مقالة منهجية

افتعال القطن الأجهزة التحليلية

DOI:

10.3791/53480

⸱

أغسطس 30, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Institute of Nanoengineering and Microsystems, National Tsing Hua University, 2Department of Ophthalmology, Taichung Veterans General Hospital, 3Department of Engineering and System Science, National Tsing Hua University, 4Institute of Biomedical Engineering, National Tsing Hua University

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

للتحقيق في مناهج التصنيع البسيطة لاحتياجات الفحص المتعددة ، أنشأنا نظام قناة ممتص للسوائل مصنوع من مادة قطنية. تم استخدام هذا الجهاز لإنشاء منصة كشف متعددة ، وحل مشكلات التلوث التي تؤثر عادة على الأجهزة الطبية الحيوية القائمة على التدفق الجانبي ، لتحليل البول السريري للنتريت والبروتين الكلي واليوروبيلينوجين.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وينبغي أن يكون، جهاز التحليلي قوية منخفضة التكلفة، وسريع، وبأسعار معقولة سهلة الاستعمال. وينبغي أيضا أن تكون قادرة على العمل مع العينات النادرة وتوفير المعلومات لمتابعة العلاج مثل هذه الأجهزة. هنا، علينا أن نظهر تطوير تحليل البول القائم على القطن (أي النتريت، البروتين الكلي، ويوروبيلينوجين المقايسات) جهاز التحليلي الذي يستخدم صيغة على التدفق الجانبي، وغير مكلفة، وملفقة بسهولة وسريعة، ويمكن استخدامها لإجراء اختبارات متعددة دون قلق التلوث المتبادل. يتكون القطن من ألياف السليلوز مع خصائص الاستيعابية الطبيعية التي يمكن الاستفادة للتحليل على أساس التدفق. وصفت عملية التصنيع بسيطة ولكنها أنيقة من جهاز التحليلي القائم على القطن لدينا في هذه الدراسة. ترتيب هيكل واختبارات القطن وسادة يستفيد من للا مائية والقوة الاستيعابية لكل مادة. وبسبب هذه الخصائص الفيزيائية، يمكن أن النتائج اللونية تلتزم باستمرار على المحكوسادة. يتيح هذا الجهاز الأطباء في الحصول على المعلومات السريرية في الوقت المناسب ويظهر إمكانات كبيرة كأداة للتدخل المبكر.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تطوير نقطة من الرعاية (POC) الأجهزة التشخيصية التي هي في متناول اليد، وقوية، واستخدامها بسهولة من الضروري لتحسين 1،2 الصحة العالمية. على وجه الخصوص، والأجهزة تتكون من ركائز السليلوز (على سبيل المثال، والورق، والخيط، والقطن) توفير منصات التحليلية واعدة لتحليل التكاليف منخفضة بسبب الوجود المطلق، والقدرة على تحمل التكاليف، وسهولة الاستخدام، المتانة، والقدرة على تقديم نتائج سريعة 3-7.

هنا، نحن النقاب عن تطوير جهاز التحليلي القائم على القطن يستخدم تنسيق على التدفق الجانبي لتحليل البول. ويوفر هذا الجهاز التحليلي القائم على القطن نهج كشف البديل مع العديد من المزايا الرئيسية: ط) تلفيق مع الجهد البشري الحد الأدنى. ب) التكلفة المنخفضة. ج) القدرة على استخدامها لإجراء متعددة، فحوصات مختلفة دون مخاوف انتقال التلوث. . د) استقلال الجهاز، أي القدرة على تشغيل بدون معدات و / أو كهرباء إضافية؛ و، والخامس) السرعة (المقايسات اللونية يمكن أن تكتمل في غضون 10 دقيقة).

هيكل هذا الجهاز التحليلي القائم على القطن يمكن تقسيمها إلى أربعة أجزاء: أ) القطن الذي هو مسعور بطبيعة الحال على طبقة مسعور الخارجية لها. ب) القطن الذي هو ماء داخليا وبمثابة قناة نقل للفتل السائل. ج) فيلم التصفيح التي تربط وكمادات القطن المستخدمة ولكن يحتوي على حفر من الثقوب لوضع منصات رد فعل / الاختبار؛ و، والرابع) وسادة ورقة الاختبار اللوني، والتي هي المغلفة / جزءا لا يتجزأ مع الكواشف رد الفعل، وضعت على السطح الخارجي للقطن (على وجه التحديد، في الفضاء حفر من فيلم التصفيح) كمناطق رد فعل لفحوصات اللونية (أي النتريت، البروتين الكلي، ودرجة الحموضة، والمقايسات يوروبيلينوجين) وعرض النتائج.

