scholarly journals Integrated microfluidic devices for rapid DNA amplification applicable to diagnostics andpathogendetection in food

2018 ◽  
Author(s):  
Γεωργία Κάπρου
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Quartz Crystal ◽  
Printed Circuit Board ◽  
Lab On A Chip ◽  
Dna Amplification ◽  
Microfluidic Devices ◽  
Circuit Board ◽  
Chain Reaction ◽  
Printed Circuit ◽  
Polymerase Chain

Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη μικροαντιδραστήρων για την ενίσχυση δεσοξυριβονουκλεϊνικών οξέων (DNA) με βάση το υπόστρωμα τυπωμένου κυκλώματος (Printed Circuit board,PCB) με χαμηλό κόστος και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, επιτρέποντας τη χρήση τους ακόμη και σε περιοχές με χαμηλούς πόρους, κατάλληλες για ολοκλήρωση σε πλατφόρμες μικροεργαστηρίων σε ψηφίδα (Lab-on-a-Chip, LoC) με εφαρμογή στην ασφάλεια τροφίμων, στα ιατρικά διαγνωστικά και στην περιβαλλοντική παρακολούθηση για την ανίχνευση παθογόνων.Επιτεύχθηκε ταυτόχρονα μεγάλος βαθμός ολοκλήρωσης και χαμηλό κόστος κατασκευής των μικροδιατάξεων αυτών με την επιλογή του PCB ως το κυρίως υπόστρωμα και την ανάπτυξη διαδικασιών κατασκευής συμβατών με την τεχνολογία PCB. Εκτός από την ολοκλήρωση των μικρορευστωνικών δικτύων με ηλεκτρονικά στοιχεία όπως οι αισθητήρες, το PCB επιτρέπει επίσης την ολοκλήρωση μικρoθερμαντικών στοιχείων χαλκού που παρέχουν τις θερμικές ζώνες που είναι απαραίτητες για την ενίσχυση του DNA. Ως εκ τούτου, η χαμηλού κόστους μαζική παραγωγή μικροδιατάξεων ενίσχυσης DNA είναι εφικτή με την χρήση των προτεινόμενων εμπορικά διαθέσιμων υλικών και μεθόδων συμβατών με την τεχνολογία PCB για την κατασκευή των μικροδιατάξεων αυτών στην καλά εδραιωμένη βιομηχανία PCB, αντιμετωπίζοντας έτσι ένα από τα εμπόδια σχετικά με τις μικρορευστωνικές διατάξεις που είναι η εμπορική αξιοποίησή τους.Στην παρούσα διατριβή, κατασκευάστηκαν μικροδιατάξεις ενίσχυσης DNA στατικού θαλάμου και συνεχούς ροής και ελέχθησαν χρησιμοποιώντας πολυάριθμες μεθόδους ενίσχυσης (ισοθερμικές και μη ισοθερμικές) όπως η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (Polymerase Chain Reaction, PCR), Recombinase Polymerase Amplification (RPA), Helicase Dependent Amplification (HDA) και Loop-mediated Amplification (LAMP). Πρωτόκολλα ενίσχυσης DNA πολύ ταχύτερα σε σχέση με αυτά που διενεργούνται σε συμβατικούς θερμοκυκλοποιητές (μέχρι 20 φορές) διεξήχθησαν εντός των μικροδιατάξεων ενίσχυσης DNA, με συνολική διάρκεια από 2 λεπτά - μία από τις ταχύτερες που αναφέρθηκαν ποτέ - έως 30 λεπτά. Ο σχεδιασμός (βάση αριθμητικών υπολογισμών) των μικροαντιδραστήρων DNA εξασφαλίζει επίσης χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (324 J έως 4320 J) η οποία μπορεί να μεταφραστεί στην ανεξάρτητη διεξαγωγή από 65 μέχρι 1000 αντιδράσεων (αναλόγως της μεθόδου ενίσχυσης DNA) με χρήση συνήθους μπαταρίας ισχύος 10.000 mAh (9V).Τέτοιοι μικροαντιδραστήρες ενίσχυσης DNA ολοκληρώθηκαν για πρώτη φορά με ακουστικούς βιοαισθητήρες (Surface Acoustic Wave, SAW). Στην εργασία, παρουσιάζεται μια πλατφόρμα μικροεργαστηρίου σε ψηφίδα LoC βασισμένη στην ακουστική ανίχνευση SAW, εντός της οποίας διεξάγεται η δέσμευση και λύση κυττάρων, και η ενίσχυση του βακτηριακού DNA σε ένα και μόνο θάλαμο για την ανίχνευση ζώντων κυττάρων Σαλμονέλας (που προέρχονται από τεχνητό εμβολιασμό στο γάλα) μέσα σε λιγότερο από 6 ώρες.Παράλληλα, επιτεύχθηκε περαιτέρω βελτίωση της πλατφόρμας LoC με διερεύνηση μεθόδων παθητικοποίησης των τοιχωμάτων μικροκαναλιών για την πρόληψη προσρόφησης βιομορίων στην επιφάνεια των μικροδιατάξεων για τη βελτίωση της ενίσχυσης DNA. Διάλυμα 1% αλβουμίνης Βόιου ορού (Bovine Serum Albumin, BSA) παρατηρήθηκε ότι παθητικοποιεί με βέλτιστο τρόπο τα τοιχώματα και συνεπώς αναστέλλει την προσρόφηση βιομορίων. Παρομοίως, διερευνήθηκε η επιφανειακή ενεργοποίηση των ακουστικών αισθητήρων (Quartz Crystal Microbalance with Dissipation, QCM-D) για επιλεκτική δέσμευση DNA σε πολύπλοκα δείγματα, ανοίγοντας το δρόμο για να χρησιμοποιηθεί η αναπτυγμένη πλατφόρμα με πολύπλοκες μήτρες δειγμάτων. Η χρήση παρεμποδιστικού ρυθμιστικού διαλύματος πριν την εισαγωγή του δείγματος προς ανάλυση στον βιοαισθητήρα βελτιώνει τη διαχωριστική ικανότητα μεταξύ μολυσμένων και μη δειγμάτων όταν χρησιμοποιείται η ανίχνευση μέσω ειδικής πρόσδεσης Αβιδίνης-Βιοτίνης.

