We stellen een techniek voor - QolorEX - voor het verkrijgen van een labelvrije kwantitatieve colorimetrische uitlezing met een resolutie van één nucleotide, die binnen enkele minuten een resultaat kan opleveren. Deze aanpak integreert op fenolrood gebaseerde reverse transcription loop-mediated isothermal amplification (RT-LAMP) en rolling circle amplification (RCA) colorimetrische assays3 met geminiaturiseerde plasmonische nanosurface microfluïdica om plasmonische hotspot-katalyse te bereiken4. Om de amplificatiereactie te stroomlijnen, hebben we een microfluïdische cartridge ontwikkeld die afstembare hoekafhankelijke microfluïdische activering gebruikt om de volledige cyclus van monsterverzameling, lysis, toevoeging van assayreagentia, nucleïnezuuramplificatie en detectie te integreren (Fig. 1a). Om door de gebruiker veroorzaakte fouten te verminderen, hebben we een belichtingsgekoppelde beeldvormingsbox ontwikkeld met geautomatiseerde actuatoren om de microfluïdische cartridge te hanteren, te verwarmen en af te beelden zonder dat input van de gebruiker nodig is. Door deze automatisering kan de gebruiker op een knop op een mobiele telefoontoepassing tikken om de sequentiële werking van de microfluïdische cartridge te starten. De colorimetrische uitlezing wordt automatisch gedetecteerd door de complementaire metaaloxide-halfgeleider (CMOS)-camera die is geïntegreerd in de imaging box. Een machine-learning algoritme analyseert vervolgens de uitlezing en stelt positieve of negatieve resultaten vast; het resultaat wordt vervolgens naar de mobiele telefoon van de gebruiker gestuurd.
a, Een schematische weergave van de werking van QolorEX. De gebruiker spuugt speeksel in de opvangtrechter en plaatst de microfluïdische cartridge in de beeldvormingsdoos. De resultaten worden vervolgens automatisch doorgegeven via een smartphone-app. b, Bij lichtexcitatie versnelt het plasmonische nanomateriaal de amplificatietest vanwege de overtollige elektronen aan de reactie-interface. De verhoogde versterkingssnelheid verhoogt de productiesnelheid van protonen, die de pH van het medium verlagen, waardoor het fenolrood snel van kleur verandert van fuchsia in geel in aanwezigheid van de doelpathogeen (weergegeven in de inzet). dNTP, deoxyribonucleotidetrifosfaat; DOS, toestandsdichtheid; E, energie; EF, Fermi-energie; ϕanalyse, initiatie-energie van de oxidatiereactie; Hω, fotonenergie; ΔV, detectiekamervolume. © 2023, AbdElFatah, T. et al.
We hebben aangetoond dat de snelle colorimetrische uitlezing verkregen met QolorEX sterk afhankelijk is van de injectie van door licht geëxciteerde 'hete' elektronen van het oppervlak van zelf-geassembleerde plasmonische nanodeeltjes in het mengsel van monster- en testreagentia in de detectiekamer. Deze hete elektronen versnellen de nucleofiele reactie in de polymerisatiestap van de amplificatie, wat op zijn beurt resulteert in de labelvrije pH-afhankelijke kleurtransformatie van fenolrood van fuchsia naar geel (fig. 1b). We ontdekten dat plasmonische oppervlakken met nanodeeltjes met een diameter van 400 nm hogere elektromagnetische veldverbetering en bijbehorende plasmonische hotspot-katalyse-effecten boden dan plasmonische oppervlakken met andere nanodeeltjesgroottes, resulterend in een 9-voudige versnelling in de versterkingsreactiesnelheid gemiddeld.
We hebben het QolorEX-systeem gevalideerd met behulp van verschillende respiratoire virussen en bacteriën. We hebben ook aangetoond dat QolorEX onderscheid kan maken tussen SARS-CoV-2 (sub)varianten op het niveau van single nucleotide polymorphism. Bovendien heeft QolorEX een detectielimiet van 5 RNA-kopieën per microliter, wat een nauwkeurige diagnose mogelijk maakt vanaf het begin van de infectie wanneer de virale lading laag is. We hebben ook 33 SARS-CoV-2-positieve en 15 negatieve menselijke speekselmonsters getest. Voor deze monsters behaalde QolorEX een monster-tot-antwoordtijd van 13 minuten met een nauwkeurigheid van 95%, wat vergelijkbaar is met de gouden standaard kwantitatieve PCR-test. De beperkte gebruikersbetrokkenheid, hoge nauwkeurigheid, gevoeligheid, automatisering en snelheid van QolorEX betekenen dat deze techniek zou kunnen voorzien in de behoefte aan PCR-grade tests in afgelegen omgevingen.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
- Koop en verkoop aandelen in PRE-IPO-bedrijven met PREIPO®. Toegang hier.
- Bron: https://www.nature.com/articles/s41565-023-01398-z
