Urinalysis de dipstick de baixo custo e controlados por volume para testes domésticos

Resumo

A microse de vareta é um método rápido e acessível para avaliar o estado de saúde pessoal. Apresentamos um método para realizar uma urina de vareta de baixa custo precisa que remove as principais fontes de erro associadas aos protocolos tradicionais de mergulho e limpeza e é simples o suficiente para ser realizado por usuários leigos em casa.

Resumo

A urina de dipstick fornece estimativas rápidas e acessíveis de múltiplas condições fisiológicas, mas requer uma boa técnica e treinamento para usar com precisão. O desempenho manual da urina de vareta depende de uma boa visão de cor humana, controle adequado da iluminação e comparações propensas a erros e sensíveis ao tempo com as cores dos gráficos. Ao automatizar os principais passos no teste de urina de vareta, podem ser eliminadas possíveis fontes de erro, permitindo o autoteste em casa. Descrevemos as etapas necessárias para criar um dispositivo personalizável para realizar testes automatizados de urina em qualquer ambiente. O dispositivo é barato de fabricar e simples de montar. Descrevemos os principais passos envolvidos na personalização para a vareta de escolha e para personalizar um aplicativo de celular para analisar os resultados. Demonstramos seu uso para realizar a urinálise e discutir as medidas críticas e as etapas de fabricação necessárias para garantir uma operação robusta. Em seguida, comparamos o método proposto com o método dip-and-wipe, a técnica padrão-ouro para a urina de vareta.

Introdução

A urina é uma fonte não invasiva de múltiplos indicadores metabólicos de doença ou saúde. A urinálise, a análise física e/ou química da urina, pode ser realizada rapidamente para detectar doença renal, doença do trato urinário, doença hepática, diabetes mellitus e hidratação geral¹. As varetas de urina são ferramentas de diagnóstico semi-quantitativas acessíveis que dependem de alterações colorimétricas para indicar níveis fisiológicos aproximados. Cada vareta pode realizar uma grande variedade de ensaios, incluindo testes para pH, osmolalidade, hemoglobina/mioglobina, hematuria, leucocitte esterase, glicose, proteinúria, nitrito, cetona e bilirrubina². O princípio da vareta urinálise baseia-se na ocorrência de uma reação cronometrada através da qual uma mudança de cor na almofada de vareta pode ser comparada a um gráfico para determinar a concentração de analito³. Dada a sua acessibilidade e facilidade de uso, as varetas são uma das ferramentas mais comuns para a urinálise na área da saúde.

Tradicionalmente, a urina de vareta conta com uma enfermeira ou técnico médico treinado para inserir manualmente a vareta em uma xícara de amostra de urina, limpar o excesso de urina e comparar as almofadas de cor com as cores em horários específicos. Embora o método de mergulho e limpeza seja o padrão-ouro para a análise de vareta, sua dependência da avaliação visual humana limita as informações quantitativas que podem ser obtidas. Além disso, os dois passos manuais de vareta urinálise – a etapa de dip-wipe e a comparação de resultados colorimétricos – exigem uma técnica precisa, que limita a possibilidade de testes confiáveis em ambientes domésticos pelos pacientes diretamente. A contaminação cruzada das pastilhas de amostra devido à limpeza pode causar alterações de cor imprecisas. Além disso, volumes inconsistentes resultantes da falta de controle de volume durante a limpeza podem resultar em medição inadequada das concentrações de analito. É importante ressaltar que o tempo entre mergulhar a urina (ou seja, o início do ensaio) e a comparação com um gráfico é fundamental para uma análise precisa dos resultados e é uma enorme fonte potencial de erro humano. A dificuldade na comparação colorimétrica manual é que muitas almofadas devem ser lidas ao mesmo tempo, enquanto algumas almofadas são lidas em momentos diferentes. Mesmo comparações de cores perfeitamente cronometradas ainda dependem da acuidade visual do leitor humano, que pode sofrer de cegueira de cor ou perceber cores diferentes em diferentes ambientes de iluminação⁴. Esses desafios ressaltam por que os médicos só podem contar com a vareta urinálise realizada por pessoal treinado. No entanto, um sistema automatizado de urinalílise poderia resolver todas as preocupações acima mencionadas, eliminando a necessidade de etapas manuais de limpeza de mergulho, incorporando controles de tempo e permitindo comparações simultâneas de cores com referências de cores calibradas. Isso, por sua vez, reduziria o erro do usuário, permitindo uma possível adoção em ambientes domésticos.

