Giải trình tự DNA bằng công nghệ microfluid dựa trên giọt

Kỹ thuật tạo giọt cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các nghiên cứu quy mô lớn bằng cách sử dụng kích thước mẫu tối thiểu, một phương pháp có thể làm cho việc giải trình tự DNA hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn. Ngoài ra, nó có thể giúp xác định các biến thể nội bào nhỏ liên quan đến chẩn đoán ung thư. Bài viết này thảo luận về việc sử dụng sản xuất giọt trong phân tích DNA và cho thấy các thiết lập cơ bản cần thiết cho các thí nghiệm sử dụng chất lỏng nhỏ giọt.

1 Cơ hội và thách thức của phân tích DNA

Các nhà khoa học tiến hành phân tích DNA để xác định đột biến ung thư, mô tả kháng thể của con người và phân biệt vi sinh vật. Phân tích DNA liên quan đến một số kỹ thuật, bao gồm giải trình tự bộ gen bằng cách sử dụng các mảng thăm dò trình tự đã biết hoặc sử dụng nền tảng Giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS).

Nền tảng NGS sử dụng mảng chip để thực hiện phân tích song song quy mô lớn có thể phát hiện hàng trăm triệu phân tử cùng một lúc, do đó giảm chi phí và tăng hiệu quả.

Tuy nhiên, các mảng chip truyền thống có khả năng phân tích hạn chế và yêu cầu thêm hệ thống xử lý chất lỏng và trộn thuốc thử, làm tăng độ phức tạp của quy trình thử nghiệm và hạn chế tổng thông lượng. Để giảm chi phí giải trình tự cho mỗi base, nhiều mẫu thường cần phải được xử lý song song, và đánh dấu mã vạch, trong khi có thể giảm thiểu một phần vấn đề này, làm tăng thời gian cho quá trình thử nghiệm [1].

2 Công nghệ Microfluid dựa trên giọt

Kỹ thuật giọt nhỏ được tạo ra bằng cách sử dụng các pha không thể trộn lẫn (thường là pha nước và dầu) để tạo ra các giọt rời rạc và kiểm soát chính xác việc tạo ra các giọt ở tốc độ cao thông qua bơm microfluidic. Những lợi thế chính của nó bao gồm:

• Yêu cầu khối lượng mẫu thấp

• Mức độ tự động hóa cao

• Thông lượng cao

• Chi phí thấp

· Thiết bị vi lưu có thể kiểm soát khối lượng chất lỏng một cách nhanh chóng và chính xác, cải thiện thông lượng phân tích DNA. Ví dụ, công nghệ điều khiển dòng chảy nhỏ giọt cho phép tạo và phân loại hàng ngàn giọt mỗi giây [1].

Mỗi giọt là một buồng phản ứng độc lập, thích hợp cho các ứng dụng như đếm phân tử PCR kỹ thuật số, sàng lọc tinh thể protein và phân tích biểu hiện gen. Số lượng phản ứng có thể được mở rộng khi tốc độ tạo giọt tăng lên, trong khi việc giảm thể tích giọt làm giảm tiêu thụ thuốc thử và làm cho thí nghiệm linh hoạt hơn [1].

Nhìn chung, công nghệ này có thể thực hiện hàng trăm triệu phản ứng với mức tiêu thụ thuốc thử tối thiểu, cải thiện đáng kể hiệu quả thử nghiệm và giảm chi phí. Tuy nhiên, không giống như phát hiện điểm cố định dựa trên mảng chip, các giọt chảy qua các kênh vi lưu lượng và không thể đánh dấu kết quả phản ứng bằng thông tin vị trí, do đó cần có thêm phương pháp đánh dấu [1].

3 Giải trình tự bộ gen đơn bào thông lượng cao

Các kỹ thuật giải trình tự truyền thống thường gặp khó khăn trong việc phát hiện các biến thể nhỏ trong bộ gen, vì vậy các nhà khoa học đã sử dụng giải trình tự toàn bộ bộ gen đơn bào để xác định các biến thể số bản sao và biến thể nucleotide đơn.

