Tổng quan về kỹ thuật Convective PCR (cPCR) – Phần 2

Trong phần 1, chúng tôi đã giới thiệu tổng quan về kỹ thuật cPCR cũng như nêu ra một số ưu điểm của giải pháp này so với kỹ thuật PCR truyền thống. Tiếp tục của phần 1, trong bài viết lần này chúng tôi sẽ giới thiệu một hệ thống real-time cPCR được tích hợp từ giai đoạn chuẩn bị mẫu (tách chiết & tinh sạch), nhân bản và phát hiện nucleic acid. Hãy tham khảo bài viết của chúng tôi dưới đây nhé!

Ống phản ứng cPCR (Reactor) tích hợp chuẩn bị mẫu

Bộ phận này được tích hợp màng FTA (Flinders Technology Associates) ở dưới đáy của ống mao dẫn (capillary tube). Đường kính của màng lọc ~ 2.0 mm, được nối với chips điều khiển ống mao dẫn, nhằm mục đích tách chiết Nucleic Acid không cần dung dịch ly giải. Dựa vào dòng chảy của ống mao dẫn, dung dịch ly giải (hoặc dung dịch rửa) được dẫn qua màng FTA; sau đó, các phân tử nucleic acid bị bắt lại trong màng FTA và được sử dụng như Nucleic acid nguyên mẫu cho phản ứng nhân bản cPCR (không cần bước thu hồi Nucleic Acid bằng dung dịch elution buffer). Sau khi ống mao dẫn được thêm đầy hỗn hợp PCR mix (PCR reaction), nhiệt độ 2 đầu tube được gia nhiệt cố định từ 95 °C ở vùng đáy (vùng nóng) và ∼55 °C ở vùng nắp (vùng lạnh), tạo thành vùng luân chuyển nhiệt độ liên tục kích hoạt phản ứng nhân bản xảy ra gồm các bước như: biến tính, gắn mồi và kéo dài (Hình 1).

Hệ thống Real-time cPCR tích hợp ống vi mao dẫn (Microfluidic cPCR)

Bộ phận ống phản ứng cPCR với màng FTA

Hệ thống cấu tạo từ 3 phần chính: khoang chứa hóa chất, ống mao dẫn có gắn đĩa chứa màng FTA, và buồng chứa chất thải không có lỗ thông hơi. 

Bộ phận buồng chứa hóa chất được luân đổi các thuốc thử khác nhau bao gồm: dung dịch ly giải mẫu, dung dịch tách chiết, hoặc dung dịch rửa. Trên nắp hệ thống có nút (plug) sử dụng để che kín phần hóa chất bên trong buồng chứa, khi dung dịch di chuyển xuống bên dưới màng FTA. Bên dưới màng FTA (đường kính 2mm), có một lớp hỗ trợ (đường kính 2mm) được sử dụng để giữ cố định màng FTA và ngăn cản dung dịch rò rỉ trong suốt quá trình nhân bản cPCR. Bên dưới thiết bị là buồng chứa chất thải (Hình 2).                                                                                          

Bộ phận điều khiển ly tâm

Bộ phận ống phản ứng cPCR với mang FTA được gắn vào trục ly tâm với những ưu điểm như:

• Hỗn hợp chất lỏng di chuyển qua màng FTA dễ dàng và tránh tạo những bọt khí.
• Hiệu quả thu hồi Nucleic Acid bám trên màng FTA tốt hơn, cũng như thu hồi được lượng Nucleic Acid sạch hơn do loại bỏ hoàn toàn dung dịch ly giải, dung dịch rửa.

Khi đĩa (Disk) xoay, hệ thống cPCR xoay tròn tạo lực ly tâm kéo dung dịch trong mao dẫn xuống bên dưới, thông qua màng FTA. Bộ opto quang (optocoupler) sử dụng để xác định vị trị ban đầu của đĩa. Ngoài ra, toàn bộ quá trình ly tâm được điều khiển bởi động cơ chổi than (brush motor) bằng cách kiểm soát điện áp chạy qua thiết bị (Hình 3).  

Hệ thống real-time cPCR tích hợp ống vi mao dẫn lưu động (Portable Microfluidic)

Hệ thống được tích hợp từ giai đoạn chuẩn bị mẫu, nhân bản Nucleic Acid và đọc tính hiệu huỳnh quang trong thời gian thực. 

Như hình 4A, tất cả bộ phận thiết bị chứa trong một hộp (box) được phủ kín; phía trước có khu vực để smartphone gắn vào đọc tín hiệu huỳnh quang. Tín hiệu huỳnh quang để thu nhận từ camera của smartphone (hình 4B). Trong hình 4C, ngoài bộ phận ly tâm, hệ thống gia nhiệt và đọc tín huyền cũng được tích hợp vào thiết bị này.

Hệ thống phát tín hiệu huỳnh quang là đèn LED với bước sóng phù hợp, sử dụng để chiếu ánh sáng từ trên xuống thông qua ống mao dẫn. Trong lúc đó, camera của smartphone phía sau bộ lọc huỳnh quang thu nhận hình ảnh huỳnh quang đi xuyên qua ống mao dẫn trong thời gian thực. Trong quá trình nhân bản, nhiều hình ảnh huỳnh quang được thu nhận từ smartphone với khoảng thời gian khác nhau; sau đó những hình ảnh này được phần mềm trên smartphone xử lý và phân tích kết quả. 

Nguồn tham khảo: 

Miao G. et al (2022): An Integrated, Real-Time Convective PCR System for Isolation, Amplification, and Detection of Nucleic Acids, Chemosensors.