Printed Circuit Board-Based Polymerase Chain Reaction Chip

2012 ◽  
Vol 10 (5) ◽  
pp. 1197-1202 ◽  
Author(s):  
Chan-Young Park ◽  
Jong-Dae Kim ◽  
Ja-Hun Ku ◽  
Yu-Seop Kim ◽  
Hye-Jeong Song ◽  
...  
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Printed Circuit Board ◽  
Circuit Board ◽  
Chain Reaction ◽  
Printed Circuit ◽  
Polymerase Chain

scholarly journals Towards PCB-Based Miniaturized Thermocyclers for DNA Amplification

Micromachines ◽  
2020 ◽  
Vol 11 (3) ◽  
pp. 258
Author(s):  
Georgia D. Kaprou ◽  
Vasileios Papadopoulos ◽  
Christos-Moritz Loukas ◽  
George Kokkoris ◽  
Angeliki Tserepi
Keyword(s):  
Power Consumption ◽  
Large Scale ◽  
Printed Circuit Board ◽  
Dna Amplification ◽  
Circuit Board ◽  
Amplification Efficiency ◽  
Chain Reaction ◽  
Seamless Integration ◽  
Printed Circuit ◽  
Polymerase Chain

In recent years, printed circuit board (PCB)-based microfluidics have been explored as a means to achieve standardization, seamless integration, and large-scale manufacturing of microfluidics, thus paving the way for widespread commercialization of developed prototypes. In this work, static micro polymerase chain reaction (microPCR) devices comprising resistive microheaters integrated on PCBs are introduced as miniaturized thermocyclers for efficient DNA amplification. Their performance is compared to that of conventional thermocyclers, in terms of amplification efficiency, power consumption and duration. Exhibiting similar efficiency to conventional thermocyclers, PCB-based miniaturized thermocycling achieves faster DNA amplification, with significantly smaller power consumption. Simulations guide the design of such devices and propose means for further improvement of their performance.

scholarly journals Élelmiszer-biztonsági jelentőségű baktériumok molekuláris detektálásának fejlesztése miniatürizált mikrofluidikai eszközök segítségével

2015 ◽  
Vol 156 (51) ◽  
pp. 2082-2088
Author(s):  
Kristóf Iván ◽  
Anna Maráz
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Pathogenic Bacteria ◽  
Lab On A Chip ◽  
Dna Amplification ◽  
Molecular Techniques ◽  
Microbiological Analysis ◽  
Chain Reaction ◽  
Detection And Identification ◽  
Food Borne ◽  
Polymerase Chain

Detection and identification of food-borne pathogenic bacteria are key points for the assurance of microbiological food safety. Traditional culture-based methods are more and more replaced by or supplemented with nucleic acid based molecular techniques, targeting specific (preferably virulence) genes in the genomes. Internationally validated DNA amplification – most frequently real-time polymerase chain reaction – methods are applied by the food microbiological testing laboratories for routine analysis, which will result not only in shortening the time for results but they also improve the performance characteristics (e.g. sensitivity, specificity) of the methods. Beside numerous advantages of the polymerase chain reaction based techniques for routine microbiological analysis certain drawbacks have to be mentioned, such as the high cost of the equipment and reagents, as well as the risk of contamination of the laboratory environment by the polymerase chain reaction amplicons, which require construction of an isolated laboratory system. Lab-on-a-chip systems can integrate most of these laboratory processes within a miniaturized device that delivers the same specificity and reliability as the standard protocols. The benefits of miniaturized devices are: simple – often automated – use, small overall size, portability, sterility due to single use possibility. These miniaturized rapid diagnostic tests are being researched and developed at the best research centers around the globe implementing various sample preparation and molecular DNA amplification methods on-chip. In parallel, the aim of the authors’ research is to develop microfluidic Lab-on-a-chip devices for the detection and identification of food-borne pathogenic bacteria. Orv. Hetil., 2015, 156(51), 2082–2088.