Nos últimos 20 anos, foram utilizados analisadores automáticos para ler os resultados dos testes de urina de vareta com a mesma precisão ou superior à análise visual⁵. Muitas clínicas e consultórios médicos usam essas máquinas para analisar rapidamente e imprimir os resultados tradicionais de vareta. A maioria das máquinas de urinar minimiza erros de inspeção visual e garante consistência nos resultados⁶. Eles são fáceis de usar e mais eficientes do que a inspeção manual, mas ainda exigem que o usuário execute o método dip-wipe corretamente. Assim, essas máquinas têm capacidade limitada de serem operadas por pessoas não treinadas, como usuários domésticos; além disso, eles são extremamente caros.

Recentemente, os celulares surgiram como uma ferramenta engenhosa para várias medidas colorimétricas biológicas^7,8,9,10, inclusive para a urinálise^11,12,13. Dadas as suas capacidades de sensoriamento remoto e alta resolução de imagens, os telefones celulares tornaram-se dispositivos analíticos eficazes para a saúde^14,15. De fato, a FDA liberou vários testes de urina domiciliar baseados em smartphones^16,17,18. Alguns dos novos produtos comerciais baseados em smartphones incorporam varetas de urina estabelecidas, enquanto outros possuem almofadas colorimétricas proprietárias. Todos esses produtos possuem métodos proprietários para calibrar para diferentes condições de iluminação em diferentes tipos de telefones. Ainda assim, um problema com essas soluções é que o usuário deve tirar uma foto manualmente no momento certo, além de realizar um método manual adequado de limpeza de mergulho (ou seja, sem contaminação cruzada). Notavelmente, nenhum desses testes controla o volume depositado nas varetas, que encontramos pode afetar a mudança de cor¹⁹ e o resultado fisiológico interpretado. As lacunas e custos atuais nos fluxos de trabalho desses dispositivos sugerem uma necessidade adicional de permitir um procedimento de deposição de urina controlado por humanos e controlado por volume e fotografia de vareta sem mãos.

Descrevemos um protocolo para urina de vareta automatizada controlada por volume sem a necessidade de um passo manual de limpeza de mergulho. A chave para o processo automatizado é um dispositivo¹⁹ cujo princípio subjacente é baseado no SlipChip²⁰ e que transfere líquido entre diferentes camadas usando efeitos de química superficial. Em suma, o revestimento hidrofóbico no slide de transferência e na manga da placa circundante forçam o líquido a mover-se sem esforço através do dispositivo e a liberar sobre a almofada de vareta uma vez que o slide está em sua posição final, momento em que a barreira hidrofóbica inferior é substituída por ar. Além disso, a caixa coordenada de bloqueio de luz padroniza as condições de iluminação, o ângulo de visão da câmera e a distância para o foco da câmera para garantir resultados precisos e repetíveis que não são influenciados pelas condições de iluminação ambiente. Um aplicativo de software que acompanha automatiza a captura de imagens e análises colorimétricas. Após a descrição do protocolo, fornecemos resultados representativos do teste de urinálise em diferentes condições. Comparações com o método padrão de dip-wipe demonstram confiabilidade do método proposto.

