Fabbricazione di dispositivi analitici cotone
30 agosto 2016
Per studiare semplici approcci di fabbricazione per molteplici esigenze di analisi, abbiamo creato un sistema di canali di assorbimento dei fluidi realizzato in materiale di cotone. Questo dispositivo è stato utilizzato per stabilire una piattaforma di rilevamento multiplo e risolvere i problemi di contaminazione che comunemente interessano i dispositivi biomedici basati sul flusso laterale, per l'analisi clinica delle urine di nitriti, proteine totali e urobilinogeno.
L'obiettivo generale di questo protocollo è la realizzazione di un dispositivo analitico a partire da un materiale facilmente reperibile, il cotone, da utilizzare per le proprie analisi. Il principale vantaggio di questa tecnica è che il dispositivo è semplice da produrre, ha un costo molto basso, può essere impiegato per diversi saggi ed è rapido da assemblare.
Il metodo analitico con il dispositivo è sensibile al rilevamento di contaminazioni del campione e della reazione. La procedura sarà dimostrata da Shang-Chi Lin, che ha svolto un ruolo fondamentale nell'innovazione del metodo. Iniziare preparando i dispositivi del test strip.
Per prima cosa, determinare l'idrofobicità del cotone detergente per le strisce reattive utilizzando una misurazione standard dell'angolo di contatto con gocce di acqua deionizzata. Successivamente, iniziare la fabbricazione del dispositivo analitico a base di cotone tagliando il cotone detergente in pezzi di 5,5 centimetri per un centimetro. Utilizzare un tagliacarte.
Il passo successivo consiste nel praticare gruppi di tre fori del diametro di 0,5 centimetri su un foglio di pellicola laminante. Praticare i fori in file con un centimetro di distanza tra un foro e l'altro. Ogni gruppo di fori forma una striscia di prova, e su un foglio standard di pellicola laminante possono essere ricavate fino a 36 strisce.
Successivamente, posizionare il cotone detergente tra il foglio forato di pellicola laminata e un foglio di pellicola laminata non forato. Quindi, utilizzare un laminatore standard per incapsulare il dispositivo. Ora, ritagliare singoli dispositivi a striscia reattiva di 5,5 per un centimetro dall'insieme.
Per realizzare curve standard di tre soluzioni di prova, sono necessarie 48 strisce. In ciascuna area di prova, utilizzare una lama affilata per creare un piccolo canale dal centro di ogni area di prova fino allo strato idrofilo del dispositivo longitudinale. Prestare attenzione a tagliare solo a metà dello spessore del dispositivo.
Ora, inserire dischetti di carta da cromatografia del diametro di mezzo centimetro in ciascuno dei tre fori. La pellicola di laminazione deve avere un piccolo lembo sotto il quale è possibile infilare i bordi del tampone. Per una striscia per analisi delle urine, ricoprire i tamponi del saggio per nitriti con la soluzione indicatrice di nitriti.
Ricoprire il tampone del saggio proteico con soluzione indicatrice di BSA. E ricoprire il tampone del saggio urobilinogeno con indicatore di urobilinogeno. Lasciare asciugare completamente le strisce a temperatura ambiente prima di procedere.
Per ogni standard preparato, immergere l'estremità assorbente di un dispositivo preparato nella soluzione standard per dieci secondi. Ogni striscia deve assorbire da 200 a 300 microlitri di soluzione. Preparare tre strisce di prova per ciascuna concentrazione standard da testare.
Attendere dieci minuti affinché la reazione colorimetrica si completi a temperatura ambiente. A questo punto, scansionare i dispositivi per analizzare il colore di ogni tampone di prova. Utilizzare uno scanner desktop in modalità RGB e a 600 dpi.
Analizzare l'immagine scansionata utilizzando un software standard come ImageJ. Dopo aver aperto i file dell'immagine scansionata, selezionare l'immagine nei comandi del menu e scegliere Tipo per convertire le immagini RGB in scala di grigi a 8 bit. Successivamente, utilizzare lo strumento ellisse nella barra degli strumenti per selezionare l'area analitica del pad di prova.
Successivamente, selezionare Analizza nei comandi del menu e scegliere Misura per analizzare l'intensità del colore. A partire dai risultati dell'intensità media, creare le curve standard per i saggi. In questo caso, adattare la curva standard per il saggio dei nitriti utilizzando un modello quadratico e adattare le curve standard per le proteine totali e l'urobilinogeno utilizzando modelli di regressione lineare.
Sull'interfaccia idrofoba del dispositivo realizzato, l'angolo di contatto all'esterno del cotone è stato misurato in 127 gradi, più o meno 5 gradi. Utilizzando i dispositivi, sono state costruite curve standard per stabilire i limiti di rilevamento per ogni saggio. Per i nitriti, il limite di rilevamento è stato di 0,147 millimolare.
Per l'albumina sierica bovina, nella soluzione proteica di prova, il limite di rilevamento era di 3,7 micromolari. Per l'urobilinogeno, il limite di rilevamento era di 4,9 milligrammi per litro. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come realizzare dispositivi diagnostici in cotone con l'idrofobicità dello strato esterno che contribuisce a evitare contaminazioni.
Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in una o due ore, se effettuata correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante determinare l'idrofobicità dello strato esterno del cotone detergente mediante misurazione dell'angolo di contatto.
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Panoramica
Questo studio presenta un sistema di canali assorbenti di fluidi realizzato in materiale di cotone, progettato per diverse applicazioni di saggio. Il dispositivo affronta i problemi di contaminazione comuni nei dispositivi biomedici basati sul flusso laterale, in particolare per l'analisi clinica delle urine.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Ingegneria biomedica
- Chimica analitica
- Diagnostica clinica
Sfondo
- La contaminazione può influenzare significativamente l'accuratezza degli saggi a flusso laterale.
