Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

家庭用試験用の低コストのボリューム制御ディップスティック尿検査

doi: 10.3791/61406 Published: May 8, 2021

Summary

ディプスティック尿素症は、健康状態を迅速かつ手頃な価格で評価する方法です。従来のディップアンドワイププロトコルに関連するエラーの主な原因を取り除き、自宅でユーザーが実行するのに十分簡単である正確で低コストのdipstick尿検査を実行する方法を提示します。

Abstract

ディプスティック尿素症は、複数の生理学的条件の迅速かつ手頃な価格の推定を提供しますが、正確に使用するには良い技術とトレーニングが必要です。ディップスティック尿素の手動性能は、良好な人間の色覚、適切な照明制御、およびチャートカラーとの誤差を起こしやすい時間に敏感な比較に依存しています。ディップスティック尿検査の主要なステップを自動化することで、潜在的なエラー源を排除し、自宅で自己テストを可能にします。あらゆる環境で自動尿検査テストを実行するためのカスタマイズ可能なデバイスを作成するために必要な手順を説明します。装置は製造に安価で組み立てが簡単である。選択したディップスティック用にカスタマイズし、結果を分析するために携帯電話アプリをカスタマイズする際に必要な重要な手順について説明します。我々は尿検査を行うためにその使用を実証し、堅牢な操作を確実にするために必要な重要な測定および製造ステップを議論する。次に、提案された方法をディップスティック尿素分析のゴールドスタンダード技術であるディップアンドワイプ法と比較します。

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

尿は、病気や健康の複数の代謝指標の非侵襲的な供給源です。尿検査は、尿の物理的および/または化学的分析、腎疾患、尿路疾患、肝臓病、糖尿病、および一般的な水和1を検出するために迅速に行うことができる。尿検査ディップスティックは、おおよその生理学的レベルを示すために比色の変化に依存する手頃な価格の半定量的診断ツールです。各ディップスティックは、pH、浸透圧、ヘモグロビン/ミオグロビン、血尿、白血球エステラーゼ、グルコース、タンパク尿、亜硝酸塩、ケトン、ビリルビン2の試験を含む、多種多様なアッセイを行うことができる。ディップスティック尿起の原理は、ディップスティックパッド上の色の変化をチャートと比較して検体濃度3を決定できる時限反応の発生に依存している。その手頃な価格と使いやすさを考えると、ディップスティックはヘルスケアにおける尿素起きのための最も一般的なツールの1つです。

従来、ディプスティック尿検査は、訓練を受けた看護師や医療技術者に頼って、手動でディップスティックを尿サンプルのカップに挿入し、余分な尿を拭き取り、カラーパッドを比較して特定の時間に色をグラフ化します。ディップアンドワイプ法はディップスティック解析のゴールドスタンダードですが、人間の視覚評価への依存は得られる定量的情報を制限します。さらに、ディップスティック尿検査の2つの手動ステップ - ディップワイプステップと比色結果比較 - 正確な技術を必要とし、患者が直接家庭の設定で信頼性の高いテストの可能性を制限します。拭き取りによるサンプルパッドのクロスコンタミネーションは、不正確な色の変化を引き起こす可能性があります。さらに、ワイピング中のボリューム制御の欠如に起因するボリュームの不整合は、分析物濃度の不適切な測定につながる可能性があります。重要なのは、尿を浸漬する時間(すなわち、アッセイの開始)とチャートとの比較は、結果の正確な分析にとって重要であり、人的エラーの巨大な潜在的な原因です。手動の比色比較の難しさは、多くのパッドを同時に読み取る必要がありますが、一部のパッドは異なる時間に読み取られるということです。完全にタイミングの良い色の比較でさえ、色覚異常に苦しむか、異なる照明環境で異なる色を知覚するかもしれない人間の読者の視力にまだ依存しています4.これらの課題は、臨床医が訓練を受けた人員によって行われるディップスティック尿検査にのみ依存できる理由を強調しています。しかし、自動排尿システムは、手動ディップワイプステップの必要性を排除し、タイミングコントロールを組み込み、較正された色の参照と同時にカラー比較を可能にすることによって、前述のすべての懸念に対処することができます。これにより、ユーザー エラーが減少し、ホーム設定での導入が可能になります。

