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A lab-on-a-chip for free-flow electrophoretic preconcentration of viruses and gel electrophoretic DNA extraction.
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2020/02/19 , DOI: 10.1039/c9an02333j Matthias Hügle 1 , Ole Behrmann , Madlen Raum , Frank T Hufert , Gerald A Urban , Gregory Dame
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2020/02/19 , DOI: 10.1039/c9an02333j Matthias Hügle 1 , Ole Behrmann , Madlen Raum , Frank T Hufert , Gerald A Urban , Gregory Dame
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Nucleic acid amplification techniques such as real-time PCR are essential instruments for the identification and quantification of viruses. They are fast, very sensitive and highly specific, but often require elaborate and labor intensive sample preparation to achieve successful amplification of the target sequence. In this work we demonstrate the complete microfluidic preparation of amplifiable virus DNA from dilute specimens. Our approach combines free-flow electrophoretic preconcentration of viral particles with thermal lysis and gel-electrophoretic nucleic acid extraction on a single device. The on-chip preconcentration achieves a capture efficiency of >99% for dilute suspensions of bacteriophage PhiX174. Following preconcentration, phages are thermally lysed and released DNA is recovered after 40 s of on-chip gel-electrophoresis with a recovery rate of ∼73%. Furthermore we demonstrate a detection limit of ∼1 PFU ml-1 (∼0.02 DNA copies per μl) for the detection of bacteriophage PhiX174 by PCR. To simplify operation of the device, we describe the development of a custom-made chip holder as well as a compact peristaltic pump and power supply, which enable user-friendly operation with low risk of cross-contamination and high potential for automation in the field of point-of-care diagnostics.
中文翻译：
芯片实验室，用于病毒的自由流电泳预浓缩和凝胶电泳DNA提取。
核酸扩增技术（例如实时PCR）是鉴定和定量病毒的重要工具。它们快速，非常灵敏且高度特异性，但通常需要精心准备且费力的样品制备才能成功扩增靶序列。在这项工作中，我们证明了从稀释的标本中可扩增的病毒DNA的完整微流体制备。我们的方法将病毒颗粒的自由流电泳预浓缩与热裂解和凝胶电泳核酸提取结合在一个设备上。芯片上的预浓缩对噬菌体PhiX174的稀悬液实现了> 99％的捕获效率。预浓缩后 热裂解噬菌体，芯片上凝胶电泳40 s后回收释放的DNA，回收率约73％。此外，我们证明通过PCR检测噬菌体PhiX174的检测限为〜1 PFU ml-1（每微升〜0.02 DNA拷贝）。为了简化设备的操作，我们描述了定制芯片固定器以及紧凑型蠕动泵和电源的开发，这些设备可实现用户友好的操作，具有较低的交叉污染风险，并且具有很高的现场自动化潜力即时诊断。
更新日期：2020-03-31
中文翻译：
芯片实验室，用于病毒的自由流电泳预浓缩和凝胶电泳DNA提取。
核酸扩增技术（例如实时PCR）是鉴定和定量病毒的重要工具。它们快速，非常灵敏且高度特异性，但通常需要精心准备且费力的样品制备才能成功扩增靶序列。在这项工作中，我们证明了从稀释的标本中可扩增的病毒DNA的完整微流体制备。我们的方法将病毒颗粒的自由流电泳预浓缩与热裂解和凝胶电泳核酸提取结合在一个设备上。芯片上的预浓缩对噬菌体PhiX174的稀悬液实现了> 99％的捕获效率。预浓缩后 热裂解噬菌体，芯片上凝胶电泳40 s后回收释放的DNA，回收率约73％。此外，我们证明通过PCR检测噬菌体PhiX174的检测限为〜1 PFU ml-1（每微升〜0.02 DNA拷贝）。为了简化设备的操作，我们描述了定制芯片固定器以及紧凑型蠕动泵和电源的开发，这些设备可实现用户友好的操作，具有较低的交叉污染风险，并且具有很高的现场自动化潜力即时诊断。
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