Summary
Dipstick urinanalyse er en hurtig og overkommelig metode til at vurdere ens personlige sundhedstilstand. Vi præsenterer en metode til at udføre nøjagtig, billig dipstick urinanalyse, der fjerner de primære fejlkilder forbundet med traditionelle dip-and-wipe protokoller og er enkel nok til at blive udført af læg-brugere derhjemme.
Abstract
Dipstick urinanalyse giver hurtige og overkommelige skøn over flere fysiologiske forhold, men kræver god teknik og træning til at bruge præcist. Manuel ydeevne dipstick urinanalyse bygger på god menneskelig farve vision, korrekt belysning kontrol, og fejlbehæftede, tidsfølsomme sammenligninger til diagram farver. Ved at automatisere de vigtigste trin i dipstick urinanalysetesten kan potentielle fejlkilder elimineres, så du kan teste sig selv derhjemme. Vi beskriver de trin, der er nødvendige for at oprette en tilpasselig enhed til at udføre automatiseret urinanalysetest i ethvert miljø. Enheden er billig at fremstille og enkel at samle. Vi beskriver de vigtigste trin, der er involveret i at tilpasse det til den valgte dipstick og til tilpasning af en mobiltelefonapp til at analysere resultaterne. Vi demonstrerer dens anvendelse til at udføre urinanalyse og diskutere de kritiske målinger og fabrikationstrin, der er nødvendige for at sikre robust drift. Vi sammenligner derefter den foreslåede metode med dip-and-wipe-metoden, guldstandardteknikken til dipstick urinanalyse.
Introduction
Urin er en ikke-invasiv kilde til flere metaboliske indikatorer for sygdom eller sundhed. Urinanalyse, den fysiske og / eller kemiske analyse af urin, kan udføres hurtigt for at opdage nyresygdom, urinvejssygdomme, leversygdom, diabetes mellitus og generel hydrering1. Urinanalysepinde er overkommelige, halvktatiske diagnostiske værktøjer, der er afhængige af kolorimetriske ændringer for at angive omtrentlige fysiologiske niveauer. Hver dipstick kan udføre en bred vifte af assays, herunder test for pH, osmolalitet, hæmoglobin / myoglobin, hæmaturi, leukocyte esterase, glukose, proteinuria, nitrit, keton og bilirubin2. Princippet om dipstick urinanalyse bygger på forekomsten af en tidsindstartet reaktion, hvorigennem en farveændring på dipstick pad kan sammenlignes med et diagram for at bestemme analysandkoncentration3. I betragtning af deres overkommelighed og brugervenlighed er dipsticks et af de mest almindelige værktøjer til urinanalyse i sundhedssektoren.
Traditionelt dipstick urinanalyse er afhængig af en uddannet sygeplejerske eller medicinsk tekniker til manuelt at indsætte dipstick i en kop urinprøve, tørre overskydende urin, og sammenligne farve puder til diagram farver på bestemte tidspunkter. Mens dip-and-wipe-metoden er guldstandarden for dipstickanalyse, begrænser dens afhængighed af menneskelig visuel vurdering de kvantitative oplysninger, der kan opnås. Desuden kræver de to manuelle trin i dipstick urinanalyse – dip-wipe trin og kolorimetrisk resultatsammenligning – præcis teknik, hvilket begrænser muligheden for pålidelig test i hjemmeindstillinger af patienter direkte. Krydskontaminering af prøvepuderne på grund af aftørring kan forårsage unøjagtige farveændringer. Derudover kan inkonsekvente mængder som følge af manglende volumenkontrol under aftørring resultere i ukorrekt måling af analysandkoncentrationer. Det er vigtigt, at tiden mellem dypning af urinen (dvs. starten af analysen) og sammenligning med et diagram er afgørende for en nøjagtig analyse af resultaterne og er en enorm potentiel kilde til menneskelige fejl. Vanskeligheden ved manuel kolorimetrisk sammenligning er, at mange puder skal læses på samme tid, mens nogle puder læses på forskellige tidspunkter. Selv perfekt timede farvesammenligninger afhænger stadig af den menneskelige læsers synsstyrke, som kan lide af farveblindhed eller opfatte forskellige farver i forskellige belysningsmiljøer4. Disse udfordringer understreger, hvorfor klinikere kun kan stole på dipstick urinanalyse udført af uddannet personale. Et automatiseret urinanalysesystem kunne dog løse alle ovennævnte problemer ved at eliminere behovet for manuelle dip-wipe-trin, indarbejde timingkontroller og muliggøre samtidige farvesammenligninger med kalibrerede farvereferencer. Dette vil igen reducere brugerfejl, hvilket giver mulighed for mulig vedtagelse i hjemmeindstillinger.
I de sidste 20 år har automatiske analysatorer været ansat til at læse resultaterne af dipstick urintest med samme nøjagtighed som eller overstiger visuel analyse5. Mange klinikker og læge kontorer bruger sådanne maskiner til hurtigt at analysere og udskrive traditionelle dipstick resultater. De fleste urinanalysemaskiner minimerer visuelle inspektionsfejl og sikrer konsistens i resultat6. De er nemme at bruge og mere effektive end manuel inspektion, men kræver stadig, at brugeren udfører dip-wipe-metoden korrekt. Disse maskiner har derfor begrænset evne til at blive betjent af utrænede personer såsom hjemmebrugere; Desuden er de ekstremt dyre.
