디지털 PCR에 폴리스티렌 미소구체 적용

3세대 PCR로서, 디지털 PCR은 절대정량의 장점이 있습니다., 낮은 샘플 요구 사항, 고감도, 억제제에 대한 내성, 유전자 돌연변이 검출에 널리 사용됩니다., 사본 번호 변형, 병원성 미생물, 그리고 유전자 변형 작물. 시중에 판매되는 디지털 PCR은 일반적으로 Droplet Digital PCR입니다. (ddPCR) Bio-Rad와 Chip Digital PCR로 대표되는 (cdPCR) 써모 피셔(Thermo Fisher)가 대표하는; 즉., Bio-Rad는 유중수(water-in-oil) 형태의 미세유체 기술을 통해 증폭 시스템을 나노 또는 마이크론 단위로 나눕니다., Thermo Fisher는 미세유체 기술을 통해 증폭 시스템을 나노 또는 마이크론 단위로 나눕니다., Thermo Fisher는 미세유체 기술을 통해 증폭 시스템을 나노 또는 마이크론 단위로 나눕니다.. 마이크로미터 단위와 Thermo Fisher는 물리적 절단을 통해 증폭 시스템을 나노/마이크로미터 단위로 분리합니다.. 이 두 가지 기술 경로는 Bio-Rad 액적 미세유체공학과 함께 가장 널리 사용됩니다., 소형화의 상당한 이점을 제공합니다., 지역화, 마이크로스피어를 캡슐화하는 능력으로 인한 병렬화, 세포, 나노리터 또는 피코리터 마이크로반응기의 기타 시약.

엑소좀은 마이크론 미만의 막 소포입니다. (30-200 nm) 세포에서 분비되며 단백질과 같은 중요한 정보를 담고 있습니다., 작은 RNA, 그리고 DNA, 질병 진단 및 예후 검사를 위한 임상 액체 생검과 밀접한 관련이 있습니다.. 하지만, 작은 크기로 인해 높은 처리량과 순도로 복잡한 체액에서 엑소좀을 분리하는 데 큰 어려움이 있습니다.. 고정 Zhou 등. 생체적합성 고분자를 첨가한 점탄성 유체를 이용한 역파동 채널 구조 제안 [2] 초미립자 및 엑소좀의 탄성 관성 포커싱 및 분류용. 반복적인 파동 채널 구조는 기존의 직선형 채널에 비해 미세구 포커싱을 촉진하는 미세유체의 주기적인 역딘 2차 흐름을 생성합니다.. 4가지 다른 크기의 형광 서브미크론 구체 사용 (1 μm, 500 nm, 300, 그리고 100 nm) 다양한 조건에서 초점 동작을 연구합니다., 그들은 간단하게 달성했다, 높은 처리량, 순도가 높은 엑소좀을 라벨 없이 분류 92% 보다 높은 회복력 81%. 이 개발된 탄성 관성 엑소좀 분류 기술은 다양한 엑소좀 관련 생물학적 연구 및 제약 응용을 위한 유망한 플랫폼을 제공할 수 있습니다..

이러한 응용 프로그램의 큰 잠재력에도 불구하고, 미세구/세포의 캡슐화는 완전히 무작위로 이루어집니다., 포아송 분포의 제약을 받습니다.. 단일 미소구체를 캡슐화하는 물방울의 확률은 이론적으로 37%, 다수의 미소구체와 액적 파티션을 낭비하여 검출 처리량이 낮아짐. 마이크로스피어나 희귀세포의 활용도를 높이기 위해, 일반적으로 사용되는 방법은 일반적으로 이론적 평균을 사용합니다. (λT) < 0.1 적용된 미소구체의 농도를 결정하기 위한 액적당 미소구체/세포 수, 이로 인해 개별 미소구체의 캡슐화 속도가 매우 낮아집니다., 일반적으로 아래 10%. 액적 시스템의 무한한 수의 액적 활용, 계산할 미세구/세포 수가 적을 때 포아송 분포는 시료 소비 및 분석 시간에 미치는 영향이 적습니다..

단일 세포 또는 폴리스티렌 미소구체의 액적 캡슐화는 디지털 분석과 같은 분야에서 폭넓게 적용됩니다., 단일 세포 시퀀싱, 및 약물 검사. 하지만, 미소구체의 캡슐화는 포아송 분포 제약 조건에 의해 완전히 무작위화됩니다., 단일 미소구체 캡슐화의 이론적 가능성은 일반적으로 약 10%. 초고다중화 디지털 검출 또는 다수의 미소구체 측정이 필요한 기타 응용 분야, 계산해야 하는 파티션 수가 매우 많습니다., 유효하지 않은 액적 수가 크게 증가하고 감지 데이터가 중복됩니다.. 이러한 이유로, Xiaoyu Yue는 비드 정렬 배열 물방울을 디자인했습니다. (보드) 포아송 분포의 한계를 극복하는 방법으로 시스템 [1].

BOAD 시스템은 외장 흐름을 교묘하게 결합합니다., 딘 볼텍스, 및 압축 흐름 채널을 통해 최초로 미소구체의 정렬된 배열을 구현하고, 가장 짧은 구조에서 가장 빠른 속도로 정렬된 미소구체 배열을 가능하게 합니다., 단일 비드 캡슐화 효율은 최대 약 86%. 코딩된 미소구체와 IL-10 표적 자성 폴리스티렌 미소구체를 캡슐화하기 위한 추가 응용 분야에서는 미소구체 기반 초고다중화 디지털 검출의 잠재력이 충분히 입증되었습니다.. 결과적으로, BOAD 시스템은 제한된 구획 내에서 높은 단일 입자 캡슐화 속도가 필요한 많은 응용 분야에 매우 유망합니다., 초고다중화 디지털 생물검정 등, 단일 세포 분석, 약물 검사, 단일 엑소좀 검출.

모든 애플리케이션에서, 입자의 액적 기반 캡슐화 (세포와 미소구체) 세포 재프로그래밍의 단일 세포 분석을 위한 이상적인 플랫폼입니다., 약물 발견, 균일하게 작은 반응기 직경으로 인한 분비 감지, 독특한 미세 흐름 현상, 그리고 격리 장치 수에 제한이 없습니다., 또한 소량의 단백질에 대한 비드 기반의 초민감 디지털 검출도 가능합니다., 엑소솜, 및 기타 생체분자.

참조：

[1] 유에, 엑스., 송곳니, 엑스., 해, 티., 하다, J., 쿠앙, 엑스., 궈, 큐., 왕, 와이., 구, 시간. 그리고 쑤, 시간. 2022. 포아송 분포를 돌파하다: 단일 비드 캡슐화 및 디지털 면역분석 검출을 위한 소형 고효율 액적 미세유체 시스템. 바이오센서 및 생체전자공학. 211, (9월. 2022), 114384. 도이:https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114384.

[2] 저우, 와이., 엄마, 지., 타예비, 중. 그리고 아이, 와이. 2019. 점탄성 유체 내 물결 모양의 마이크로채널 구조를 통한 서브미크론 입자 집중 및 엑소좀 정렬. 분석화학. 91, 7 (4월. 2019), 4577-4584. 도이:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.8b05749.

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