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Bioengineering

Urinalysis de dipstick de baixo custo e controlados por volume para testes domésticos

doi: 10.3791/61406 Published: May 8, 2021

Summary

A microse de vareta é um método rápido e acessível para avaliar o estado de saúde pessoal. Apresentamos um método para realizar uma urina de vareta de baixa custo precisa que remove as principais fontes de erro associadas aos protocolos tradicionais de mergulho e limpeza e é simples o suficiente para ser realizado por usuários leigos em casa.

Abstract

A urina de dipstick fornece estimativas rápidas e acessíveis de múltiplas condições fisiológicas, mas requer uma boa técnica e treinamento para usar com precisão. O desempenho manual da urina de vareta depende de uma boa visão de cor humana, controle adequado da iluminação e comparações propensas a erros e sensíveis ao tempo com as cores dos gráficos. Ao automatizar os principais passos no teste de urina de vareta, podem ser eliminadas possíveis fontes de erro, permitindo o autoteste em casa. Descrevemos as etapas necessárias para criar um dispositivo personalizável para realizar testes automatizados de urina em qualquer ambiente. O dispositivo é barato de fabricar e simples de montar. Descrevemos os principais passos envolvidos na personalização para a vareta de escolha e para personalizar um aplicativo de celular para analisar os resultados. Demonstramos seu uso para realizar a urinálise e discutir as medidas críticas e as etapas de fabricação necessárias para garantir uma operação robusta. Em seguida, comparamos o método proposto com o método dip-and-wipe, a técnica padrão-ouro para a urina de vareta.

Introduction

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A urina é uma fonte não invasiva de múltiplos indicadores metabólicos de doença ou saúde. A urinálise, a análise física e/ou química da urina, pode ser realizada rapidamente para detectar doença renal, doença do trato urinário, doença hepática, diabetes mellitus e hidratação geral1. As varetas de urina são ferramentas de diagnóstico semi-quantitativas acessíveis que dependem de alterações colorimétricas para indicar níveis fisiológicos aproximados. Cada vareta pode realizar uma grande variedade de ensaios, incluindo testes para pH, osmolalidade, hemoglobina/mioglobina, hematuria, leucocitte esterase, glicose, proteinúria, nitrito, cetona e bilirrubina2. O princípio da vareta urinálise baseia-se na ocorrência de uma reação cronometrada através da qual uma mudança de cor na almofada de vareta pode ser comparada a um gráfico para determinar a concentração de analito3. Dada a sua acessibilidade e facilidade de uso, as varetas são uma das ferramentas mais comuns para a urinálise na área da saúde.

Tradicionalmente, a urina de vareta conta com uma enfermeira ou técnico médico treinado para inserir manualmente a vareta em uma xícara de amostra de urina, limpar o excesso de urina e comparar as almofadas de cor com as cores em horários específicos. Embora o método de mergulho e limpeza seja o padrão-ouro para a análise de vareta, sua dependência da avaliação visual humana limita as informações quantitativas que podem ser obtidas. Além disso, os dois passos manuais de vareta urinálise – a etapa de dip-wipe e a comparação de resultados colorimétricos – exigem uma técnica precisa, que limita a possibilidade de testes confiáveis em ambientes domésticos pelos pacientes diretamente. A contaminação cruzada das pastilhas de amostra devido à limpeza pode causar alterações de cor imprecisas. Além disso, volumes inconsistentes resultantes da falta de controle de volume durante a limpeza podem resultar em medição inadequada das concentrações de analito. É importante ressaltar que o tempo entre mergulhar a urina (ou seja, o início do ensaio) e a comparação com um gráfico é fundamental para uma análise precisa dos resultados e é uma enorme fonte potencial de erro humano. A dificuldade na comparação colorimétrica manual é que muitas almofadas devem ser lidas ao mesmo tempo, enquanto algumas almofadas são lidas em momentos diferentes. Mesmo comparações de cores perfeitamente cronometradas ainda dependem da acuidade visual do leitor humano, que pode sofrer de cegueira de cor ou perceber cores diferentes em diferentes ambientes de iluminação4. Esses desafios ressaltam por que os médicos só podem contar com a vareta urinálise realizada por pessoal treinado. No entanto, um sistema automatizado de urinalílise poderia resolver todas as preocupações acima mencionadas, eliminando a necessidade de etapas manuais de limpeza de mergulho, incorporando controles de tempo e permitindo comparações simultâneas de cores com referências de cores calibradas. Isso, por sua vez, reduziria o erro do usuário, permitindo uma possível adoção em ambientes domésticos.