For nylig har mobiltelefoner vist sig som et ressourcestærkt værktøj til forskellige biologiske kolorimetriske målinger7,8,9,10, herunder til urinanalyse11,12,13. I betragtning af deres telemåling kapaciteter og høj billedbehandling opløsning, mobiltelefoner er blevet effektive sundhedspleje analytiske enheder14,15. Faktisk fda har ryddet flere smartphone-baserede hjem urinprøver16,17,18. Nogle af de nye smartphone-baserede kommercielle produkter indarbejde etablerede urinanalyse dipsticks, mens andre har proprietære colorimetric puder. Alle sådanne produkter har proprietære metoder til kalibrering til forskellige lysforhold på tværs af forskellige telefontyper. Stadig, et problem med disse løsninger er, at brugeren manuelt skal tage et billede på det rigtige tidspunkt ud over at udføre en ordentlig manuel dip-wipe metode (dvs. uden krydskontaminering). Især kontrollerer ingen af disse tests den mængde, der deponeres på dipsticks, som vi har fundet kan påvirke farveændringen19 og fortolket fysiologisk resultat. De nuværende huller og omkostninger i arbejdsgangene for disse enheder tyder på et ekstra behov for at muliggøre en menneskefri, volumenstyret urinaflejringsprocedure og håndfri dipstickfotografering.
Vi beskriver en protokol for volumenstyret, automatiseret dipstick urinanalyse uden behov for et manuelt dip-wipe trin. Nøglen til den automatiserede proces er en enhed19, hvis underliggende princip er baseret på SlipChip20, og som overfører væske mellem forskellige lag ved hjælp af overfladekemieffekter. Kort sagt tvinger den hydrofobe belægning på overførselsrutsjebanen og det omgivende pladeærme væsken til at bevæge sig ubesværet gennem enheden og til at slippe på dipstickpuden, når diaset er i sin endelige position, hvorefter den nederste hydrofobe barriere udskiftes med luft. Derudover standardiserer den koordinerede lysblokerende boks lysforholdene, kameravinklen og afstanden til kamerafokus for at sikre nøjagtige og repeterbare resultater, der ikke påvirkes af omgivende lysforhold. En ledsagende softwareapp automatiserer optagelsen af billeder og kolorimetrisk analyse. Efter beskrivelse af protokollen giver vi repræsentative resultater af urinanalysetesten under forskellige forhold. Sammenligninger med standardmetoden for dip-wipe viser pålideligheden af den foreslåede metode.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Fabrikere og samle urinanalyse enheden
- Basispladen fremstilles(Figur 1A).
- Brug en computerstøttet designsoftware (CAD) til at tegne et rektangulært område med dimensionerne 2,1641 i x 0,0547 i x 6,3828 i (W x H x L) ved hjælp af polylinjeværktøjet.
- Måle testområdet (rektangulært område, der omfatter afstanden mellem den første og den sidste pude og bredden af puderne) på dipsticket.
BEMÆRK: Disse oplysninger er nødvendige for at trække de gennemgående huller, der holder dipsticket på plads og adskiller væsken mellem puderne (for at forhindre krydskontaminering). - Tilføj gennemgående huller, der efterligner størrelsen og placeringen af hver testpude i testområdet.
- Tegn to hævede sideafsatser, der måler 2,1641 i x 0,6797 i (W x L).
- Tegn et stop (0,1172 ind med 0,2109 i (W x L)) ved hjælp af polylinjeværktøjet for at lette justeringen mellem bundpladen og diaset. Stop skal være vinkelret på afsatserne og fysisk stopper diaset fra at bevæge sig passerede urin dipstick puder.
- Vælg linjerne for stop og afsats for at oprette ét område ved hjælp af kommandoen Område. Brug kommandoen Ekstrudering til at hæve området op til en højde på 0,0703 ind. Gentag dette trin på den anden side af enheden.
- Opret et hak (0,1895 ind med 0,3500 i (W x L)) på begge afsatser for at lette tilpasningen til kassen. Placer den 0,466 ind fra kanten af afsatsen. Brug kommandoen Område til at oprette et rektangel og gøre ekstruderingshøjden 0,1250 ind.
- Brug kommandoen Massiv subtraher, vælg enhed, tryk på Enter, vælg hakområdet, og tryk på Enter. Gentag på den anden side af enheden.
BEMÆRK: Figuren fjernes fra enheden. - Udskriv bundpladen på en 3D-printer, og sand det øverste flade område mellem afsatserne med sandpapir for at ru overfladen.
BEMÆRK: Slibning er vigtig, så den hydrofobe belægning kan klæbe sikkert til bundpladen. - Tape afsatserne med tape (for at undgå sprøjtning af afsatserne) og spray bundpladen med en hydrofobisk spray. Påfør flere (4-8) lag af basecoaten på bundpladen. Hold dåsen ca. 8-12 tommer væk fra bundpladen, når du sprøjter. Enheden skal have et mælkehvid udseende ved tørring.