PCR BY THERMAL CONVECTION

2004 ◽  
Vol 18 (16) ◽  
pp. 775-784 ◽  
Author(s):  
DIETER BRAUN
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Thermal Convection ◽  
Dna Amplification ◽  
Reaction Vessel ◽  
Cold Region ◽  
Chain Reaction ◽  
Heating And Cooling ◽  
Highly Sensitive ◽  
Specific Amplification ◽  
Polymerase Chain

The Polymerase Chain Reaction (PCR) allows for highly sensitive and specific amplification of DNA. It is the backbone of many genetic experiments and tests. Recently, three labs independently uncovered a novel and simple way to perform a PCR reaction. Instead of repetitive heating and cooling, a temperature gradient across the reaction vessel drives thermal convection. By convection, the reaction liquid circulates between hot and cold regions of the chamber. The convection triggers DNA amplification as the DNA melts into two single strands in the hot region and replicates into twice the amount in the cold region. The amplification progresses exponentially as the convection moves on. We review the characteristics of the different approaches and show the benefits and prospects of the method.

Genetic diversity and phylogeny analysis of Azolla based on DNA amplification by arbitrary primers

Genome ◽  
1993 ◽  
Vol 36 (4) ◽  
pp. 686-693 ◽  
Author(s):  
Benoit Van Coppenolle ◽  
Iwao Watanabe ◽  
Charles Van Hove ◽  
Gerard Second ◽  
Ning Huang ◽  
...  
Keyword(s):  
Principal Component Analysis ◽  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Principal Component ◽  
Dna Amplification ◽  
Component Analysis ◽  
Genetic Distances ◽  
Group Method ◽  
Chain Reaction ◽  
Arbitrary Primers ◽  
Polymerase Chain

The polymerase chain reaction was used to amplify random sequences of DNA from 25 accessions of Azolla to evaluate the usefulness of this technique for identification and phylogenetic analysis of this aquatic fern. Accessions were selected to represent all known species within the genus Azolla and to encompass the worldwide distribution of the fern. Primers of 10 nucleotides with 70% G + C content were used to generate randomly amplified polymorphic DNA from the symbiotic Azolla–Anabaena complex. Twenty-two primers were used and each primer gave 4–10 bands of different molecular weights for each accession. Bands were scored as present or absent for each accession and variation among accessions was quantified using Nei's genetic distances. A dendrogram summarizing phenetic relationships among the 25 accessions was generated using the unweighted pair-group method with arithmetic mean. Principal component analysis was also used to evaluate genetic similarities. Three distinct groups were identified: group 1 contains five species, group 2 contains the pinnata species, and group 3 contains the nilotica species. The analysis demonstrates that the major groups of Azolla species can be easily distinguished from one an other and, in addition, that closely related accessions within species can be identified. We further found that using 10 primers, a phylogeny that is essentially the same as that derived from 22 primers can be constructed. Our results suggest that total DNA extracted from the Azolla–Anabaena symbionts is useful for classification and phylogenetic studies of Azolla.Key words: Azolla–Anabaena symbiosis, genetic distances, polymerase chain reaction, principal component analysis.

scholarly journals HTLV-I-induced lymphoma mimicking Hodgkin's disease. Diagnosis by polymerase chain reaction amplification of specific HTLV-I sequences in tumor DNA

Blood ◽  
1988 ◽  
Vol 71 (4) ◽  
pp. 1027-1032 ◽  
Author(s):  
DB Duggan ◽  
GD Ehrlich ◽  
FP Davey ◽  
S Kwok ◽  
J Sninsky ◽  
...  
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Hodgkin's Disease ◽  
Polymerase Chain Reaction Amplification ◽  
Hodgkin’S Disease ◽  
Dna Amplification ◽  
Disease Diagnosis ◽  
Lymphoproliferative Disease ◽  
Enzyme Linked Immunosorbent Assay ◽  
Chain Reaction ◽  
Polymerase Chain

Abstract A patient with a localized HTLV-I-associated lymphoproliferative disease that was misdiagnosed as Hodgkin's disease is presented. The patient's serum was negative for HTLV-I antibodies by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), Western blot, and radioimmunoprecipitation. Tumor tissue DNA was negative for HTLV-I by Southern blotting but was positive for distinct HTLV-I sequences when subjected to DNA amplification using the polymerase chain reaction. We conclude that the clinical and pathologic diagnosis of HTLV-I-related lymphoma can be difficult and can be confused with Hodgkin's disease. Extremely sensitive molecular biological techniques may be required to establish a diagnosis of HTLV-I-induced lymphoma.

Novel DNA amplification on chromosomes 2p25.3 and 7q11.23 in cholangiocarcinoma identified by arbitrarily primed polymerase chain reaction

2005 ◽  
Vol 131 (12) ◽  
pp. 821-828 ◽  
Author(s):  
S. Chariyalertsak ◽  
T. Khuhaprema ◽  
V. Bhudisawasdi ◽  
B. Sripa ◽  
S. Wongkham ◽  
...  
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Dna Amplification ◽  
Chain Reaction ◽  
Polymerase Chain
Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document