方法論記事

TD-DFTガイド付き高度なE-Eyeセンシング技術により、環境、生物、および食品サンプル中のFe、Cr、F、およびAsをオンサイトで定量できます

DOI：

10.3791/68767

⸱

2025年9月19日

 ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering, and Center for Nanotechnology, Indian Institute of Technology Guwahati, 2Department of Chemical Engineering, K.K. Wagh Institute of Engineering Education and Research

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

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この研究では、環境サンプル、生物学的サンプル、および食品および飲料中のFe、Cr、As、およびFを検出するためのE-Eye-Enable POCTデバイスを設計および開発するためのプロトコルについて説明しました。約2000のサンプルがテストされ、結果はゴールドスタンダードの技術と一致しています。

要約

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この論文では、E-Eye 対応の多重ポイントオブケア検査 (POCT) キットを設計および開発するための段階的なプロトコルを示します。時間依存密度関数理論 (TD-DFT) を使用して、デバイスのハードウェアの詳細に入る前に、センサーの基本的な動作原理を調査します。TD-DFT分析は、ターゲット元素のλ最大 値を与え、分析対象物中の汚染物質を検出するための最も正確なルートを見つけるのに役立ちます。TD-DFT解析は、Gaussian 09およびGauss View 5.0ソフトウェアで実行されます。λ最大値と 発光ダイオード/光依存抵抗器(LED/LDR)の原理に基づいて、電子眼(E-Eye)と呼ばれる光学センサーが開発されました。E-Eyeデバイスは、LED、向かい合って配置されたLDR、および分圧器を横切ってマイクロプロセッサとインターフェースされた液晶ディスプレイ(LCD)を含むその他のハードウェアで製造され、中央マイクロプロセッサとして機能します。最初に、すべてのサンプル(環境、生物学、食品および飲料)を前処理して、水相ですべての標的元素を抽出しました。特定の反応(ロックとキー)は、指定された反応器で実行され、表示ユニットで観察された測定値が記録されています。Fe、Cr、As、およびFを同時に検出するために、独自の多重化デバイスも製造されています。センサーの有効性は、2000以上のサンプルに対してテストされ、ゴールドスタンダードの方法と比較されています。環境、生物、食品・飲料のサンプルに対して、95.3%、94.7%、95.4%の精度で良好な精度が確認されています。ヒ素センサーの性能は原子吸光分析(AAS)の結果と比較されており、他のすべての結果、つまり鉄、クロム、フッ化物のセンサーは、UV-Vis分析から得られた結果と比較されていることに注意することが重要です。

概要

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重金属は、人間にとって不可欠な地球の生態系を維持する上で重要な役割を果たしています1.それどころか、最近の産業の成長と天然資源のマンハンドリングにより、重金属は食物連鎖やその他の生物の必需品の汚染物質となり、現代文明にとって深刻な警鐘となっています。これは、生物および非生物への生物蓄積と非分解性の性質によるものです2.この点に関して、米国政府は食品の品質を監視するために、離乳食を含む食品グレードを長年継続的に評価してきました。合計で、彼らは全国で22以上の元素と3200以上のサンプルを分析しました3。

多くの場合、重金属のレベルは、WHOと米国食品医薬品局、および2022年7月のトータルダイエット研究報告書(TDS)が推奨する閾値を超えました。ヨーロッパの水域と土壌でも同様の結論を導き出すことができます4,5。土壌と水に加えて、重金属の強い存在は生命を危険にさらします 6,7。インドは河川を基盤とする国であり、最近の調査では、河川の 43% 以上に多くの重金属やその他の汚染物質が驚くべきレベルにあることが示されていることに注意することが重要です 8,9。このプログラム8 では、27.5 億人以上の子供の血中鉛レベルが 5 μg/dL を超えており、これは安全ではないと考えられていることが認められました。

上記の議論は、地球社会の幸福のために重金属やその他の有害化学物質を継続的に監視する必要性について説明しています。重金属の検出・濃度測定には、紫外可視分光法、AAS、誘導結合プラズマ原子発光分光法(ICP-AES)、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)など、さまざまな技術がある(米国食品医薬品局、Total Diet Study Report (TDS)、2022年7月)3。ハイエンドの機器と熟練した労働力の必要性により、重金属を現場で迅速に検出するためのこれらの方法が制限されています。上記の段落で説明した状況では、土壌、空気、水の品質を監視するのに役立つ、ユーザーフレンドリーで迅速かつ正確な重金属のオンサイト検出キットが必要です。