الآلية الكامنة وراء الاختبار هي على النحو التالي. وسجل الجهاز التحليلي القائم على القطن مع الخطوط التي تخترق نصف الطريق من خلال قسمح من مادة القطن لإنشاء قناة التدفق التي تسمح عينة السائل للوصول إلى منصات تفاعلية المستخدمة. ومغمورة الحافة الاستيعابية للجهاز التحليل في العينة المستهدفة، وعندها الحل هو شرير على طول قناة الموائعية من نهاية امتصاص لمنصات اختبار (الشكل 1). لأن القوة الاستيعابية لوحة اختبار أكبر من ذلك من القطن، وترد الحلول التي تمتصها منصات اختبار بقوة داخل ورقة لوحة الاختبار حتى لا يكون هناك أي إنحسر مرة أخرى في قناة الموائعية، والنتائج اللونية تصبح ثابتة في وقت لاحق على اختبار المواد وسادة. في نهاية التفاعل، وتسجل النتائج اللونية عبر الماسح الضوئي سطح المكتب، وتحليلها عن طريق برنامج صورة تحليل.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تنبيه: مطلوب السليم ممارسة النظافة المختبر. ويلزم قفازات والاحتياطات العالمية عند استخدام هذا الجهاز POC. قد يحدث تلوث أو عدوى النتائج إذا لم يتم تنفيذ إجراءات التعقيم المناسبة بشكل صحيح.

1. إعداد أجهزة الاختبار قطاع

  1. تحديد للا مائية للطبقة الخارجية من القطن التطهير بواسطة قياس زاوية الاتصال 8 (الشكل 3).
  2. افتعال الجهاز التحليلي القائم على القطن عن طريق قطع القطن التطهير إلى 5.5 سم × 1 سم القطع مع قطع الورق (الشكل 2A).
  3. الحفر (O = 0.5 سم) في ورقة موحدة من فيلم التصفيح في الصفوف الثلاثة. المسافة بين اثنين من الثقوب لاحقة هي 1 سم.
    ملاحظة: ما يصل إلى 36 شرائط الاختبار الفردية مع ثلاثة مجالات اختبار يجوز لكل باستخدام ورقة موحدة من فيلم التصفيح (5.5 سم × 2 سم) (الشكل 2B).
  4. شطيرة القطن التطهير (characterizإد التي كتبها للا مائية الخارجي والداخلي hydrophilicity) بين قطعتين من فيلم التصفيح، أي ورقة حفر حفرة لفيلم التصفيح على جانب واحد، وورقة UNDRILLED من فيلم التصفيح (أي ثقوب) على الجانب الآخر. وضع التجمع في تغليف لحزم الجهاز. وهذا يعزز القوة الميكانيكية للجهاز، ويوفر، طبقة غير منفذة للسوائل الخارجية.
    ملاحظة: سوف أقطار الثقوب يتقلص من 0.5 سم إلى ~ 0.47 سم بعد التصفيح. ستبقى بعض الثغرات طفيفة بين القطن التطهير وفيلم التصفيح حول محيط كل حفرة. هذه الثغرات طفيفة تسهيل وضع الدوائر وحة اختبار المحرز في خطوة لاحقة.
  5. استخدام زوج من مقص لقطع الأجهزة شريط الاختبار 5.5 سم × 1 سم الفردية من الجمعية، أي ورقة التصفيح حفر / وسادة من القطن / ورقة التصفيح UNDRILLED "ساندويتش" (الشكل 2C). جعل 48 أجهزة مجموع لخلق المنحنيات القياسية كما هو موضح في وقت لاحق (18 الأجهزةللمقايسة النتريت، 15 أجهزة لفحص جيش صرب البوسنة، و 15 أجهزة لفحص يوروبيلينوجين).
  6. استخدام سكين حاد أو حلاقة لقطع فتحة (كقناة الموائعية صغيرة) من مركز كل منطقة الاختبار (التي لا تغطيها فيلم التصفيح)، عبر ومن خلال طبقة مسعور من منطقة اختبار للطبقة المائية من الجهاز الطولي، الحذر لقطع في منتصف الطريق من خلال عمق الجهاز ورطة (الشكل 2D).
  7. تطبيق منصات اختبار الورق (O = 0.5 سم) من الانزلاق منهم إلى الثغرات في محيط كل ثقب في التصفيح (الشكل 2E).

