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 Analysegerät aus einem leicht zu beschaffenden Material, Baumwolle, herzustellen, das für Ihre Analyse verwendet werden kann. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass das Gerät einfach herzustellen ist. Es ist sehr kostengünstig, kann für mehrere Assays verwendet werden und ist schnell zu montieren.
Die Analysemethode mit dem Gerät ist empfindlich gegenüber dem Nachweis von Proben- und Reaktionskontaminationen. Das Verfahren wird von Shang-Chi Lin vorgeführt, der maßgeblich an der Innovation der Methode beteiligt war. Beginnen Sie mit der Vorbereitung der Teststreifengeräte.
Bestimmen Sie zunächst die Hydrophobie der Reinigungswatte für die Teststreifen mittels einer Standard-Kontaktwinkelmessung mit Tröpfchen aus deionisiertem Wasser. Beginnen Sie dann mit der Herstellung des Analysegeräts auf Baumwollbasis, indem Sie Reinigungswatte in 5,5 Zentimeter mal einen Zentimeter große Stücke schneiden. Verwende einen Papierschneider.
Der nächste Schritt besteht darin, Sätze von drei Löchern mit einem Durchmesser von 0,5 Zentimetern in eine Folie aus Laminierfolie zu bohren. Bohren Sie die Löcher in Reihen mit einem Zentimeter Abstand zwischen den Löchern. Jeder Satz Löcher ergibt einen Teststreifen, und bis zu 36 Streifen können auf ein Standardblatt Laminierfolie passen.
Legen Sie dann die Reinigungswatte zwischen die gelochte Folie und eine nicht gebohrte Folie aus Laminierfolie. Verwenden Sie dann ein Standardlaminiergerät, um das Gerät zu verpacken. Schneiden Sie nun einzelne 5,5 mal einen Zentimeter große Teststreifen-Geräte aus der Baugruppe ab.
Um Standardkurven von drei Testlösungen zu erstellen, werden 48 Streifen benötigt. Verwenden Sie auf jedem Prüfbereich eine scharfe Klinge, um einen kleinen Kanal von der Mitte jedes Prüfbereichs zur hydrophilen Schicht des Längsgeräts zu erzeugen. Achten Sie darauf, dass Sie nur die Hälfte des Geräts durchschneiden.
Führen Sie nun in jedes der drei Löcher Chromatographie-Papierscheiben mit einem Durchmesser von einem halben Zentimeter ein. Die Laminierfolie sollte eine kleine Lippe haben, unter die die Pad-Kanten gesteckt werden können. Für einen Urinanalysestreifen beschichten Sie die Nitrit-Testpads mit Nitrit-Indikatorlösung.
Beschichten Sie das Protein-Assay-Pad mit BSA-Indikatorlösung. Beschichten Sie den Urobilinogen-Assay-Pad mit dem Urobilinogen-Indikator. Lassen Sie die Streifen vollständig bei Umgebungstemperatur trocknen, bevor Sie fortfahren.
Tauchen Sie für jeden vorbereiteten Standard das absorbierende Ende eines vorbereiteten Geräts zehn Sekunden lang in die Standardlösung. Jeder Streifen sollte 200 bis 300 Mikroliter Lösung aufsaugen. Bereiten Sie drei Teststreifen für jede zu prüfende Standardkonzentration vor.
Warten Sie zehn Minuten, bis die kolorimetrische Reaktion bei Raumtemperatur abgeschlossen ist. Scannen Sie nun die Geräte, um die Farbe jedes Testpads zu analysieren. Verwenden Sie einen Desktop-Scanner im RGB-Modus und mit 600 dpi.
Analysieren Sie das gescannte Bild mit einer Standardsoftware wie ImageJ. Nachdem Sie die gescannten Bilddateien geöffnet haben, wählen Sie das Bild in den Menübefehlen aus und wählen Sie Typ, um RGB-Bilder in 8-Bit-Graustufen zu konvertieren. Verwenden Sie dann das ovale Werkzeug in der Symbolleiste, um den Analysebereich des Testpads auszuwählen.
Wählen Sie als Nächstes in den Menübefehlen Analysieren und dann Messen aus, um die Farbintensität zu analysieren. Erstellen Sie aus den Ergebnissen der mittleren Intensität die Standardkurven für die Assays. In diesem Fall passen Sie die Standardkurve für den Nitrit-Assay unter Verwendung eines quadratischen Modells an und passen Sie die Standardkurven für das Gesamtprotein und das Urobilinogen mit linearen Regressionsmodellen an.
An der hydrophoben Grenzfläche des hergestellten Geräts wurde der Kontaktwinkel an der äußeren Baumwolle um 127 Grad gemessen, mehr oder weniger 5 Grad. Mit den Geräten wurden Standardkurven erstellt, um die Nachweisgrenzen für jeden Assay festzulegen. Für Nitrite lag die Nachweisgrenze bei 0,147 Millimolaren.
Für Rinderserumalbumin, die Proteintestlösung, lag die Nachweisgrenze bei 3,7 Mikromolaren. Für Urobilinogen lag die Nachweisgrenze bei 4,9 Milligramm pro Liter. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Diagnosegeräte aus Baumwolle mit der Hydrophobizität der äußeren Schicht herstellt, die zur Vermeidung von Kontaminationen beiträgt.
