A sample-to-answer DNA detection microfluidic system integrating sample pretreatment and smartphone-readable gradient plasmonic photothermal continuous-flow PCR

文献情報

出版日 2022-09-20
DOI 10.1039/D2AN00908K
インパクトファクター 4.616
著者

Zengming Zhang, Shuhao Zhao, Lei Jiang, Junjun Wu, Wenhan Zhao, Xiaoniu Guo, Niancai Peng, Fei Hu


原文を見る

要旨

As the gold standard for nucleic acid detection, full-process polymerase chain reaction (PCR) analysis often falls into the dilemma of complex workflow, time-consuming, and high equipment costs. Therefore, we designed and optimized a DNA quantification microfluidic system by strategically integrating sample pretreatment and a smartphone-readable gradient plasmonic photothermal (GPPT) continuous-flow PCR (CF-PCR). Through preloading and sequential injection of immiscible extraction reagents, combined with magnetic bead (MB) manipulation, the microfluidic chip successfully purified and concentrated 100 μL of HBV-DNA spiked plasma into a 20-μL purified sample within 14 minutes. With a digital PCR platform, the optimized experiments showed that the DNA extraction efficiency can reach 69% at an immiscible reagent configuration ratio of 10 : 10 : 1 : 12 : 2 (sample : lysis/binding buffer : MB : silicone oil : eluent) and a flow rate of 25 μL min−1. For the first time, we used gold nanorod (AuNR)-doped PDMS to prepare a CF-PCR submodule for the amplification of a 40 μL PCR mixture. Due to the plasmonic photothermal effect of AuNRs and the gradient intensity of an expanded laser spot, the PCR thermal gradient was formed on a coin-sized area. The compact annular thermal-microfluidic layout, optimized DNA dye concentration, and chip transmittance synergistically enable a rarely reported smartphone-based fluorescence CF-PCR, greatly simplifying thermal control and detection setup. Prototype construction and validation experiments show that the microsystem can complete the sample-to-answer quantification of HBV-DNA with a dynamic linear range from 1.2 × 101 to 1.2 × 106 copies per μL in ∼37 minutes. This novel microfluidic solution effectively bridges the technical gap between the CF-PCR, sample pretreatment and result characterization, making the workflow standardized and rapid and requiring <15% of the commercial instrument cost. The simplicity, rapidity and low cost of this work make it promising for applications in decentralized laboratories and low-resource settings.

関連文献

Direct syntheses of functionalized mesostructured silica by using an inexpensive silica source‡

Robert J. P. Corriu, Ahmad Mehdi, Catherine Reyé, Chloé Thieuleux

2004-05-19 Communication

DOI: 10.1039/B314415A

Construction of building-blocks for polyether synthesis using sequential catalytic ring-closing enyne and cross metathesis

J. Stephen Clark, Frédéric Elustondo, Marc C. Kimber

2004-09-24 Communication

DOI: 10.1039/B409067E

High-resolution transmission electron microscopy: the ultimate nanoanalytical technique‡

Paul A. Midgley

2004-05-07 Feature Article

DOI: 10.1039/B315513G

Shape of CeO2nanoparticles using simulated amorphisation and recrystallisation

Thi X. T. Sayle, Stephen C. Parker, Dean C. Sayle

2004-09-21 Communication

DOI: 10.1039/B408752F

Washing-free electrochemical DNA detection using double-stranded probes and competitive hybridization reaction

Kyuwon Kim, Haesik Yang, Se Ho Park, Dae-Sik Lee, Sung-Jin Kim, Yong Taik Lim, Youn Tae Kim

2004-05-28 Communication

DOI: 10.1039/B402914C

A novel supramolecular assembly in an iron(iii) compound exhibiting magnetic ordering at 70 K

Donatella Armentano, Giovanni De Munno, Teresa F. Mastropietro, Miguel Julve, Francesc Lloret

2004-04-21 Communication

DOI: 10.1039/B402055C

High-efficiency and minimum-waste continuous kinetic resolution of racemic alcohols by using lipase in supercritical carbon dioxide

Tomoko Matsuda, Kazunori Watanabe, Tadao Harada, Kaoru Nakamura, Yoshitaka Arita, Yukihiro Misumi, Shinichiro Ichikawa, Takao Ikariya

2004-08-26 Communication

DOI: 10.1039/B406882C

A novel 2D net-like supramolecular polymer constructed from Ln6Cu24 node and trans-Cu(Gly)2 bridge

Jian-Jun Zhang, Sheng-Qing Xia, Tian-Lu Sheng, Sheng-Min Hu, Guido Leibeling, Franc Meyer, Xin-Tao Wu, Sheng-Chang Xiang, Rui-Biao Fu