ADVARSEL: Følg producentens anvisninger for at finde et passende sted og personlige værnemidler til sprøjtning. - Vent 30 minutter, før topcoaten påføres flere gange (6-8x). Lad bundpladen tørre i 12 timer før brug. Fjern båndet fra afsatserne.
- Fremstilling af toppladen(Figur 1B).
- Tegn et rektangulært område for at måle 2,05 i x 5,470 i (W x L) i en CAD-software ved hjælp af polylinjeværktøjet.
- Der tilsættes et rektangulært gennemhul ("visning gennem hullet") lidt større end størrelsen af prøveområdet på prøvepinden (f.eks. 0,230 i x 3,147 i (W x L)). Placer den 0,921 ind fra toppen, 1,165 ind fra venstre og 1,165 ind fra toppladens højre kant.
- Tegn et sekund gennemgående hul ("Indløbshullet") på størrelse med 0,075 i x 3,146 i (W x L). Placer den 0,236 ind fra den nederste kant, 1,737 ind fra den øverste kant og 1,162 ind fra venstre og højre kant af toppladen.
- Skær toppladen fra et stykke klar akryl med en laserskærer. Tør eventuelt resterende støv eller snavs af.
- Indløbsdækslet fremstilles(figur 1B).
- Tegn et rektangulært område med dimensionerne 0,247 i x 3,3378 i (W x L) i en CAD-software ved hjælp af polylinjeværktøjet. Tilføj to cirkulære gennemgående huller med en diameter på 0,127 i ca 0,073 ind fra de to kanter af indløbsdækslet, en på hver side.
- Skær indløbsdækslet fra et stykke klar akryl med en laserskærer.
- Fabrikere diaset (Figur 1C)
- Tegn et rektangulært område i CAD-software, der måler mål 2,771 i x 0,0625 i x 5.000 i (W x H x L) ved hjælp af polylinværktøjet.
- Tilføj gennemgående huller, der svarer til placeringen af hver testpude i testområdet. Tegn de første 0,105 i firkantet gennemhul for at overlappe med placeringen af den første testpude: 1,096 ind fra venstre og højre kant af diaset, 0,960 ind fra den øverste kant og 1.681 ind fra den nederste kant. Tilføj flere gennemgående huller efter behov (normalt 10 i alt) for det valgte dipstick mærke valg. Plads hver næste gennemhul ved at måle afstanden mellem testpuder på dipstick.
BEMÆRK: Gennemhullernes størrelse er vigtig for at kunne deponere den korrekte væskemængde på dipstickpuden. Til vores mærke af dipstick skabte vi huller, der deponerer 15 ul på hver dipstick pad. - Skær rutsjebanen ud af et stykke klar akryl ved hjælp af en laserskærer. Tør eventuelt resterende støv eller snavs af.
- Sprøjt forsiden af rutsjebanen med en hydrofobisk spray. Påfør flere lag (6-8x) basecoat på diaset. Hold dåsen ca. 8 -12 ind væk fra rutsjebanen, når du sprøjter.
- Vent 30 minutter, før topcoaten påføres flere gange (8-12x). Lad rutsjebanen tørre i 12 timer før brug.
- Download en QR-kode fra en online QR-kodegenerator, og udskriv den ønskede kode på papir med klæbrig klæbemiddelunderside. Placer QR-koden 0,17 ind fra højre for det første gennemhul langs samme række som alle gennemgående huller.
BEMÆRK: Så længe QR-koden støder op til gennemhullerne, er nøjagtig placering ikke vigtig. - Brug klart bånd til at dække QR-koden og fastgøre den til diaset.
- Sammensæt indløbs- og pladeærmet (Figur 1D).
- Opdigt indløbet ved hjælp af akrylcement til lim af indløbsdækslet på den øverste plade, hvor indløbshullet er placeret. Vent 24-48 timer for sikkert at binde stykkerne.
- Sprøjt bagsiden af toppladen med en hydrofobisk spray, når indløbsdækslet er sikkert bundet til toppladen. Placer toppladen på hovedet. Påfør den første basecoat flere gange (4-8x).
- Hold sprayen 8-12 tommer væk fra toppladen og vent 30 minutter på, at den tørrer. Påfør topcoat flere gange (6-8x). Lad toppladen tørre i 12 timer før brug.
- Pladeærmen (kombineret topplade og bundplade) monteres ved at lime den færdige topplade til bundpladens afsatser med akrylcement. De to stykker er nemme at justere ved visuel inspektion, da den nederste kant af toppladen flugter med bundpladens. Påfør en klemme på bundpladeafsatserne for at sikre den under tørring og vent 24-48 timer før brug i henhold til producentens anvisninger.
- Opret diagramklistermærket.
- Download farvekortet for mærket af dipstick fra producentens hjemmeside.
- Åbn den hentede fil i en grafikeditorsoftware.
- Åbn den digitale fil til den toppladeskabelon, der tidligere blev brugt til laserskæreren (trin 1.2 i denne protokol) i en grafikeditorsoftware.
- Opret farveboksene til diagrammærkatet ved at matche farvebokse fra producentens farvediagram. Vælg den første farveblok på producentens diagram med dropperværktøjet i grafikredigeringsprogrammet, og brug derefter boksformværktøjet til at lave en kassefigur i samme farve på toppladeskabelonen i samme række, hvor dipstick-puden skal placeres. Gentag dette for hver farveblok, der svarer til hver padrække.