Nos últimos 20 anos, foram utilizados analisadores automáticos para ler os resultados dos testes de urina de vareta com a mesma precisão ou superior à análise visual5. Muitas clínicas e consultórios médicos usam essas máquinas para analisar rapidamente e imprimir os resultados tradicionais de vareta. A maioria das máquinas de urinar minimiza erros de inspeção visual e garante consistência nos resultados6. Eles são fáceis de usar e mais eficientes do que a inspeção manual, mas ainda exigem que o usuário execute o método dip-wipe corretamente. Assim, essas máquinas têm capacidade limitada de serem operadas por pessoas não treinadas, como usuários domésticos; além disso, eles são extremamente caros.

Recentemente, os celulares surgiram como uma ferramenta engenhosa para várias medidas colorimétricas biológicas7,8,9,10, inclusive para a urinálise11,12,13. Dadas as suas capacidades de sensoriamento remoto e alta resolução de imagens, os telefones celulares tornaram-se dispositivos analíticos eficazes para a saúde14,15. De fato, a FDA liberou vários testes de urina domiciliar baseados em smartphones16,17,18. Alguns dos novos produtos comerciais baseados em smartphones incorporam varetas de urina estabelecidas, enquanto outros possuem almofadas colorimétricas proprietárias. Todos esses produtos possuem métodos proprietários para calibrar para diferentes condições de iluminação em diferentes tipos de telefones. Ainda assim, um problema com essas soluções é que o usuário deve tirar uma foto manualmente no momento certo, além de realizar um método manual adequado de limpeza de mergulho (ou seja, sem contaminação cruzada). Notavelmente, nenhum desses testes controla o volume depositado nas varetas, que encontramos pode afetar a mudança de cor19 e o resultado fisiológico interpretado. As lacunas e custos atuais nos fluxos de trabalho desses dispositivos sugerem uma necessidade adicional de permitir um procedimento de deposição de urina controlado por humanos e controlado por volume e fotografia de vareta sem mãos.

Descrevemos um protocolo para urina de vareta automatizada controlada por volume sem a necessidade de um passo manual de limpeza de mergulho. A chave para o processo automatizado é um dispositivo19 cujo princípio subjacente é baseado no SlipChip20 e que transfere líquido entre diferentes camadas usando efeitos de química superficial. Em suma, o revestimento hidrofóbico no slide de transferência e na manga da placa circundante forçam o líquido a mover-se sem esforço através do dispositivo e a liberar sobre a almofada de vareta uma vez que o slide está em sua posição final, momento em que a barreira hidrofóbica inferior é substituída por ar. Além disso, a caixa coordenada de bloqueio de luz padroniza as condições de iluminação, o ângulo de visão da câmera e a distância para o foco da câmera para garantir resultados precisos e repetíveis que não são influenciados pelas condições de iluminação ambiente. Um aplicativo de software que acompanha automatiza a captura de imagens e análises colorimétricas. Após a descrição do protocolo, fornecemos resultados representativos do teste de urinálise em diferentes condições. Comparações com o método padrão de dip-wipe demonstram confiabilidade do método proposto.

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Protocol

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1. Fabricar e montar o dispositivo de urina

