Die Herstellung von Baumwolle Analytische Geräte
30. August 2016
Um einfache Herstellungsansätze für mehrere Assay-Anforderungen zu untersuchen, haben wir ein flüssigkeitsabsorbierendes Kanalsystem aus Baumwollmaterial entwickelt. Dieses Gerät wurde verwendet, um eine Mehrfachnachweisplattform einzurichten und Kontaminationsprobleme zu lösen, die häufig biomedizinische Geräte auf Lateral-Flow-Basis betreffen, für die klinische Urinanalyse von Nitrit, Gesamtprotein und Urobilinogen.
Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls besteht darin, ein analytisches Gerät aus einer leicht verfügbaren Materialquelle, Baumwolle, herzustellen, das für Ihre Analysen verwendet werden kann. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass das Gerät einfach herzustellen ist. Es ist sehr kostengünstig, kann für mehrere Assays eingesetzt werden und lässt sich schnell zusammenbauen.
Die analytische Methode mit dem Gerät ist empfindlich gegenüber der Detektion von Proben- und Reaktionskontaminationen. Das Verfahren wird von Shang-Chi Lin demonstriert, der maßgeblich an der Entwicklung der Methode beteiligt war. Beginnen Sie mit der Vorbereitung der Teststreifengeräte.
Zunächst bestimmen Sie die Hydrophobizität der Reinigungsbaumwolle für die Teststreifen mithilfe einer standardmäßigen Kontaktwinkelmessung mit Tröpfchen entionisiertem Wasser. Anschließend beginnen Sie mit der Herstellung der baumwollbasierten analytischen Vorrichtung, indem Sie die Reinigungsbaumwolle in Stücke von 5,5 Zentimeter mal einem Zentimeter schneiden. Verwenden Sie einen Papierschneider.
Der nächste Schritt besteht darin, Reihen von jeweils drei Löchern mit einem Durchmesser von 0,5 Zentimetern in eine Laminierfolie zu bohren. Die Löcher sollten in Reihen mit einem Abstand von einem Zentimeter zueinander angeordnet sein. Jede Gruppe von Löchern bildet einen Teststreifen, und auf einem Standardblatt Laminierfolie können bis zu 36 Streifen untergebracht werden.
Danach wird die reinigende Baumwolle zwischen das Lochplättchen aus Laminierfolie und ein nicht perforiertes Blatt Laminierfolie gelegt. Anschließend wird das Gerät mit einem handelsüblichen Laminiergerät verpackt. Nun werden einzelne Teststreifen-Geräte der Größe 5,5 mal einem Zentimeter aus dem Verbund herausgeschnitten.
Für die Erstellung von Standardkurven aus drei Testlösungen werden 48 Streifen benötigt. Verwenden Sie auf jedem Testbereich eine scharfe Klinge, um einen kleinen Kanal von der Mitte jedes Testbereichs zur hydrophilen Schicht der longitudinalen Vorrichtung anzulegen. Achten Sie darauf, die Vorrichtung nur bis zur halben Tiefe einzuschneiden.
Bringen Sie nun Chromatographiepapier-Scheiben mit einem halben Zentimeter Durchmesser in jede der drei Löcher ein. Die Laminierfolie sollte eine kleine Lasche aufweisen, unter die die Kanten des Pads gesteckt werden können. Bei einem Urinteststreifen beschichten Sie die Nitrit-Testfelder mit einer Nitrit-Indikatorlösung.
Bestreichen Sie das Protein-Testfeld mit BSA-Indikatorlösung und das Urobilinogen-Testfeld mit Urobilinogen-Indikator. Lassen Sie die Streifen vor dem Weitermachen vollständig bei Raumtemperatur trocknen.
Tauchen Sie für jeden hergestellten Standard das saugfähige Ende eines vorbereiteten Geräts zehn Sekunden lang in die Standardlösung ein. Jeder Streifen sollte 200 bis 300 Mikroliter der Lösung aufnehmen. Bereiten Sie drei Teststreifen für jede zu prüfende Standardkonzentration vor.
Warten Sie zehn Minuten, bis die farbmetrische Reaktion bei Raumtemperatur abgeschlossen ist. Scannen Sie nun die Geräte, um die Farbe jedes Testfelds zu analysieren. Verwenden Sie einen Desktop-Scanner im RGB-Modus und mit einer Auflösung von 600 dpi.