前述の重金属用オンサイト検出キット10,11を開発する試みは数多く行われてきた。そのうちの12、13、14、15は成功し、13はWHOの勧告の要件を満たしていない。それらのいくつかはデジタルセンサーであり、分析物16、17、18の濃度のデジタル値を表示します。残りは、妊娠検査に使用される紙ベースのマイクロ流体センサーのような定性的センサーであり、サンプル中の標的汚染物質の有無をマークすることができます19。市場にはさまざまなブランド、メーカー、モデルのキットがいくつか市販されており、水やその他のサンプル中の重金属の存在をテストするために日常的に導入できます。これらのキットは通常、検出範囲、サンプルあたりのコスト、感度、動作の信頼性、必要な技術スキルなどの主要業績評価指標に基づいて等級付けされます。たとえば、クロムの検出については、ほとんどの市販キットは最大 1 mg/L の検出範囲を提供し、一部は最大 10 mg/L (Chemetrics20) を提供しますが、検出限界 (LOD) と最小カウントは通常、安全な飲料水に関する世界保健機関 (WHO) の推奨しきい値を超えています。たとえば、HACH21キット(5-100)および(50-1000)mg/Lは、広い範囲をカバーしていますが、低濃度(最小カウント≥5 mg/L)では感度が低く、サンプルあたりfigure-introduction-1125.95コストがかかるため、基本的な実験スキルと色の変化からの視覚的解釈が必要です。Hanna Hi384622 キットと Himedia23 キットは、より手頃な価格 (サンプルあたりそれぞれ 51.00 figure-introduction-2と 375.00 figure-introduction-3) ですが、感度も限られており、Hanna キットの最小カウントは 0.2 mg/L です。Merck24 および Chemetrics20 キットはデジタル読み出しを採用し、中程度から高い検出範囲 (2-10 mg/L) に及びます。それでも、サンプルあたりのコストは大幅に高く(最大823.20figure-introduction-4)、感度は規制遵守にとって最適ではないままです。BARCキット25は、ユーザーフレンドリーで水の安全性の迅速な現場分類に適していますが、検出限界が比較的高い(≥0.05 mg/L)と定量的ではなく定性的出力にも悩まされています。

同様に、フッ化物検出については、Aquasol AE21026 (0.1-2 mg/Lおよび120 mg/Lの範囲)やHimedia27 (0-2.5 mg/L)キットなどの市販のキットは、それぞれサンプルあたり figure-introduction-56および figure-introduction-611.60と最も手頃な価格ですが、感度制限が不特定の視覚測色法に依存しており、サンプルの分析に時間がかかります。ミッドレンジのオプションには、Merck Colorimetric28 (検出範囲0-0.8 mg/L、サンプルあたり figure-introduction-7292.20)とPhotometric29 キット(検出範囲0.1-2.5 mg/L、サンプルあたり456 figure-introduction-8)があり、後者はより高いコストでデジタル読み出しを提供します。Hanna Hi73930 (検出範囲20-20 mg/L、サンプルあたり figure-introduction-9362)やPreranaLaboratories 31 (サンプルあたりfigure-introduction-10150)のような少し洗練されたシステムは、検出時間(Hannaが≥1分、Preranaが10-30分)と分析精度の間のトレードオフを示していますが、どちらも明示的な感度仕様がありません。既存のキットは、感度を損なう手頃な価格を優先するか、高コストで精度を向上させ、検出限界は最大20 mg/Lのミッドレンジで妥協されています。

