-Вэнь; Ли, Гво-Бин (июнь 2010 г.). «Микрофлюидный иммуноанализ» (PDF) . Журнал Ассоциации автоматизации лабораторий . 15 (3): 253–274. дои : 10.1016/j.jala.2010.01.013 . S2CID 51761767 .
^ Макферсон, Ричард А.; Пинкус, Мэтью Р. (2011). Электронная книга «Клиническая диагностика и лечение Генри с помощью лабораторных методов» . Elsevier Науки о здоровье. п. 875. ИСБН 978-1455726844 .

Дальнейшее чтение

Арнандис-Човер, Таня; Мораис, Сержи; Гонсалес-Мартинес, Мигель Анхель; Пучадес, Роза; Макейра, Анхель (январь 2014 г.). «Микромассивы высокой плотности на дисках Blu-ray для массового просмотра». Биосенсоры и биоэлектроника . 51 : 109–114. дои : 10.1016/j.bios.2013.07.045 . ПМИД 23948241 .
Авелла-Оливер, Микель; Мораис, Сержи; Карраскоса, Хавьер; Пучадес, Роза; Макейра, Анхель (16 декабря 2014 г.). «Системы тотального анализа с технологией термохромных травильных дисков». Аналитическая химия . 86 (24): 12037–12046. дои : 10.1021/ac502640j . ПМИД 25310278 .
Добош, Полина; Мораис, Сержи; Боне, Эмилио; Пучадес, Роза; Макейра, Анхель (6 октября 2015 г.). «Массовый иммуноиммунологический мультиостаточный скрининг загрязнителей воды». Аналитическая химия . 87 (19): 9817–9824. дои : 10.1021/acs.analchem.5b02354 . ПМИД 26390221 .
Добош, П.; Мораис, С.; Пучадес, Р.; Макейра, А. (июль 2015 г.). «Биоконъюгаты нанозолота для прямого и чувствительного мультиплексного иммуносенсирования». Биосенсоры и биоэлектроника . 69 : 294–300. дои : 10.1016/j.bios.2015.03.007 . ПМИД 25771301 .
Губала Владимир; Харрис, Лиэнн Ф.; Рикко, Антонио Дж.; Тан, Мин Х.; Уильямс, Дэвид Э. (17 января 2012 г.). «Диагностика на местах: состояние и будущее» (PDF) . Аналитическая химия . 84 (2): 487–515. дои : 10.1021/ac2030199 . ПМИД 22221172 .
Ли, Сяочунь; Ши, Маолинь; Кюи, Кайе; Ю, Хуа-Чжун (16 сентября 2014 г.). «Биоанализы на струйной печати для прямого считывания с помощью многомодового оптического привода DVD / Blu-Ray». Аналитическая химия . 86 (18): 8922–8926. дои : 10.1021/ac501870w . ПМИД 25144468 .
Мораис, Сержи; Тамарит-Лопес, Хесус; Карраскоса, Хавьер; Пучадес, Роуз; Макейра, Анхель (3 июля 2008 г.). «Аналитический взгляд на технологию компакт-дисков в иммуносенсировании». Аналитическая и биоаналитическая химия . 391 (8): 2837–2844. дои : 10.1007/s00216-008-2224-4 . ПМИД 18597081 . S2CID 42173596 .
Тамарит-Лопес, Хесус; МОРАИС, Сержи; Пучадес, Роза; Макейра, Анхель (21 декабря 2011 г.). «Интерактивная платформа для микрочипов ДНК, обработанная кислородной плазмой». Биоконъюгатная химия . 22 (12): 2573–2580. дои : 10.1021/bc2004268 . ПМИД 22044406 .
Чжан, Линлин; Вонг, Джессика XH; Ли, Сяочунь; Ли, Юньчао; Ю, Хуа-Чжун (19 мая 2015 г.). «Обнаружение и количественное определение ионов тяжелых металлов на добросовестных DVD-дисках с использованием зондов-маяков ДНК». Аналитическая химия . 87 (10): 5062–5067. дои : 10.1021/acs.analchem.5b00899 . ПМИД 25906373 .
Чжао, Сюэцзяо; Ли, Сяочунь; Кюи, Кайе; Ю, Хуа-Чжун (май 2014 г.). «Диагностическое программное обеспечение DVD для чтения биоанализов с дисков, сравнительное исследование». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 195 : 116–122. дои : 10.1016/j.snb.2013.12.087 .

[Morais2016-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Мораис, С; Пучадес, Р; Макейра, А (июль 2016 г.). «Дисковые микрочипы: принципы и аналитические приложения». Аналитическая и биоаналитическая химия . 408 (17): 4523–34. дои : 10.1007/s00216-016-9423-1 . ПМИД 26922341 . S2CID 40196526 .

[Yu-2] Ю, Хуа-Чжун (2004). «Новая химия на старых компакт-дисках». Химические коммуникации (23): 2633–2636. дои : 10.1039/B412784F . ПМИД 15568049 .

[Reading-3] Ю, Хуа-Чжун; Ли, Юньчао; Оу, Лили М.-Л. (19 февраля 2013 г.). «Чтение биоанализов на основе дисков со стандартными компьютерными приводами». Отчеты о химических исследованиях . 46 (2): 258–268. дои : 10.1021/ar300104b . ПМИД 23025412 .

[Zhao-4] Чжао, Сюэцзяо; Ли, Сяочунь; Кюи, Кайе; Ю, Хуа-Чжун (май 2014 г.). «Диагностическое программное обеспечение DVD для чтения биоанализов с дисков, сравнительное исследование». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 195 : 116–122. дои : 10.1016/j.snb.2013.12.087 .

[Morais-5] Мораис, Сержи; Тамарит-Лопес, Хесус; Карраскоса, Хавьер; Пучадес, Роуз; Макейра, Анхель (3 июля 2008 г.). «Аналитический взгляд на технологию компакт-дисков в иммуносенсировании». Аналитическая и биоаналитическая химия . 391 (8): 2837–2844. дои : 10.1007/s00216-008-2224-4 . ПМИД 18597081 . S2CID 42173596 .

[6] Лин, Чун-Че; Ван, Юнг-Хао; У, Хуэй-Вэнь; Ли, Гво-Бин (июнь 2010 г.). «Микрофлюидный иммуноанализ» (PDF) . Журнал Ассоциации автоматизации лабораторий . 15 (3): 253–274. дои : 10.1016/j.jala.2010.01.013 . S2CID 51761767 .

[7] Макферсон, Ричард А.; Пинкус, Мэтью Р. (2011). Электронная книга «Клиническая диагностика и лечение Генри с помощью лабораторных методов» . Elsevier Науки о здоровье. п. 875. ИСБН 978-1455726844 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]