  1. Fabricar a placa base (Figura 1A).
    1. Use um software CAD (Computer-Aided Design, design aided design, design auxiliado por computador) para desenhar uma área retangular com dimensões 2.1641 em x 0,0547 em x 6,3828 em (W x H x L) usando a ferramenta poliline.
    2. Meça a área de teste (área retangular que abrange a distância entre a primeira e a última almofada e a largura das almofadas) na vareta.
      NOTA: Essas informações são necessárias para desenhar os furos que mantêm a vareta no lugar e separar o líquido entre as almofadas (para evitar contaminação cruzada).
    3. Adicione através de furos que imitam o tamanho e a posição de cada almofada de teste na área de teste.
    4. Empate duas bordas laterais elevadas que medem 2,1641 em x 0,6797 em (W x L).
    5. Desenhe uma parada (0,1172 por 0,2109 em (W x L)) usando a ferramenta poliline para facilitar o alinhamento entre a placa de base e o slide. A parada deve ser perpendicular às bordas e impede fisicamente que o slide se mova passou pelas almofadas de vareta de urina.
    6. Selecione as linhas para parar e bordar para fazer uma região usando o comando Região. Use o comando Extrude para elevar a região até uma altura de 0,0703. Repita este passo do outro lado do dispositivo.
    7. Crie um entalhe (0,1895 por 0,3500 em (W x L)) em ambas as bordas para facilitar o alinhamento com a caixa. Posicione-o 0,466 na borda inferior da borda. Use o comando Região para criar um retângulo e fazer a altura de extrusão de 0,1250 dentro.
    8. Use o comando Subtraído sólido, selecione dispositivo, pressione Enter,selecione a região do entalhe e pressione Enter. Repita do outro lado do dispositivo.
      NOTA: A forma será removida do dispositivo.
    9. Imprima a placa base em uma impressora 3D e escoe a área superior da face entre as bordas com lixa para endurecer a superfície.
      NOTA: O lixamento é importante para que o revestimento hidrofóbico possa aderir à placa base com segurança.
    10. Tape as bordas com fita adesiva (para evitar pulverizar as bordas) e pulverize a placa base com um spray hidrofóbico. Aplique várias camadas (4-8) do revestimento base na placa base. Segure a lata aproximadamente 8-12 polegadas de distância da placa base ao pulverizar. O dispositivo deve ter uma aparência branca leitosa ao secar.
      ATENÇÃO: Siga as instruções do fabricante para a localização adequada e EPI para pulverização.
    11. Aguarde 30 minutos antes de aplicar o casaco várias vezes (6-8x). Deixe a placa base secar por 12 horas antes de usar. Remova a fita das bordas.
  2. Fabricar a placa superior(Figura 1B).
    1. Desenhe uma área retangular para medir 2,05 em x 5.470 em (W x L) em um software CAD usando a ferramenta polilina.
    2. Adicione um buraco retangular (o "ver através do buraco") ligeiramente maior do que o tamanho da área de teste da vareta (por exemplo, 0,230 em x 3.147 em (W x L)). Coloque-o 0,921 no topo, 1.165 na esquerda e 1.165 nas bordas direitas da placa superior.
    3. Desenhe um segundo furo (o "buraco de entrada") tamanho 0,075 em x 3.146 em (W x L). Coloque-o 0,236 na borda inferior, 1.737 na borda superior e 1.162 nas bordas esquerda e direita da placa superior.
    4. Corte a placa superior de um pedaço de acrílico claro com um cortador a laser. Limpe qualquer poeira ou detrito restante.
  3. Fabricar a tampa de entrada(Figura 1B).
    1. Desenhe uma área retangular com dimensões 0.247 em x 3,3378 em (W x L) em um software CAD usando a ferramenta polilina. Adicione dois furos circulares com diâmetro de 0,127 em aproximadamente 0,073 nas duas bordas da tampa da entrada, uma de cada lado.
    2. Corte a tampa da entrada de um pedaço de acrílico claro com um cortador a laser.
  4. Fabricar o slide(Figura 1C)
    1. Desenhe uma área retangular no software CAD que mede 2.771 em x 0,0625 em x 5.000 em (W x H x L) usando a ferramenta poliline.
    2. Adicione furos que combinem com a posição de cada bloco de teste na área de teste. Desenhe o primeiro 0,105 no quadrado através do buraco para se sobrepor com a colocação da primeira almofada de teste: 1.096 nas bordas esquerda e direita do slide, 0,960 na borda superior e 1.681 na borda inferior. Adicione mais furos conforme necessário (geralmente 10 no total) para a marca de vareta selecionada. Espaça cada outro através do orifício medindo a distância entre as almofadas de teste na vareta.
      NOTA: O tamanho dos furos é importante para depositar o volume correto de líquido na almofada de vareta. Para nossa marca de vareta, criamos furos que depositam 15 ul em cada almofada de vareta.
    3. Corte o slide de um pedaço de acrílico claro usando um cortador a laser. Limpe qualquer poeira ou detrito restante.