Protocolo

1. Fabricar e montar o dispositivo de urina

1. Fabricar a placa base (Figura 1A).
   1. Use um software CAD (Computer-Aided Design, design aided design, design auxiliado por computador) para desenhar uma área retangular com dimensões 2.1641 em x 0,0547 em x 6,3828 em (W x H x L) usando a ferramenta poliline.
   2. Meça a área de teste (área retangular que abrange a distância entre a primeira e a última almofada e a largura das almofadas) na vareta.
      NOTA: Essas informações são necessárias para desenhar os furos que mantêm a vareta no lugar e separar o líquido entre as almofadas (para evitar contaminação cruzada).
   3. Adicione através de furos que imitam o tamanho e a posição de cada almofada de teste na área de teste.
   4. Empate duas bordas laterais elevadas que medem 2,1641 em x 0,6797 em (W x L).
   5. Desenhe uma parada (0,1172 por 0,2109 em (W x L)) usando a ferramenta poliline para facilitar o alinhamento entre a placa de base e o slide. A parada deve ser perpendicular às bordas e impede fisicamente que o slide se mova passou pelas almofadas de vareta de urina.
   6. Selecione as linhas para parar e bordar para fazer uma região usando o comando Região. Use o comando Extrude para elevar a região até uma altura de 0,0703. Repita este passo do outro lado do dispositivo.
   7. Crie um entalhe (0,1895 por 0,3500 em (W x L)) em ambas as bordas para facilitar o alinhamento com a caixa. Posicione-o 0,466 na borda inferior da borda. Use o comando Região para criar um retângulo e fazer a altura de extrusão de 0,1250 dentro.
   8. Use o comando Subtraído sólido, selecione dispositivo, pressione Enter,selecione a região do entalhe e pressione Enter. Repita do outro lado do dispositivo.
      NOTA: A forma será removida do dispositivo.
   9. Imprima a placa base em uma impressora 3D e escoe a área superior da face entre as bordas com lixa para endurecer a superfície.
      NOTA: O lixamento é importante para que o revestimento hidrofóbico possa aderir à placa base com segurança.
   10. Tape as bordas com fita adesiva (para evitar pulverizar as bordas) e pulverize a placa base com um spray hidrofóbico. Aplique várias camadas (4-8) do revestimento base na placa base. Segure a lata aproximadamente 8-12 polegadas de distância da placa base ao pulverizar. O dispositivo deve ter uma aparência branca leitosa ao secar.
       ATENÇÃO: Siga as instruções do fabricante para a localização adequada e EPI para pulverização.
   11. Aguarde 30 minutos antes de aplicar o casaco várias vezes (6-8x). Deixe a placa base secar por 12 horas antes de usar. Remova a fita das bordas.
2. Fabricar a placa superior(Figura 1B).
   1. Desenhe uma área retangular para medir 2,05 em x 5.470 em (W x L) em um software CAD usando a ferramenta polilina.
   2. Adicione um buraco retangular (o "ver através do buraco") ligeiramente maior do que o tamanho da área de teste da vareta (por exemplo, 0,230 em x 3.147 em (W x L)). Coloque-o 0,921 no topo, 1.165 na esquerda e 1.165 nas bordas direitas da placa superior.
   3. Desenhe um segundo furo (o "buraco de entrada") tamanho 0,075 em x 3.146 em (W x L). Coloque-o 0,236 na borda inferior, 1.737 na borda superior e 1.162 nas bordas esquerda e direita da placa superior.
   4. Corte a placa superior de um pedaço de acrílico claro com um cortador a laser. Limpe qualquer poeira ou detrito restante.
3. Fabricar a tampa de entrada(Figura 1B).
   1. Desenhe uma área retangular com dimensões 0.247 em x 3,3378 em (W x L) em um software CAD usando a ferramenta polilina. Adicione dois furos circulares com diâmetro de 0,127 em aproximadamente 0,073 nas duas bordas da tampa da entrada, uma de cada lado.
   2. Corte a tampa da entrada de um pedaço de acrílico claro com um cortador a laser.
4. Fabricar o slide(Figura 1C)
   1. Desenhe uma área retangular no software CAD que mede 2.771 em x 0,0625 em x 5.000 em (W x H x L) usando a ferramenta poliline.
   2. Adicione furos que combinem com a posição de cada bloco de teste na área de teste. Desenhe o primeiro 0,105 no quadrado através do buraco para se sobrepor com a colocação da primeira almofada de teste: 1.096 nas bordas esquerda e direita do slide, 0,960 na borda superior e 1.681 na borda inferior. Adicione mais furos conforme necessário (geralmente 10 no total) para a marca de vareta selecionada. Espaça cada outro através do orifício medindo a distância entre as almofadas de teste na vareta.
      NOTA: O tamanho dos furos é importante para depositar o volume correto de líquido na almofada de vareta. Para nossa marca de vareta, criamos furos que depositam 15 ul em cada almofada de vareta.
   3. Corte o slide de um pedaço de acrílico claro usando um cortador a laser. Limpe qualquer poeira ou detrito restante.