2004-04-14 Communication

DOI: 10.1039/B400447G

Superhydrophobic silica aerogels by fluorination at the gel stage

Anna Roig, Elies Molins, Elisenda Rodríguez, Sandra Martínez, Marcial Moreno-Mañas, Adelina Vallribera

2004-09-06 Communication

DOI: 10.1039/B407987F

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

2,3-スチオエポキシマドルを取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

取り扱いにはPPE(プロテクティブ・パーソナル・エイド)が必要で、防ぐ手袋と保護眼鏡を着用してください。ドラフトチャンバーの使用を推奨します。漏洩した場合は、適...

4267-80-52,3-Thioepoxy Madol
化合物よくある質問

6-氟-2-氨基苯酚の主な用途は何ですか?

6-氟-2-氨基苯酚は主に医薬品の合成材料として使用され、一部の農薬の製造にも利用されます。また、研究用途でも広く使用されています。

53981-25-22-Amino-6-fluorophen...
化合物よくある質問

BOC-S-3-アミニ-4-(4-メチオキシベンチル)-ブタン酸の代替品はありますか?

この化合物の代替品としては、BOC保護基を有さないアミノ酸やその他の保護基化合物が考えられます。また、メチオキシ基を有しない他の芳香族アミノ酸も代替品として挙げ...

126800-59-7(3S)-4-(4-Methoxyphe...
化合物よくある質問

Methyl 2-(chloromethyl)-3-nitrobenzoate(1218910-61-2)の代替品はありますか?

Methyl 2-(chloromethyl)-3-nitrobenzoate(1218910-61-2)の代替品としては、化学組成を変えることで効果を達成する...

1218910-61-2Methyl 2-(chlorometh...
化合物よくある質問

(2R)-2-アミノ-N-ベンジル-3-ヒドロキシプロパナミドを含む廃棄物はどのように処理すべきですか?

(2R)-2-アミノ-N-ベンジル-3-ヒドロキシプロパナミドを含む廃棄物は、適切な廃棄物管理ガイドラインに基づき処理する必要があります。まず、廃棄物を適切に収...

175481-39-7(2R)-2-amino-N-benzy...
化合物よくある質問

6,7-二氢-咪唑並[1,2-a]ピリドイン-8(5h)-酮はどのように合成されますか?

6,7-二氢-咪唑並[1,2-a]ピリドイン-8(5h)-酮は、2-ブロモフェニルアセトインとリン酸ハロゲン化物を反応させることで合成できます。この反応は高温で...

457949-09-66,7-Dihydroimidazo[1...
化合物よくある質問

エチル(3R)-3-ピロリジニル酢酸水和塩とは何ですか?

エチル(3R)-3-ピロリジニル酢酸水和塩は、CAS番号1332459-32-1の化合物で、(R)-乙基2-(ピロリジン-3-基)酢酸塩水和塩と呼ばれます。この...

1332459-32-1Ethyl (3R)-3-pyrroli...
化合物よくある質問

(2S)-{[(2-メチルエチルオキシ]カルボニル}アミノ)[2-(トリアフルオロメチルフェニル]エチカシック酸の物理化学的性質は何ですか?

(2S)-{[(2-メチルエチルオキシ]カルボニル}アミノ)[2-(トリアフルオロメチルフェニル]エチカシック酸のCAS番号は1203454-45-8です。この...

1203454-45-8(2S)-({[(2-Methyl-2-...
化合物よくある質問

2-ブロモ-1-(2-メチル-2-プロパニル)-4-ニトロベンゼンはどのように保存すればよいですか?

2-ブロモ-1-(2-メチル-2-プロパニル)-4-ニトロベンゼンは、直射日光を避けて暗所で、室温(約15℃〜25℃)、乾燥した場所に保存する必要があります。ま...

6310-17-42-Bromo-1-(2-methyl-...
化合物よくある質問

1-[(4-硝基フェニル)スルホニル]-1H-1,2,4-三唑の市場動向や研究トレンドはどうですか?

市場動向としては、1-[(4-硝基フェニル)スルホニル]-1H-1,2,4-三唑は主に農業用除草剤や合成化学製品の原料として利用されています。研究トレンドとして...

57777-84-11-[(4-Nitrophenyl)su...

掲載誌

Analyst

Analyst
CiteScore: 7.8
自己引用率: 5.6%
年間論文数: 653

Analyst publishes analytical and bioanalytical research that reports premier fundamental discoveries and inventions, and the applications of those discoveries, unconfined by traditional discipline barriers.

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。