- Slet de lag, der er knyttet til toppladeskabelonen.
- Udskriv diagramklistermærket som et vinylklistermærke med en online mærkattryktjeneste. Placer diagramklistermærket på pladens ærme, og juster det med hvert gennemgående hul.
- Fremstilling af kassen (Figur 1E).
- Tegn de to langsidede boksstykker (dele "a" og "b") i CAD-softwaren som rektangler med dimensioner på 4,92 i x 6,63 i (W x L). Tilføj en udskæring til del "a" centreret på den nederste kant, der måler 0,2 i x 6,11 i (W x L).
- Tegn de to smalsidede boksstykker (dele "d" og "e") i CAD-softwaren som rektangler med dimensioner, der måler 1,805 i x 6,63 i (W x L).
- Tegn boksen øverst (del "c") som et rektangel med dimensionerne 1,805 i x 6,63 (W x L). Tegn "billeddannelse gennem-hul" på toppen: 0,74 i x 0,910 i (W x L), placeret 3,17 i fra bunden, 2,53 i fra toppen, 0,65 ind fra højre kant, og 0,42 ind fra venstre kant.
BEMÆRK: Den nøjagtige position af billedbehandling gennem-hul bør vælges på grundlag af mobiltelefoner, der vil blive brugt til analysen. - Tegn hvert boksstykke med et mønster af sammenknytningskanter, der gør det muligt for alle boksens sider at klikke sammen på hver kant som beskrevet i Figur 1D. For at gøre en interlock kant mønster, skiftevis en ekstrudering / indtrængen mønster på den lange kant med 0,135 i med 1,17 i (W x L) fremspring. Tegn to ekstruderinger på hver lang kant for hver side af kassen. Brug det samme ekstruderings-/indtrængensmønster for den korte kant, men med indtrængen, der måler 0,135 ind med 0,460 i (W x L).
- Skær de fem stykker med en laserskærer, eller udskriv dem med en 3D-printer.
BEMÆRK: En laserskåret komponent ved hjælp af akrylstykker vil være billig at fremstille og kan flades ud for nem forsendelse. Brug sort akryl, da det er nyttigt at absorbere spredt lys under test. - Tilføj sort farvekonstruktionspapir til boksens interiør for at forhindre spredning fra blitzen under billedanalyse, hvis kassematerialet har en glansfinish.
2. Forbered testen
- Download UrineTest-mobilapplikationen fra GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp).
- Installer appen på en mobiltelefon.
BEMÆRK: Dette trin skal kun udføres én gang for alle fremtidige anvendelser af en given telefon. Hvis det er nødvendigt, skal du aktivere udviklerstatus på telefonen for at gøre dette. - Start urinetestapplikationen i telefonen (Figur 2A).
- Læs instruktionerne for at ændre analysandens navne og læsetider (Figur 2B) for at matche dem, der passer til dipstick af interesse (baseret på producentens specifikationer) og indsæt nyt input via tekstholdervinduet på skærmen (Figur 2C).
BEMÆRK: Den nødvendige udlæsningstid for hver dipstick pad afhænger af mærke af den anvendte dipstick. - Sammensæt de forskellige komponenter sammen, og sæt dipsticket i gennemgående huller under pladeærmet (Figur 1F).
- Placer pladeærmen inde i kassen, så hakket er justeret med boksens mellemrum.
- Placer rutsjebanen inde i pladeærmen, så dens gennemgående huller flugter med indløbet.
- Placer telefonen øverst i kassen med bagkameralinsen vendt mod visningen gennem hullet for at muliggøre billedbehandling. Sørg for, at kameraets synlighed ikke er okkluderet, ved at kontrollere, om billedet er på telefonskærmen, før det testes. Appen aktiverer automatisk lommelygten på telefonen.
- Læs instruktionen til telefonjustering (Figur 2D) og juster telefonen i overensstemmelse hermed, så dipsticket falder sammen med grænserne for det sorte rektangulære overlay på skærmen (Figur 2E).
- Klik på knappen Start i appvinduet for at starte testen.
BEMÆRK: Dette åbner telefonens kamera for at læse QR-koden én gang i visningen (Figur 2F).
3. Udfør testen
- Urinen deponeres i indløbshullet med en engangs polyethylenoverførselspipet, der indeholder ca. 0,5 mL urin (figur 3).
BEMÆRK: Den nøjagtige mængde væske er ikke vigtig, men den skal være mindst 0,5 mL for at sikre, at alle gennemgående huller får tilstrækkelig urin. Når væsken tilsættes, skal du observere, at den bevæger sig på tværs af indløb og deponeres i hvert gennemhul af diaset. - Prøv prøven ved at skubbe rutsjebanen ind i pladehylsteret, indtil den stoppes ved bundpladen.
BEMÆRK: Urin skal komme i kontakt med dipstick pad, når QR-koden er i synsfeltet af mobiltelefonen. Når QR-koden er læst, åbnes et vindue for at analysere farveændringerne (Figur 2G) og automatisk vise resultaterne i det samme vindue (Figur 2H). - Kassér urinen korrekt og rengør tallerkenærmet og skub med 10% blegemiddelopløsning og skyl igen med de-ioniseret vand. Lad det tørre før yderligere brug.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 4 viser, hvordan urinen overføres til oliepinden under en urinanalysetest. Under en typisk test, overførsel af urin er ikke observerbare, fordi boksen okkluder udsigten. Når prøven er deponeret i indløbet ved hjælp af en pipette (trin 3.1), udfylder den hullerne på diaset (Figur 4A). Figur 4B og Figur 4Cviser henholdsvis urinens gradvise bevægelse hen over pladeærmen, og efter at rutsjebanen kommer i kontakt med stop. Bemærk, at kontakt af urinen med dipstick fører til en kolorimetrisk reaktion og farveændring på dipstick puder.
Figur 5 viser et potentielt problem, der kan opstå, hvis overfladerne til overførsel af urinen (dvs. bundpostej, topplade og glide) ikke er tilstrækkeligt belagt med hydrofobisk spray. Figur 5Aviser en illustration af et godt og dårligt belagt dias . Hvis den er dårligt belagt, kan man observere striber (vist med hvide pile i figur 5B) under glidetrinnet, der reducerer nøjagtigheden af det overførte volumen. Derudover kan man observere svigt af diaset til at overføre urinen til dipstick (Figur 5C), og urin kan forblive i gennemgående huller, selv når diaset er fjernet fra enheden. Disse trin fremhæver vigtigheden af at opnå god sprøjtedækning (trin 1.1.8, 1.4.4, 1.5.3 og 1.5.4). Hvis der er bekymringer om spray dækning, eller hvis du observerer disse ydeevne fejl, er det bedst at genskabe bundpladen, toppladen og dias.
En urinanalysetest blev udført med en smartphone i høj kvalitet: telefon 1 (billedopløsning: 8000 pixel x 6000 pixels). De repræsentative resultater er vist i figur 6. Vi gennemførte tests med de-ioniseret vand og kommerciel urin (både standard sammensætning og med høj glukose). Farvepuderne på dipsticket ændres i tid som reaktion på urinens kolorometriske reaktion med analyserne i dipsticket. Fejllinjerne i figur 6 repræsenterer den standardafvigelse, der er givet for tre på hinanden følgende målinger af hver prøve, der er registreret af de to smartphones. Figur 6A afbilder reaktionen for glukosepuden over tid for de forskellige testbetingelser. For det anvendte mærke af dipstick er den anbefalede udlæsningstid for glukosemålingen 30 sekunder. Som forventet ændres farvepinden ikke over dette interval for vand, den endelige værdi for standardurinen matcher med det "normale" uringlukosetærskelniveau (160-180 mg/dL), og den endelige værdi for tilstanden "høj glukose" er forhøjet over den normale værdi. Det er vigtigt at bemærke, at den korrekte værdi ikke opnås før 30 sekunder, hvilket illustrerer vigtigheden af at indstille timeoutintervallet korrekt i trin 2.8. Det samme eksperiment blev udført med en anden smartphone med en lavere billedopløsning: telefon 2 (billedopløsning: 3264-pixels x 2448-pixels). På grund af forskellen i kameraopløsning observeres en betydelig forskel fra de tidligere resultater i billedfarven og -kvaliteten, mens du tager billeder af dipstickpanelet, som vist i Figur 6B. Forskellene i lommelygte specifikationer bidrager også til forskellene i billedkvalitet. Fra figur 6kan det ses, at begge telefoner giver lignende tendenser i farveændringen over tid, selvom de faktiske farver, der registreres, er forskellige. Den farvematchende algoritme, der bruges af smartphone-applikationen til urinanalysetesten, giver de samme resultater for analysandkoncentrationerne på trods af forskelle i det fysiske udseende af farvepindene. Resultaternes konsistens skyldes brugen af diagrammærkaten som referencediagram til analysen. Da både diagramklistermærket og dipsticket er fanget under de samme lysforhold og billedkvalitet, evaluerer smartphone-applikationen (R, G, B) komponenterne og farveforskellen på både referencefeltet og dipstickpuden på samme måde for begge smartphones. Disse resultater bekræfter, at den protokol, der er beskrevet i dette manuskript, er uafhængig af smartphone-modellen, så længe både referencefarvediagrammet og dipsticket afbildes under det samme miljø.
Vi har tidligere evalueret nøjagtigheden af den automatiserede urinanalyseenhed ved at sammenligne med traditionelle dip-and-wipe-metoder ved hjælp af en kommerciel urinstandard19. Tabel 1 sammenligner de opnåede resultater med de to test. Det kan ses, at systemets nøjagtighed afhænger af den mængde, der overføres til hver dipstick pad. De mest nøjagtige resultater blev opnået, da den automatiserede urinanalyseanordning var designet til at overføre 15 μL urin; derfor er det afgørende, at enheden overfører den krævede urinvolumen nøjagtigt og konsekvent til dipstick pads. Repræsentative resultater til validering af enhedens konsistens ved overførsel af 15 μL mængde urinprøver over syv forskellige forsøg er vist i figur 7. Den samlede standardafvigelse viste sig at være under 0,5 μL, hvilket ligger inden for 4 % af målværdien. Resultaterne bekræfter, at enheden er i stand til præcist og konsekvent at overføre mikroliter af urin til at udføre testen.
Figur 1: Skematiske tegninger af enhedskomponenter. A)Bundplade. B)Topplade og indløbsdæksel, som limes sammen i trin 1.5.1. C) Dias og tilhørende QR-kode, der bruges til tidskontrol. D) Pladeærme, dannet ved at lime toppladen til bundpladens afsatser i trin 1.5.4. Diagramklistermærket ved siden af visningen gennem hullet muliggør farveanalyse. E) Boks. F) Samlet anordning. Under brug placeres en mobiltelefon på toppen af kassen, så dens linse og lommelygte er placeret over billedbilledet gennem hullet. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Processen med den kolorimetriske analyse ved hjælp af appen. A) Ikonet på telefonskærmen "Urintest" er valgt for at starte applikationen. B)Et pop op-vindue giver brugeren besked på at ændre udlæsningstiderne. C) Brugeren indtaster manuelt analysandens navn og udlæsningstider. D) Et pop op-vindue, der informerer brugeren om telefonjustering. E)Repræsentativt billede af en korrekt justeret pind før test. F) Skærmbillede, når diaset er indsat, og QR-koden ser ud til at starte dataindsamlingen. G) Skærmen et sekund efter start af testen. De sorte firkantede overlejringer viser brugeren den nøjagtige placering, hvorfra appen indsamler pixeloplysninger. H)Resultaterne af den færdige dipstick-test. Testresultater med bindestreger betragtes som normale for den valgte dipstick. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Fotografi af den samlede enhed i aktion ved starten af en urinanalysetest. En bruger begynder testen ved at indsætte en pipette med urin i indløbet. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Intern proces med flydende aflejring på dipsticktesten fra start til slut. A)Hvis du sætter rutsjebanen i pladehylsteret og justerer glidehullerne i forhold til indløbet, kan overførselspipetten levere urinen ind i hvert gennemgående hul på rutsjebanen. B) At glide gennem det indre af den hydrofobe belagte pladeærme muliggør flydende transport. C) Når rutsjebanen når stop i bundpladen, leveres urinen til prøvepuderne, hvilket resulterer i kolorimetriske ændringer. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Potentielle problemer forbundet med utilstrækkelig hydrofobiskhed. A)Et dias med og uden tilstrækkelig belægning. B)Utilstrækkeligt belagte diasshow, der lækker under glidetrinnet. C)Et utilstrækkeligt belagt dias overføres ikke til dipstickpuderne, selv efter at være blevet trukket tilbage ud af enheden: væsken forbliver i diaset gennem hullerne, som det ses i indsat nederst til højre. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: Urinanalyseresultat for glukosepuden med to forskellige smartphones til tre typer prøver. A) Glukosepudens reaktionskarakteristika over tid for de forskellige testbetingelser, der er optaget med en kameratelefon med høj kameraopløsning (telefon1). B) Glukosepudens reaktionskarakteristika over tid for de forskellige testbetingelser, der er registreret med en kameratelefon med lav opløsning (telefon 2). Udlæsningen på 30 sekunder svarer til den ønskede timing for producenten. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: Antal overførte mængder i forhold til gennemsnittet. Hver brønd svarer til et gennemgående hul for en given testpude; den første brønd er tættest på indløbet. Dette tal er blevet ændret fra Smith, et al.19 og gengivet med tilladelse fra Royal Society of Chemistry. Klik her for at se en større version af dette tal.
| Analyte | Forskelle fra dip-and-wipe | |||||||||
| Leu | luseæg | URO | Pro | ph | Blo | Sg | Ket | GLU | ||
| Dyp og tør | 4 ± 0 | 2 ± 0 | 4. ± 0,53 | 2 ± 0,53 | 4 ± 0 | 5 ± 0 | 3 ± 0,53 | 4. ± 0,49 | 3 ± 0,58 | Nielsen |
| 5 μL | 3*± 0 | 2 ± 0 | 3* ± 0 | 3* ± 0,49 | 3* ± 0 | 3* ± 0 | 2* ± 0,53 | 4. ± 0,38 | 1* ± 0 | 7 |
| 10 μL | 3* ± 0,38 | 2 ± 0 | 4 ± 0 | 2 ± 0 | 3* ± 0,38 | 4* ± 0 | 1* ± 0,49 | 4. ± 0,49 | 2 ± 0,58 | 5 |
| 15 μL | 4 ± 0 | 2 ± 0 | 4. ± 0,49 | 2 ± 0 | 4. ± 0,38 | 5 ± 0 | 2* ± 0,38 | 4. ± 0,49 | 3. ± 0,49 | 1 |
| 20 μL | 4 ± 0 | 2 ± 0 | 4 ± 0,82 | 2 ± 0,53 | 4. ± 0,53 | 5 ± 0 | 2* ± 0,49 | 4. ± 0,49 | 3 ± 0 | 1 |
Tabel 1: Medianværdier og standardafvigelser for analysetter ved hjælp af forskellige deponerede mængder. Symbolet ‡ angiver medianværdier, der adskiller sig fra den median, der opnås ved dip-and-wipe-metoden, industristandarden. Det samlede antal analysandpuder, hvis median er forskellig fra dip-and-wipe-metoden, rapporteres i den yderste højre kolonne. Noteresultater er kumulative for alle anvendte dænkepinde. LEU: leukocytter, NIT: nitrit, URO: urobilinogen, PRO: protein, BLO: blod, SG: specifik tyngdekraft, KET: ketoner, GLU: glukose. Denne tabel er blevet ændret fra Smith, et al.19 og gengivet med tilladelse fra Royal Society of Chemistry.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Traditionel dipstick urinanalyse er overkommelig og praktisk, men kræver manuel sans for detaljer for at give nøjagtige resultater. Manuel dipstick urinanalyse er underlagt variable lysforhold, individuelle farveopfattelse forskelle og krydskontaminering. Mange klinikker og hospitaler allerede har instrumenter til at automatisere urin dipstick analyse, men instrumenterne er normalt omfangsrig, dyrt, og stadig stole på korrekt udførelse af dip-wipe metode. Derudover kræver disse instrumenter årlig kalibrering og vedligeholdelse for at opnå nøjagtige resultater.
Protokollen automatiserer og styrer flere vigtige trin, der er involveret i dipstick urinanalyse (f.eks. distribution af væske til testpuderne, starttidspunkt, kontrol over belysningen og kvantitativ sammenligning med referencestandarden), hvilket er nødvendigt for at opnå pålidelige resultater. Med henblik herpå kritiske trin i protokollen vedrører konstruktionen af enheden omfatter trin 1.4.3, 1.1.4, 1.4.7 og 1.1.5, som svarer til størrelsen af gennemgående huller til det ønskede volumen, sikre korrekt placering af stop for at justere gennemgående huller med dipsticket, sikre korrekt placering af QR-koden, der anvendes som tandindikator, og sikre, at testen ikke påvirkes af omgivende lys henholdsvis. Desuden er overførslen af urin gennem diaset og den efterfølgende aflejring på dipsticket meget afhængig af overfladeegenskaberne for de anvendte materialer. Hvis der derfor anvendes ikke-hydrofobe overflader til bundpladen, toppladen og rutsjebanen, er det vigtigt at anvende en passende mængde hydrofobisk spray. Det er især vigtigt at sikre, at de indvendige overflader af gennemgående huller i rutsjebanen er blevet sprøjtet, så væsken falder til dipstickpuden efter at være gledet.
Protokollen kan let ændres til brug sammen med andre mærker af dipsticks ved at ændre dimensionerne og afstanden mellem gennemhullerne. Det volumen, der påføres dipsticket, kan også ændres ved at ændre tykkelsen af det akryl, der bruges til at fremstille diaset (med tilsvarende ændringer i tykkelsen af bundpladens afsatser) eller størrelsen af gennemhullerne. Den medfølgende software app giver brugeren mulighed for at ændre navne og udlæsning tider til at tilpasse sig dem for mærke dipstick anvendes.
Den nuværende enhed kombinerer en 3D-printet bundplade og laserskåret topplade for at danne en pladeærme. Begge disse fremstillingsmetoder er overkommelige, og materialevalgene kan ændres. Eksklusive telefonen og dipstick, akryl, der anvendes i den nuværende enhed koster ca $ 0,85, og materiale, der anvendes i 3D-trykte bundplade koster omkring $ 1,50 per enhed. Selvom den bundplade, vi brugte, er 3D-printet fra acrylonitrile butadien styren (ABS), er andre polymerer, der danner en hård og stiv overflade, også egnede. For eksempel kan en version af enheden laves ved hjælp af en plade ærme helt fremstillet af akryl19. Elastomeriske materialer som polydimethylsilioxan (PDMS) er ikke ønskelige, fordi deres lavere stivhed er mindre kompatibel med at skubbe en glasoverflade for at muliggøre den glidende handling, der er kritisk for volumenstyringsdesignet.
En vigtig begrænsning af den nuværende protokol er, at den hydrofobe belægning, der påføres diaset og pladeærmen, kan skrælle ved hyppig brug, hvilket begrænser enhedens stabilitet over tid. Efter 3-4 testkørsler skræller og ændrer de hydrofobe belægninger ofte det overførte volumen, hvilket potentielt reducerer nøjagtigheden i resultaterne. Fremtidige metodeændringer kan omfatte brugen af mere holdbar hydrofobisk belægning eller materialer, der er naturligt hydrofobe. Derudover kan akrylbindingen også svækkes under gentagne test. De lave omkostninger ved enheden, dog tillader flere udskrifter, der skal foretages og re-limet sammen efter behov. Diaset kan således betragtes som en genanvendelig del.
En anden begrænsning er manglende evne til at mætte glukosepuden med urin på grund af pudens hydrofobe natur. Som sådan absorberer det kun delvist væske med den automatiserede enhed. Vi fandt ikke, at dette reducerede nøjagtigheden af resultatet, men det kræver omhyggelig udførelse af trin 2.9 for at sikre, at kameravisningsområdet fanger data fra midten, ikke kanterne af glukosetestpuden. Fremtidigt arbejde kan løse dette problem ved at indarbejde et andet mærke af dipstick, der ikke har hydrofobitet på nogen dipstick reagenspuder på testen.
Ved at kontrollere de vigtigste trin, der bidrager til brugerfejl, giver denne metode mulighed for øget nøjagtighed i resultater, der udføres af ikke-uddannede personer og er egnet til hjemmetest. I modsætning til andre urinanalyse apps til rådighed7,8,9, systemet er modificerbare til ethvert mærke af dipstick test. Enheden kan genbruges og kræver ingen strøm til at bruge uden for strøm, der forbruges af smartphonen. I fremtiden forestiller vi os, at protokollen kan være modtagelig for patientens selvtest. Ved at sikre nøjagtigheden i dipstick testresultater, patienter kan overvåge deres egen urin oftere uden de barrierer, der er forbundet med standard klinisk urinanalyse praksis.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Dette arbejde blev finansieret af Dorothy J. Wingfield Phillips kansler Fakultet Fellowship. Emily Kight blev finansieret af NSF GRFP.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Black Cast Acrylic Sheet 12" x 24" x 1/8" |
McMaster Carr | 8505K742 | $14.27 |
| Chart sticker | Stickeryou.com | $12.39 | |
| Clear Scratch- and UV-Resistant Cast Acrylic Sheet 12" x 24" x 1/16" |
McMaster Carr | 8560K172 | $9.52 |
| disposable polyethylene transfer pipet | Fischer Brand | 13-711-9AM | lot# : 14311021 |
| Fortus ABS-M30 | Stratasys | 345-42207 | lot# : 108078 |
| Githut: https://github.com/Iftak/UrineTestApp | |||
| Innovating Science - Replacement Fluids for Urinalysis Diagnostic Test Kit (IS3008) | Amazon | $49 | |
| Nonwhitening Cement for Acrylic Scigrip 4, 4 oz. Can |
MCM | 7517A1 | $9.22 |
| Rust-Oleum 274232 Repelling treatment base coat-9 oz and top-coat 9-oz , Frosted Clear | Amazon | Color: Frosted Clear | $6.99 |
| Urinalysis Reagent Strips 10 Panel (100 Tests) MISSION BRAND | Medimpex United, Inc | MUI-MS10 | $10.59 |
References
- Lei, R., Huo, R., Mohan, C. Expert Review of Molecular Diagnostics Current and emerging trends in point-of-care urinalysis tests. Expert Review of Molecular Diagnostics. 00, 1-16 (2020).
- Kavuru, V., et al. Dipstick analysis of urine chemistry: benefits and limitations of dry chemistry-based assays. Postgraduate Medicine. 5481, (2019).
- Pugia, M. J. Technology Behind Diagnostic Reagent Strips. Laboratory Medicine. 31, 92-96 (2000).
- Dungchai, W., Chailapakul, O., Henry, C. S. Electrochemical detection for paper-based microfluidics. Analytical Chemistry. 81, 5821-5826 (2009).
- Van Delft, S., et al. Prospective, observational study comparing automated and visual point-of-care urinalysis in general practice. BMJ Open. 6, 1-7 (2016).
- Urisys 1100 Analyzer. , Available from: https://diagnostics.roche.com/us/en/products/instruments/urisys-1100.html (2020).
- Filippini, D., Lundström, I. Measurement strategy and instrumental performance of a computer screen photo-assisted technique for the evaluation of a multi-parameter colorimetric test strip. Analyst. 131, 111-117 (2006).
- Shen, L., Hagen, J. A., Papautsky, I. Point-of-care colorimetric detection with a smartphone. Lab on a Chip. 12, 4240-4243 (2012).
- Ra, M. Smartphone-Based Point-of-Care Urinalysis under Variable Illumination. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 6, 1-11 (2018).
- Yetisen, A. K., Martinez-Hurtado, J. L., Garcia-Melendrez, A., Da Cruz Vasconcellos, F., Lowe, C. R. A smartphone arebeorithm with inter-phone repeatability for the analysis of colorimetric tests. Sensors and Actuators, B: Chemical. 196, 156-160 (2014).
- Wang, S., et al. Integration of cell phone imaging with microchip ELISA to detect ovarian cancer HE4 biomarker in urine at the point-of-care. Lab on a Chip. 11, 3411-3418 (2011).
- Zhang, D., Liu, Q. Biosensors and bioelectronics on smartphone for portable biochemical detection. Biosensors and Bioelectronics. 75, 273-284 (2016).
- Choi, K., et al. Smartphone-based urine reagent strip test in the emergency department. Telemedicine and e-Health. 22, 534-540 (2016).
- Kwon, L., Long, K. D., Wan, Y., Yu, H., Cunningham, B. T. Medical diagnostics with mobile devices: Comparison of intrinsic and extrinsic sensing. Biotechnology Advances. 34, 291-304 (2016).
- Vashist, S., Schneider, E., Luong, J. Commercial Smartphone-Based Devices and Smart Applications for Personalized Healthcare Monitoring and Management. Diagnostics. 4, 104-128 (2014).
- Inui. , Available from: https://www.inuihealth.com/inui/home (2020).
- Healthy.io. , Available from: https://healthy.io/ (2020).
- Scanwell. , Available from: https://www.scanwellhealth.com (2020).
- Smith, G. T., et al. Robust dipstick urinalysis using a low-cost, micro-volume slipping manifold and mobile phone platform. Lab on a Chip. 16, 2069-2078 (2016).
- Du, W., Li, L., Nichols, K. P., Ismagilov, R. F. SlipChip. Lab on a Chip. 9, 2286-2292 (2009).