    4. Pulverize a frente do escorregador com um spray hidrofóbico. Aplique várias camadas (6-8x) de revestimento básico no slide. Segure a lata aproximadamente 8 -12 longe do slide ao pulverizar.
    5. Aguarde 30 minutos antes de aplicar o casaco várias vezes (8-12x). Deixe o slide secar por 12 horas antes de usar.
    6. Baixe um código QR de um gerador de código QR on-line e imprima o código desejado no papel com apoio adesivo pegajoso. Coloque o código QR 0.17 à direita do primeiro buraco ao longo da mesma linha que todos os buracos.
      NOTA: Enquanto o código QR estiver adjacente aos furos, a colocação precisa não é importante.
    7. Use fita clara para cobrir o código QR e fixá-lo no slide.
  5. Monte a entrada e a manga da placa(Figura 1D).
    1. Fabricar a entrada usando cimento acrílico para colar a tampa da entrada na placa superior onde está localizado o buraco de entrada. Espere de 24 a 48 horas para unir as peças com segurança.
    2. Pulverize a parte de trás da placa superior com um spray hidrofóbico uma vez que a tampa da entrada esteja firmemente ligada à placa superior. Coloque a placa superior de cabeça para baixo. Aplique o primeiro casaco de base várias vezes (4-8x).
    3. Segure o spray de 8 a 12 polegadas de distância da placa superior e espere 30 minutos para secar. Aplique o sobretudo várias vezes (6-8x). Deixe a placa superior secar por 12 horas antes de usar.
    4. Monte a manga da placa (placa superior combinada e placa base) colando a placa superior completa nas bordas da placa base com cimento acrílico. As duas peças são fáceis de alinhar por inspeção visual, pois a borda inferior da placa superior se alinhará com a da placa base. Aplique um grampo nas bordas da placa base para fixá-lo durante a secagem e esperar 24-48 horas antes do uso, de acordo com as instruções do fabricante.
  6. Crie o adesivo de gráfico.
    1. Baixe o gráfico de cores para a marca de dipstick do site do fabricante.
    2. Abra o arquivo baixado em um software de editor gráfico.
    3. Abra o arquivo digital para o modelo de placa superior usado anteriormente para o cortador a laser (Passo 1.2 deste protocolo) em um software de editor gráfico.
    4. Crie as caixas de cores para o adesivo de gráfico combinando caixas de cores do gráfico de cores do fabricante. Selecione o primeiro bloco de cor no gráfico do fabricante com a ferramenta conta-gotas no software do editor gráfico e, em seguida, use a ferramenta de forma de caixa para fazer uma forma de caixa na mesma cor no modelo da placa superior, na mesma linha onde a almofada de vareta será localizada. Repita isso para cada bloco de cores correspondente a cada linha de almofada.
    5. Exclua as camadas associadas ao modelo da placa superior.
    6. Imprima o adesivo de gráfico como um adesivo de vinil com um serviço de impressão de adesivos on-line. Coloque o adesivo na manga da placa e alinhe-a com cada buraco.
  7. Fabricar a caixa(Figura 1E).
    1. Desenhe as duas peças de caixa de lado longo (partes "a" e "b") no software CAD como retângulos com dimensões de 4,92 em x 6,63 em (W x L). Adicione um recorte à parte "a" centrada na borda inferior medindo 0,2 em x 6,11 em (W x L).
    2. Desenhe as duas peças de caixa de lado estreito (partes "d" e "e") no software CAD como retângulos com dimensões de 1,805 em x 6,63 in (W x L).
    3. Desenhe a parte superior da caixa (parte "c") como um retângulo com dimensões 1.805 em x 6,63 (W x L). Desenhe o "porão de imagem" na parte superior: 0,74 em x 0,910 em (W x L), posicionado 3,17 na parte inferior, 2,53 na parte superior, 0,65 na borda direita e 0,42 na borda esquerda.
      NOTA: A posição exata da imagem através do furo deve ser selecionada com base nos celulares que serão utilizados para a análise.
    4. Desenhe cada peça da caixa para apresentar um padrão de bordas entrelaçadas que permitirá que todos os lados da caixa se encaixem em cada borda conforme descrito na Figura 1D. Para fazer um padrão de borda entrelaçada, alterne um padrão de extrusão/intrusão na borda longa com 0,135 em 1,17 em (W x L) saliências. Desenhe duas extrusões em cada borda longa para cada lado da caixa. Use o mesmo padrão de extrusão/intrusão para a borda curta, mas com invasões medindo 0,135 por 0,460 (W x L).
    5. Corte as cinco peças com um cortador a laser ou imprima-as com uma impressora 3D.
      NOTA: Um componente cortado a laser usando peças de acrílico será barato de fabricação e pode ser achatado para fácil transporte. Use acrílico preto, pois é útil absorver luz dispersa durante os testes.
    6. Adicione papel de construção de cor preta ao interior da caixa para evitar a dispersão do flash durante a análise da imagem se o material da caixa tiver um acabamento de brilho.