- I materiali tradizionali utilizzati nei dispositivi per saggi possono essere costosi e complessi da produrre.
- Il cotone è un materiale facilmente reperibile e a basso costo, adatto alla fabbricazione di dispositivi.
- È possibile eseguire più saggi utilizzando un singolo design del dispositivo.
Scopo dello studio
- Sviluppare un dispositivo analitico a basso costo e di facile fabbricazione.
- Creare una piattaforma per diversi saggi, inclusi la rilevazione di nitriti, proteine totali e urobilinogeno.
- Fronteggiare i problemi di contaminazione nell'analisi urinaria clinica.
Metodi Utilizzati
- Realizzazione di un sistema di canali assorbenti per fluidi a partire da cotone.
- Creazione di una piattaforma di rilevamento multiplo.
- Verifica del dispositivo per quanto riguarda la sensibilità alla contaminazione del campione e delle reazioni.
- Dimostrazione della procedura da parte di un esperto del settore.
Risultati principali
- Il dispositivo a base di cotone assorbe efficacemente i fluidi e supporta diversi saggi.
- I problemi di contaminazione sono stati notevolmente ridotti rispetto ai metodi tradizionali.
- Il dispositivo si è rivelato economico e rapido da assemblare.
- Sensibilità dimostrata nel rilevamento di analiti rilevanti per l'analisi clinica delle urine.
Conclusioni
- Il dispositivo a base di cotone è un'alternativa valida per i saggi di flusso laterale.
- Offre una soluzione pratica alle sfide legate alla contaminazione in ambito clinico.
- Questa innovazione potrebbe migliorare l'affidabilità dei risultati dell'analisi delle urine.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo dispositivo analitico a base di cotone offre una soluzione a basso costo e rapidamente implementabile per il rilevamento multiplo di analiti in contesti con risorse limitate. Sfruttando le proprietà naturali assorbenti e idrofobiche delle fibre di cellulosa, la piattaforma consente saggi di flusso laterale resistenti alla contaminazione per l’analisi clinica delle urine. La sua semplicità e scalabilità supportano lo screening di biomarcatori nelle fasi iniziali e i flussi di lavoro di sviluppo dei saggi nella ricerca e sviluppo biofarmaceutica.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Consente lo screening rapido di candidati biomarcatori in matrici urinarie mediante letture di nitrito, proteine e urobilinogeno.
- Valore operativo: Riduce il tempo di sviluppo del saggio grazie a un formato di striscia multi-test realizzabile e che richiede uno strumento minimo.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Fornisce un formato di flusso laterale riproducibile per l'ottimizzazione di saggi colorimetrici con limiti di rilevamento definiti (nitrito: 0,147 mM, BSA: 3,7 µM, urobilinogeno: 4,9 mg/L).
- Valore operativo: Consente la fabbricazione ad alto rendimento di strisce (fino a 36 dispositivi per foglio di laminazione) per l'ottimizzazione del saggio e la coerenza tra diversi lotti.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Facilita il monitoraggio farmacocinetico e farmacodinamico in modelli preclinici mediante campionamento urinario non invasivo.
- Valore operativo: Consente il tracciamento longitudinale di biomarcatori con volume minimo di campione e ridotto rischio di contaminazione incrociata.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il dispositivo si inserisce nei flussi di lavoro dalla fase iniziale di scoperta alla fase preclinica, fornendo un metodo rapido e a bassa complessità per la quantificazione di analiti nell'urina, supportando decisioni di avanzamento o interruzione nell'identificazione dei composti promettenti.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sulla modulazione di vie metaboliche o renali mediante la misurazione quantitativa di biomarcatori urinari.
- Screening: Permette la standardizzazione del saggio attraverso la preparazione di cotone idroponico e la validazione dell'angolo di contatto per garantire riproducibilità tra diversi lotti.
- Analisi: Genera dati quantitativi sull'intensità del colore convertibili in curve di concentrazione mediante l'uso di ImageJ e modellizzazione statistica di regressione.
- Ricerca traslazionale: Si allinea alla continuità dei biomarcatori urinari, dalla fase di scoperta alla validazione preclinica, per il monitoraggio dell'interazione con il bersaglio e della sicurezza.
- Riutilizzo aziendale: Rappresenta una tecnologia di piattaforma adattabile a diversi pannelli di analiti oltre l'analisi delle urine, semplicemente riapplicando diversi rivestimenti sui tamponi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Migliora l'affidabilità predittiva dei saggi biomolecolari riducendo al minimo i segnali falsi derivanti da contaminazione del campione o del reagente.
- Valore operativo: Consente una produzione di saggi scalabile ed economicamente vantaggiosa, con un tempo di assemblaggio inferiore a due ore dopo il training.
- Valore strategico: Riduce i costi di de-risking biologico permettendo una validazione precoce di biomarcatori urinari nella fase di scoperta.
- Impatto sul portafoglio: Favorisce la priorizzazione dei target corretta per il rischio mediante letture non invasive e traslabili in ambito clinico.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede una formazione di base nella misurazione dell'angolo di contatto per valutare l'idrofobicità del cotone (obiettivo ~127°).
- Necessita dell'accesso a un laminatore, un taglierino di precisione e un perforatore per la preparazione del film laminato.
- Richiede protocolli standardizzati di rivestimento per soluzioni indicatrici specifiche per il saggio (nitrito, BSA, urobilinogeno).
- Richiede la capacità di analisi delle immagini (ad esempio, ImageJ) per la conversione in scala di grigi e la misurazione dell'intensità.
- Le prestazioni dipendono dalla profondità precisa del taglio dei canali (a metà dello spessore del dispositivo) per garantire un corretto assorbimento del liquido.
