مروری بر روش‌های تخلیص دی‌ان‌ای: سامانه‌های میکروفلوئیدیک

نوع مقاله: مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشجوی ارشد مهندسی شیمی گرایش فرایندهای جداسازی دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشیار دانشگاه علم و صنعت

چکیده

استخراج زیستمولکول‌ها و بررسی‌های ژنتیکی آن در زمینۀ پزشکی و پزشکی قانونی اهمیت بسیار زیادی دارد؛ اما با این حال محدودیت‌های آن از قبیل حساسیت، ماهیت کار، هزینۀ بالا، نیاز به تکنسین‌های بسیار ماهر و نیاز به خودکارسازی و قابلیت حمل سامانه، ازنظر تشخیص با فناوری‌های موجود، رفع نشده است. نیاز به ادغام روش‌های آماده‌سازی و تشخیص نمونه وجود دارد؛ برای رفع این محدودیت‌ها، بیشتر مطالعات بر بهبود فناوری‌های تشخیص تمرکز کرده‌اند که پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده است؛ یکی از این فناوری‌‌ها، میکروفلوئیدیک است. ویژگی‌های قانع‌کننده‌ای، مانند خودکارسازی در تهیۀ نمونه و قابلیت کار در حجم کمی از نمونه، همچنین به حداقل رساندن مصرف، هزینه و زمان پردازش حلال‌ها از برتری‌های این فناوری‌ در استخراج دی‌ان‌ای و پروتئین است. عملکرد میکروکانال‌ها در استخراج به سطح ویژۀ در دسترس انتقال جرم بستگی دارد که خود نیز به الگوی جریان تولیدشده در اتصالات ورودی میکروکانال‌ها وابسته است. رایج‌ترین الگوها، موازی، لخته‌ای و قطره‌ای است که به مؤلفه‌های عملیاتی مانند سرعت جریان، خواص فیزیکی، هندسۀ میکروکانال و مواد سازندۀ آن وابسته‌اند. یک الگوی جریان علاوه بر این‌که باید سطح ویژۀ زیادی را فراهم کند در عین ‌حال باید به‌گونه‌ای باشد که فازها پس از استخراج به‌سرعت از یکدیگر جدا شوند. مهم‌ترین هدف این مقاله بررسی روش‌های مرسوم در سامانه‌های ناپیوسته‌ای است که قابلیت پیاده‌سازی در میکروفلوئیدیک را داشته‌اند.نتیجۀ بررسی این شد که سه روش استخراج بر پایۀ سیلیکا، اتصال الکترواستاتیک و کروماتوگرافی تمایل ژل سازگاری بسیار بالایی با این سامانه‌‌ها دارند.

کلیدواژه‌ها


 