過去20年間で、自動分析装置は、視覚解析5と同じ精度または超える精度でディップスティック尿検査の結果を読み取るために採用されています。多くの診療所や医師のオフィスは、このような機械を使用して、従来のディップスティックの結果を迅速に分析して印刷しています。ほとんどの尿検査機は目視検査エラーを最小限に抑え、結果6で一貫性を確保します。手動検査よりも使いやすく効率的ですが、ディップワイプ方式を正しく実行する必要があります。したがって、これらの機械は、自宅のユーザーなどの訓練を受けていない人が操作できる能力が限られています。また、非常に高価です。

最近では、携帯電話は、泌尿器11、12、13を含む様々な生物学的測色測定7、8、9、10のためのリソースツールとして登場しています。リモートセンシング機能と高いイメージング解像度を考えると、携帯電話は効果的なヘルスケア分析デバイス14,15となっています。確かに、FDAはいくつかのスマートフォンベースの家庭用尿検査16、17、18をクリアしました新しいスマートフォンベースの商用製品の中には、確立された尿素分析ディップスティックを組み込んでいるものもあれば、独自の着色パッドを備えたものもあります。このようなすべての製品は、異なる携帯電話の種類間で異なる照明条件に合わせてキャリブレーションするための独自の方法を備えています。それでも、これらの解決策の問題は、ユーザーが適切な手動ディップワイプ方法(すなわち、クロスコンタミネーションなし)を実行することに加えて、適切なタイミングで手動で写真を撮らなければならないということです。特に、これらのテストのいずれも、ディップスティックに堆積した体積を制御することはなく、色の変化19に影響を与え、生理学的結果を解釈する可能性があることがわかりました。これらのデバイスのワークフローにおける現在のギャップとコストは、人間の自由な、体積制御の尿堆積手順およびハンズフリーディップスティック写真を可能にする追加の必要性を示唆している。

手動のディップワイプステップを必要とせずに、ボリューム制御された自動ディップスティック尿起のためのプロトコルについて説明します。自動化プロセスの鍵は、その基礎となる原理がSlipChip20に基づいており、表面化学効果を使用して異なる層間で液体を移動するデバイス19です。簡単に言えば、転写スライドおよび周囲のプレートスリーブの疎水性コーティングは、液体が装置を通って楽に移動し、スライドが最終的な位置に入るとディップスティックパッドに放出することを強制し、その時点で底の疎水性バリアは空気に置き換えられる。さらに、調整された遮光ボックスは、照明条件、カメラの視野角、カメラフォーカスの距離を標準化し、周囲の照明条件の影響を受けず、正確で再現可能な結果を保証します。付属のソフトウェア アプリは、画像のキャプチャと色分け分析を自動化します。プロトコルの説明に続いて、我々は異なる条件下で尿検査試験の代表的な結果を提供する。標準的なディップワイプ法との比較は、提案された方法の信頼性を示しています。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. 尿分解装置を製造し、組み立てる