市販の鉄検出キットは、感度、コスト、運用の複雑さの間で大きなトレードオフがあり、さまざまな性能特性を示します。AE30332 は、視覚比色技術を利用して、サンプルあたり figure-introduction-1114で0-2 mg/Lの検出範囲を提供します。同様に、鉄検出用の別のキットであるHI383433は、0〜5 mg / L(サンプルあたりfigure-introduction-1252)をカバーし、最小カウントは1 mg / L、検出時間は≥4分であり、基本的な実験を実行する能力が必要です。Insa tech34 は、50〜800 mg/Lの範囲の高濃度検出アプリケーションに役立ちますが、検出時間75分の高コストと感度(≥50 mg/L)により、汎用目的への応用は制限されています。Prerana Laboratories キット35 (検出範囲 0-1 mg/L、サンプルあたり figure-introduction-1328) は、低濃度検出 (感度 0.1 mg/L) を改善しますが、分析時間は 30 分かかります。Hach のテストストリップ36 (0-5 mg/L 検出範囲、コストは不明) は、0.15 mg/L の最小カウントを達成しますが、主観的な色の解釈に依存しています。

市販のヒ素検出キットは、分析性能、コスト、運用の複雑さにおいて大きなばらつきを示しています。BARCフィールドキット37 (0-0.01 mg/L、サンプルあたり5-10 figure-introduction-14)は、無毒の試薬と10分間の比色分析を採用しており、地方でもアクセスしやすいものの、主観的な視覚的比較に依存しています。AE40838 (0-0.1 mg/L/0-3 mg/L、サンプルあたり figure-introduction-1577.40) は携帯性と APHA 準拠を優先していますが、感度は未指定のままです。Lovibondキット39 (0-0.5 mg/L、サンプルあたり figure-introduction-16500)は、安全な耐硫化物干渉プロトコルにより、WHOガイドラインを満たす5μg /Lのヒ素を検出します。Cole-Parmer ITSキット40 (検出限界2μg/L、サンプルあたり figure-introduction-17480)やPalintest Visual Kit41 (200テスト/560ポンド、サンプルあたり~figure-introduction-18280)などのプレミアムシステムは、EPA検証またはトリプルフィルターシステムにより精度が向上しますが、高額なコストがかかります。

クロム、フッ化物、鉄、ヒ素用の市販の検出キットは、感度、コスト、および動作信頼性の重大な制限を示し、現場での有用性を妨げます。クロムの場合、HACH (最小カウント ≥5 mg/L) や Hanna Hi3846 (≥0.2 mg/L) などの市販キットは、WHO の制限値 (0.05 mg/L) を超えて動作し、テストあたりのコストは figure-introduction-1951-823 の範囲で、エラーが発生しやすい視覚的解釈に依存しています。同様に、AE210 (0.1 mg/L 分解能) や測光 (サンプルあたり figure-introduction-20456) などのフッ化物キットは、手頃な価格や精度を優先しますが、WHO 準拠の迅速な検出に欠けています。鉄検出は、最小カウントが高い(HI3834:1 mg/L、ストリップ:0.15 mg/L)、分析時間の延長(プレラナ:30分)に悩まされていますが、BARC(10 μg/L LOD)やLovibond(5 μg/L)などのヒ素キットは、70 μg/L未満の信頼性ギャップと高額なコスト(最大500 figure-introduction-21 /テスト)に直面しています。提案されたマルチ分析種デバイスは、超高感度検出、費用対効果、使いやすさ、迅速なオンサイト分析における大幅な変革的な進歩を通じて、これらの欠陥に対処します。このデバイスは、感度とコストのトレードオフを埋め、複雑なマトリックスで堅牢なパフォーマンスを提供することで、特に手頃な価格、精度、使いやすさが最優先される資源の少ない地域において、現場で展開可能な水質モニタリングにおける長年の文献のギャップと欠陥を解決します。デジタルポイントオブケア機能でコンプライアンスグレードを検出する機能は、環境および医療分析におけるパラダイムシフトを表しており、断片化された分析対象物固有の商用ソリューションの限界を克服します。