Analysieren Sie das gescannte Bild mithilfe einer Standardsoftware wie ImageJ. Öffnen Sie die gescannten Bilddateien, wählen Sie das Bild in den Menübefehlen aus und wählen Sie „Typ“, um RGB-Bilder in 8-Bit-Graustufen umzuwandeln. Verwenden Sie anschließend das Oval-Werkzeug in der Symbolleiste, um den analytischen Bereich des Testfelds auszuwählen.
Wählen Sie anschließend im Menübefehl „Analyze“ die Option „Measure“ aus, um die Farbintensität zu analysieren. Erstellen Sie aus den Ergebnissen der mittleren Intensität die Standardkurven für die Assays. Passen Sie in diesem Fall die Standardkurve für den Nitrit-Assay mithilfe eines quadratischen Modells an und verwenden Sie für die Standardkurven des Gesamtproteins und des Urobilinogens lineare Regressionsmodelle.
An der hydrophoben Grenzfläche des hergestellten Geräts betrug der Kontaktwinkel an der äußeren Baumwolle 127 Grad, plusminus 5 Grad. Mithilfe der Geräte wurden Standardkurven erstellt, um die Nachweisgrenzen für jeden Assay festzulegen. Für Nitrite betrug die Nachweisgrenze 0,147 Millimolar.
Bei Rinderserumalbumin betrug die Nachweisgrenze für die Proteintestlösung 3,7 µM. Bei Urobilinogen betrug die Nachweisgrenze 4,9 mg/L. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man diagnostische Baumwollvorrichtungen herstellt, deren Hydrophobie der äußeren Schicht hilft, Kontaminationen zu vermeiden.
Wenn man diese Technik einmal beherrscht, kann sie in ein oder zwei Stunden durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, die Hydrophobizität der äußeren Schicht der Reinigungsbaumwolle mittels Kontaktwinkelmessung zu bestimmen.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein aus Baumwolle hergestelltes Kanalsystem zur Flüssigkeitsaufnahme vor, das für mehrere Assay-Anwendungen konzipiert ist. Die Vorrichtung behebt Kontaminationsprobleme, die bei lateralflussbasierten biomedizinischen Geräten, insbesondere für die klinische Harnanalyse, häufig auftreten.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Biomedizinische Technik
- Analytische Chemie
- Klinische Diagnostik
Hintergrund
- Kontaminationen können die Genauigkeit von Lateral-Flow-Assays erheblich beeinträchtigen.
- Herkömmliche Materialien, die in Assay-Geräten verwendet werden, können kostspielig und aufwendig in der Herstellung sein.
- Baumwolle ist ein leicht verfügbares, kostengünstiges Material, das sich für die Herstellung von Geräten eignet.
- Mehrere Assays können mithilfe eines einzigen Gerätedesigns durchgeführt werden.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer kostengünstigen und einfach herzustellenden analytischen Vorrichtung.
- Schaffung einer Plattform für mehrere Assays, einschließlich der Detektion von Nitrit, Gesamtprotein und Urobilinogen.
- Lösung von Kontaminationsproblemen in der klinischen Harnanalyse.
Verwendete Methoden
- Herstellung eines flüssigkeitsabsorbierenden Kanalsystems aus Baumwolle.
- Einrichtung einer mehrfachen Nachweisplattform.
- Überprüfung des Geräts auf Empfindlichkeit gegenüber Proben- und Reaktionskontamination.
- Demonstration des Verfahrens durch einen Experten auf dem Gebiet.
Hauptergebnisse
- Die auf Baumwolle basierende Vorrichtung absorbiert Flüssigkeiten effektiv und ermöglicht mehrere Analysen.
- Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wurden Kontaminationsprobleme erheblich verringert.
- Die Vorrichtung erwies sich als kostengünstig und schnell zu montieren.
- Nachgewiesene Empfindlichkeit bei der Detektion von Analyten, die für die klinische Harnanalyse relevant sind.
Schlussfolgerungen
- Das auf Baumwolle basierende Gerät ist eine geeignete Alternative für laterale Flussanalysen.
- Es bietet eine praktische Lösung für Kontaminationsprobleme in klinischen Umgebungen.
