Publication detail

Open-channel microfluidic device for TiO2NTs@Fe3O4NPs-assisted viral RNA extraction and amplification-free RNA fluorescence status evaluation

Year: 2024

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Microchemical Journal

Page from-to: 111554

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Mikrofluidní zařízení s otevřeným kanálem pro extrakci virové RNA za asistence TiO2NTs@Fe3O4NPs a hodnocení fluorescenčního stavu RNA bez amplifikace	Většina dnes dostupných rutinních testů na detekci virové RNA je založena na amplifikaci RNA. Citlivost těchto metod je na úkor času, nákladů a dostupnosti vybavení. Vzhledem k omezením během pandemie COVID-19, jako je omezená kapacita přístrojů pro amplifikaci RNA a celosvětový nedostatek izolačních souprav, vznikla poptávka po testech bez amplifikace, které by měly splňovat kritéria POCT: cenově dostupné, citlivé, specifické, uživatelsky přívětivé, rychlé a bez vybavení. Cílem této studie je navrhnout a ověřit mikroanalytický systém pro přímou detekci virové RNA, který tato kritéria splňuje. Předložený test detekce RNA se skládá ze čtyř po sobě jdoucích kroků: imunokapitulace virových částic, lýzy virových částic, extrakce RNA za asistence TiO2NTs@Fe3O4NPs a nakonec detekce virové RNA. Poslední tři kroky probíhají v mikrofluidním zařízení s otevřenými kanály (OC-MFD). OC-MFD je vyrobeno z polykarbonátové fólie unikátní mechanickou replikační technikou v zařízení roll-to-roll. Tato metoda byla experimentálně ověřena a nabízí výhody nízkých nákladů a extrémně rychlé výroby (1 mil. kusů OC-MFD za hodinu). Dva permanentní magnety umístěné pod aplikačními/extrakčními zónami umožnily fixovat magneticky aktivní částice/nanotrubičky. Nejprve jsou virové částice kvantitativně zachyceny z celého objemu vzorku pomocí imunomagnetických částic. Lyzované virové částice se přenesou do aplikační zóny OC-MFD a poté se provede extrakce RNA pomocí magnetických nanotrubiček TiO2 zdobených nanočásticemi Fe3O4 (TiO2NTs@Fe3O4NPs). Účinnost nanomateriálu při přitahování molekul virové RNA byla hodnocena na základě standardního laboratorního testu založeného na RT-qPCR. Testy ekvivalence byly provedeny se 143 pozitivními a negativními vzorky SARS-CoV-2. Spearmanovy korelační koeficienty prokázaly vysokou shodu pro oba měřené biomarkerové geny (gen E se rovnal 0,76, gen RdRp se rovnal 0,73, p-hodnota < 0,001). Pro splnění kritérií POCT byla virová RNA zachycená přímo na povrchu TiO2NTs@	RNA virus; imunokapturace; extrakce RNA; TiO2 nanotrubice; mikrofluidní zařízení s otevřeným kanálem; fluorescenční detekce
eng	Open-channel microfluidic device for TiO2NTs@Fe3O4NPs-assisted viral RNA extraction and amplification-free RNA fluorescence status evaluation	Most routine viral RNA detection assays available today rely on RNA amplification steps. The sensitivity of such methods comes at the expense of time, cost, and equipment availability. Given the constraints during the COVID-19 pandemic, such as the limited capacity of RNA amplification instruments and the global shortage of isolation kits, there has been a demand for amplification-free assays which should meet POCT criteria: affordable, sensitive, specific, user-friendly, rapid, and equipment-free. This study aims to design and validate a microanalytical system for direct viral RNA detection which meets these criteria. The presented RNA detection assay consists of four consecutive steps: immunocapturing viral particles, viral particles lysis, TiO2NTs@Fe3O4NPs-assisted RNA extraction, and finally viral RNA detection. The last three steps occur within a microfluidic device with open channels (OC-MFD). The OC-MFD is manufactured from polycarbonate film by unique mechanical replication techniques in a roll-to-roll setup. This method has been experimentally validated to offer the advantages of low-cost and extremely rapid production (1 mil. pieces of OC-MFDs per hour). Two permanent magnets situated under the application/extraction zones enabled to fix magnetically active particles/nanotubes. At first, viral particles are quantitatively captured from the entire sample volume using immunomagnetic particles. The lysed viral particles are transferred to the application zone of OC-MFD, followed by RNA extraction using magnetic TiO2 nanotubes decorated with Fe3O4 nanoparticles (TiO2NTs@Fe3O4NPs). The effectivity of the nanomaterial to attract viral RNA molecules was evaluated against a standard RT-qPCR-based laboratory test. Equivalence tests were performed with 143 positive and negative SARS-CoV-2 samples. Spearman rank correlation coefficients demonstrated high agreement for both measured biomarker genes (the E gene equaled 0.76, the RdRp gene equaled 0.73, the p-value <	RNA virus; Immunocapturing; RNA extraction; TiO2 nanotube; Open-channel microfluidic device; Fluorescence detection

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links