現在のシナリオでは、社会はさまざまな汚染物質の実際の濃度をブロードキャストするセンサーを必要としています。既存の作業およびポイントオブケア検査 (POCT) キットは、この要件を満たしています。そのため、複数の汚染物質を検出できる、UV-Vis、AAS、ICP-MSなどのハイエンド機器に匹敵する性能を備えた堅牢なPOCTキットが必要です。本研究は、その目的を果たす堅牢な方法とPOCTキットを開発することを目的としています。ここでは、環境、生物学、食品および飲料サンプル中のさまざまな重金属を検出するための方法とPOCTキットが開発されました。サンプルの前処理技術を採用し、自社開発の光学センサーを使用して実装し、Fe、As、Cr、およびFを定量化しました。光学センサーは、LED-LDRの動作原理に基づいて開発されました。そのため、E-Eyes対応POCTキットと呼ばれています。この研究で報告された開発された多重POCTデバイスは、特に資源が限られた環境でのオンサイトの水質モニタリングに強力な実用的適用性を示しています。各検出スロットには、選択的試薬と最適化された条件を使用した特定の分析種があります。Fe2+ 検出は、0.01-5.0 mg/L の濃度範囲内で効果的に動作し、検出限界 (LOD) は 0.017 mg/L です。ジフェニルカルバジド化学を採用したCrチャネルは、10〜500μg/Lのダイナミックレンジをカバーし、10.78μg/LのLODを達成します。Fe-SCN錯体脱色法によるフッ化物センシングにより、0.5〜47.5mg/L、LODは0.46mg/Lで信頼性の高い検出が可能です。モリブデンブルー反応に基づいて、ヒ素検出は5〜100μg/Lの範囲で効果的で、LODは8μg/Lです。すべての反応は室温(25±2°C)で行われ、高度な機器や熟練した担当者を必要とせずに、アッセイ全体が5分以内に完了します。これらの特徴は、この方法の適用性と WHO 水質基準への準拠を裏付けています。実験室で反応を行う前に、時間依存密度関数理論(TD-DFT)を採用して、すべての分析物の特定の化学反応(ロックアンドキー)を確立しました。このTD-DFT分析は、試薬のそれぞれの 推定λmaxと反応の主生成物(センサーの基本的なバックボーンであり、センサーの推定有効性を保証します)も予測します。E-Eyes対応POCTキットのプロトタイプが開発され、プロトタイプがデバイスに変換されました。ワークフロー全体を 図 1 に示します。このデバイスは 2000 を超えるサンプルに対してテストされており、その性能は UV-VIS、ICP-MS、および AAS を使用して得られた結果と比較されました。いずれの場合も、デバイスの性能は非常に満足のいくもので、最小偏差と最大偏差はそれぞれ1.25%と6.25%です。

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プロトコル

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1. 反応のセンシングメカニズムの計算と検証

  1. ターゲット分析種の基本的な化学原理に基づいてロックとキーの反応を選択します。
  2. ガウス 09 プログラムを使用して、Becke、3 パラメーター、Lee-Yang-Parr(B3LYP)ハイブリッド法、および Los Alamos National Laboratory 2 Double ζ(LanL2DZ)基底セット14 を使用してすべての計算を実行し、ターゲット分析種を含む電子計算でより正確な結果を得ることができます。ここでは、他のすべての分析種に適用される鉄(Fe)のみについてプロトコルについて説明します。
  3. 溶媒効果を説明するために、分極性連続体(PCM)モデルを使用した自己無撞着反応場(SCRF)アプローチを導入します。このプロトコルでは、水が溶媒であると想定されています。
  4. 関数geom=connectivityを使用して分子形状を最適化します。最適化の過程で明示的な結合情報を保持するのに役立ちます。
  5. 1.2 と 1.3 で説明した手順を使用して、分子の最適化された構造を計算するために必要な基底状態エネルギーを計算します。
  6. 時間依存自己無撞着場(TD-SCF)法(ns = 60)14によって励起状態の電子遷移を取得します。同じ方法を使用して、UV吸収スペクトルを取得します。
  7. B3LYP汎関数とLanL2DZ基底セットを使用した基底状態DFT計算により、分子の形状を最適化します。
  8. 図2A、Bに示すように、1,10-フェナントロリンとFe2+の最適化された構造を取得します。
  9. 同様に、図2Cに示すように、Fe3+を中心原子として6つのF-原子に囲まれた八面体構造を持つヘキサフルオロ鉄酸塩(FeF 6)の分子構造をシミュレートします。
    注:反応、すなわちフェロインの形成は、Fe2+に特異的です。そのため、最初に、以下の反応に従ってFe3+ をFe2+ に還元する必要があります。
    figure-protocol-1
    Fe2+ は 1,10-フェナントロリンと急速に反応し、肉眼で見えるオレンジ色の複合体 であるフェロイン を形成します (以下の反応を参照)。この反応は、 図2に示すように、センサーの心臓部です。

