الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض، وجينات المقاومة للمضادات الحيوية، وحمض النيوكليين المسببة للأمراض، تخفي في مياه الصرف الصحي المنزلية في المدن، ومياه الصرف الصحي في المستشفيات، ومياه الصرف الصحي الصناعي، وشبكات المياه.تشكل هذه "المخاطر الخفية" القضايا الأساسية لسلامة البيئة المائية والوقاية من الصحة العامة والسيطرة عليها.

الشكل 1: مصير ومسارات التعرض المحتملة للفيروسات المعدية في دورة المياه الحضرية مصدر: ويغينتون ك.ر.، وآخرون. سلسلة الباحثين الناشئين: مصدر ومصير الفيروسات الوبائية في دورة المياه الحضرية. 2015. (ترجمة)

كيف يمكن أن "نخرج" هذه المخاطر غير المرئية من مصفوفات مياه الصرف الصحي المعقدة بدقة؟ تكمن الإجابة في PCR الرقمي.

اختبار مياه الصرف الصحي معقد بطبيعته.

أولاً، تكون الأحماض النووية المستهدفة موجودة عادةً بتركيزات منخفضة للغاية. في عينات البيئة، قد توجد فيروسات أو بكتيريا مسببة للأمراض أو جينات وظيفية محددة بكميات ضئيلة.خاصة في المراحل المبكرة من تفشي الأمراض أو التلوث الأولي، تركيزات الجزيئات المستهدفة غالبا ما تكون أقل بكثير من حد الكشف المستقر للطرق التقليدية.

ثانياً، مصفوفات عينات مياه الصرف الصحي معقدة للغاية. قد تحتوي مياه الصرف الصحي من مصادر مختلفة على الأحماض الهيومية، والسكريات، والبروتينات،ومثبطات PCR الأخرى التي تقلل من كفاءة التضخيم، مما يؤدي إلى نتائج اختبار متحيزة.

بينما يعتمد PCR الكمي في الوقت الفعلي (qPCR) على منحنيات قياسية للكم المطلق ، فإن PCR الرقمي (dPCR) يقسم خليط التفاعل إلى عشرات الآلاف من التفاعلات الدقيقة المستقلة.من خلال حساب نسبة ردود الفعل الإيجابية إلى السلبية باستخدام إحصاءات بويسون ، يحقق dPCR الكم المطلق لجزيئات حمض النووي المستهدف دون منحنيات قياسية.

تطبيقات نموذجية لـ PCR الرقمية في اختبار مياه الصرف الصحي

• مراقبة المسببات الأمراضية والتحذير المبكر الوبائي:الحمض النووي البشري البيروسي الذي يحمله مياه الصرف الصحي يعكس حالة العدوى في المجتمعيراقب dPCR الأحماض النووية الفيروسية لتوفير دعم البيانات لتحذيرات المخاطر الصحية العامةعلى سبيل المثال، خلال الأوبئة الفيروسية، يساعد الكشف عن شظايا حمض النووي الفيروسي المحددة في مياه الصرف الصحي في تقييم اتجاهات انتقال الفيروس في المجتمع.تحويل الاستراتيجية من "الاختبار السلبي" إلى "التحذير الاستباقي". "

• الكشف عن جين مقاومة المضادات الحيوية (ARG):المقاومة للمضادات الحيوية هي مشكلة صحية عامة عالمية حرجة. باعتبارها الوسيط البيئي الرئيسي لنقل الميكروبات وتبادل الجينات ، تحتوي مياه الصرف الصحي على جينات مقاومة متنوعة.الـ PCR الرقمي يمكّن من الكم الدقيق لـ ARGs منخفضة الكثرة، توفر دعمًا موثوقًا للبيانات لتقييم معالجة مياه الصرف الصحي وتحليل مخاطر مقاومة البيئة.

• التلوث الميكروبي وتقييم نوعية المياه:تستهلك طرق الزراعة التقليدية وقتاً طويلاً ولا يمكنها تغطية الكائنات الدقيقة غير القابلة للزراعة. يقوم الـ dPCR القائم على الأحماض النووية بتحليل العلامات الوراثية للكائنات الدقيقة المستهدفة مباشرة لزيادة الكفاءة ،مما يجعلها مناسبة لمراقبة محطات معالجة مياه الصرف الصحيالمياه الصناعية والمياه البيئية.