2. إعداد المعايير والمؤشرات حلول لتحليل البول

  1. إعداد 10.0 ملي حل الأسهم النتريت عن طريق إذابة 69.0 ملغ نترات الصوديوم في 100 مل منزوع الأيونات الماء (DI). تمييع الحل الأسهم النتريت في الماء DI لخلق سلسلة من الحلول النتريت تركيز مستوى (2500، 1250، 625، 312، 156، و 78 ميكرومتر) (الشكل4A).
  2. إعداد 60 ميكرومتر البقري حل ألبومين المصل الأوراق المالية (BSA) عن طريق إذابة 415 ملغ BSA في 100 مل من محلول برنامج تلفزيوني (عازلة 10 M الفوسفات، 0.0027 M كلوريد البوتاسيوم وكلوريد 0.137 M الصوديوم، ودرجة الحموضة 7.0). تمييع الحل الأسهم BSA في الماء DI إلى إنشاء سلسلة من BSA حلول تركيز مستوى (30، 15، 7.5، 3.75، و1.875 ميكرون) (الشكل 4B).
  3. إعداد 25 جرام / لتر محلول المخزون يوروبيلينوجين عن طريق إذابة 2.5 غرام يوروبيلينوجين في 100 مل من الماء DI. تمييع الحل الأسهم يوروبيلينوجين في الماء DI لخلق سلسلة من الحلول تركيز يوروبيلينوجين القياسية (7.8، 15.6، 31.2، 62.5، و 125 ملغم / لتر) (الشكل 4C).
  4. يعد حل مؤشر النتريت يحتوي على 50 ملي سلفانيلاميد، 330 ملي حمض الستريك، و 10 ملي N- (1-النفثول) الإيثيلين هيدروكلوريد.
  5. إعداد BSA حل مؤشر تحتوي على 250 ملي حل سترات العازلة (درجة الحموضة 1.8) و 3.3 حل ملي من tetrabromophenol الأزرق في 95٪ من الإيثانول.
  6. يعد حل مؤشر يوروبيلينوجين تحتوي على 0.1 البنزالدهايد M 4-ميثيل أمين.

3. إعداد وسادات المؤشر

  1. قطع ثلاث منصات دائرية الشكل أو الأقراص (O = 0.5 سم) من ورقة اللوني وإدراج كل منها (واحد لكل فحص على الشريط ثلاثة الفحص) على كل جهاز شريط الاختبار لإنشاء منحنى قياسي حل (القسم 4).
  2. في كل من الثقوب فيلم التصفيح ثلاثة من التجمع، ومراقبة فجوة طفيفة بين فيلم التصفيح والقطن وسادة اختبار على حواف جدا من قطع حفرة. ملاحظة ثقب في فيلم التصفيح هو أصغر قليلا في قطر من لوحة ورقة الاختبار.
    ملاحظة: معا، هذه الميزات تسمح لوحة ورقة اختبار ليتم تطبيقها على منصة جزء الاختبار القطن من الجهاز بحيث حواف زلة وسادة ورقة الاختبار إلى الفجوة ضئيلة المذكورة، أي تحت حواف الحفرة فيلم التصفيح. هذا يحمل منصات اختبار الورقية المعمول بها.
  3. إعداد النطرون أساذ جزء من الجهاز.
    1. معطف لوحة النتريت فحص مع 4 ميكرولتر من حل النتريت مؤشر (المعد في الخطوة 2.4)، واتركه حتى يجف تماما عند درجة حرارة الغرفة.
  4. إعداد مجموع جزء الفحص البروتين من جهاز الكشف.
    1. معطف إجمالي وحة البروتين مقايسة مع 4 ميكرولتر من حل جيش صرب البوسنة مؤشر (المعد في الخطوة 2.5)، واتركه حتى يجف تماما عند درجة حرارة الغرفة.
  5. إعداد جزء Uroblinogen الفحص لجهاز الكشف.
    1. معطف لوحة uroblinogen فحص مع 4 ميكرولتر من مؤشر uroblinogen (المعد في الخطوة 2.6)، واتركه حتى يجف تماما عند درجة حرارة الغرفة.

