磁悬浮加上便携式成像与分析诊断疾病
2017年2月19日
我们提出了一种磁悬浮技术，并在智能手机兼容设备和具有嵌入式成像和处理的设备中结合了自动成像和分析。这适用于测量细胞的密度分布，具有两个已证明的生物医学应用：镰状细胞病诊断和分离白细胞和红细胞。
该过程的总体目标是通过测量细胞群分布的改变或根据细胞的特征密度分离细胞类型，为各种医学诊断应用进行基于密度的细胞分析。该方法可以帮助解决生物医学工程中的关键挑战，即在临床环境或发展中国家进行重要的 Cell WAYS 医学诊断。这种技术的主要优点是它不需要很多设备或准备工作，几乎任何人都可以完成。
该技术的意义延伸到镰状细胞诊断，因为该设备可以量化镰状细胞中低氧条件引起的密度增加和悬浮速率降低。虽然这种方法对医学诊断测试很有用，如此处所示，但它也可以通过改变样品和修改软件应用于其他基于密度的细胞术测试。首先，准备 10 毫升 50 毫摩尔的钆布特醇和 Hanks 平衡盐溶液。
然后加入焦亚硫酸钠，使钆溶液中的浓度达到 10 毫摩尔。将 100 微升焦亚硫酸钆钠储备液放入微量离心管中。通过标准静脉穿刺技术或指尖采集血样。
要收集指尖样本，请在刺穿部位附近施加压力，不要挤压组织。擦拭刺穿部位至少 3 次，然后用微量移液器采集血液样本。将最多 1 微升的血样与试管中的焦亚硫酸钆钠溶液混合，以获得用于镰状细胞病诊断的样本。
首先，准备 25 和 250 毫摩尔的钆布特醇和 Hanks 平衡盐溶液。然后，使用前面描述的指尖或静脉穿刺技术采集血样。用 25 毫摩尔钆肉醇溶液将约 1 微升血液样品稀释 1000 倍，以获得用于白细胞细胞分析的样品。
要制备额外的样品来单独测定白细胞的悬浮范围，请将 5 μL 血液样品添加到 500 μL 红细胞裂解缓冲液中。将混合物在室温下孵育 3 到 5 分钟。然后，制备一份 250 毫摩尔钆溶液和九份裂解物的溶液，以获得钆浓度为 25 毫摩尔的裂解物样品溶液。
要开始样品分析，请打开设备并将其放在水平表面上。将样品吸入方形玻璃毛细管中。一旦管子半满，用毛细管密封剂密封末端。
将毛细管插入设备的磁悬浮模块中，使管子只有一厘米保持可见。让样品在设备中不受干扰地放置 10 分钟以达到平衡。然后，检查感兴趣的单元格是否在屏幕上可见。
按单个测量按钮保存图像。记录自动显示在屏幕上的分析结果。如果设备指示屏幕上的细胞过多或过少，请将毛细管稍微移入或移出设备，并再平衡样品 10 分钟。
保存第一张图像后，将毛细管移入或移出约 0.5 厘米。让样品平衡，然后采集另一张图像进行分析。从样品上不同位置的至少五张图像中采集数据，以避免错误。
将图像保存到设备或 USB 驱动器。完成后，从设备中取出样品并妥善处理。首先，将智能手机安装到磁悬浮装置中。
确保智能手机摄像头与磁悬浮模块对齐。将智能手机直立固定在水平表面上的支架上。将毛细管插入悬浮模块，并将微泵管连接到两端。
将样品瓶放入样品架中。然后，启动智能手机应用程序。打开微泵并在第一个屏幕上设置流速和 LED 亮度参数。
样品顺利流动后，向左滑动进入图像采集模式。获取至少五个不同的视频。然后，在 App 的分析部分，选择 Flow assisted analysis 并打开要分析的每个文件。
当受到磁悬浮时，来自无镰状细胞病患者的血细胞被限制在可预测的宽度内。来自镰状细胞病患者的细胞分布在更广泛的区域，呈下降趋势。这反映在约束宽度的分析中。
健康的对照细胞出现在较窄的条带中，而镰状细胞出现在较宽的条带中，整体宽度的变化要大得多。该方法也可以区分具有离散密度范围的单个细胞类型，在低钆浓度下实现最佳分离。在这里，从分析前已裂解红细胞的样品中确定白细胞的悬浮高度。
这个已知的悬浮高度用于白细胞计数。为了计算每 μL 稀释的样品中按 1 比 1000 稀释的白细胞数，将图像中观察到的细胞数乘以 2000。一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在 10 分钟内完成。
按照此程序，其他研究人员可以使用这种方法来开发针对一系列医疗状况的医学诊断测试。
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Overview
This article presents a magnetic levitation technique for density-based cellular analysis, applicable in medical diagnostics. The method is particularly useful for diagnosing sickle cell disease and separating different types of blood cells.
Key Study Components
Area of Science
- Biomedical Engineering
- Cellular Analysis
- Medical Diagnostics
Background
- Density-based cellular analysis is crucial for various medical applications.
- Current methods often require extensive equipment and preparation.
- This technique aims to simplify the process for broader accessibility.
- It addresses challenges in diagnosing conditions like sickle cell disease.
Purpose of Study
- To develop a method for measuring cell density distributions.
- To facilitate the diagnosis of sickle cell disease.
- To enable the separation of white and red blood cells based on density.
Methods Used
- Magnetic levitation technique for cellular analysis.
- Automated imaging and analysis systems.
- Devices compatible with smartphones and embedded imaging.
- Preparation of a gadobutrol solution for testing.
Main Results
- The technique successfully measures density distributions of cells.
- It demonstrates effectiveness in diagnosing sickle cell disease.
- Separation of blood cell types was achieved based on density.
- The method is accessible and requires minimal equipment.
Conclusions
- This magnetic levitation technique offers a promising approach for medical diagnostics.
- It can be adapted for various density-based cytometric tests.
- The method holds potential for use in clinical settings and developing countries.
Frequently Asked Questions
Chapters in this video
0:05
Title
1:13
Sample Preparation for Sickle Cell Disease Diagnosis
2:16
Sample Preparation for White Blood Cell (WBC) Cytometry
3:19
Sample Analysis with the Self-contained Magnetic Levitation Platform
4:54
Sample Analysis with a Flow-assisted Smartphone-compatible Device
6:02
Results: Cell Density Distribution Analysis
7:14
Conclusion