2. Prepare o teste

  1. Baixe o aplicativo móvel UrineTest do GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp).
  2. Instale o aplicativo em um celular.
    NOTA: Esta etapa só precisa ser feita de uma vez por todas as futuras aplicações de um determinado telefone. Se necessário, habilite o status do desenvolvedor no telefone para fazer isso.
  3. Inicie o aplicativo UrineTest no telefone (Figura 2A).
  4. Leia as instruções para alterar os nomes de analito e os tempos de leitura(Figura 2B) para combinar com os de interesse (com base nas especificações do fabricante) e insira nova entrada através da janela do titular do texto na tela(Figura 2C).
    NOTA: O tempo de leitura necessário para cada almofada de vareta dependerá da marca da vareta utilizada.
  5. Monte os vários componentes juntos e insira a vareta nos furos por baixo da manga da placa(Figura 1F).
  6. Coloque a manga da placa dentro da caixa para que seu entalhe esteja alinhado com a abertura da caixa.
  7. Coloque o slide dentro da manga da placa para que seus furos se alinhem com a entrada.
  8. Coloque o telefone na parte superior da caixa com a lente da câmera traseira voltada para o buraco de visualização para permitir a imagem. Certifique-se de que a visibilidade da câmera não é ocluída verificando a imagem na tela do telefone antes dos testes. O aplicativo ativará a lanterna no telefone automaticamente.
  9. Leia a instrução para alinhamento telefônico(Figura 2D) e alinhe o telefone de acordo para que a vareta coincida com os limites da sobreposição retangular preta na tela(Figura 2E).
  10. Clique no botão Iniciar na janela do aplicativo para iniciar o teste.
    NOTA: Isso abrirá a câmera do telefone para ler o código QR uma vez em exibição(Figura 2F).

3. Realizar o teste

  1. Deposite urina no orifício de entrada com um tubo descartável de transferência de polietileno contendo aproximadamente 0,5 mL de urina(Figura 3).
    NOTA: A quantidade exata de líquido não é importante, mas deve ser de pelo menos 0,5 mL para garantir que todos os furos recebam urina suficiente. Ao adicionar o líquido, observe que ele se move através da entrada e é depositado em cada buraco do slide.
  2. Inicie o teste empurrando o slide para a manga da placa até que seja parado pela parada da placa base.
    NOTA: A urina deve fazer contato com a almofada de vareta quando o código QR estiver no campo de visão do celular. Após a leitura do código QR, o aplicativo abrirá uma janela para analisar as alterações de cor (Figura 2G) e mostrará os resultados automaticamente dentro da mesma janela(Figura 2H).
  3. Descarte a urina adequadamente e limpe a manga da placa e deslize com 10% de solução de alvejante e enxágue novamente com água desomangada. Deixe-o secar antes do uso adicional.

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Representative Results

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A Figura 4 demonstra como a urina é transferida para a vareta durante um teste de urina. Durante um teste típico, a transferência de urina não é observável porque a caixa oclui a vista. Uma vez que a amostra seja depositada na entrada usando uma pipeta (Passo 3.1), ela preencherá os orifícios na lâmina(Figura 4A). Figura 4B e Figura 4C, respectivamente,mostram o movimento progressivo da urina através da manga da placa e após o slide faz contato com a parada. Observe que o contato da urina com a vareta leva a uma reação colorimétrica e mudança de cor nas almofadas de vareta.

A Figura 5 demonstra um problema potencial que pode surgir se as superfícies para a transferência da urina (ou seja, patê de base, placa superior e slide) não forem suficientemente revestidas com spray hidrofóbico. Uma ilustração de um slide bem e mal revestido é mostrada na Figura 5A. Se mal revestido, pode-se observar listras (mostradas por setas brancas na Figura 5B) durante a etapa deslizante que diminui a precisão do volume transferido. Além disso, pode-se observar a falha do slide para transferir a urina para a vareta (Figura 5C), e a urina pode permanecer nos buracos mesmo quando o slide é removido do dispositivo. Essas etapas destacam a importância da obtenção de uma boa cobertura de pulverização (Etapas 1.1.8, 1.4.4, 1.5.3 e 1.5.4). Se houver preocupações sobre a cobertura do spray ou se você observar esses erros de desempenho, é melhor refazer a placa base, a placa superior e o slide.