2. 比色化学センサーの開発

  1. 上記の反応に必要な分析グレードの薬品を調達します。
  2. 等量のクエン酸三ナトリウム二水和物、アスコルビン酸、および1,10-フェナントロリンを透明なガラス培養管に移します。
    1. 実験では、各反応物1 mLを5 mLの透明ガラス培養管に取り込みました。各試薬(アスコルビン酸1 mL、クエン酸三ナトリウム1 mL、フェナントロリン1 mL)を1 mL加えた後、ストック2 mLを加えます。5 mg/Lのストックを加えた場合、最終濃度は2 mg / L(C1V1 = C2V2)で、最終容量は5 mLです。
  3. マスキング剤としても機能するアスコルビン酸を使用して、反応媒体のpHを達成するために試薬の比率を最適化します。510 nmの波長で最大吸光度でpH2を達成するように試薬を最適化します。
  4. 1,10-フェナントロリンもアルカリ性環境で銅と黄色の錯体を形成するため、銅からの干渉を除去するためにマスキング剤を使用します。
    注:1,10-フェナントロリンもアルカリ性環境で銅と黄色の錯体を形成するため、銅は反応を妨げる可能性があります。したがって、培地のpHを維持することは非常に重要です。アスコルビン酸は目的を果たします。ただし、pHは時間とともに変化する可能性があり、1,10-フェナントロリンの窒素はこの低いpHでプロトン化する可能性があります。これらの困難を克服するために、pHを維持し、1,10-フェナントロリンのプロトン化を防ぐのに役立つクエン酸三ナトリウム緩衝液が使用されます。
  5. FeSO 4.7H2Oから0.05 mg / Lから4.0 mg / Lの範囲の異なる濃度のFe2+の溶液を調製します。
  6. 図3Aに示す反応混合物にこの溶液1 mLを加えると、Fe2+の指標としてオレンジ色のフェロインが得られます(図3B)。
    注:ここでは、試薬混合物に原液を添加することが視覚的チェックポイントであり、オレンジ色を生成します。1,10-フェナントロリンはFe2+ に選択的であり、Fe3+と錯体を形成しないため、還元剤には特に注意を払う必要があります。
  7. 生のサンプルを収集し、Whatmanの細孔サイズの紙、20〜25μmのろ紙を使用してろ過します。必要に応じて濾過後の希釈を行います14.
    1. 環境源(ブラマプトラ川など)から直接水サンプルを、事前に洗浄され、酸洗浄された高密度ポリエチレンボトルで収集します。すぐにボトルに蓋をし、孔径20〜25μmのWhatmanろ紙を使用して(2時間以内に)ろ過します。スパイクした脱イオン水以外のサンプルから沈殿物と色を除去するための前処理を行います(主に環境サンプル、 補足ファイル1を参照)。
  8. 250〜750nmの波長範囲で紫外可視分光法を使用して、サンプル中の鉄の量を測定します。
    1. サンプルを経路長1cmの石英キュベットに入れます。各分析種のピーク吸光度に対応する特定の波長で吸光度測定を3回に分けて行います。同じ水を含むブランクを使用してベースライン補正を実行します。結果の一貫性と信頼性を確保するために、標準的な実験室条件(スキャン速度:中、測定タイプ:吸光度、スリット幅:5.0 L、検出器:直接)の下ですべての測定を室温で実施します。
      注:紫外可視分光法に使用されるQuratzキュベットは、正確な吸光度測定を保証するために、光学的に同じで透明でなければなりません。目に見える汚れ、残留物、または傷があると、重大なエラーが発生する可能性があり、すぐに交換する必要があります。
  9. ステップ2.8でFe2+が見つからない場合は、0.05〜4 mg/Lの範囲の異なる濃度のFe2+でサンプルをスパイクします。ステップ2.8の前にアスコルビン酸を使用してFe3+を還元し、サンプル中の総鉄を推定します。
    注:すべての反応は室温で起こります。フェロイン錯体は、Fe2+を添加するとすぐに形成されます。したがって、センサーは室温で正常に動作し、応答時間は非常に短く、数秒以内です。