  1. ベースプレートを製造する(図1A)。
    1. コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアを使用して、ポリライン ツールを使用して、X 0.0547 x 6.0547 x 6.3828 の寸法 2.1641 の矩形状領域を描画します。
    2. ディップスティックのテスト領域(最初と最後のパッドとパッドの幅の間の距離を囲む長方形の領域)を測定します。
      注: この情報は、ディップスティックを所定の位置に保持するスルーホールを描画し、パッド間で液体を分離するために必要です(クロスコンタミネーションを防ぐために)。
    3. テスト領域内の各テストパッドのサイズと位置を模倣したスルーホールを追加します。
    4. x 0.6797 で 2.1641 を測定する 2 つの上げられた側面の棚を描画します (W x L)。
    5. ポリライン ツールを使用して、ベース プレートとスライドの間の位置合わせを容易にして、ストップを 0.2109 で 0.2109 で描画します(W x L)停止は棚に垂直にする必要があり、物理的にスライドが尿ディップスティックパッドを通過して移動するのを停止します。
    6. [地域 ]コマンドを 使用して、1 つのリージョンを作成するストップと棚の線を選択します。 [押し出し ]コマンドを使用して、領域を 0.0703 インチの高さまで上げます。デバイスの反対側でこの手順を繰り返します。
    7. 両方の棚にノッチ(0.1895 in 0.3500 in (W x L))を作成して、ボックスとの位置合わせを容易にします。棚の下端から0.466を配置します。 [領域 ]コマンドを使用して四角形を作成し、押し出しの高さを 0.1250 インチにします。
    8. ソリッド減算コマンドを使用して、デバイスを選択し、Enterキーを押して、ノッチ領域を選択し、Enterキーを押します。デバイスの反対側で繰り返します。
      メモ:形状はデバイスから削除されます。
    9. 3Dプリンタでベースプレートを印刷し、表面を粗くするためにサンドペーパーで棚の間の上面領域を砂に入れます。
      注:疎水性コーティングがベースプレートにしっかりと付着できるように、サンディングは重要です。
    10. 棚を粘着テープでテープで貼り(棚をスプレーしないように)、ベースプレートに疎水性スプレーをスプレーします。ベースコートのコートをいくつかベースプレートに塗布します。スプレーする際に、ベースプレートから約8〜12インチ離れた場所に缶を持ちなさい。装置は乾燥時に乳白色の外観を持っている必要があります。
      注意:適切な場所とスプレーのためのPPEについては、メーカーの指示に従ってください。
    11. 30分間待ってから、トップコートを数回塗布します(6-8倍)。ベースプレートを使用前に12時間乾燥させます。棚からテープを取り出します。
  2. トッププレートを製造する(図1B)。
    1. ポリライン ツールを使用して、CAD ソフトウェアで 2.05 in x 5.470 in (W x L) を測定する矩形領域を描画します。
    2. ディップスティックのテスト領域のサイズよりわずかに大きい長方形のスルーホール(「見るスルーホール」)を追加します(例えば、0.230 x 3.147インチ(W x L))。上から 0.921、左から 1.165、上板の右端から 1.165 を配置します。
    3. 2 番目のスルーホール(「入口穴」)サイズの 0.075 x 3.146 インチ (W x L) を描画します。下端から 0.236、上端から 1.737、上板の左端と右端から 1.162 を配置します。
    4. レーザーカッターで透明なアクリルの一部からトッププレートをカットします。残りのほこりやごみを拭き取ります。
  3. 入口カバーを製造する(図1B)。
    1. ポリライン ツールを使用して、CAD ソフトウェアで寸法 0.247 x 3.3378 (W x L) の矩形領域を描画します。入口カバーの 2 つのエッジ (両側のいずれか) から約 0.073 インチの直径 0.127 の円形のスルー ホールを 2 つ追加します。
    2. 透明なアクリルの一部から入口カバーをレーザーカッターで切ります。
  4. スライドを作成する(図1C)
    1. ポリライン ツールを使用して、測定量が 2.771 x 0.0625 x 5.000 x 5.000 (W x H x L) の CAD ソフトウェアで矩形領域を描画します。
    2. テスト領域の各テストパッドの位置に合致するスルーホールを追加します。最初のテストパッドの配置と重なるように、最初のテストパッドの配置に最初の0.105を描画します:スライドの左端と右端から1.096、上端から0.960、下端から1.681。選択したディップスティックブランドに必要に応じて、さらにスルーホール(通常は合計10個)を追加します。ディップスティック上のテストパッド間の距離を測定することで、次のスルーホールをそれぞれ間隔をあけます。
      注:スルーホールのサイズは、ディップスティックパッドに正しい液体のボリュームを堆積させるために重要です。ディップスティックのブランドのために、我々は各ディップスティックパッドに15 ulを堆積させる穴を作成しました。
    3. レーザーカッターを使用して透明なアクリルの一部からスライドをカットします。残りのほこりやごみを拭き取ります。
    4. 疎水性スプレーでスライドの前面をスプレーします。スライドにベースコート(6-8x)のコートを数枚塗布します。スプレーする際に、スライドから約8-12の場所に缶を持ちなさい。
    5. 30分間待ってから、トップコートを数回塗布します(8~12倍)。スライドを12時間乾燥させてから使用します。
    6. オンラインQRコードジェネレータからQRコードをダウンロードし、粘着接着剤バッキングで紙に希望のコードを印刷します。最初のスルーホールの右から、すべてのスルーホールと同じ行にQRコード0.17を配置します。
      注:QRコードがスルーホールに隣接している限り、正確な配置は重要ではありません。
    7. QRコードをカバーし、スライドに固定するためにクリアテープを使用してください。
  5. 入口とプレートスリーブを組み立てます(図1D)。
    1. 入口穴がある上板に入口カバーを接着するためにアクリルセメントを使用して、入口を製造します。24~48時間待って、しっかりと結び付けます。
    2. 入口カバーが確実にトッププレートに接着されたら、上板の背面に疎水性スプレーをスプレーします。トッププレートを逆さまに置きます。最初のベースコートを数回塗布します(4-8倍)。
    3. スプレーを天板から8~12インチ離し、乾くまで30分待ちます。トップコートを数回塗布します(6-8倍)。天板を12時間乾燥させてから使用します。
    4. 完成したトッププレートをアクリルセメントでベースプレートの棚に接着してプレートスリーブ(トッププレートとベースプレートを組み合わせたもの)を組み立てます。上の版の下端がベースプレートのそれと一致するので、2つの部分は目視検査によって容易に整列する。乾燥時に固定するためにベースプレートの棚にクランプを適用し、メーカーの指示に従って、使用前に24〜48時間待ちます。
  6. グラフステッカーを作成します。
    1. メーカーのウェブサイトからディップスティックのブランドのカラーチャートをダウンロードしてください。
    2. ダウンロードしたファイルをグラフィックス エディタ ソフトウェアで開きます。
    3. 以前レーザーカッターに使用されていたトッププレートテンプレートのデジタルファイル(このプロトコルのステップ1.2)をグラフィックスエディタソフトウェアで開きます。
    4. メーカーカラーチャートのカラーボックスを照合して、チャートステッカーのカラーボックスを作成します。グラフィックス エディタ ソフトウェアのドロッパー ツールを使用して製造元のグラフの最初の色のブロックを選択し、ボックスシェイプ ツールを使用して、ディップスティック パッドが配置されるのと同じ行で、トップ プレート テンプレート上の同じ色のボックス形状を作成します。各パッド行に対応するカラーブロックごとにこれを繰り返します。
    5. トップ プレート テンプレートに関連付けられているレイヤーを削除します。
    6. オンラインステッカープリントサービスでビニールステッカーとしてチャートステッカーを印刷します。グラフのステッカーをプレートスリーブに置き、各スルーホールに合わせます。
  7. 箱を作り上げてください(図1E)。
    1. CAD ソフトウェアの 2 つの長い側面のボックス部分 ("a" と "b") を、x 6.63 インチ (W x L) で 4.92 の寸法を持つ長方形として描画します。カットアウトを、下端を中心とする部分"a"を追加し、0.2 x 6.11 インチ(W x L)を測定します。
    2. CAD ソフトウェアの 2 つの狭い側面のボックスピース ("d" と "e") を、6.63 インチ x 6.63 インチ (W x L) の寸法が 1.805 の長方形として描画します。
    3. ボックスの上部 (パーツ "c") を、x 6.63 (W x L) の寸法 1.805 の四角形として描画します。上に「イメージングスルーホール」を描きます:0.74 x 0.910 in (W x L)、下から3.17、上から2.53、右端から0.65、左端から0.42に配置します。
      注: イメージングスルーホールの正確な位置は、解析に使用される携帯電話に基づいて選択する必要があります。
    4. 各ボックスピースを描画して、図 1Dで説明するように、すべてのボックスの辺を各エッジにスナップできるインターロック エッジのパターンを示します。インターロック エッジ パターンを作成するには、長エッジの押し出し/侵入パターンを、0.135 in x 1.17 in (W x L) の突出線で交互に行います。ボックスの各辺に対して、長いエッジごとに 2 つの押し出しを描画します。短いエッジに同じ押し出し/侵入パターンを使用しますが、侵入は 0.135 in で 0.460 in (W x L) を測定します。
    5. 5枚をレーザーカッターで切るか、3Dプリンタで印刷します。
      注:アクリル片を使用してレーザーカットコンポーネントは、製造に安価になり、簡単に出荷のために平坦化することができます。テスト中に散乱光を吸収するのに役立ちますので、黒いアクリルを使用してください。
    6. ボックス素材に光沢仕上げがある場合、画像解析中にフラッシュが散乱しないように、ボックス内部に黒色の作紙を追加します。

