Wytwarzanie urządzeń analitycznych do bawełny
30 sierpnia 2016
Aby zbadać proste metody produkcji dla wielu potrzeb testowych, stworzyliśmy system kanałów absorbujących płyny wykonany z materiału bawełnianego. Urządzenie to zostało wykorzystane do stworzenia platformy wielokrotnego wykrywania i rozwiązania problemów związanych z zanieczyszczeniem, które często dotykają urządzenia biomedyczne oparte na przepływie bocznym, do klinicznej analizy moczu azotynów, białka całkowitego i urobilinogenu.
Ogólnym celem niniejszego protokołu jest wykonanie urządzenia analitycznego z łatwo dostępnego materiału, jakim jest bawełna, do wykorzystania w analizie. Główną zaletą tej techniki jest łatwość wykonania urządzenia. Jest ono bardzo tanie, może być wykorzystywane w wielu testach i jest szybkie w montażu.
Metoda analityczna z wykorzystaniem tego urządzenia jest czuła na zanieczyszczenia próbek i reakcji. Procedurę zaprezentuje Shang-Chi Lin, który odegrał kluczową rolę w opracowaniu tej metody. Należy rozpocząć od przygotowania urządzeń w postaci pasków testowych.
Najpierw należy określić hydrofobowość waty oczyszczającej przeznaczonej do pasków testowych, wykonując standardowy pomiar kąta zwilżania za pomocą kropel wody dejonizowanej. Następnie należy rozpocząć wytwarzanie analitycznego urządzenia na bazie waty, wycinając watę oczyszczającą w kawałki o wymiarach 5,5 centymetra na jeden centymetr. Należy do tego użyć gilotyny do papieru.
Kolejnym krokiem jest wywiercenie zestawów trzech otworów o średnicy 0,5 cm w arkuszu folii laminacyjnej. Otwory należy wiercić w rzędach, zachowując odstęp jednego centymetra między nimi. Każdy zestaw otworów tworzy pasek testowy, a na standardowym arkuszu folii laminacyjnej można zmieścić do 36 pasków.
Następnie umieść bawełnę oczyszczającą pomiędzy perforowaną folią laminacyjną a arkuszem folii laminacyjnej bez otworów. Po tym procesie użyj standardowej laminarki, aby zapakować urządzenie. Na koniec wytnij z przygotowanego zestawu pojedyncze paski testowe o wymiarach 5,5 na 1 cm.
Do sporządzenia krzywych wzorcowych dla trzech roztworów testowych potrzeba 48 pasków. W każdym obszarze testowym należy za pomocą ostrego ostrza wykonać mały kanał prowadzący od centrum obszaru testowego do warstwy hydrofilowej urządzenia podłużnego. Należy uważać, aby przeciąć urządzenie tylko do połowy jego grubości.
Następnie należy włożyć papierowe dyski chromatograficzne o średnicy pół centymetra do każdego z trzech otworów. Folia laminacyjna powinna mieć mały margines, pod który można wsunąć krawędzie podkładek. W przypadku paska do analizy moczu należy pokryć podkładki do oznaczenia azotynów roztworem wskaźnika azotynów.
Nanieś roztwór wskaźnika BSA na pole testowe do oznaczania białka. Następnie nanieś wskaźnik urobilinogenu na pole testowe do oznaczania urobilinogenu. Przed przystąpieniem do dalszych czynności pozwól paskom całkowicie wyschnąć w temperaturze otoczenia.
W przypadku każdego przygotowanego wzorca zanurz końcówkę absorbującą przygotowanego urządzenia w roztworze wzorcowym na dziesięć sekund. Każdy pasek powinien wchłonąć od 200 do 300 µL roztworu. Przygotuj trzy paski testowe dla każdego badanego stężenia wzorca.
Odczekać dziesięć minut w temperaturze pokojowej do zakończenia reakcji kolorymetrycznej. Następnie zeskanować urządzenia, aby przeanalizować kolor każdej pola testowego. Należy użyć skanera biurkowego w trybie RGB i rozdzielczości 600 dpi.