[1]        Xu, C., Xie, T., "Review of microfluidic liquid–liquid extractors", Industrial and Engineering Chemistry Research, 56: pp. 7593-7622, (2017).
[2]        Artyukhin, A. B., Woo, Y. H., "DNA extraction method with improved efficiency and specificity using DNA methyltransferase and "click" chemistry", Analytical Biochemistry, 425: pp. 169-174, (2012).
[3]        Dahm, R., "Friedrich Miescher and the discovery of DNA", Developmental biology, 278: pp. 274-288, (2005).
[4]        Dahm, R., "Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research", Human genetics, 122: pp. 565-581, (2008).
[5]        Sia, S. K., Kricka, L., "Microfluidics and
point-of-care testing", Lab on a Chip, 8:
pp. 1982-1983, (2008).
[6]        Ruiz-Fuentes, J. L., Díaz, A., Entenza, A. E., Frion, Y., Suárez, O., Torres, P., de Armas, Y., Acosta, L., "Comparison of four DNA extraction methods for the detection of Mycobacterium leprae from Ziehl–Neelsen-stained microscopic slides", International journal of mycobacteriology, 4: pp. 284-289, (2015).
[7]        Ayoib, A., Hashim, U., Gopinath, S. C. B., Arshad, M. K., "DNA extraction on bio-chip: history and preeminence over conventional and solid-phase extraction methods", Applied Microbiology and Biotechnology, 101: pp. 8077–8088, (2017).
[8]        Farajzadeh, M. A., Feriduni, B., Mogaddam, M. R. A., "Development of counter current salting-out homogenous liquid–liquid extraction for isolation and preconcentration of some pesticides from aqueous samples", Analytica chimica acta, 885: pp. 122-131, (2015).
[9]        Ruggiero, M. A., Gordon, D. P., Orrell, T. M., Bailly, N., Bourgoin, T., Brusca, R. C., Cavalier-Smith, T., Guiry, M. D., Kirk, P. M., "A higher level classification of all living organisms", PloS one, 10: p. e0119248, (2015).
[10]      Athanasio, C. G., Chipman, J. K., Viant, M. R., Mirbahai, L., "Optimisation of DNA extraction from the crustacean Daphnia", PeerJ, 4: p. e2004, (2016).
[11]      Mirnejad, R., Babavalian, H., Moghaddam, M. M., Khodi, S., Shakeri, F., "Rapid DNA extraction of bacterial genome using laundry detergents and assessment of the efficiency of DNA in downstream process using polymerase chain reaction", African Journal of Biotechnology, 11: pp. 173-178, (2012).
[12]      Tran-Nguyen, L. T., Schneider, B., "Cesium Chloride-Bisbenzimide Gradients for Separation of Phytoplasma and Plant DNA". Phytoplasma,
pp. 381-393: Springer, (2013).
[13]      Van Reenen, A., de Jong, A. M., den Toonder, J. M., Prins, M. W., "Integrated lab-on-chip biosensing systems based on magnetic particle actuation–a comprehensive review", Lab on a Chip, 14:
pp. 1966-1986, (2014).
[14]      Dreyer, S., Kragl, U., "Ionic liquids for aqueous
two-phase extraction and stabilization of enzymes", Biotechnology and bioengineering, 99:
pp. 1416-1424, (2008).
[15]      Vicente, F. A., Plazl, I., Ventura, S. P., Žnidaršič-Plazl, P., Groß, J., Kühlborn, J., Opatz, T.,
"Cutting-edge research for a greener sustainable future", Green Chem, 22: pp. 4381-4390, (2020).
[16]      Deraney, R. N., Schneider, L., Tripathi, A., "Synergistic use of electroosmotic flow and magnetic forces for nucleic acid extraction", Analyst, 145:
pp. 2412-2419, (2020)..
[17]      Chen, X., Wang, J., Shen, H. Y., Su, X., Cao, Y., Li, T., Gan, N., "Microfluidic chip for multiplex detection of trace chemical contaminants based on magnetic encoded aptamer probes and multibranched DNA nanostructures as signal tags", ACS sensors, 4: pp. 2131-2139, (2019).
[18]      Mikaeili, F., Kia, E., Sharbatkhori, M., Sharifdini, M., Jalalizand, N., Heidari, Z., Zarei, Z., Stensvold, C., Mirhendi, H., "Comparison of six simple methods for extracting ribosomal and mitochondrial DNA from Toxocara and Toxascaris nematodes", Experimental parasitology, 134: pp. 155-159, (2013).
[19]      Tanyeri, M., Ranka, M., Sittipolkul, N., Schroeder, C. M., "A microfluidic-based hydrodynamic trap: design and implementation", Lab on a Chip, 11:
pp. 1786-1794, (2011).
[20]      Kye, H. G., Ahrberg, C. D., Park, B. S., Lee, J. M., Chung, B. G., "Separation, Purification, and Detection of cfDNA in a Microfluidic Device", BioChip Journal, 14: pp. 195-203, (2020).
[21]      Wen, J., Legendre, L. A., Bienvenue, J. M., Landers, J. P., "Purification of nucleic acids in microfluidic devices". ACS Publications, (2008).
[22]      Wu, J., Kodzius, R., Cao, W., Wen, W., "Extraction, amplification and detection of DNA in microfluidic chip-based assays", Microchimica Acta, 181:
pp. 1611-1631, (2014).
 
 
 
 
 
[23]      Oblath, E. A., Henley, W. H., Alarie, J. P., Ramsey, J. M., "A microfluidic chip integrating DNA extraction and real-time PCR for the detection of bacteria in saliva", Lab on a Chip, 13: pp. 1325-1332, (2013).
[24]      Jin, C. E., Lee, T. Y., Koo, B., Choi, K. C., Chang, S., Park, S. Y., Kim, J. Y., Kim, S. H., Shin, Y., "Use of Dimethyl Pimelimidate with Microfluidic System for Nucleic Acids Extraction without Electricity", Analytical chemistry, 89: pp. 7502-7510, (2017).
[25]      Tian, F., Liu, C., Lin, L., Chen, Q., Sun, J., "Microfluidic analysis of circulating tumor cells and tumor-derived extracellular vesicles", TrAC Trends in Analytical Chemistry, 117: pp. 128-145, (2019).
[26]      Christel, L., Petersen, K., McMillan, W., Northrup, M., "Rapid, automated nucleic acid probe assays using silicon microstructures for nucleic acid concentration", J. Biomech Eng, 12: pp. 22-27 (1999).
 
[27]      Wang, J., Pei, Y., Zhao, Y., Hu, Z., "Recovery of amino acids by imidazolium based ionic liquids from aqueous media", Green Chemistry, 7: pp. 196-202, (2005).
[28]      Tetala, K. K., Vijayalakshmi, M., "A review on recent developments for biomolecule separation at analytical scale using microfluidic devices", Analytica chimica acta, 906: pp. 7-21, (2016).
[29]      Witek, M. A., Hupert, M. L., Park, D. S. W., Fears, K., Murphy, M. C., Soper, S. A., "96-well polycarbonate-based microfluidic titer plate for high-throughput purification of DNA and RNA", Analytical chemistry, 80: pp. 3483-3491, (2008).
[30]      Price, C. W., Leslie, D. C., Landers, J. P., "Nucleic acid extraction techniques and application to the microchip", Lab on a Chip, 9: pp. 2484-2494, (2009).