2. テストの準備

  1. GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp) から尿テスト モバイル アプリケーションをダウンロードします。
  2. 携帯電話にアプリをインストールします。
    注: この手順は、特定の電話機の今後の使用に対して 1 回だけ行う必要があります。必要に応じて、電話で開発者のステータスを有効にして、これを行います。
  3. 電話機で尿検査アプリケーションを起動します(図2A)。
  4. (メーカーの仕様に基づいて)目的のディップスティックに合わせて、(図2B)、対象のディップスティックに合わせて、アナライトの名前と読み取りタイミングを変更する手順を読み、画面上のテキストホルダーウィンドウを介して新しい入力を挿入します(図2C)。
    注: 各ディップスティックパッドに必要な読み出し時間は、使用するディップスティックのブランドによって異なります。
  5. さまざまなコンポーネントを組み立てて、プレートスリーブの下のスルーホールにディップスティックを挿入します(図1F)。
  6. プレートスリーブをボックス内に配置して、ノッチがボックスギャップに合うようにします。
  7. スライドをプレートスリーブの内側に置き、そのスルーホールが入口に合うようにします。
  8. 携帯電話をボックスの上部に置き、バックカメラレンズを透視スルーホールに向けて配置してイメージングを可能にします。テストの前に携帯電話の画面で画像を確認して、カメラの可視性が遮られていないことを確認します。アプリは自動的に携帯電話の懐中電灯を有効にします。
  9. 電話のアライメントの指示(図2D)を読み、ディップスティックが画面上の黒い長方形のオーバーレイの境界と一致するように、それに応じて電話機を整列させます(図2E)。
  10. アプリ ウィンドウの [ 開始 ] ボタンをクリックしてテストを開始します。
    メモ:電話機のカメラが開き、QRコードを一度読み取ります(図2F)。