4. إنشاء منحنيات القياسية لجهاز التحليلي القائم على القطن

  1. لكل معيار إعداد، وتراجع نهاية الاستيعابية للجهاز معد سلفا (مسبقة مع مؤشرات فحص (انظر القسم 3.4)) في المحلول القياسي لمدة 10 ثانية (حجم امتصاص ~200-300 ميكرولتر) (الشكل 2F).
  2. وضع الجهاز القائم على القطن في بيئة المحيطة لمدة 10 دقيقة لإتمام التفاعلات اللونية (الشكل 2F). كرر كل تجربة في ثلاث نسخ.
  3. تفحص جهاز لتحليل التغيير اللونية التي تحدث في كل لوحة اختبار (الشكل 2G). المكان مما أدى منصات اختبار على زجاج الماسح الضوئي المكتبية ومنصات اختبار المسح الضوئي في وضع RGB مع 600 نقطة في البوصة لدقة الصورة. حفظ كل صورة في شكل الحياة السياسية في فرنسا.
  4. تحليل الصورة الممسوحة ضوئيا على جهاز الكمبيوتر باستخدام صورة برامج التحليل لتحديد شدة لون منها (الشكل 2H).
    1. تحميل برنامج ImageJ في http://imagej.nih.gov/ij/. فتح ملفات الصور الممسوحة ضوئيا. حدد صورة في أوامر القائمة، وحدد "نوع" لتحويل الصور RGB إلى الرمادي 8 بت.
    2. استخدام "البيضاوي" أداة في شريط الأدوات لتحديد منطقة تحليلية لوحة الاختبار. حدد "تحليل" في بالاتصالات القائمةيستخدم المعامل، واختر "قياس" لتحليل كثافة اللون. سجل تعني النتائج كثافة.
  5. إنشاء منحنيات القياسية من النتريت، البروتين الكلي، والمقايسات يوروبيلينوجين (الشكل 2I).
    1. تشير تركيزات مختلفة من النتريت القياسية، البروتين الكلي، والحلول يوروبيلينوجين والمترابطة النتائج كثافة يعني على نظام تنسيق ثنائي الأبعاد باستخدام برنامج stastical.
    2. تناسب منحنى القياسية لفحص النتريت من نموذج الدرجة الثانية والمنحنيات القياسية لمجموع البروتين ويوروبيلينوجين فحوصات من قبل نماذج الانحدار الخطي.

5. تحديد تركيزات عينة غير محدد عن طريق تأسست القيم النموذجية كيرف

  1. لتحديد النتريت، البروتين الكلي، وتركيزات يوروبيلينوجين في حلول غير معروفة، واستخدام الجهاز كما هو موضح لقياس تركيزات حل القياسية والبديل قياس النتائج كثافة لالنتريت، البروتين الكلي، وurobiالمقايسات linogen في المعادلات من النماذج التي بنيت في الخطوة 2.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أثبتنا بنجاح تطوير الأجهزة التحليلية القائمة على القطن باستخدام القطن تطهير المتاحة تجاريا تتميز ماء (الجزء الداخلي) ومسعور خصائص (الجزء الخارجي) (الشكل 1A). ويبين الشكل 3 نتائج قياس زاوية الاتصال. وكان واجهة مسعور من القطن الخارجي 127.35 ° ± 4.73 °. من منظور سهل الاستعمال، المقايسات اللونية المستخدمة هنا يمكن ملاحظتها مباشرة بالعين المجردة، وكمية أخرى من خلال كثافة اللون يحلل (الشكل 2F). وينبغي أن...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وتشمل الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول تحديد توليفة مناسبة من مادة القطن (مع اختلاف للا مائية / hydrophilicity) ورقة فلتر (مرشح ورقة اللوني أو ورق الترشيح الكمية). تصميم جهاز مخططة جيدا ونفذت يجعل سمات أفضل أداء لفحوصات اللونية. من نتائج الفحص اللونية لدينا، الجهاز التحليلي القائم على القطن المقدمة هنا يوضح إمكانات كبيرة كمنصة للكشف عن أمراض متعددة.

