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Oggi vi parlerò di alcune applicazioni della tecnologia Lopcb nell'epidemia. Dopo lo scoppio del nuovo virus, le indagini epidemiologiche e cliniche devono essere effettuate al più presto e l'emergere del COVID-19 ha spinto le persone a comprendere urgentemente la modalità di trasmissione, la gravità, i sintomi clinici e i fattori di rischio di questo virus. Test efficaci non solo possono confermare se il corpo umano è infetto dal virus, ma anche indicare la posizione geografica, l'estensione e la trasmissione dell'epidemia.
Una serie di metodi per rilevare e diagnosticare il COVID-19 sono in fase di sviluppo, alcuni dei quali possono rilevare specificamente questo nuovo virus; mentre altri possono rilevare ceppi virali geneticamente simili. Un kit di test sviluppato di recente utilizza una tecnologia basata su una piattaforma portatile lab-on-chip (LoC), in grado di rilevare, identificare e distinguere MERS-CoV, SARS-CoV e COVID-2019 in un unico test. Per i virus, questo kit integra due applicazioni di biologia molecolare: la reazione a catena della polimerasi (PCR) e lo screening del DNA microarray. I tradizionali kit di rilevamento del coronavirus PCR richiedono un giorno per ottenere i risultati dei test, mentre gli ultimi kit di test LoC richiedono solo 2 ore per ottenere i risultati, e la tecnologia LoC può essere il risultato dello sviluppo di nuovi potenti strumenti diagnostici e apparecchiature di test in tempo reale. L'essenziale.
LoC è un dispositivo che integra una o più funzioni di laboratorio su un unico circuito integrato. L'apparecchiatura LoC è una sorta di apparecchiatura del sistema micro-elettromeccanico (MEMS), che svolge il ruolo di "micro sistemi di analisi totale" (micro sistemi di analisi totale, denominati µTAS). In generale, utilizza il principio del controllo microfluidic per controllare le tracce di liquido. In realtà, microfluidics è una tecnica per condurre esperimenti chimici su piccola scala per imitare lo stato naturale. I sistemi microelettromeccanici biomedici (BioMEMS) si sono sviluppati in una branca di dispositivi MEMS, utilizzati nella ricerca biomedica e nei micro-dispositivi medici, concentrandosi su componenti meccanici e tecnologia di micro-produzione. Applicazioni specifiche includono il rilevamento di malattie, il monitoraggio chimico e la consegna di farmaci. Il mercato della tecnologia BioMEMS si sta sviluppando molto rapidamente. Molti dispositivi BioMEMS sono già sul mercato. Il più familiare è il sensore di glucosio nel sangue. La tecnologia LoC basata su microfluidics ha anche un grande potenziale per la commercializzazione su larga scala.
La LoC non è una nuova tecnologia. Infatti, già alla fine degli anni '90, con lo sviluppo della tecnologia di micro-produzione, l'industria ha sviluppato un LoC completamente automatizzato per la preparazione integrata del campione, la manipolazione dei fluidi e l'analisi biochimica. I metodi derivati dalla tecnologia di produzione dei semiconduttori possono trasformare protocolli sperimentali e analitici in una struttura a chip contenente serbatoi e percorsi interconnessi (Figura 2). L'utilizzo della forza o della pressione elettromotrice per controllare il flusso del fluido attraverso il percorso selezionato equivale a creare valvole e pompe in grado di completare le operazioni, tra cui distribuzione, miscelazione, incubazione, reazione, divisione del campione e rilevamento. Il primo prodotto LoC disponibile sul mercato è uscito nel 1999. È usato per analizzare DNA e RNA biomolecole, proteine e saggi cellulari, e più di 7.000 unità sono state vendute in tutto il mondo. Questo bioanalizzatore LoC utilizza reagenti e chip del campione per elaborare acidi nucleici, proteine e cellule sulla stessa piattaforma e stabilisce lo standard industriale per l'analisi e il sequenziamento di RNA. La tecnologia LoC che integra l'analisi chimica e l'analisi biochimica si è sviluppata rapidamente nell'ultimo decennio. Sebbene questa tecnologia sia utilizzata principalmente per il trattamento medico, la sua tecnologia di base è adatta a varie funzioni di analisi e funzioni di monitoraggio, e logicamente conforme al concetto di "Unicom World"
Una varietà di materiali possono essere utilizzati per produrre dispositivi microfluidici, tra cui vetro, polimeri rigidi ed elastomeri. Le tecnologie disponibili includono fresatura CNC, stampaggio a iniezione e fotolitografia. Le materie prime disponibili sono il silicio, perché la tecnologia di produzione deriva dalla produzione di semiconduttori e, a causa dei requisiti per le proprietà specifiche dei materiali, riducendo i costi di produzione e accelerando la produzione di campioni, sono stati sviluppati una varietà di processi alternativi. L'industria ha mostrato chip sempre più complessi, ma a causa della mancanza di tecnologia di produzione commerciale matura, solo alcuni di loro possono essere commercializzati. La tecnologia di stampa 3D è recentemente diventata un metodo alternativo di produzione di apparecchiature fluide e può sostituire la tecnologia soft micro-incisione e diventare il metodo preferito per la produzione rapida di campioni. Tuttavia, la tecnologia esistente non è unificata ed è ancora incerto quale processo e materiale sarà eventualmente utilizzato per un gran numero di diagnosi.