3. テストを実施する

  1. 約0.5mLの尿を含む使い捨てポリエチレン転写パイプを用いて、尿を入口穴に入れ子に入れ替える(図3)。
    注:液体の正確な量は重要ではありませんが、すべてのスルーホールが十分な尿を受け取るように少なくとも0.5 mLでなければなりません。液体を加える際、入口を横切って移動し、スライドの各スルーホールに堆積することを観察します。
  2. スライドをプレートスリーブに押し込み、ベースプレートストップで停止するまでテストを開始します。
    注:QRコードが携帯電話の視野にある場合、尿はディップスティックパッドと接触する必要があります。QR コードを読み取った後、アプリケーションはウィンドウを開いて色の変化を分析し(図 2G)、結果を同じウィンドウ内に自動的に表示します (図 2H)。
  3. 尿を適切に捨て、プレートスリーブを洗浄し、10%漂白液でスライドし、脱イオン水で再びすすいします。追加使用する前に乾燥させます。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

図4は尿検査中に尿がディップスティックに移される様子を示す。典型的なテストの間、箱が視界を遮るので尿の移動は観察できない。サンプルがピペットを使用して入口に堆積すると(ステップ3.1)、スライドの穴が埋め尽くされます(図4A)。図4Bおよび図4Cは、それぞれ、プレートスリーブを横切る尿の進行的な動きを示し、スライドが停止に接触した後に示す。ディップスティックと尿の接触は、ディップスティックパッドの色分け反応と色の変化につながることに注意してください。

図5 は、尿を転写する表面(すなわち、ベースパテ、トッププレートおよびスライド)が疎水性スプレーで十分にコーティングされていない場合に生じる可能性のある問題を示している。 図 5Aに、十分にコーティングされていないスライドの図を示します。適切にコーティングされていない場合、移動したボリュームの精度を低下させるスライディングステップ中に、( 図 5Bに白い矢印で示される)縞を観察することがあります。また、ディップスティック(図5C)に尿を移すスライドの失敗を観察し、スライドが装置から取り外されても尿がスルーホールに残ることがある。これらの手順は、良好なスプレーカバレッジを得ることの重要性を強調しています(ステップ1.1.8、1.4.4、1.5.3、および1.5.4)。スプレーのカバレッジに関する懸念がある場合、またはこれらのパフォーマンスエラーを観察する場合は、ベースプレート、トッププレート、スライドを作り直すことをお勧めします。

泌尿器検査は、高品質のスマートフォンである電話1(画像解像度:8000ピクセルx 6000ピクセル)で行われました。代表的な結果を 図 6に示します。脱イオン水と市販尿(標準組成と高グルコースの両方)で試験を実施しました。ディップスティック上のカラーパッドは、尿と尿の測色反応に応じて時間が変化します。 図6 の誤差範囲は、2つのスマートフォンで記録された各サンプルの3つの連続した測定値に対して得られた標準偏差を表しています。 図6Aは 、異なる試験条件に対するグルコースパッドの応答を経時にプロットする。使用されるディップスティックのブランドの場合、グルコース測定の推奨読み出し時間は30秒です。予想通り、水のこの間隔にわたってディップスティックの色は変化せず、標準的な尿の最終値は「正常な」尿グルコース閾値レベル(160〜180 mg/dL)と一致し、「高グルコース」条件の最終的な値は正常値を上回る上昇する。重要なのは、ステップ 2.8 でのタイミングの読み出し間隔を正しく設定することの重要性を示す 30 秒までは、正しい値が得られていない点に注意してください。同じ実験は、低い画像解像度を持つ別のスマートフォンで行われました: Phone 2 (画像解像度: 3264ピクセル x 2448ピクセル)。カメラ解像度の違いにより、 図6Bに示すように、ディップスティックパネルの画像を撮影しながら、画像の色と品質に以前の結果との有意な差が認められる。懐中電灯仕様の違いも画質の違いに寄与します。 図6からは、実際に検出された色は異なるが、両方の電話機が時間の経過とともに色の変化に類似した傾向をもたらすことが分かる。尿検査のためにスマートフォンアプリケーションで使用されるカラーマッチングアルゴリズムは、ディップスティックパッドの色の物理的な外観の違いにもかかわらず、アナライト濃度に対して同じ結果をもたらします。結果の一貫性は、分析の参照グラフとしてグラフステッカーを使用するためです。チャートステッカーとディップスティックの両方が同じ照明条件と画質でキャプチャされるため、スマートフォンアプリケーションは、両方のスマートフォンで同様の方法で(R、G、B)コンポーネントと基準正方形とディップスティックパッドの両方の色差を評価します。これらの結果は、参照カラーチャートとディップスティックの両方が同じ環境下で画像化されている限り、本稿に記載されているプロトコルがスマートフォンモデルとは無関係であることを確認した。

