A rápida e sem produtos químicos dosagem de hemoglobina com Photothermal angular de espalhamento de luz
Summary
A photo-thermal angular light scattering (PT-AS) sensor enables the rapid and chemical-free hemoglobin assay of nanoliter-scale blood samples. Here, details of the PT-AS setup and a measurement protocol for the hemoglobin concentration in blood are provided. Representative results for anemic blood samples are also presented.
Abstract
Foto�t�rmica angular de espalhamento de luz (PT-AS) é um método óptico de novo para a medição da concentração de hemoglobina ([Hb]) de amostras de sangue. Com base na resposta fototérmico intrínseca de moléculas de hemoglobina, o sensor permite alta sensibilidade, medida livre de produtos químicos de [Hb]. [Hb] capacidade de detecção com um limite de 0,12 g / dl ao longo do intervalo de 0,35-17,9 g / dl foi demonstrada anteriormente. O método pode ser facilmente implementada usando dispositivos electrónicos de consumo de baixo custo, tais como um ponteiro laser e uma webcam. O uso de um tubo de micro-capilar como um recipiente para o sangue também permite que o ensaio de hemoglobina com um volume de sangue escala nanolitros e um baixo custo de operação. Aqui, são apresentados instruções detalhadas para os procedimentos de processamento de instalação e de sinal PT-AS óptica. Protocolos experimentais e resultados representativos para as amostras de sangue em condições anémicas ([Hb] = 5,3, 7,5, e 9,9 g / dL) são também fornecidos, e as medições são comparadas com as froma analisador hematológico. Sua simplicidade na implementação e operação deve permitir a sua ampla adoção em laboratórios clínicos e contextos de recursos limitados.
Introduction
Um exame de sangue é comumente realizada para avaliar a saúde humana em geral e para detectar biomarcadores relacionados a certas doenças. Por exemplo, a concentração de colesterol no sangue serve como um critério para a hiperlipidemia, que está estreitamente relacionada com doenças cardiovasculares e pancreatite. O conteúdo de glicose no sangue deve ser medida com frequência, pois o nível de glicose está associada a complicações tais como cetoacidose diabética e síndrome hiperosmolar hiperglicêmicos. doenças graves como a malária, o vírus da imunodeficiência humana e síndrome da imunodeficiência adquirida são diagnosticadas através de exames de sangue, e quantificação dos componentes do sangue, incluindo eritrócitos, trombócitos, leucócitos e permite o rastreio de pâncreas e doenças renais.
A hemoglobina (Hb), um componente crítico de sangue, torna-se cerca de 96% dos eritrócitos, e transporta o oxigénio para órgãos humanos. alteração significativa da sua concentração de massa ([Hb]) pode indicar-memudanças tabolic, doença hepatobiliar, e distúrbios neurológicos, cardiovasculares e endocrinológicos 1. [Hb] é, portanto, rotineiramente medidos em exames de sangue. Em particular, pacientes anêmicos, pacientes de diálise, e as mulheres grávidas são fortemente recomendados para monitorar [Hb] como uma tarefa vital 2.
Vários métodos de detecção [Hb] foram assim desenvolvidos. O método da hemoglobina cianeto, uma das técnicas mais comuns para [Hb] quantificação, emprega cianeto de potássio (KCN), para destruir a bicamada lipídica de eritrócitos 3. A hemoglobina cianeto produzido pelo exposições químicas alta absorção em torno de 540 nm; Assim, [Hb] medições podem ser feitas através de análise colorimétrica. Este método é amplamente utilizado devido à sua simplicidade, mas os produtos químicos utilizados (por exemplo, KCN e óxido dimethyllaurylamine) são tóxicos para os seres humanos eo meio ambiente. O regime de hematócrito mede a relação do volume de células vermelhas do sangue em comparação com o volume total de sangueume através da separação centrífuga; no entanto, exige um volume relativamente grande de sangue (50-100 ul) 4. Espectrofotometria de métodos de medida [Hb] precisamente sem produtos químicos, mas medições em vários comprimentos de onda e um volume de sangue grande são necessárias 5,6. Da mesma forma, vários métodos ópticos para medir [Hb] têm sido propostos, incluindo os métodos de detecção baseadas em luz-se espalhando, mas as suas precisões de medição dependem fortemente da precisão do modelo de sangue teórica.