Um teste de urina foi realizado com um smartphone de alta qualidade: telefone 1 (resolução de imagem: 8000 pixels x 6000 pixels). Os resultados representativos são mostrados na Figura 6. Realizamos testes com água desionizada e urina comercial (tanto composição padrão quanto com alta glicose). As almofadas coloridas na vareta mudam no tempo em resposta à reação colorimétrica da urina com os analitos na vareta. As barras de erro na Figura 6 representam o desvio padrão obtido por três medições consecutivas de cada amostra registrada pelos dois smartphones. A Figura 6A traça a resposta para a almofada de glicose ao longo do tempo para as diferentes condições de teste. Para a marca de vareta utilizada, o tempo de leitura recomendado para a medição de glicose é de 30 segundos. Como esperado, a cor da vareta não muda ao longo deste intervalo para água, o valor final para a urina padrão corresponde ao nível de limiar de glicose urinária "normal" (160-180 mg/dL), e o valor final para a condição de "alta glicose" é elevado acima do valor normal. É importante ressaltar que o valor correto não é atingido até 30 segundos, o que ilustra a importância de definir corretamente o intervalo de leitura de tempo na Etapa 2.8. O mesmo experimento foi realizado com outro smartphone com menor resolução de imagem: telefone 2 (resolução de imagem: 3264 pixels x 2448 pixels). Devido à diferença na resolução da câmera, observa-se uma diferença significativa em relação aos resultados anteriores na cor e qualidade da imagem ao capturar imagens do painel de vareta, como mostrado na Figura 6B. As diferenças nas especificações da lanterna também contribuem para as diferenças na qualidade da imagem. A partir da Figura 6,pode-se ver que ambos os telefones produzem tendências semelhantes na mudança de cor ao longo do tempo, embora as cores reais detectadas sejam diferentes. O algoritmo de correspondência de cores usado pelo aplicativo do smartphone para o teste de urinais produz os mesmos resultados para as concentrações de analito, apesar das diferenças na aparência física das cores das almofadas de vareta. A consistência dos resultados deve-se ao uso do adesivo gráfico como gráfico de referência para a análise. Uma vez que tanto o adesivo de gráfico quanto o dipstick são capturados sob as mesmas condições de iluminação e qualidade de imagem, o aplicativo do smartphone avalia os componentes (R,G,B) e a diferença de cor tanto do quadrado de referência quanto da almofada de dipstick de forma semelhante para ambos os smartphones. Esses resultados confirmam que o protocolo descrito neste manuscrito é independente do modelo do smartphone, desde que tanto o gráfico de cores de referência quanto o dipstick sejam imagens sob o mesmo ambiente.

Avaliamos anteriormente a precisão do dispositivo de urina automatizada, comparando-se com os métodos tradicionais de mergulho e limpeza usando um padrão comercial de urina19. A Tabela 1 compara os resultados obtidos com os dois testes. Pode-se ver que a precisão do sistema depende do volume transferido para cada almofada de vareta. Os resultados mais precisos foram obtidos quando o dispositivo automatizado de urina foi projetado para transferir 15 μL de urina; portanto, é crucial que o dispositivo transfira o volume de urina necessário de forma precisa e consistente para as almofadas de vareta. Resultados representativos para validar a consistência do dispositivo transferindo 15 μL de volume de amostras de urina ao longo de sete ensaios diferentes são mostrados na Figura 7. O desvio padrão geral foi encontrado abaixo de 0,5 μL, que está dentro da faixa de 4% do valor-alvo. Os resultados confirmam que o dispositivo é capaz de transferir com precisão e consistentemente microliters de urina para realizar o teste.

