Toepassing van polystyreenmicrosferen in digitale PCR

Als de derde generatie PCR, digitale PCR heeft de voordelen van absolute kwantificering, lage monstervereiste, hoge gevoeligheid, en tolerantie voor remmers, en wordt veel gebruikt bij de detectie van genmutaties, variatie in kopieernummers, pathogene micro-organismen, en genetisch gemodificeerde gewassen. De digitale PCR op de markt is over het algemeen Droplet Digital PCR (ddPCR) vertegenwoordigd door Bio-Rad en Chip Digital PCR (cdPCR) vertegenwoordigd door Thermo Fisher; d.w.z., Bio-Rad verdeelt het versterkingssysteem in nano- of micron-eenheden door middel van microfluïdische technologie in de vorm van water-in-olie, terwijl Thermo Fisher het versterkingssysteem door middel van microfluïdische technologie in nano- of micron-eenheden verdeelt, en Thermo Fisher verdeelt het versterkingssysteem in nano- of micron-eenheden door middel van microfluïdische technologie. micrometereenheden en Thermo Fisher scheidt het versterkingssysteem in nano/micrometereenheden door fysiek te snijden. Deze twee technologieroutes worden het meest gebruikt bij de druppelmicrofluïdica van Bio-Rad, wat aanzienlijke voordelen van miniaturisatie biedt, regionalisering, en parallellisatie vanwege het vermogen om microsferen in te kapselen, cellen, en andere reagentia in microreactoren van nanoliter of picoliter.

Exosomen zijn sub-micron membraanblaasjes (30-200 nm) uitgescheiden door cellen en bevatten belangrijke informatie zoals eiwitten, klein RNA, en DNA, die nauw verwant zijn aan klinische vloeibare biopsieën voor ziektediagnose en prognostische testen. Echter, hun kleine formaat vormt een grote uitdaging om exosomen met hoge doorvoer en zuiverheid te isoleren van complexe lichaamsvloeistoffen. Pinning Zhou et al. stelde een omgekeerde golfkanaalstructuur voor met behulp van een visco-elastische vloeistof met de toevoeging van biocompatibele polymeren [2] voor elastische traagheidsfocussering en sortering van submicrondeeltjes en exosomen. De zich herhalende golfkanaalstructuur produceert een periodieke omgekeerde Dean secundaire stroom microvloeistof die de focus van microsferen bevordert in vergelijking met een conventioneel rechtdoorkanaal. Met behulp van vier verschillende maten fluorescerende submicronbollen (1 µm, 500 nm, 300, En 100 nm) om het focusgedrag onder verschillende omstandigheden te bestuderen, ze bereikten eenvoudig, hoge doorvoer, labelvrij sorteren van exosomen met een zuiverheid hoger dan 92% en herstel hoger dan 81%. Deze ontwikkelde elastische inertiële exosoomsorteertechniek kan een veelbelovend platform bieden voor verschillende exosoomgerelateerde biologische onderzoeken en farmaceutische toepassingen.

Ondanks het grote potentieel van deze toepassingen, de inkapseling van microsferen/cellen is volledig willekeurig, en beperkt door de Poisson-verdeling. De waarschijnlijkheid dat een druppeltje een enkele microsfeer inkapselt, is theoretisch niet meer dan 37%, het verspillen van een groot aantal microsferen en druppelpartities, wat resulteert in een lage detectiedoorvoer. Om het gebruik van microsferen of zeldzame cellen te verbeteren, Veelgebruikte methoden gebruiken doorgaans een theoretisch gemiddelde (λT) < 0.1 aantal microsferen/cellen per druppel om de concentratie van de aangebrachte microsferen te bepalen, wat resulteert in een zeer lage inkapselingssnelheid van individuele microsferen, meestal hieronder 10%. Profiteer van het oneindige aantal druppels in het druppelsysteem, de Poisson-verdeling heeft minder invloed op de monsterconsumptie en de testtijd wanneer het aantal te tellen microsferen/cellen klein is.

Druppelinkapseling van afzonderlijke cellen of polystyreenmicrosferen heeft een breed scala aan toepassingen op gebieden zoals digitale testen, sequencing van één cel, en geneesmiddelenonderzoek. Echter, de inkapseling van microsferen wordt volledig gerandomiseerd door Poisson-distributiebeperkingen, en de theoretische waarschijnlijkheid van inkapseling van enkele microbolletjes bedraagt ​​gewoonlijk slechts ongeveer 10%. In ultrahoog-multiplex gedigitaliseerde detectie of andere toepassingen die de meting van een groot aantal microsferen vereisen, het aantal partities dat moet worden geteld is extreem hoog, wat leidt tot een grote toename van het aantal ongeldige druppeltellingen en redundantie van detectiegegevens. Om deze reden, Xiaoyu Yue ontwierp een Bead Ordered Arrangement Droplet (BOAD) systeem als een manier om de beperkingen van de Poisson-verdeling te doorbreken [1].

The BOAD system cleverly combines sheath flow, Dean vortex, and compression flow channel to realize the first-ever ordered arrangement of microspheres and enables the fastest ordered arrangement of microspheres in the shortest structure, with single-bead encapsulation efficiency up to about 86%. Further applications to encapsulate coded microspheres and IL-10-targeted magnetic polystyrene microspheres have fully demonstrated the potential of microsphere-based ultra-high-multiplexed digital detection. Als resultaat, the BOAD system is very promising for many applications that require high single-particle encapsulation rates within limited compartments, such as ultra-high-multiplexed digital bioassays, single-cell analysis, drug screening, and single exosome detection.

In all applications, droplet-based encapsulation of particles (cells and microspheres) is an ideal platform for single-cell analysis of cellular reprogramming, drug discovery, and secretion detection due to its uniformly small reactor diameters, unique microscale flow phenomena, and unlimited number of isolation units, and also allows for bead-based ultrasensitive digital detection of low-abundance proteins, exosomes, and other biomolecules.

Reference：

[1] Yue, X., Fang, X., Sun, T., Yi, J., Kuang, X., Guo, Q., Wang, Y., Gu, H. and Xu, H. 2022. Breaking through the Poisson Distribution: A compact high-efficiency droplet microfluidic system for single-bead encapsulation and digital immunoassay detection. Biosensors and Bioelectronics. 211, (Sep. 2022), 114384. DOI:https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114384.

[2] Zhou, Y., Ma, Z., Tayebi, M. and Ai, Y. 2019. Submicron Particle Focusing and Exosome Sorting by Wavy Microchannel Structures within Viscoelastic Fluids. Analytical Chemistry. 91, 7 (Apr. 2019), 4577–4584. DOI:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.8b05749.

Leverancier

Shanghai Lingjun Biotechnologie Co., Ltd.werd opgericht in 2016 dat een professionele fabrikant is van biomagnetische materialen en reagentia voor nucleïnezuurextractie.

We hebben een rijke ervaring in de extractie en zuivering van nucleïnezuren, eiwit zuivering, cel scheiding, chemiluminescentie, en andere technische gebieden.

Onze producten worden op veel gebieden veel gebruikt, zoals medische testen, genetische testen, universitair onderzoek, genetische veredeling, enzovoort. Wij leveren niet alleen producten, maar kunnen ook OEM ondernemen, ODM, en andere behoeften. Als u een gerelateerde behoefte heeft, neem dan gerust contact met ons op viasales01@lingjunbio.com.