Einmal gemeistert, kann diese Technik in ein oder zwei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, die Hydrophobizität der äußeren Schicht der Reinigungswatte durch Kontaktwinkelmessung zu bestimmen.
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Überblick
Diese Studie präsentiert ein flüssigkeitsabsorbierendes Kanalsystem aus Baumwollmaterial, das für mehrere Analyseanwendungen konzipiert wurde. Das Gerät adressiert Kontaminationsprobleme, die bei lateral-flow-basierten biomedizinischen Geräten vorherrschen, insbesondere für klinische Urinalysen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Biomedizinische Technik
- Analytische Chemie
- Klinische Diagnostik
Hintergrund
- Kontamination kann die Genauigkeit von Lateral-Flow-Tests erheblich beeinflussen.
- Traditionelle Materialien, die in Testgeräten verwendet werden, können kostspielig und komplex in der Herstellung sein.
- Baumwolle ist ein leicht zu beschaffendes, kostengünstiges Material, das sich für die Geräteherstellung eignet.
- Mehrere Tests können mit einem einzigen Gerätedesign durchgeführt werden.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines kostengünstigen und leicht herzustellenden Analysegeräts.
- Erstellung einer Plattform für mehrere Tests, einschließlich Nitrit-, Gesamtprotein- und Urobilinogen-Nachweis.
- Adressierung von Kontaminationsproblemen in der klinischen Urinalyse.
Verwendete Methoden
- Herstellung eines flüssigkeitsabsorbierenden Kanalsystems aus Baumwolle.
- Etablieren einer Plattform für mehrere Nachweise.
- Testen des Geräts auf Empfindlichkeit gegenüber Proben- und Reaktionskontamination.
- Demonstration des Verfahrens durch einen Experten auf diesem Gebiet.
Hauptergebnisse
- Das baumwollbasierte Gerät absorbiert Flüssigkeiten effektiv und unterstützt mehrere Tests.
- Kontaminationsprobleme wurden im Vergleich zu herkömmlichen Methoden erheblich reduziert.
- Das Gerät erwies sich als kostengünstig und schnell zu montieren.
- Demonstrierte Empfindlichkeit beim Nachweis von für die klinische Urinalyse relevanten Analyten.
Schlussfolgerungen
- Das baumwollbasierte Gerät ist eine praktikable Alternative für Lateral-Flow-Tests.
- Es bietet eine praktische Lösung für Kontaminationsherausforderungen in klinischen Umgebungen.
- Diese Innovation kann die Zuverlässigkeit der Urinalyseergebnisse verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
This cotton-based analytical device offers a low-cost, rapidly deployable solution for multi-analyte detection in resource-constrained settings. By leveraging the natural absorptive and hydrophobic properties of cellulose fibers, the platform enables contamination-resistant lateral flow assays for clinical urinalysis. Its simplicity and scalability support early-stage biomarker screening and assay development workflows in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables rapid screening of biomarker candidates in urine matrices using nitrite, protein, and urobilinogen readouts.
- Operational Value: Reduces assay development time through a fabricable, multi-test strip format requiring minimal instrumentation.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides a reproducible lateral flow format for optimizing colorimetric assays with defined limits of detection (nitrite: 0.147 mM, BSA: 3.7 µM, urobilinogen: 4.9 mg/L).
- Operational Value: Supports high-throughput strip fabrication (up to 36 devices per lamination sheet) for assay optimization and cross-lot consistency.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates pharmacokinetic and pharmacodynamic monitoring in preclinical models via non-invasive urine sampling.
- Operational Value: Enables longitudinal biomarker tracking with minimal sample volume and reduced cross-contamination risk.
Pipeline & Workflow Integration
The device fits within early discovery to preclinical workflows by providing a rapid, low-barrier method for urine-based analyte quantification, supporting go/no-go decisions in lead identification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of metabolic or renal pathway modulation through quantitative urinary biomarker measurement.
- Screening: Enables assay standardization via hydroponic cotton preparation and contact angle validation for batch-to-batch reproducibility.
- Analytics: Generates quantitative color intensity data convertible to concentration curves using ImageJ and regression modeling.
- Translational Research: Aligns with urinary biomarker continuity from discovery to preclinical validation for target engagement and safety monitoring.
- Enterprise Reuse: Represents a platform technology adaptable to multiple analyte panels beyond urinalysis through simple pad re-coating.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence in biomarker assays by minimizing false signals from sample or reagent contamination.
- Operational Value: Delivers cost-effective, scalable assay production with assembly time under two hours post-training.
- Strategic Value: Reduces biological de-risking costs by enabling early validation of urinary biomarkers in discovery.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of targets with non-invasive, clinically translatable readouts.
Implementation Considerations
- Requires basic training in contact angle measurement to assess cotton hydrophobicity (target ~127°).
- Needs access to a laminator, precision cutter, and hole-punch for lamination film preparation.
- Demands standardized coating protocols for assay-specific indicator solutions (nitrite, BSA, urobilinogen).
- Requires image analysis capability (e.g., ImageJ) for grayscale conversion and intensity measurement.
- Performance depends on precise channel cutting depth (halfway through device) to ensure proper fluid wicking.