Figure 1
Figura 1: Desenhos esquemáticos dos componentes do dispositivo. A) Placa base. B) Tampa da placa e da entrada, coladas na Etapa 1.5.1. C) Slide e qr code associados usados para controle de tempo. )Manga de placa, formada pela cola da placa superior às bordas da placa base na Etapa 1.5.4. O adesivo de gráfico ao lado do furo de visualização permite a análise de cores. E) Caixa. F) Dispositivo montado. Durante o uso, um celular é colocado na parte superior da caixa de tal forma que sua lente e lanterna estão posicionadas acima do furo de imagem. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: O processo da análise colorimétrica utilizando o aplicativo. A) O ícone na tela do telefone "Teste de urina" é selecionado para iniciar o aplicativo. B) Uma janela pop-up informa o usuário a modificar os horários de leitura. C) O usuário digita manualmente os horários de analito e leitura. D) Uma janela pop-up para informar o usuário para o alinhamento do telefone. E) Imagem representativa de uma vareta devidamente alinhada antes do teste. F) Captura de tela após a inserção do slide e o código QR aparece para iniciar a aquisição de dados. )A tela um segundo após o início do teste. As sobreposições quadradas pretas mostram ao usuário a localização exata de onde o aplicativo está coletando informações sobre pixels. H) Os resultados do teste de vareta concluído. Os resultados dos testes com traços são considerados normais para a vareta escolhida. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Fotografia do dispositivo montado em ação no início de um teste de urinálise. Um usuário inicia o teste inserindo uma pipeta com urina na entrada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Processo interno de deposição líquida no teste de vareta do início ao fim. A) Inserir o slide na manga da placa e alinhar o slide através dos orifícios com a entrada permitirá que a pipeta de transferência entregue a urina em cada orifício do slide. B) Deslizar o slide pelo interior da manga da placa revestida hidrofóbica permite o transporte líquido. C) Quando o slide atinge a parada na placa base, a urina é entregue nas almofadas de teste, resultando em alterações colorimétricas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Problemas potenciais associados à hidroofobidade insuficiente. A) Um slide com e sem revestimento suficiente. B) O slide insuficientemente revestido mostra vazamento durante a etapa deslizante. C) Um slide insuficientemente revestido não se transfere para as almofadas de vareta mesmo depois de ser puxado para fora do dispositivo: o líquido permanece no deslizamento através de furos, como visto no inset no canto inferior direito. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: Resultado da urinálise para a almofada de glicose com dois smartphones diferentes para três tipos de amostras. A) Características de resposta da almofada de glicose ao longo do tempo para as diferentes condições de teste registradas com um telefone de câmera de alta resolução de câmera (telefone1). B) Características de resposta da almofada de glicose ao longo do tempo para as diferentes condições de teste registradas com um telefone com câmera de baixa resolução (telefone 2). A leitura em 30 segundos corresponde ao tempo desejado para o fabricante. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7: Bem número vs volume médio transferido. Cada poço corresponde a um buraco para uma determinada almofada de teste; o primeiro poço é mais próximo da entrada. Esta figura foi modificada de Smith, et al.19 e reproduzida com permissão da Sociedade Real de Química. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Analito Diferenças de dip-and-wipe
LEU lêndea uro pró ph BLO Sg Ket GLU
Dip-and-wipe 4 ± 0 2 ± 0 4 ± 0,53 2 ± 0,53 4 ± 0 5 ± 0 3 ± 0,53 4 ± 0,49 3 ± 0,58 n/a
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

Tabela 1: Valores medianos e desvios padrão para analitos utilizando vários volumes depositados. O símbolo ‡ indica valores medianos que diferem da mediana obtida com o método de mergulho e limpeza, o padrão da indústria. O número total de almofadas de analito cujas medianas diferem do método de mergulho e limpeza são relatados na coluna de extrema direita. Os resultados da nota são cumulativos para todas as varetas utilizadas. LEU: leucócitos, NIT: nitrito, URO: urobilinogênio, PRO: proteína, BLO: sangue, SG: gravidade específica, CETA: cetonas, GLU: glicose. Esta tabela foi modificada de Smith, et al.19 e reproduzida com permissão da Sociedade Real de Química.

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A tradicional urina de vareta é acessível e conveniente, mas requer atenção manual aos detalhes para produzir resultados precisos. A urina de vareta manual está sujeita a condições variáveis de iluminação, diferenças individuais de percepção de cores e contaminação cruzada. Muitas clínicas e hospitais já possuem instrumentos para automatizar a análise de vareta de urina, mas os instrumentos geralmente são volumosos, caros e ainda dependem do desempenho adequado do método dip-wipe. Além disso, esses instrumentos requerem calibração anual e manutenção para resultados precisos.