   4. Pulverize a frente do escorregador com um spray hidrofóbico. Aplique várias camadas (6-8x) de revestimento básico no slide. Segure a lata aproximadamente 8 -12 longe do slide ao pulverizar.
   5. Aguarde 30 minutos antes de aplicar o casaco várias vezes (8-12x). Deixe o slide secar por 12 horas antes de usar.
   6. Baixe um código QR de um gerador de código QR on-line e imprima o código desejado no papel com apoio adesivo pegajoso. Coloque o código QR 0.17 à direita do primeiro buraco ao longo da mesma linha que todos os buracos.
      NOTA: Enquanto o código QR estiver adjacente aos furos, a colocação precisa não é importante.
   7. Use fita clara para cobrir o código QR e fixá-lo no slide.
5. Monte a entrada e a manga da placa(Figura 1D).
   1. Fabricar a entrada usando cimento acrílico para colar a tampa da entrada na placa superior onde está localizado o buraco de entrada. Espere de 24 a 48 horas para unir as peças com segurança.
   2. Pulverize a parte de trás da placa superior com um spray hidrofóbico uma vez que a tampa da entrada esteja firmemente ligada à placa superior. Coloque a placa superior de cabeça para baixo. Aplique o primeiro casaco de base várias vezes (4-8x).
   3. Segure o spray de 8 a 12 polegadas de distância da placa superior e espere 30 minutos para secar. Aplique o sobretudo várias vezes (6-8x). Deixe a placa superior secar por 12 horas antes de usar.
   4. Monte a manga da placa (placa superior combinada e placa base) colando a placa superior completa nas bordas da placa base com cimento acrílico. As duas peças são fáceis de alinhar por inspeção visual, pois a borda inferior da placa superior se alinhará com a da placa base. Aplique um grampo nas bordas da placa base para fixá-lo durante a secagem e esperar 24-48 horas antes do uso, de acordo com as instruções do fabricante.
6. Crie o adesivo de gráfico.
   1. Baixe o gráfico de cores para a marca de dipstick do site do fabricante.
   2. Abra o arquivo baixado em um software de editor gráfico.
   3. Abra o arquivo digital para o modelo de placa superior usado anteriormente para o cortador a laser (Passo 1.2 deste protocolo) em um software de editor gráfico.
   4. Crie as caixas de cores para o adesivo de gráfico combinando caixas de cores do gráfico de cores do fabricante. Selecione o primeiro bloco de cor no gráfico do fabricante com a ferramenta conta-gotas no software do editor gráfico e, em seguida, use a ferramenta de forma de caixa para fazer uma forma de caixa na mesma cor no modelo da placa superior, na mesma linha onde a almofada de vareta será localizada. Repita isso para cada bloco de cores correspondente a cada linha de almofada.
   5. Exclua as camadas associadas ao modelo da placa superior.
   6. Imprima o adesivo de gráfico como um adesivo de vinil com um serviço de impressão de adesivos on-line. Coloque o adesivo na manga da placa e alinhe-a com cada buraco.
7. Fabricar a caixa(Figura 1E).
   1. Desenhe as duas peças de caixa de lado longo (partes "a" e "b") no software CAD como retângulos com dimensões de 4,92 em x 6,63 em (W x L). Adicione um recorte à parte "a" centrada na borda inferior medindo 0,2 em x 6,11 em (W x L).
   2. Desenhe as duas peças de caixa de lado estreito (partes "d" e "e") no software CAD como retângulos com dimensões de 1,805 em x 6,63 in (W x L).
   3. Desenhe a parte superior da caixa (parte "c") como um retângulo com dimensões 1.805 em x 6,63 (W x L). Desenhe o "porão de imagem" na parte superior: 0,74 em x 0,910 em (W x L), posicionado 3,17 na parte inferior, 2,53 na parte superior, 0,65 na borda direita e 0,42 na borda esquerda.
      NOTA: A posição exata da imagem através do furo deve ser selecionada com base nos celulares que serão utilizados para a análise.
   4. Desenhe cada peça da caixa para apresentar um padrão de bordas entrelaçadas que permitirá que todos os lados da caixa se encaixem em cada borda conforme descrito na Figura 1D. Para fazer um padrão de borda entrelaçada, alterne um padrão de extrusão/intrusão na borda longa com 0,135 em 1,17 em (W x L) saliências. Desenhe duas extrusões em cada borda longa para cada lado da caixa. Use o mesmo padrão de extrusão/intrusão para a borda curta, mas com invasões medindo 0,135 por 0,460 (W x L).
   5. Corte as cinco peças com um cortador a laser ou imprima-as com uma impressora 3D.
      NOTA: Um componente cortado a laser usando peças de acrílico será barato de fabricação e pode ser achatado para fácil transporte. Use acrílico preto, pois é útil absorver luz dispersa durante os testes.
   6. Adicione papel de construção de cor preta ao interior da caixa para evitar a dispersão do flash durante a análise da imagem se o material da caixa tiver um acabamento de brilho.