我々は以前、市販尿規格19を用いた従来のディップアンドワイプ法と比較して、自動尿検査装置の精度を評価した。 表 1 は、得られた結果を 2 つの検定と比較します。システムの精度は、各ディップスティックパッドに転送されるボリュームに依存することが分かる。最も正確な結果は、尿の15 μLを移動するように設計された自動尿検査装置で得られた;したがって、デバイスが正確かつ一貫してディップスティックパッドに必要な尿量を転送することが重要です。7つの異なる試験で15μLの尿サンプルの容積を移すことによって装置の一貫性を検証する代表的な結果を 図7に示す。全体の標準偏差は0.5μL以下で、目標値の4%範囲内にあることが判明しました。結果は、デバイスが正確かつ一貫してテストを実行するために尿のマイクロリットルを転送することができることを確認します。

Figure 1
図1:デバイスコンポーネントの概略図A)ベースプレート。 B)ステップ 1.5.1 で一緒に接着されているトッププレートと入口カバー。 C)スライドと、タイミング制御に使用される関連 QR コード。 D)プレートスリーブは、ステップ1.5.4のベースプレートの棚に上板を接着することによって形成される。スルーホールの表示横にあるチャートステッカーは、カラー分析を可能にします。 E)ボックス。 F)組み立てられた装置。使用中は、携帯電話は、そのレンズと懐中電灯がイメージングスルーホールの上に配置されるように、ボックスの上部に配置されます。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 2
図2:アプリを使用した色分け分析のプロセス。)電話画面のアイコン「尿検査」が選択され、アプリケーションが起動されます。 B) ポップアップ ウィンドウは、読み出し時間を変更するようにユーザーに通知します。 C) ユーザーが手動で、アナライト名と読み出し時間を入力します。 D)ユーザーに電話の配置を通知するポップアップ ウィンドウ。 E)テスト前に適切に位置合わせされたディップスティックの代表的なイメージ。 F)スライドが挿入され、QR コードがデータ取得を開始するように表示された後のスクリーンショット。 G)テスト開始後1秒後の画面。黒い四角いオーバーレイは、アプリがピクセル情報を収集している正確な場所をユーザーに示します。 H)完了したディップスティックテストの結果。破線を使用したテスト結果は、選択したディップスティックに対して正常と見なされます。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 3
図3:尿検査開始時に動作中の組み立て装置の写真。ユーザーは、入口に尿とピペットを挿入することによってテストを開始します. この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 4
図4:ディップスティック試験への液体堆積の内部プロセスを最初から最後まで。A)スライドをプレートスリーブに挿入し、スライドスルーホールを入口に合わせると、転写ピペットがスライドの各スルーホールに尿を送り込みます。B)疎水性被覆プレートスリーブの内部を通してスライドを滑らせることは液体輸送を可能にする。C)スライドがベースプレートの停止に達すると、尿はテストパッドに送られ、色分けの変化をもたらす。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 5
図5:疎水性不足に伴う潜在的な問題。A)十分なコーティングの有無にかかわらずスライド。 B)不十分にコーティングされたスライドは、スライドステップ中に漏れるショーを示しています。 C)不十分にコーティングされたスライドは、デバイスから引き戻された後でもディップスティックパッドに転送されません:液体は右下の差し込みに見られるように、スライドスルーホールに残ります。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 6
図6:3種類のサンプル用の2つの異なるスマートフォンを備えたグルコースパッドの尿起き結果。A)高カメラ解像度カメラ付き携帯電話(phone1)で記録された異なる試験条件に対するグルコースパッドの応答特性。 B)低解像度のカメラ付き携帯電話(電話2)で記録された異なる試験条件に対するグルコースパッドの応答特性。30秒での読み出しは、メーカーの希望のタイミングに対応しています。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 7
図 7: 転送された平均ボリュームとの間の数。各井戸は、所定のテストパッドのスルーホールに対応しています。最初の井戸は入口に最も近いです。この図はスミス社ら19 から改変され、英国王立化学会の許可を得て再現された。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