3. E-Eye-Enable POCTキットの試作機の設計・製作

  1. LDR、白色LED、LCD、マイクロプロセッサマイクロコントローラ、および抵抗器を調達します。
  2. 3Dプリントされたボックス全体にLEDとLDRを向かい合わせに配置します。ボックスには、 図4Aに示すように、ロックとキーの反応によってフェロインが形成されるキュベットが保持されています。
    注:ここで使用されているLEDは白色光を発します。直径は約5mm、逆電圧は5Vです。試作に採用したLDRは、5 Ω〜10kΩのセンシング能力を持っています。さらに、このLDRは、ここで使用するLEDから発せられる400〜700nmの範囲の波長を効果的に検出します。
  3. 必要な電子ハードウェアコンポーネント(抵抗器(3.3kΩ)、接続線、LCD(SKU:11497)ユニット)で回路を完成させます。
  4. 上記のすべてのコンポーネントを、 図4Bに示す分圧回路のマイクロプロセッサとインタフェースします。Arduino IDE v1.8.19を使用してプログラミングを実行します。各チャンネルのLED-LDRベースのアナログ信号をアナログピン(A0-A3)で読み取ります。
    注:マイクロプロセッサは、回路の中央処理装置として機能します。光電子データ収集システムは、Arduino Uno(Rev3)マイクロコントローラーを使用して構築されました。
  5. 高度で洗練された電子フィルタ(抵抗10kΩ、静電容量1μF)を収容し、ノイズを抑制し、デバイスの機器の活力を高めることでセンサの効率を向上させます。
  6. デザインが完了したら、プリント基板(PCB)を印刷します。
  7. 電子スイッチをオンにし、センサーの応答を抵抗で記録することで回路に電力を供給します。
    1. スイッチをオンにすると、LED が発光し、反応チャンバーを通過します。LDRは透過光の強度を感知し、抵抗を与えます。この抵抗をサンプル中に存在するFe2+ の濃度と相関させます。既知のサンプルのこの相関は、プロットのキャリブレーションを提供します。このキャリブレーションプロットから得られた方程式を、導出アルゴリズムに組み込みます。
  8. 回路図全体を 図4Cに示します。このセクションで上記のすべての手順を完了したら、デバイスを印刷します。製造されたデバイスの実際の画像を 図 4D に示します。
    注: 回路基板を印刷すると信頼性が向上し、電子ハードウェア コンポーネントの堅牢な統合が保証されます。

4. 多重化デバイスの開発

注:1回のショットで複数の分析種を検出するには、複数のチャネルが必要です。このために、4つのチャンネルがインストールされ、プロトタイプと統合されます。

  1. 3Dボックスに4つのスロットを作成して、4つのキュベットをそれぞれの位置に保持します。各検出スロットを光学的および電子的に分離して干渉を最小限に抑え、物理的にはチャネル間の不透明なバリアによって、電子的には個別のLED-LDRペアと個々の分圧器を使用して信号のオーバーラップを防ぎます。
    1. 特定の分析種に 1 つのスロットを割り当てます。スロットを交換しないでください。特定の分析種に割り当てられたスロットには、その分析種に固有の試薬のみを含むキュベットが保持されている必要があります。
  2. 手順 3.3 から 3.7 で説明したプロトコルを繰り返します。4組のLED-LDRはすべて回路基板に並列に接続されています。このような6つのスロット(6スロット)の代表的な回路図とプロトタイプの画像を 図5に示します。
  3. スイッチをオンにして回路に電力を供給します。すべてのLEDが点灯します。その結果、LDRは4つの分析種すべてを同時に検出します。
    注: これは、手順 3.7 の注で説明したのと同じ原理で機能します。ブランク抵抗に注意することが重要です。外部要因による変更は、再校正が必要です。このデバイスは、紫外可視分光法用に製造されています。ただし、この研究で使用される光源 (LED) は 400-750 nm の波長を網羅しています。したがって、複雑なUVまたは近赤外線の吸収では、正確な結果が得られない可能性があります。デバイスは、直線範囲でのみ動作できます。したがって、この範囲を超えたり下回ったりして汚染された分析種は、信頼性の高い出力を提供できません。