Thông lượng cao, giải trình tự tế bào đơn có thể mở rộng có thể đạt được thông qua công nghệ microflow. Ví dụ, một nghiên cứu sử dụng công nghệ đánh dấu mã vạch để phân tích DNA di truyền khuếch đại của một tế bào ung thư. Phương pháp này có thể phát hiện các tế bào có đột biến gây bệnh trong thời gian thuyên giảm ung thư và tiết lộ quá trình tiến hóa nhân bản phức tạp của các khối u bệnh bạch cầu tủy cấp tính (AML), thông tin không thể nắm bắt được bằng các phương pháp giải trình tự truyền thống. Do đó, công nghệ này hứa hẹn sẽ cải thiện độ chính xác của phân tích tính không đồng nhất của bộ gen ung thư và tối ưu hóa các chiến lược điều trị cá nhân.

4 Làm thế nào để bắt đầu thử nghiệm?

Công nghệ nhỏ giọt cung cấp một cách thông lượng cao, chi phí thấp để phân tích DNA. Dưới đây là các thiết bị cần thiết nếu bạn muốn thực hiện các thí nghiệm liên quan:

2-3 máy bơm điều khiển dòng chảy vi mô(Hoặc 1 máy bơm với 2-3 kênh, chẳng hạn như máy bơm 4U) - kiểm soát dòng chảy của pha liên tục (pha dầu) và pha phân tán (pha nước). Khuyến cáo sử dụng máy bơm áp lực 4U hoặc 2-3 máy bơm phun vi lưu ExiGo, trong đó máy bơm áp lực 4U có thể điều khiển độc lập 4 kênh để kiểm soát dòng chảy ổn định và chính xác.

• 2-3 chiếcCảm biến dòng chảy- Theo dõi dòng chảy của pha dầu và pha nước trong thời gian thực, đảm bảo chất lỏng ổn định.

• Chip điều khiển Micro-Flux- Tạo ra giọt nước và đảm bảo khả năng kiểm soát kích thước giọt nước.

• Sửa đổi hóa học bề mặt kênh ổn định- Cải thiện tính ổn định của giọt dịch.

• Chất hoạt động bề mặt- Ổn định giao diện dầu và nước, tăng cường tính ổn định của giọt nước.

• Pha dầu- Cải thiện tính ổn định của giọt dịch.

• Đường ống- Kết nối máy bơm với chip điều khiển vi lưu.

Điểm thành sinh vậtCung cấp cho bạn một giải pháp Micro Flow

Điểm vào lĩnh vực vi chất lỏng canh tác sâu sinh học, cung cấp cho bạn các sản phẩm có độ chính xác cao bao gồm bơm vi chất lỏng, chip vi chất lỏng, chip cơ quan, phụ kiện vi chất lỏng, kính hiển vi và các sản phẩm khác Hiện nay, đã phát hành một số giải pháp chuyên nghiệp như sản xuất giọt vi chất lỏng, nuôi cấy tế bào, tổng hợp/chuẩn bị hạt lipid nano, chip cơ quan, v.v.

Nếu bạn có bất kỳ nhu cầu liên quan, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi!

Tài liệu tham khảo

1. Abate, Adam R et al. “Phân tích chuỗi DNA với microfluidics dựa trên giọt.” Phòng thí nghiệm trên một con chip vol. 13,24 (2013): 4864-9. Doi: 10.1039 / c3lc50905b

2. Pellegrino, Maurizio et al. “Chuỗi DNA tế bào đơn thông lượng cao của các khối u bệnh bạch cầu tủy tinh thần cấp tính với microfluidics giọt.” Nghiên cứu gen vol. 28,9 (2018): 1345-1352. doi:10.1101/gr.232272.117

3. Sohrabi, S., & Moraveji, M. K. (2020). Microfluidics giọt: Cơ bản và các ứng dụng tiên tiến của nó. RSC Advances, 10(46), 27560-27574.