لمواجهة التحديات مثل الأهداف منخفضة التركيز، المصفوفات المعقدة، ومتطلبات الدقة العالية،وحلول dPCR عالية الكفاءة للاختبار الجزيئي البيئي باستخدام تكنولوجيا رقاقة ميكروفلويدية متكاملة.

التكنولوجيا الأساسية: شريحة ميكروفلوديكية متكاملة

الشكل 2: شريحة ميكروفلوديكية متكاملة كل شيء في واحد

يستخدم نظام PCR الرقمي لشركة JLM-Lifetech تصميم رقاقة ميكروفلوديكية متكاملة مبتكرة ، والتي تجمع بين مزايا قطرات و dPCR القائمة على الرقاقة.تضخيم PCR، واكتشاف الفلوريسنس على منصة واحدة، فإنه يحقق "العينة في، النتيجة الخروج" سير العمل المغلق.

بمجرد تحميل العينات، يتم دفعها من قبل النظام الميكروفلوديكي لتوليد طبقة واحدة كثيفة ومتساوية من قطرات المصفوفة.يحدث تضخيم PCR مباشرة على الشريحة دون عمليات نقل قطرات، مما يلغي فقدان العينة والتلوث المتبادل في المصدر. يسمح التحكم الدقيق في درجة الحرارة بالدورة الحرارية السريعة ، مما يقلل بشكل كبير من وقت التضخيم.

في اختبار مياه الصرف الصحي المعقد، تضمن هذه التكنولوجيا الكشف الموثوق به عن أهداف منخفضة الكثرة من خلال توحيد قطرات، والتحكم الدقيق في درجة الحرارة، ومنع التلوث.

مزايا إضافية لنظام PCR الرقمي لشركة JLM-Lifetech:

• حساسية النسخة الواحدةيصل إلى حد اكتشاف حتى مستوى النسخة الواحدة ، مما يتغلب بفعالية على الكثرة الهدفية المنخفضة وتداخلات الخلفية المعقدة في عينات مياه الصرف الصحي.

• القدرة المتقدمة على التعدد:يمتد إلى ما وراء حدود قناة الأجهزة لتحديد عدد الأهداف في تفاعل واحد، مما يوفر العينات والفاعلات مع تقليل أوقات الاستجابة.

الشكل 3: باستخدام أسلوب مسبار TaqMan مع قنوات FAM و HEX و ROX و Cy5 (مهيأة مع 2, 2, 3 و 2 مسبار على التوالي) ، يتم إنشاء نظام dPCR 9-plex.المخططات ثنائية الأبعاد عبر ستة مجموعات القناة تظهر دقة واضحة من قطرات إيجابية لكل هدف.

• تحليل الصور الذكي:يدعم التتبع البصري للقطرات الإيجابية لتحديد وتصحيح الإيجابيات الكاذبة المحتملة ، مما يعزز التفاصيل والدقة.

• منصة مفتوحةمتوافق مع المفاعلات من طرف ثالث، خفض التكاليف التشغيلية.

ديون: نظام آلي بالكامل

• النفاذ:32 عينة/لعبة

• القنوات البصرية:4/5/6/7 قنوات

• توليد قطرات:2025000 قطرة

مصفوفة رقمية: مولد مصفوفة قطرات صغيرة ومرور حراري + قارئ مصفوفة قطرات صغيرة

• مولد ومرور حراري:32 عينة لكل دفعة، 20،000 قطرة

• القارئ:3/4/5 قنوات، 1 ‬16 عينة/لعبة

من مراقبة المخاطر البيئية إلى التحذيرات المبكرة للصحة العامة، واكتشاف مسببات الأمراض إلى تحديد ملفات جينية المقاومة، فإن مراقبة مياه الصرف الصحي تدخل حقبة جزيئية أكثر دقة وكفاءة.نظام (بي سي آر) الرقمي لـ (جي إل إم-لايفيتيك) يجلب حساسية عالية ودقة عالية وقدرات اختبار جزئي آلي لمراقبة البيئة،وكالات حماية البيئة، ومعاهد البحوث ومختبرات الاختبار والقطاعات البيئية.