Hvordan mikrochipbilleddannelsescytometri gør laboratorietestning mere økonomisk, brugervenlig og tilgængelig

En ny publikation fra Opto-Electronic Advances behandler videnskabelige og tekniske fremskridt inden for mikrochip billedbehandlingscytometri (MIC) og viser anvendelserne af mikrochip billedbehandlingscytometri, der kan bringe mere økonomisk, brugervenlig og tilgængelig sundhedspleje til offentligheden.

Den økonomiske globalisering og den aldrende befolkning i mange lande i verden skaber et enormt behov for hurtige og omkostningseffektive point-of-need laboratorietests. I løbet af de sidste to år har hele verden tacklet udfordringerne fra COVID-19-pandemien. Den generelle befolkning i mange lande tager rutinemæssigt nukleinsyretest og/eller hurtige antigentest til screeningsformål. Sundhedspersonale har brug for mere økonomiske og brugervenlige diagnostiske testværktøjer til at understøtte deres sundhedspleje. Offentlige sundhedsagenturer har også brug for effektive diagnostiske værktøjer til at hjælpe dem med at træffe kritiske politiske beslutninger.

I en typisk klinikaftale gennemgår laboratorietests procedurer såsom laboratorierekvisition, prøveindsamling, prøvebehandling og rapportering. Den gennemsnitlige ekspeditionstid kan variere fra flere timer til flere dage. For mange sygdomsdiagnoser og overvågning, der kræver øjeblikkelig information og hurtig beslutningstagning, kunne den traditionelle teknologi og arbejdsgang ikke effektivt opfylde de kliniske behov.

I mellemtiden er der muligheden for "hurtig teststrimmel", såsom COVID-antigenteststrimlen og hCG-graviditetsteststrimlen, der giver øjeblikkelige testresultater. Disse hurtige teststrimler bliver et vigtigt diagnostisk værktøj til screening og overvågning, selvom anvendelsen af ​​teststrimlerne normalt er begrænset til kvalitative tests. På grund af deres relativt lavere analytiske følsomhed kunne disse hurtige teststrimler desuden ikke detektere biomarkører, der har en lav mængde i prøven. Derfor er der et stigende behov for at udvikle et kvantitativt, let-at-bruge og tilgængeligt diagnostisk instrument og reagenser.

I lyset af de nye sundhedsbehov kommer videnskabsmænd og ingeniører løbende med kreative diagnostiske løsninger ved hjælp af en række teknologiske tilgange. Blandt disse teknologier bliver mikrofluidik en meget værdifuld tilgang til potentielt at imødekomme mange af kravene. Microchip billedbehandlingscytometri baseret på mikrofluidisk teknologi er sådan en innovativ analytisk platform, der kan ændre landskabet for det kliniske laboratorietestfelt.

Microchip Imaging Cytometry (MIC) er en platformsteknologi, der hurtigt kan detektere og analysere humane biokemiske stoffer såsom celler, proteiner og nukleinsyrer. MIC-enheder har egenskaberne portabilitet, omkostningseffektivitet og tilpasningsevne, mens de leverer kvantitative målinger for at imødekomme behovene for laboratorietests i en række sundhedsmiljøer. Baseret på brugen af ​​mikrofluidchips kræver MIC mindre prøve og kan fuldføre prøveforberedelsen automatisk. Derfor kan de levere kvantitative testresultater ved blot at bruge en fingerprikkeprøve. Det reducerede reagensforbrug og reducerede formfaktor hjælper også med at forbedre tilgængeligheden og overkommeligheden af ​​sundhedsydelser i fjerntliggende og ressourcebegrænsede omgivelser.

Artiklen gennemgår bemærkelsesværdige kliniske anvendelser af MIC-teknologier, såsom HIV-patientovervågning, seglsygdomsscreening, infektionssygdomsdiagnose osv. Afhængigt af niveauet af automatisering og billedfangstformater blev MIC-enheder klassificeret i tre tilgange:Statisk-chip- static-fluid (SCSF), Static-chip-moving-fluid (SCMF) og Moving-chip-static-fluid (MCSF). Brightfield-billeddannelse, fluorescensbilleddannelse og linsefri billeddannelsesteknikker er blevet vedtaget i MIC-systemer. Billedoptagelsesteknikker såsom tidsforsinkelsesintegration og tidskodet excitation blev demonstreret for at opnå højere følsomhed ved detektering af hurtigt bevægende objekter i svagt lys.

Sammenlignet med traditionelle flowcytometre analyserer MIC objekter såsom celler og partikler gennem en relativt bred og lavvandet mikrofluidisk chipkanal. Som et resultat af de seneste års banebrydende udvikling af halvledersensorenheder og informationsteknologi, kan lyskilde- og billeddetekteringskomponenterne i MIC også opnå højere optoelektronisk ydeevne.

Takket være innovation og udvikling af bioteknologi, mikro-nano-fremstilling, halvledermaterialer, informationsteknologi og andre områder, vil MIC finde vigtigere kliniske testapplikationer i fremtiden og fremme udviklingen af ​​mere økonomiske, brugervenlige, og tilgængelige point-of-need tests.

Nylige fremskridt inden for fotonik, integreret optik og billedteknologi lover at øge følsomheden og funktionaliteten af ​​MIC-systemer, samtidig med at deres størrelse og omkostninger reduceres. Farver kan differentieres direkte på silicium CMOS billedsensorer ved hjælp af flere teknikker. Der er også gjort fremskridt hen imod højere følsomme detektorer ved at integrere lavinedioder med enkeltfoton i standard CMOS med mikrofluidiske systemer.

Udviklingen af ​​MIC-enheder bør fokusere på følgende aspekter:1) enheden skal være bærbar, så den passer til det diagnostiske formål i forskellige sundhedsscenarier, 2) enheden skal være nem at bruge og give prøve-til-svar-resultater hurtigt (f.eks. 15 minutter), 3) den mikrofluidiske samling skal indeholde forudindlæste reagenser og være til engangsbrug. Derudover skal den analytiske ydeevne af MIC-enheder, såsom følsomhed, nøjagtighed, præcision, robusthed, opfylde de bestemte testkrav. I processen med instrument- og reagensdesign og -udvikling skal alle disse aspekter overvejes. Derfor skal ingeniørdesign og -udvikling finde den sofistikerede balance mellem kompleksitet, ydeevne og omkostninger, for at imødekomme behovene i sundhedsvæsenet og til gavn for flere patienter. + Udforsk yderligere

Ny lavpris-enhed registrerer hurtigt hepatitis C-infektion nøjagtigt