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結果

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この原稿では、さまざまなサンプル中のFe、Cr、As、およびFを検出する光多重POCTキットを設計および開発するためのプロトコルについて説明します。図1は、手順全体のアルゴリズムを示しています。比色化学センサーは、TD-DFTシミュレーションの結果に基づいて開発されました。この化学センサーは、独自に開発された光学センサーと統合されています。最後のデバイスは、E-Eye対応POCTデジタルセンサーです。比色化学センサーの数値最適化を図2に示します。センサーの性能はフェロインの形成に依存します。図3Aに示すフェロインを得るには、特定の配列に従う必要があります。TD-DFTの結果と実験UV-Visデータの比較を図3Bに示します。比色化学センサーの応答を定量化するために、光学式デジタルセンサーを開発しました。E-Eye-Enable POCT...

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ディスカッション

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ゴールドスタンダード(UV-vis)に対するE-Eye対応POCTキットの検証を 図5に示します。この目的のために、Fe2+ のスパイクサンプルを調製しました。その濃度は、開発したE-Eye POCTキットと紫外可視分光光度計で3回測定し、平均値が報告されています。両方の測定値を比較したところ、デバイスがゴールドスタンダードに準拠していることが観察されました。この結果は、独自に開発されたE-Eye-Enable POCTキットが水サンプル中の総鉄を正常に測定できることを証明しています。

図7 は、実際のサンプルを使用した多重化されたデバイスの検証結果を示しています。このために、鉄の食品サンプル(ピーナッツ)(図7A)、クロムの生物学的サンプル(毛髪抽出物)(図7B

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開示事項

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著者らは開示するものは何もない。

謝辞

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財政援助をしてくれたMeitY SWASTHA(助成金5(1)/2022-NANO)、ICMRセンター・フォー・エクセレンス(助成金5/3/8/20/20-ITR)、およびインド政府に感謝します。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
1,10-フェナントロリンモノハイドレート(C12H8N2。H2O)5144-89-8シグマ・オルドリッチ、インド
1,5-ジフェニルカルバジド(C13H14N4O)140-22-7シグマ・オルドリッチ、インド
アセトン(C3H6O)67-64-1シグマ・オルドリッチ、インド
アンモニウムモリブデート四水和物((NH?)?モー?O??·4H?O)12054-85-2シグマ・オルドリッチ、インド
Arduino UNO開発ボードSKU A000066Robu.in
アスコルビン酸(C6H8O6)50-81-7 ヒメディア、インド
ブレッドボードSKU:24441Robu.in
塩化鉄(FeCL3)7705-08-0 ヒメディア、インド
硫酸鉄七水和物(FeSO4.7H2O)7782-63-0 ヒメディア、インド
塩酸(HCl)7647-01-0 フィナール、インド
過酸化水素(H2O2)7722-84-1 フィナール、インド
ジャンパーワイヤーSKU:44281Robu.in
発光ダイオード(LED)SKU:R110553Robu.in
光依存抵抗(LDR)SKU:1496181Robu.in
液晶ディスプレイ(LCD)SKU:11497Robu.in
ミリQ水(18.2 M&オメガ;) 
マルチメーターSKU:1720374Robu.in
硝酸(HNO3)7697-37-2 フィナール、インド
リン酸塩バッファー生理食塩水(PBS)SKU: M1866ヒメディア、インド
二クロム酸カリウム(K2Cr2O7)7778-50-9 ヒメディア、インド
ポテンショメーターSKU:790452Robu.in
抵抗器SKU:R225238Robu.in
ヒ素ナトリウム七水和物(Na2HAsO4·7H2O)10048-95-0 ヒメディア、インド
リン酸二水素ナトリウム(NaH2PO4)とnbsp;13472-35-0 ヒメディア、インド
フッ化ナトリウム(NaF)7681-49-4ヒメディア、インド
チオシアネートナトリウム(NaSCN)540-72-7 ヒメディア、インド
硫酸(H2SO4)7664-93-9 フィナール、インド
二水和トリスナトリウムクエン酸塩(Na3C6H5O7.2H2O)03-04-6132ヒメディア、インド

参考文献

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