Перерабатывающие Ватные Аналитические приборы
30 августа 2016 г.
Чтобы исследовать простые подходы к изготовлению для нескольких потребностей в анализе, мы создали систему каналов, поглощающих жидкость, из хлопчатобумажного материала. Это устройство было использовано для создания платформы множественного обнаружения и решения проблем загрязнения, которые обычно затрагивают биомедицинские устройства на основе бокового потока, для клинического анализа мочи на нитриты, общий белок и уробилиноген.
Общая цель этого протокола состоит в том, чтобы изготовить аналитическое устройство из легкодоступного материала, хлопка, для использования в анализе. Главное преимущество такой техники заключается в том, что устройство легко изготовить. Он очень недорогой, может использоваться для нескольких анализов и быстро собирается.
Аналитический метод с прибором чувствителен к обнаружению образцов и реакционных загрязнений. Демонстрировать процедуру будет Шанг-Чи Линь, который сыграл важную роль в разработке этого метода. Начните с подготовки тест-полоски приборами.
Во-первых, определите гидрофобность очищающей ваты для тест-полосок с помощью стандартного измерения угла контакта с каплями деионизированной воды. Затем приступайте к изготовлению аналитического прибора на основе хлопка, разрезая очищающий хлопок на кусочки размером 5,5 сантиметра на один сантиметр. Используйте резак для бумаги.
Следующим этапом является сверление наборов из трех отверстий диаметром 0,5 сантиметра в листе пленки для ламинации. Сверлите отверстия рядами с расстоянием между отверстиями один сантиметр. Из каждого набора отверстий получается тестовая полоска, а на стандартный лист ламинационной пленки можно уместить до 36 полосок.
Затем проложите очищающую вату между просверленным листом пленки для ламинации и непросверленным листом пленки для ламинирования. Затем используйте стандартный ламинатор для упаковки устройства. Теперь вырезаем отдельные 5,5 на один сантиметр тестовые полоски приборов из сборки.
Чтобы сделать стандартные кривые трех тестовых решений, необходимо 48 полосок. На каждой тестовой площадке с помощью острого лезвия сделайте небольшой канал от центра каждой тестовой зоны к гидрофильному слою продольного устройства. Будьте осторожны, чтобы разрезать устройство только наполовину.
Теперь вставьте диски хроматографической бумаги диаметром полсантиметра в каждое из трех отверстий. Пленка для ламинирования должна иметь небольшую кромку, под которую можно подправить края подушечки. Для полоски для анализа мочи покройте нитритные тестовые диски раствором индикатора нитритов.
Нанесите на пробирную площадку для анализа белка раствор индикатора BSA. И покройте блокнот для анализа уробилиногена индикатором уробилиногена. Дайте полоскам полностью высохнуть при температуре окружающей среды, прежде чем продолжить.
Для каждого приготовленного стандарта опустите поглощающий конец подготовленного устройства в стандартный раствор на десять секунд. Каждая полоска должна впитать от 200 до 300 микролитров раствора. Подготовьте три тест-полоски для каждой стандартной испытуемой концентрации.
Подождите десять минут, чтобы колориметрическая реакция завершилась при комнатной температуре. Теперь просканируйте устройства, чтобы проанализировать цвет каждой тестовой площадки. Используйте настольный сканер в режиме RGB и на 600 dpi.
Анализируйте отсканированное изображение с помощью стандартного программного обеспечения, такого как ImageJ. После открытия отсканированных файлов изображений выберите изображение в командах меню и выберите Тип, чтобы преобразовать изображения RGB в 8-битные оттенки серого. Затем с помощью овального инструмента на панели инструментов выберите аналитическую область тестовой площадки.
Затем выберите «Анализ» в командах меню и выберите «Измерить», чтобы проанализировать интенсивность цвета. Исходя из результатов средней интенсивности, постройте стандартные кривые для анализов. В этом случае аппроксимируйте стандартную кривую для нитритного анализа с помощью квадратичной модели, а стандартные кривые для общего белка и уробилиногена подогнайте с помощью линейных регрессионных моделей.
На гидрофобном интерфейсе изготовленного устройства угол контакта с внешним хлопком был измерен под углом 127 градусов, плюс-минус 5 градусов. С помощью приборов были построены стандартные кривые для установления пределов обнаружения для каждого анализа. Для нитритов предел обнаружения составлял 0,147 миллимоляра.
Для бычьего сывороточного альбумина, белкового тестового раствора, предел обнаружения составлял 3,7 микромоляра. Для уробилиногена предел обнаружения составлял 4,9 миллиграмма на литр. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как изготавливать приборы для диагностики хлопка с гидрофобностью внешнего слоя, которая помогает избежать загрязнения.
После освоения этой техники ее можно сделать за один или два часа, если она выполнена правильно. При попытке выполнить эту процедуру важно определить гидрофобность внешнего слоя очищающей ваты путем измерения угла контакта.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлена система жидкопоглощающих каналов, изготовленная из хлопчатобумажного материала и предназначенная для различных видов анализа. Устройство позволяет решить проблему контаминации, характерную для биомедицинских устройств на основе латерального потока, в частности, при проведении клинического анализа мочи.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биомедицинская инженерия
- Аналитическая химия
- Клиническая диагностика
Теоретические основы
- Загрязнение может существенно повлиять на точность анализов с использованием метода латерального потока.