I componenti di base di LoC
I componenti di LoC sono (Figura 3):1. Elettroforesi: colonna di separatione2. Microfluidica: canali, valvole-pompe e miscelatori3. Rilevatori e sensori biochimici4. Chip microfluidico
1. Electroforesis
Sotto l'azione di un campo elettrico, una miscela di molecole simili scorre ad un elettrodo liquido (anodo o catodo) su diversi mezzi (come carta, vetro, gel, liquido) per separare grandi molecole (cioè frammenti di DNA, sangue o altre proteine). Questo metodo è stato utilizzato per separare e purificare biomolecole. Ogni molecola scorre attraverso il mezzo ad una velocità diversa, a seconda della carica e della sua dimensione, e infine scorre all'anodo o al catodo ad una velocità unica
Figura 4: Sequenza di analisi LoC utilizzando l'elettroforesi in microfluidics
L'applicazione personalizzata della tecnologia fluida è combinata con la tecnologia tradizionale di elaborazione di precisione, come l'incisione a umido, l'incisione a secco, l'incisione a ioni reattivi profondi, lo sputtering, l'incollaggio di anodi e l'incollaggio di fusione, ecc., per produrre canali fluidodinamici e sensori fluidi per vari LoC, rivelatori chimici, capillari di separazione, miscelatori, filtri, pompe e valvole (figura 4).
Il flusso nel microcanale è laminare, che può elaborare selettivamente le cellule nel microcanale, array o reazione biochimica. Integrare le tecnologie microelettroniche, micromeccaniche e microottiche sullo stesso substrato per realizzare il controllo automatico delle apparecchiature, riducendo l'errore umano e i costi operativi.
3. Rilevatori e sensori biochimiciI rivelatori, sensori ed elettrodi possono essere dispositivi ChemFET e BioFET C-MOS con membrane o diffusioni speciali per renderli sensibili alle molecole chimiche o biologiche. I sensori e gli elettrodi sono componenti elettrici sensibili a varie molecole chimiche o biomolecole e sono galvanizzati con oro, argento, platino o palladio, ecc. e corrispondenti sali metallici
4. Chip microfluidic Chip microfluidic sono un insieme di microcanali incisi o stampati su materiali (vetro, silicio, o polimeri come PDMS) per raggiungere le funzioni richieste (miscelazione, pompaggio, classificazione, controllo dell'ambiente biochimico, ecc.)). La rete (l'interfaccia tra il micro mondo e il macro mondo) formata dal micro canale (l'interfaccia tra il micro mondo e il macro mondo) è collegata all'esterno attraverso l'ingresso (ingresso) e l'uscita (uscita) perforati sul chip.
Materiale LoC
Negli ultimi anni, l'industria ha sviluppato una varietà di materiali LoC. Il primo materiale era il silicio alla fine degli anni '90. L'industria microelettronica ha sviluppato vari metodi di lavorazione di precisione del silicio (MEMS) per la produzione di accelerometri per sensori airbag. Successivamente, i materiali si sono sviluppati dai wafer di silicio al vetro e successivamente polimeri. Recentemente, l'uso di PCB e vari materiali di carta è più popolare.
Nella produzione di LoC, l'uso di silicio e vetro ha molti vantaggi, ma il costo è anche il più alto. I polimeri, in particolare i PCB, sono diventati una nuova scelta perché diversi materiali possono essere trovati sul mercato e l'integrazione di prodotti elettronici e varie tecnologie di stampa può essere raggiunta.