Para superar estas limitações, [Hb] métodos de detecção baseados no efeito fototérmico (PT) de Hb recentemente têm sido propostos 7. Hb, que é composto principalmente de óxidos de ferro, absorve a luz a 532 nm e converte a energia da luz em calor 8-10. Este aumento de temperatura PT pode ser detectado opticamente por medição de uma alteração no índice de refracção (RI) de amostras de sangue. Yim et ai. empregada espectral-domain reflectometr de coerência ópticaY para medir a alteração óptica caminho de comprimento PT numa câmara contendo 11 sangue. Embora o método permite a livre de produtos químicos e directa [Hb] medição, a utilização de um espectrómetro e um arranjo de interferometria pode dificultar a sua miniaturização. Recentemente, apresentado um método de detecção alternativo [Hb], denominado sensor de foto�t�rmica angular de espalhamento de luz (PT-AS), que é mais adequado para a miniaturização do dispositivo 12. O sensor PT-AS explora a sensibilidade elevada RI da interferometria de dispersão de volta (BSI) para medir as mudanças PT no RI de uma amostra de sangue dentro de um tubo capilar. BSI têm sido utilizados para medir RI de várias soluções de 13-15 e para monitorar interacções bioquímicas em solução livre 16. O sensor PT-AS emprega disposição óptica semelhante à do BSI, mas combina configuração de excitação fototérmica para medir aumento PT de RI em amostras de sangue. Princípios de funcionamento do BSI e os sensores de PT-AS são descritos em detalhe noutro lugar <sup> 12,15. PT-demonstrado como sensor de medição de alta sensibilidade [Hb] ao longo de um largo intervalo de detecção (0,35-17,9 g / dl) e é capaz de funcionar com volumes de amostra de <100 nl. Sem o pré-condicionamento de amostra de sangue é necessário, e o tempo de medição é apenas ~ 5 seg. Aqui, a montagem experimental e um protocolo de medição detalhada são descritos. Os resultados representativos PT-AS são fornecidos usando amostras de sangue de pacientes anêmicos, e os resultados são comparados com os de um analisador hematológico para avaliar a precisão do sensor PT-AS.
Protocol
Representative Results
Discussion
O sensor PT-AS representa um método totalmente óptica capaz de medição direta [Hb] de amostras de sangue não transformados. O método quantifica [Hb] no sangue, utilizando a resposta PT intrínseca de moléculas de hemoglobina em eritrócitos. Sob iluminação pela luz de 532 nm, as moléculas de hemoglobina absorver a energia da luz e produzir calor. O aumento da temperatura resultante altera o RI da amostra de sangue. A sensibilidade elevada RI da BSI foi explorada para medir esta mudança RI no sangue. Anteriorm…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the research programs of the National Research Foundation of Korea (NRF) (NRF-2015R1A1A1A05001548 and NRF-2015R1A5A1037668).
Materials
| 650nm laser pointer | LASMAC | LED-1 | Probe light |
| Hollow round glass capillaries | Cm Scientific | CV2033 | Blood sample container |
| Webcam | Logitech | C525 | CMOS optical sensor |
| 532-nm DPSS laser | CNI Laser | MGL-Ⅲ-532 | Photothermal light source |
| Optical chopper system | Thorlabs | MC2000-EC | Optical chopper |
| Plastic long-pass filter | Edmund Optics | #43-942 | To reject 532-nm PT excitation light |
| Fiber clamp | Thorlabs | SM1F1-250 | Capillary tube fixture |
| EDTA coated blood sampling tube | Greiner Bio-One | VACUETTE 454217 | Blood sampling & anticoagulating |
| Hematology analyzer | Siemens AG | ADVIA 2120i | Reference hematology analyzer |
References
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