Una rapida e chimico-libera emoglobina Assay con Photothermal angolare Light Scattering
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
Photo-termica angolare light scattering (PT-AS) è un metodo ottico innovativo per la misurazione della concentrazione di emoglobina ([Hb]) dei campioni di sangue. Sulla base della risposta fototermico intrinseca delle molecole di emoglobina, il sensore permette ad alta sensibilità, misura privo di sostanze chimiche di [Hb]. [Hb] capacità di rilevazione con un limite di 0,12 g / dl nel range di 0,35 – 17.9 g / dl è stata dimostrata in precedenza. Il metodo può essere facilmente implementato utilizzando dispositivi elettronici economico consumo come un puntatore laser e una webcam. L'uso di un tubo micro-capillare come un contenitore di sangue permette anche il dosaggio dell'emoglobina con un volume di sangue nanolitro scala ed un basso costo di esercizio. Qui, istruzioni dettagliate per le procedure di elaborazione di impostazione PT-AS ottica e di segnale sono presentati. protocolli sperimentali e risultati rappresentativi per i campioni di sangue in condizioni anemici ([Hb] = 5,3, 7,5, e 9,9 g / dl) sono anche previste, e le misurazioni vengono confrontati con quelli froma analizzatore ematologico. La sua semplicità di implementazione e gestione dovrebbe consentire la sua ampia adozione nei laboratori clinici e di risorse limitate.
Introduction
Un esame del sangue è comunemente eseguita per valutare la salute umana in generale e per rilevare i biomarcatori legati a determinate malattie. Ad esempio, la concentrazione di colesterolo nel sangue serve come criterio per iperlipidemia, che è strettamente correlato a malattie cardiovascolari e pancreatite. Il contenuto di glucosio nel sangue devono essere misurati di frequente, come il livello di glucosio è associata a complicazioni come la chetoacidosi diabetica e la sindrome iperosmolare iperglicemici. gravi malattie come la malaria, il virus dell'immunodeficienza umana e la sindrome da immunodeficienza acquisita sono diagnosticati da esami del sangue, e la quantificazione dei componenti del sangue, tra cui eritrociti, trombociti, leucociti e consente lo screening del pancreas e malattie renali.
L'emoglobina (Hb), una componente fondamentale del sangue, rappresenta circa il 96% degli eritrociti, e trasporta l'ossigeno a organi umani. alterazione significativa della sua concentrazione di massa ([Hb]) può indicare memodifiche tabolic, malattie epatobiliari e neurologiche, cardiovascolari e disturbi endocrinologici 1. [Hb] è quindi regolarmente misurato in esami del sangue. In particolare, i pazienti anemici, pazienti in dialisi, e le donne in gravidanza sono fortemente raccomandati per il monitoraggio [Hb] come un compito di vitale importanza 2.
Sono stati così sviluppati diversi [Hb] metodi di rilevamento. Il metodo emoglobina cianuro, una delle tecniche più comuni per [Hb] quantificazione, impiega cianuro di potassio (KCN) per distruggere il doppio strato lipidico di eritrociti 3. L'emoglobina cianuro prodotto dalla esposizioni chimiche ad alto assorbimento intorno a 540 nm; quindi, [Hb] misurazioni possono essere effettuate tramite analisi colorimetrica. Questo metodo è ampiamente utilizzato per la sua semplicità, ma i prodotti chimici utilizzati (ad esempio, KCN e ossido dimethyllaurylamine) sono tossici per l'uomo e per l'ambiente. Il regime ematocrito misura il rapporto del volume dei globuli rossi rispetto al totale vol sangueume attraverso separazione centrifuga; tuttavia richiede un volume relativamente grande di sangue (50-100 ml) 4. Spettrofotometria metodi di misura [Hb] appunto senza alcun prodotto chimico, ma misure a lunghezze d'onda multiple e un grande volume di sangue sono necessari 5,6. Analogamente, sono stati proposti diversi metodi ottici di misura [Hb] compresi metodi di rilevamento basato su luce-dispersione, ma i loro precisione delle misure dipende fortemente dalla precisione del modello sangue teorico.
Per superare queste limitazioni, sono stati recentemente proposti [Hb] metodi di rilevamento basati sull'effetto fototermico (PT) di Hb 7. Hb, che è composto principalmente da ossidi di ferro, assorbe la luce a 532 nm e converte l'energia luminosa in calore 8-10. Questo aumento di temperatura PT può essere rilevato otticamente misurando una variazione dell'indice di rifrazione (RI) dei campioni di sangue. Yim et al. impiegato spettrale-dominio di coerenza ottica reflectometry per misurare la variazione ottica percorso di lunghezza PT in una camera di sangue contenente 11. Sebbene il metodo consente chemical free e misurazione diretta [Hb], l'uso di uno spettrometro e una disposizione interferometrica possono ostacolare la sua miniaturizzazione. Recentemente abbiamo presentato un metodo di rivelazione [Hb], chiamato sensore foto-termico angolare light scattering (PT-AS), che è più adatto per il dispositivo di miniaturizzazione 12. Il sensore PT-AS sfrutta l'elevata sensibilità RI dell'interferometria retrodiffusione (BSI) per misurare le variazioni nel PT RI di un campione di sangue all'interno di un tubo capillare. BSI sono stati utilizzati per misurare RI di varie soluzioni 13-15 e per monitorare le interazioni biochimiche in soluzione free 16. Il sensore PT-AS impiega disposizione ottica simile come in BSI, ma combina l'installazione di eccitazione fototermico per misurare aumento PT di RI in campioni di sangue. principi di funzionamento del BSI e sensori PT-AS sono descritti in dettaglio altrove <sup> 12,15. PT-AS sensore dimostrato alta sensibilità di misura [Hb] in un ampio campo di rilevamento (0,35-17,9 g / dl) ed è in grado di funzionare con volumi di campione di <100 nl. Non è richiesto alcun condizionamento del campione di sangue, e il tempo di misurazione è solo ~ 5 sec. Qui, l'apparato sperimentale e una dettagliata protocollo di misurazione sono descritti. Risultati rappresentativa PT-AS sono forniti utilizzando campioni di sangue di pazienti anemici, ed i risultati vengono confrontati con quelli di un analizzatore ematologico per valutare la precisione del sensore PT-AS.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il sensore PT-AS rappresenta un metodo completamente ottica in grado di misurare direttamente [Hb] di campioni di sangue non trasformati. Il metodo quantifica [Hb] nel sangue utilizzando la risposta PT intrinseca di molecole di emoglobina negli eritrociti. Sotto illuminazione da luce 532 nm, le molecole di Hb assorbono l'energia luminosa e producono calore. L'aumento di temperatura risultante cambia il RI del campione di sangue. L'elevata sensibilità del RI di BSI è stata sfruttata per misurare questo camb…
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 |
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