Przeanalizuj zeskanowany obraz przy użyciu standardowego oprogramowania, takiego jak ImageJ. Po otwarciu plików z zeskanowanymi obrazami, wybierz obraz w menu komend i zaznacz Type, aby przekonwertować obrazy RGB na 8-bitową skalę szarości. Następnie użyj narzędzia owalu na pasku narzędzi, aby zaznaczyć obszar analityczny pola testowego.
Następnie w menu poleceń wybierz Analyze, a następnie Measure, aby przeanalizować intensywność koloru. Na podstawie wyników średniej intensywności sporządź krzywe wzorcowe dla poszczególnych testów. W tym przypadku dopasuj krzywą wzorcową dla oznaczenia azotynów, używając modelu kwadratowego, a krzywe wzorcowe dla całkowitej ilości białka i urobilinogenu dopasuj za pomocą modeli regresji liniowej.
Na hydrofobowym interfejsie wykonanego urządzenia zmierzony kąt zwilżania przy zewnętrznej bawełnie wynosił 127 stopni, z dokładnością do 5 stopni. Przy użyciu urządzeń sporządzono krzywe wzorcowe w celu ustalenia granic wykrywalności dla każdego testu. Dla azotynów granica wykrywalności wyniosła 0,147 milimolarnych.
W przypadku albuminy surowicy bydlęcej, czyli roztworu testowego białka, granica wykrywalności wyniosła 3,7 micromolar. Dla urobilinogenu granica wykrywalności wyniosła 4,9 milligrams per liter. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak wytwarzać bawełniane urządzenia diagnostyczne z hydrofobową warstwą zewnętrzną, która pomaga uniknąć zanieczyszczeń.
Po opanowaniu tej techniki, przy jej prawidłowym wykonaniu, można ją przeprowadzić w ciągu jednej lub dwóch godzin. Podczas realizacji tej procedury ważne jest określenie hydrofobowości zewnętrznej warstwy waty oczyszczającej poprzez pomiar kąta zwilżania.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia system kanałów absorbujących ciecz wykonany z materiału bawełnianego, zaprojektowany do zastosowań w wielu rodzajach analiz. Urządzenie rozwiązuje problemy z kontaminacją, które często występują w urządzeniach biomedycznych opartych na przepływie bocznym, szczególnie w przypadku klinicznej analizy moczu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Inżynieria biomedyczna
- Chemia analityczna
- Diagnostyka kliniczna
Wprowadzenie
- Zanieczyszczenia mogą znacząco wpływać na dokładność testów z przepływem bocznym.
- Tradycyjne materiały stosowane w urządzeniach testowych mogą być kosztowne i skomplikowane w produkcji.
- Bawełna jest łatwo dostępnym, tanim materiałem nadającym się do produkcji urządzeń.
- Przy użyciu jednego projektu urządzenia można przeprowadzić wiele testów.
Cel badania
- Opracowanie taniego i łatwego w produkcji urządzenia analitycznego.
- Stworzenie platformy dla wielu testów, w tym wykrywania azotynów, białka całkowitego i urobilinogenu.
- Rozwiązanie problemów związanych z kontaminacją w klinicznej analizie moczu.
Zastosowane metody
- Wytworzenie systemu kanałów absorbujących ciecz z bawełny.
- Ustanowienie wielopunktowej platformy detekcyjnej.
- Testowanie urządzenia pod kątem wrażliwości na zanieczyszczenia próbek i reakcji.
- Prezentacja procedury przez eksperta w tej dziedzinie.
Główne wyniki
- Urządzenie na bazie bawełny skutecznie pochłania płyny i umożliwia przeprowadzanie wielu analiz.
- Problemy z kontaminacją zostały znacząco zredukowane w porównaniu z metodami tradycyjnymi.
- Urządzenie okazało się tanie i szybkie w montażu.
- Wykazano czułość w wykrywaniu analitów istotnych dla klinicznej analizy moczu.
Wnioski
- Urządzenie na bazie bawełny stanowi odpowiednią alternatywę dla testów przepływu bocznego.
- Oferuje ono praktyczne rozwiązanie problemów z zanieczyszczeniami w warunkach klinicznych.