2. Prepare o teste

1. Baixe o aplicativo móvel UrineTest do GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp).
2. Instale o aplicativo em um celular.
   NOTA: Esta etapa só precisa ser feita de uma vez por todas as futuras aplicações de um determinado telefone. Se necessário, habilite o status do desenvolvedor no telefone para fazer isso.
3. Inicie o aplicativo UrineTest no telefone (Figura 2A).
4. Leia as instruções para alterar os nomes de analito e os tempos de leitura(Figura 2B) para combinar com os de interesse (com base nas especificações do fabricante) e insira nova entrada através da janela do titular do texto na tela(Figura 2C).
   NOTA: O tempo de leitura necessário para cada almofada de vareta dependerá da marca da vareta utilizada.
5. Monte os vários componentes juntos e insira a vareta nos furos por baixo da manga da placa(Figura 1F).
6. Coloque a manga da placa dentro da caixa para que seu entalhe esteja alinhado com a abertura da caixa.
7. Coloque o slide dentro da manga da placa para que seus furos se alinhem com a entrada.
8. Coloque o telefone na parte superior da caixa com a lente da câmera traseira voltada para o buraco de visualização para permitir a imagem. Certifique-se de que a visibilidade da câmera não é ocluída verificando a imagem na tela do telefone antes dos testes. O aplicativo ativará a lanterna no telefone automaticamente.
9. Leia a instrução para alinhamento telefônico(Figura 2D) e alinhe o telefone de acordo para que a vareta coincida com os limites da sobreposição retangular preta na tela(Figura 2E).
10. Clique no botão Iniciar na janela do aplicativo para iniciar o teste.
    NOTA: Isso abrirá a câmera do telefone para ler o código QR uma vez em exibição(Figura 2F).

3. Realizar o teste

1. Deposite urina no orifício de entrada com um tubo descartável de transferência de polietileno contendo aproximadamente 0,5 mL de urina(Figura 3).
   NOTA: A quantidade exata de líquido não é importante, mas deve ser de pelo menos 0,5 mL para garantir que todos os furos recebam urina suficiente. Ao adicionar o líquido, observe que ele se move através da entrada e é depositado em cada buraco do slide.
2. Inicie o teste empurrando o slide para a manga da placa até que seja parado pela parada da placa base.
   NOTA: A urina deve fazer contato com a almofada de vareta quando o código QR estiver no campo de visão do celular. Após a leitura do código QR, o aplicativo abrirá uma janela para analisar as alterações de cor (Figura 2G) e mostrará os resultados automaticamente dentro da mesma janela(Figura 2H).
3. Descarte a urina adequadamente e limpe a manga da placa e deslize com 10% de solução de alvejante e enxágue novamente com água desomangada. Deixe-o secar antes do uso adicional.

Resultados

A Figura 4 demonstra como a urina é transferida para a vareta durante um teste de urina. Durante um teste típico, a transferência de urina não é observável porque a caixa oclui a vista. Uma vez que a amostra seja depositada na entrada usando uma pipeta (Passo 3.1), ela preencherá os orifícios na lâmina(Figura 4A). Figura 4B e Figura 4C, respectivamente,mostram o movimento progressivo da urina através da...

Discussão

A tradicional urina de vareta é acessível e conveniente, mas requer atenção manual aos detalhes para produzir resultados precisos. A urina de vareta manual está sujeita a condições variáveis de iluminação, diferenças individuais de percepção de cores e contaminação cruzada. Muitas clínicas e hospitais já possuem instrumentos para automatizar a análise de vareta de urina, mas os instrumentos geralmente são volumosos, caros e ainda dependem do desempenho adequado do método dip-wipe. Além disso, esses instrumentos requerem ...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Folha de acrílico fundido preto 12 "x 24" x 1/8 "	McMaster Carr	8505K742	$14.27
Adesivo de gráfico	Stickeryou.com		$12.39
Folha de acrílico fundido transparente resistente a arranhões e UV 12 "x 24" x 1/16 "	McMaster Carr	8560K172	$9.52
pipeta de transferência de polietileno descartável	Marca	Fischer13-711-9AM	lote# : 14311021
Fortus ABS-M30	Stratasys	345-42207	lote# : 108078
Githut: https://github.com/Iftak/UrineTestApp
Innovating Science - Fluidos de Reposição para Kit de Teste de Diagnóstico de Urinálise (IS3008)	Amazon		$49
Cimento Não Branqueador para Acrílico Scigrip 4, 4 oz. Lata	MCM	7517A1	$9.22
Base de tratamento repelente de 274232 Rust-Oleum - 9 oz e top-coat 9 oz , Frosted Clear	Amazon	Cor: Frosted Clear	$ 6,99
Tiras de reagente de urinálise 10 painéis (100 testes) MISSION BRAND	Medimpex United, Inc	MUI-MS10	$ 10,59