- Diese Innovation könnte die Zuverlässigkeit von Harnanalyseergebnissen verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Dieses auf Baumwolle basierende analytische Gerät bietet eine kostengünstige und schnell einsetzbare Lösung zur Mehrfachanalyten-Detektion unter ressourcenarmen Bedingungen. Durch die Nutzung der natürlichen absorbierenden und hydrophoben Eigenschaften von Cellulosefasern ermöglicht die Plattform kontaminationsresistente Lateral-Flow-Assays für die klinische Harnanalyse. Ihre Einfachheit und Skalierbarkeit unterstützen die Früherkennung von Biomarkern sowie Assay-Entwicklungsworkflows in der biopharmazeutischen Forschung und Entwicklung.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die schnelle Untersuchung von Biomarker-Kandidaten in Urinmatrizen mithilfe von Messgrößen für Nitrit, Protein und Urobilinogen.
- Operativer Wert: Verringert die Entwicklungszeit für Assays durch ein herstellbares, mehrfach verwendbares Teststreifenformat, das minimale apparative Ausrüstung erfordert.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet ein reproduzierbares Lateral-Flow-Format zur Optimierung farbmetrischer Assays mit definierten Nachweisgrenzen (Nitrit: 0,147 mM, BSA: 3,7 µM, Urobilinogen: 4,9 mg/L).
- Operativer Wert: Ermöglicht die Hochdurchsatz-Herstellung von Teststreifen (bis zu 36 Geräte pro Laminierfolie) zur Assay-Optimierung und konsistenten Vergleichbarkeit zwischen Chargen.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die pharmakokinetische und pharmakodynamische Überwachung in präklinischen Modellen mittels nicht-invasiver Harnprobenahme.
- Operationaler Wert: Ermöglicht die longitudinale Biomarker-Überwachung mit minimalem Probenvolumen und reduziertem Risiko einer Kreuzkontamination.
Pipeline- und Workflow-Integration
Das Gerät integriert sich in Workflows von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Phase, indem es eine schnelle, niedrigschwellige Methode zur quantitativen Bestimmung von Analyten im Urin bereitstellt und so Entscheidungen über die Weiterentwicklung von Wirkstoffkandidaten unterstützt.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die Hypothesenprüfung zur Modulation metabolischer oder renaler Signalwege durch quantitative Messung von Harnbiomarkern.
- Screening: Ermöglicht die Standardisierung von Assays mittels hydroponischer Baumwollpräparation und Validierung des Kontaktwinkels zur Reproduzierbarkeit von Charge zu Charge.
- Analytik: Erzeugt quantitative Daten zur Farbintensität, die mithilfe von ImageJ und Regressionsmodellierung in Konzentrationskurven umgewandelt werden können.
- Translationale Forschung: Gewährleistet Kontinuität bei Harnbiomarkern vom Entdeckungsstadium bis zur präklinischen Validierung zur Untersuchung der Zielmolekülbindung und Sicherheitsüberwachung.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Stellt eine Plattformtechnologie dar, die durch einfaches Ummanteln der Teststreifen auf verschiedene Analytenpanels über die Urinanalyse hinaus anpassbar ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Verbessert die Vorhersagesicherheit bei Biomarker-Assays, indem falsche Signale durch Proben- oder Reagenzkontamination minimiert werden.
- Operationaler Wert: Ermöglicht kostengünstige, skalierbare Assay-Produktion mit einer Montagezeit von unter zwei Stunden nach der Einarbeitung.
- Strategischer Wert: Senkt die Kosten für die biologische Ent-Risikung, indem eine frühe Validierung von Biomarkern im Urin während der Entdeckungsphase ermöglicht wird.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung von Zielstrukturen anhand nicht-invasiver, klinisch übertragbarer Messgrößen.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert grundlegende Kenntnisse in der Kontaktwinkelmessung zur Beurteilung der Hydrophobizität von Baumwolle (Zielwert ~127°).
- Benötigt Zugang zu einem Laminiergerät, einem Präzisionsschneider und einem Locher für die Herstellung der Laminierfolien.
- Setzt standardisierte Beschichtungsprotokolle für assayspezifische Indikatorlösungen (Nitrit, BSA, Urobilinogen) voraus.
- Erfordert Bildanalysefähigkeiten (z. B. ImageJ) zur Umwandlung in Graustufen und zur Messung der Intensität.
- Die Leistung hängt von einer präzisen Schnitttiefe der Kanäle (halb durch das Gerät hindurch) ab, um eine ordnungsgemäße Flüssigkeitsaufnahme sicherzustellen.