- Innowacja ta może zwiększyć wiarygodność wyników analizy moczu.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
To analityczne urządzenie na bazie bawełny stanowi niskokosztowe, szybko wdrażalne rozwiązanie do detekcji wielu analitów w warunkach ograniczonych zasobów. Wykorzystując naturalne właściwości absorpcyjne i hydrofobowe włókien celulozowych, platforma ta umożliwia przeprowadzanie odpornych na zanieczyszczenia analiz przepływu bocznego w klinicznym badaniu moczu. Jej prostota i skalowalność wspierają wczesne etapy przesiewania biomarkerów oraz procesy opracowywania testów w badaniach i rozwoju sektora biofarmaceutycznego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia szybki screening potencjalnych biomarkerów w macierzach moczu z wykorzystaniem odczytów azotanów, białek i urobilinogenu.
- Wartość operacyjna: Skraca czas opracowania analizy dzięki zastosowaniu możliwości produkcji wielotestowych pasków, wymagających minimalnego oprzyrządowania.
Przesiewy i opracowanie testów
- Wartość naukowa: Zapewnia powtarzalny format testu przepływu bocznego do optymalizacji analiz kolorymetrycznych z określonymi granicami wykrywalności (azotyny: 0,147 mM, BSA: 3,7 µM, urobilinogen: 4,9 mg/L).
- Wartość operacyjna: Umożliwia wysokoprzepustową produkcję pasków (do 36 urządzeń na arkusz laminacyjny) w celu optymalizacji analiz i zapewnienia spójności między partiami.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Umożliwia monitorowanie farmakokinetyczne i farmakodynamiczne w modelach przedklinicznych za pomocą nieinwazyjnego pobierania próbek moczu.
- Wartość operacyjna: Pozwala na podłużne śledzenie biomarkerów przy minimalnej objętości próbki i zmniejszonym ryzyku kontaminacji krzyżowej.
Integracja potoku i przepływu pracy
Urządzenie wpisuje się w procesy badawcze od wczesnej fazy odkrywania do etapu przedklinicznego, zapewniając szybką i łatwo dostępną metodę ilościowego oznaczania analitów w moczu, co wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub zaprzestaniu prac (go/no-go) podczas identyfikacji związków wiodących.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących modulacji szlaków metabolicznych lub nerkowych poprzez ilościowy pomiar biomarkerów w moczu.
- Przesiewanie: Umożliwia standaryzację analizy poprzez hydroponiczne przygotowanie bawełny i walidację kąta kontaktowego w celu zapewnienia powtarzalności między partiami.
- Analityka: Generuje ilościowe dane o intensywności barwy, które można przekształcić w krzywe stężeń przy użyciu programu ImageJ i modelowania regresji.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość pomiarów biomarkerów w moczu od etapu odkryć po walidację przedkliniczną w celu monitorowania zaangażowania celu i bezpieczeństwa.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Stanowi technologię platformową, którą można dostosować do wielu paneli analitów poza analizą moczu poprzez proste ponowne nanoszenie powłoki na podkładki.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną analiz biomarkerów poprzez minimalizację fałszywych sygnałów wynikających z kontaminacji próbek lub odczynników.
- Wartość operacyjna: Zapewnia kosztową i skalowalną produkcję analiz z czasem montażu poniżej dwóch godzin po przeszkoleniu.
- Wartość strategiczna: Obniża koszty ograniczania ryzyka biologicznego poprzez umożliwienie wczesnej walidacji biomarkerów w moczu na etapie odkrywania.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację celów z uwzględnieniem ryzyka dzięki nieinwazyjnym, klinicznie przekładalnym odczytom.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagane jest podstawowe przeszkolenie w pomiarze kąta zwilżania w celu oceny hydrofobowości bawełny (wartość docelowa ~127°).
- Wymagany jest dostęp do laminatora, precyzyjnego przecinaka i dziurkacza do przygotowania folii laminującej.
- Wymagane są ustandaryzowane protokoły powlekania dla specyficznych dla analizy roztworów wskaźnikowych (azynów, BSA, urobilinogenu).
- Wymagana jest możliwość analizy obrazu (np. ImageJ) w celu konwersji na skalę szarości i pomiaru intensywności.
- Wydajność zależy od precyzyjnej głębokości wycięcia kanałów (do połowy urządzenia), aby zapewnić właściwe podsiąkanie cieczy.