- Традиционные материалы, используемые в диагностических устройствах, могут быть дорогостоящими и сложными в изготовлении.
- Хлопок является легкодоступным и недорогим материалом, подходящим для изготовления таких устройств.
- С помощью одной конструкции устройства можно проводить несколько различных анализов.
Цель исследования
- Разработать недорогое и простое в изготовлении аналитическое устройство.
- Создать платформу для проведения нескольких анализов, включая определение нитритов, общего белка и уробилиногена.
- Решить проблему загрязнения образцов при клиническом анализе мочи.
Используемые методы
- Изготовление системы жидкопоглощающих каналов из хлопка.
- Создание платформы для множественного детектирования.
- Тестирование устройства на чувствительность к загрязнению образца и реакции.
- Демонстрация процедуры экспертом в данной области.
Основные результаты
- Устройство на хлопковой основе эффективно абсорбирует жидкости и подходит для проведения нескольких видов анализов.
- Проблемы с контаминацией были значительно снижены по сравнению с традиционными методами.
- Устройство оказалось недорогим и быстрым в сборке.
- Продемонстрирована чувствительность при определении аналитов, значимых для клинического анализа мочи.
Выводы
- Устройство на основе хлопка является жизнеспособной альтернативой для анализов с боковым потоком.
- Оно предлагает практическое решение проблем загрязнения в клинических условиях.
- Данная инновация может повысить достоверность результатов анализа мочи.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Это аналитическое устройство на основе хлопка представляет собой недорогое и быстро развертываемое решение для многокомпонентного анализа в условиях ограниченных ресурсов. Благодаря использованию естественных абсорбционных и гидрофобных свойств целлюлозных волокон, данная платформа позволяет проводить устойчивые к загрязнениям анализы с боковым потоком для клинического анализа мочи. Простота и масштабируемость устройства обеспечивают возможность раннего скрининга биомаркеров и оптимизацию рабочих процессов разработки анализов в биофармацевтических исследованиях и разработках.
Стратегические области применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: обеспечивает быстрый скрининг потенциальных биомаркеров в моче с использованием показателей нитритов, белка и уробилиногена.
- Практическая ценность: сокращает время разработки анализа благодаря применению многофункциональных тест-полосок, которые легко изготовить и которые требуют минимального инструментального оснащения.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Предлагает воспроизводимый формат латерального потока для оптимизации колориметрических анализов с определенными пределами обнаружения (нитрит: 0.147 mM, BSA: 3.7 µM, уробилиноген: 4.9 mg/L).
- Практическая ценность: Обеспечивает высокопроизводительное изготовление тест-полосок (до 36 устройств на одном листе ламинации) для оптимизации анализа и обеспечения согласованности между партиями.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: облегчает фармакокинетический и фармакодинамический мониторинг в доклинических моделях с помощью неинвазивного отбора проб мочи.
- Практическая ценность: позволяет проводить лонгитюдное отслеживание биомаркеров при минимальном объеме образца и сниженном риске перекрестного загрязнения.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данное устройство встраивается в рабочий процесс от начального этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая быстрый и доступный метод количественного определения аналитов в моче, что позволяет принимать решения о целесообразности дальнейшей разработки при идентификации ведущих соединений.
- Биология открытий: Обеспечивает проверку гипотез о модуляции метаболических или почечных путей посредством количественного измерения биомаркеров в моче.
- Скрининг: Позволяет стандартизировать анализ за счет подготовки гидропонного хлопка и проверки краевого угла смачивания для обеспечения воспроизводимости между партиями.
- Аналитика: Позволяет получать количественные данные об интенсивности окрашивания, которые можно преобразовать в кривые концентрации с помощью ImageJ и регрессионного моделирования.
- Трансляционные исследования: Обеспечивает преемственность использования биомаркеров мочи на этапах от открытия до доклинической валидации для мониторинга взаимодействия с мишенью и безопасности.
- Корпоративное повторное использование: Представляет собой платформенную технологию, которую можно адаптировать для анализа различных панелей аналитов, помимо анализа мочи, путем простого перенанесения покрытия на прокладки.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов в анализах биомаркеров за счет минимизации ложных сигналов, вызванных загрязнением образцов или реагентов.
- Операционная ценность: обеспечивает экономически эффективное и масштабируемое производство анализов с временем сборки менее двух часов после обучения.
- Стратегическая ценность: снижает затраты на биологическое снижение рисков, обеспечивая раннюю валидацию мочевых биомаркеров на этапе поиска.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации мишеней с поправкой на риск за счет использования неинвазивных, клинически применимых методов считывания данных.
Особенности реализации
- Требуется базовый навык измерения краевого угла смачивания для оценки гидрофобности хлопка (целевое значение ~127°).
- Необходим доступ к ламинатору, прецизионному резаку и дыроколу для подготовки ламинирующей пленки.
- Требуются стандартизированные протоколы нанесения покрытий для индикаторных растворов, специфичных для конкретного анализа (нитриты, BSA, уробилиноген).
- Требуется возможность анализа изображений (например, ImageJ) для преобразования в градации серого и измерения интенсивности.
- Эффективность зависит от точной глубины прорезания каналов (наполовину толщины устройства) для обеспечения надлежащего капиллярного перемещения жидкости.