معظم المنتجات الحالية الجانبية تدفق قاعدة (على سبيل المثال،...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة. S.C.L. و C.M.K. و F.G.T. و C.M.C. هم مخترعو براءة اختراع (براءة اختراع رقم: US 8691162 B1) مملوكة لجامعة Tsing Hua الوطنية على أساس العمل المذكور في هذه المخطوطة. تمتلك S.C.L. و C.M.K. و F.G.T. و C.M.C. براءات اختراع معلقة في تايوان والصين بناء على العمل المبلغ عنه في هذه المخطوطة. تعلن M.Y.H. عدم وجود تضارب محتمل في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأيد هذا العمل في جزء من المنح المقدمة من وزارة تايوان للعلوم والتكنولوجيا (MOST 104-2628-E-007-001-MY3 (CMC))، وتايتشونغ مستشفى المحاربين القدماء العام (TCVGH-1056904C (MYH)).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ألبومين مصل الأبقارسيجما ألدريتش ، الولايات المتحدةرقم 9048468 99٪
نتريت   ؛Sigma-Aldrich, USNo. 7632000≥ 99٪
urobilinogen سانتا كروز بيو ، الولايات المتحدةرقم. SC-296690
سيتراتسيجما ألدريتش الولايات المتحدةرقم 6132043 99٪
رباعي البروموفينول الأزرقسيجما ألدريتش الولايات المتحدةرقم 4430255 99٪
سلفانيلاميدسيجما ألدريتش الولاياترقم 63741 99٪
حامض الستريك  سيجما ألدريتش الولاياترقم 77929≥ 99.5٪
  N- (1-naphthyl) إيثيلين ديامين ثنائي هيدروكلوريدسيجما ألدريتش الولايات المتحدةرقم 1465254 98٪
4- (ثنائي ميثيل أمين) بنزالديهايدAlfaAesar ، الولايات المتحدةرقم A11712& ge ؛ 98٪
ميثيل ملح الصوديوم الأحمرسيجما ، الولايات المتحدةرقم 114502 95٪
بروموثيل بلوسيجما ، الولايات المتحدةرقم 114413 95٪
Shiseido Cleansing CottonShiseido ، اليابانرقم 79014
ورق كروماتوغرافياGE Healthcare Whatman ، Springfield Mill ، المملكة المتحدةرقم 30306132
فيلم تصفيحالركيزة البلاستيكيةA4216 مم × 303 مم
ماسح ضوئيmicrotek scanmaker  ؛ i2400
قطع الورقالحياة القاطعرقم 306
تغليفAURORA فيلم تغليف LM4231H
UNI LAMI 4 أ
المتحدة المتحدة ، MAS

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Yager, P., Domingo, G. J., Gerdes, J. Point-of-care diagnostics for global health. Annu. Rev. Biomed. Eng. 10, 107-144 (2008).
  2. Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices. Lab Chip. 12, 2118-2134 (2012).
  3. Lu, Y., Shi, W., Jiang, L., Qin, J., Lin, B. Rapid prototyping of paper-based microfluidics with wax for low-cost, portable bioassay. Electrophoresis. 30 (9), 1497-1500 (2009).
  4. Ballerini, D. R., Li, X., Shen, W. Flow control concepts for thread-based microfluidic devices. Biomicrofluidics. 5 (1), 014105(2011).
  5. Lin, S., et al. Cotton-based Diagnostic Devices. Scientific reports. 4, 6976-6976 (2013).
  6. Hsu, M. Y., et al. Monitoring the VEGF level in aqueous humor of patients with ophthalmologically relevant diseases via ultrahigh sensitive paper-based ELISA. Biomaterials. 35 (12), 3729-3735 (2014).
  7. Hsu, M. Y., et al. Monitoring VEGF levels with low-volume sampling in major vision-threatening diseases: age-related macular degeneration and diabetic retinopathy. Lab Chip. 15 (11), 2357-2363 (2015).
  8. Kwok, D., Neumann, A. Contact angle measurement and contact angle interpretation. Adv. Colloid Interface Sci. 81 (3), 167-249 (1999).
  9. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J., Whitesides, G. M. Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 46 (8), 1318-1320 (2007).
  10. Li, X., Tian, J. F., Shen, W. Quantitative biomarker assay with microfluidic paper-based analytical devices. Anal. Bioanal. Chem. 396 (1), 495-501 (2010).
  11. Coad, S., Friedman, B., Geoffrion, R. Understanding Urinalysis. medscape. 7 (3), 269-279 (2012).
  12. Kupka, T., et al. Accuracy of urine urobilinogen and bilirubin assays in predicting liver function test abnormalities. Ann. Emerg. Med. 16 (11), 1231-1235 (1987).
  13. Binder, L., et al. Failure of prediction of liver function test abnormalities with the urine urobilinogen and urine bilirubin assays. Arch. Pathol. Lab. Med. 113 (1), 73-76 (1989).
  14. Gubala, V., et al. Point of care diagnostics: status and future. Anal. chem. 84 (2), 487-515 (2011).
  15. Vaidya, V. S., et al. Urinary biomarkers for sensitive and specific detection of acute kidney injury in humans. Clin. Transl. Sci. 1 (3), 200-208 (2008).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Cotton Analytical DeviceLateral Flow AssayContact Angle MeasurementLamination Film PackagingChromatography Paper DiscsColorimetric Reaction AnalysisImageJ SoftwareLimit Of DetectionUrinalysis Strip FabricationHydrophobic Interface Testing

مقالات ذات صلة