アナライト ディップアンドワイプとの違い
ルー ニット 尿 プロ pH ブロ SG ケット GLU
ディップアンドワイプ 4 ± 0 2 ± 0 4 ± 0.53 2 ± 0.53 4 ± 0 5 ± 0 3 ± 0.53 4 ± 0.49 3 ± 0.58 該当する
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

表1:さまざまな堆積ボリュームを使用した検体の中央値と標準偏差 symbol ‡ は、業界標準のディップ アンド ワイプ方式で取得された中央値と異なる中央値を示します。中央値がディップアンドワイプ法と異なる分析対象パッドの総数は、右端の列に表示されます。注: 使用されるすべてのディップスティックの結果は累積されます。LEU: 白血球, NIT: 亜硝酸塩, URO: ウロビリノゲン, PRO: タンパク質, BLO: 血液, SG: 比重, KET: ケトン, GLU: グルコース.このテーブルはスミスら19 から変更され、王立化学会の許可を得て複製されました。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

伝統的なディップスティック尿素の尿症は、手頃な価格と便利ですが、正確な結果を得るために細部に手動で注意が必要です。手動ディップスティック尿起は、可変照明条件、個々の色知覚の違いおよびクロスコンタミネーションの対象となります。多くの診療所や病院には、尿ディップスティック分析を自動化する器具がすでにありますが、通常はかさばり、高価であり、ディップワイプ法の適切な性能に依存しています。さらに、これらの器械は正確な結果のために毎年の口径測定および維持を要求する。

このプロトコルは、ディプスティック尿検査に関連するいくつかの重要なステップ(例えば、テストパッドへの液体の分布、開始のタイミング、照明の制御、基準基準との定量比較)を自動化および制御し、信頼性の高い結果を得るために必要です。この目的のために、プロトコルの重要なステップは、デバイスの設計に関連するステップ1.4.3、1.1.4、1.4.7および1.1.5、スルーホールのサイズを所望のボリュームに一致させ、スルーホールをディップスティックに整列させるためのストップの適切な配置を確保し、タイミングインジケータとして使用されるQRコードの適切な配置を確認し、テストが周囲光の影響を受けないようにしますそれぞれ。さらに、スライドを通して尿を移動し、その後のディップスティックへの堆積は、使用される材料の表面特性に大きく依存する。したがって、非疎水性表面がベースプレート、天板およびスライドに使用される場合、十分な量の疎水性スプレーを適用することが重要である。スライドのスルーホールの内側の表面がスプレーされていることを確認して、液体がスリップ後にディップスティックパッドに落ちるようにすることが特に重要です。

プロトコルは、スルーホールの寸法と間隔を変更することで、他のブランドのディップスティックで使用するように簡単に変更できます。ディップスティックに適用されるボリュームは、スライドの製造に使用されるアクリルの厚さ(ベースプレートの棚の厚さに相応の変化)、またはスルーホールのサイズを変更することによっても変更できます。付属のソフトウェアアプリは、ユーザーが使用されるディップスティックのブランドのものと一致するように名前と読み出しタイミングを変更することができます。

現在のデバイスは、3Dプリントベースプレートとレーザーカットトッププレートを組み合わせてプレートスリーブを形成します。これらの製造方法の両方が手頃な価格であり、材料の選択肢を変更することができます。電話とディップスティックを除くと、現在のデバイスで使用されているアクリルは約0.85ドルで、3Dプリントベースプレートで使用される材料はデバイスあたり約1.50ドルです。使用したベースプレートはアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)から3Dプリントされていますが、硬くて硬い表面を形成する他のポリマーも適しています。例えば、デバイスのバージョンは、アクリル19から完全に製造されたプレートスリーブを使用して作ることができます。ポリジメチルシリオキサン(PDMS)のようなエラストマー材料は、その低剛性が、体積制御設計に重要な滑り作用を可能にするためにガラス表面を滑らせることとの互換性が低いため、望ましくありません。