O protocolo automatiza e controla várias etapas importantes envolvidas com a vareta urinálise (por exemplo, distribuição de líquido para as almofadas de teste, o tempo da partida, controle sobre a iluminação e comparação quantitativa com o padrão de referência), o que é necessário para obter resultados confiáveis. Para isso, as etapas críticas do protocolo referem-se ao design do dispositivo, incluindo as etapas 1.4.3, 1.1.4, 1.4.7 e 1.1.5, que correspondem ao tamanho dos furos ao volume desejado, garantem a colocação adequada das paradas para alinhar os buracos com a vareta, garantir a colocação adequada do código QR usado como indicador de tempo e garantir que o teste não seja influenciado pela luz ambiente respectivamente. Além disso, a transferência de urina através do slide e posterior deposição sobre a vareta são altamente dependentes das características superficiais dos materiais utilizados. Assim, se superfícies não hidrofóbicas forem usadas para a placa base, a placa superior e o slide, é importante aplicar uma quantidade adequada de spray hidrofóbico. É especialmente crítico garantir que as superfícies internas dos furos do slide tenham sido pulverizadas para que o líquido caia para a almofada de vareta após escorregar.

O protocolo pode ser facilmente modificado para usar com outras marcas de varetas alterando as dimensões e espaçamento dos buracos. O volume aplicado à vareta também pode ser modificado alterando a espessura do acrílico usado para fabricar o slide (com alterações proporcionais na espessura das bordas da placa base) ou do tamanho dos furos. O aplicativo de software que acompanha permite que o usuário modifique os nomes e os horários de leitura para se alinhar com aqueles para a marca de vareta usada.

O dispositivo atual combina uma placa base impressa em 3D e uma placa superior cortada a laser para formar uma manga de placa. Ambos os métodos de fabricação são acessíveis, e as escolhas materiais podem ser modificadas. Excluindo o telefone e a vareta, o acrílico usado no dispositivo atual custa aproximadamente US$ 0,85, e o material usado na placa base impressa em 3D custa cerca de US$ 1,50 por dispositivo. Embora a placa base que usamos seja impressa em 3D a partir de estireno butadieno de acrilonitrilo (ABS), outros polímeros que formam uma superfície dura e rígida também são adequados. Por exemplo, uma versão do dispositivo pode ser feita usando uma manga de placa completamente fabricada a partir de acrílico19. Materiais elastoméricos como polidimtilsilioxano (PDMS) não são desejáveis porque sua rigidez inferior é menos compatível com deslizar uma superfície de vidro para permitir a ação de deslizamento que é fundamental para o projeto de controle de volume.

Uma limitação importante do protocolo atual é que o revestimento hidrofóbico aplicado na lâmina e na manga da placa pode descascar com uso frequente, limitando a estabilidade do dispositivo ao longo do tempo. Após 3-4 testes, os revestimentos hidrofóbicos muitas vezes descascam e alteram o volume transferido, reduzindo potencialmente a precisão nos resultados. Modificações futuras do método podem incluir o uso de revestimento hidrofóbico mais durável ou materiais que são naturalmente hidrofóbicos. Além disso, a ligação acrílica pode enfraquecer durante testes repetidos também. O baixo custo do dispositivo, no entanto, permite que várias impressões sejam feitas e coladas novamente conforme necessário. Assim, o slide pode ser considerado como uma parte reutilizável.

Outra limitação é a incapacidade de saturar a almofada de glicose com urina devido à natureza hidrofóbica da almofada. Como tal, absorve apenas parcialmente o líquido com o dispositivo automatizado. Não descobrimos que isso reduziu a precisão do resultado, mas requer uma execução cuidadosa da Etapa 2.9 para garantir que a área de visualização da câmera capture dados do meio, não das bordas da almofada de teste de glicose. Trabalhos futuros podem resolver essa questão incorporando uma marca diferente de vareta que não apresenta hidroofobidade em quaisquer almofadas de reagente de vareta no teste.

Ao controlar as principais etapas que contribuem para o erro do usuário, este método permite maior precisão nos resultados realizados por indivíduos não treinados e é adequado para testes domiciliares. Ao contrário de outros aplicativos de urina disponível7,8,9, o sistema é modificável para qualquer marca de teste de vareta. O dispositivo é reutilizável e não requer energia para usar fora da energia consumida pelo smartphone. No futuro, imaginamos que o protocolo pode ser favorável ao autoteste do paciente. Ao garantir a precisão nos resultados dos testes de vareta, os pacientes podem monitorar sua própria urina com mais frequência sem as barreiras associadas à prática padrão de urina clínica.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado pela Dorothy J. Wingfield Phillips Chancellor Faculty Fellowship. Emily Kight foi financiada pela 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

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References

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Urinalysis de dipstick de baixo custo e controlados por volume para testes domésticos
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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).

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