現在のプロトコルの重要な制限の1つは、スライドおよびプレートスリーブに適用される疎水性コーティングが頻繁に使用して剥離し、時間の経過とともにデバイスの安定性を制限することである。3-4試験の実行後、疎水性コーティングは、多くの場合、移動された体積を剥離し、変更し、結果の精度を低下させる可能性があります。将来の方法の変更は、より耐久性のある疎水性コーティングまたは自然に疎水性である材料の使用を含むことができます。また、アクリル結合は、同様に繰り返しテスト中に弱くなる可能性があります。しかし、デバイスの低コストにより、複数のプリントを作成し、必要に応じて一緒に接着することができます。したがって、スライドは再利用可能な部品と考えられる。

もう一つの制限は、パッドの疎水性の性質のために尿でグルコースパッドを飽和させることができないことである。そのため、自動化された装置で液体を部分的に吸収するだけです。結果の精度が低下することは見当たりませんが、カメラの表示領域がグルコーステストパッドの端ではなく、中央からデータをキャプチャするように、ステップ2.9を慎重に実行する必要があります。今後の作業は、テスト上の任意のディップスティック試薬パッドに疎水性を備えていないディップスティックの異なるブランドを組み込むことによって、この問題に対処することができます。

ユーザーエラーに寄与する主要なステップを制御することにより、この方法は訓練を受けていない個人によって実行される結果の精度を高めることができ、ホームテストに適しています。利用可能な他の尿検査アプリとは異なり7,8,9,システムはディップスティックテストの任意のブランドに変更可能です。デバイスは再利用可能であり、スマートフォンで消費される電力の外で使用する電力を必要としません。将来的には、このプロトコルが患者の自己検査に適していると考えています。ディップスティック検査結果の精度を確保することにより、患者は標準的な臨床尿検査に関連する障壁なしに、より頻繁に自分の尿を監視することができる。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

著者らは開示するものは何もない。

Acknowledgments

この作品は、ドロシー・J・ウィングフィールド・フィリップス・チャンセラー・パカルティ・フェローシップによって資金提供されました。エミリー・キトはNSF GRFPから資金提供を受けた。

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Kavuru, V., et al. Dipstick analysis of urine chemistry: benefits and limitations of dry chemistry-based assays. Postgraduate Medicine. 5481, (2019).
  3. Pugia, M. J. Technology Behind Diagnostic Reagent Strips. Laboratory Medicine. 31, 92-96 (2000).
  4. Dungchai, W., Chailapakul, O., Henry, C. S. Electrochemical detection for paper-based microfluidics. Analytical Chemistry. 81, 5821-5826 (2009).
  5. 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).
  6. Urisys 1100 Analyzer. Available from: https://diagnostics.roche.com/us/en/products/instruments/urisys-1100.html (2020).
  7. 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).
  8. Shen, L., Hagen, J. A., Papautsky, I. Point-of-care colorimetric detection with a smartphone. Lab on a Chip. 12, 4240-4243 (2012).
  9. Ra, M. Smartphone-Based Point-of-Care Urinalysis under Variable Illumination. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 6, 1-11 (2018).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Zhang, D., Liu, Q. Biosensors and bioelectronics on smartphone for portable biochemical detection. Biosensors and Bioelectronics. 75, 273-284 (2016).
  13. Choi, K., et al. Smartphone-based urine reagent strip test in the emergency department. Telemedicine and e-Health. 22, 534-540 (2016).
  14. 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).
  15. Vashist, S., Schneider, E., Luong, J. Commercial Smartphone-Based Devices and Smart Applications for Personalized Healthcare Monitoring and Management. Diagnostics. 4, 104-128 (2014).
  16. Inui. Available from: https://www.inuihealth.com/inui/home (2020).
  17. Healthy.io. Available from: https://healthy.io/ (2020).
  18. Scanwell. Available from: https://www.scanwellhealth.com (2020).
  19. 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).
  20. Du, W., Li, L., Nichols, K. P., Ismagilov, R. F. SlipChip. Lab on a Chip. 9, 2286-2292 (2009).
家庭用試験用の低コストのボリューム制御ディップスティック尿検査
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kight, E., Hussain, I., Bowden, A. K. Low-Cost, Volume-Controlled Dipstick Urinalysis for Home-Testing. J. Vis. Exp. (171), e61406, doi:10.3791/61406 (2021).More

Kight, E., Hussain, I., Bowden, A. K. Low-Cost, Volume-Controlled Dipstick Urinalysis for Home-Testing. J. Vis. Exp. (171), e61406, doi:10.3791/61406 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter