Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Низкая стоимость, объем контролируемых Dipstick Уринализ для домашнего тестирования

doi: 10.3791/61406 Published: May 8, 2021

Summary

Дипстик-мочеиспускание является быстрым и доступным методом оценки своего личного состояния здоровья. Мы представляем метод для выполнения точного, недорогого мочеиспускания, который удаляет основные источники ошибок, связанных с традиционными протоколами погружения и протрите и достаточно прост, чтобы быть выполнены мирянами дома.

Abstract

Dipstick urinalysis обеспечивает быструю и доступную оценку нескольких физиологических условий, но требует хорошей техники и подготовки для точного использования. Ручная производительность писсуализа dipstick опирается на хорошее человеческое цветовое зрение, надлежащее управление освещением и подверженные ошибкам, чувствительные к времени сравнения цветов диаграммы. Автоматизируя ключевые шаги в тесте мочеиспускания dipstick, потенциальные источники ошибок могут быть устранены, что позволяет самотестояние в домашних условиях. Мы описываем шаги, необходимые для создания настраиваемого устройства для проведения автоматизированного тестирования мочеиспускания в любой среде. Устройство дешево в производстве и простой в сборке. Мы описываем ключевые шаги, связанные с настройкой его для dipstick выбора и для настройки мобильного телефона приложение для анализа результатов. Мы демонстрируем его использование для выполнения мочеиспускания и обсуждаем критические измерения и шаги по изготовлению, необходимые для обеспечения надежной работы. Затем мы сравниваем предложенный метод с методом погружения и протрити, золотой стандарт техники для мочеиспускания dipstick.

Introduction

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

Моча является неинвазивным источником нескольких метаболических показателей заболевания или здоровья. Уринализ, физический и/ или химический анализ мочи, может быть выполнен быстро, чтобы обнаружить заболевания почек, заболевания мочевыводящих путей, заболевания печени, сахарный диабет, и общееувлажнение 1. Писсуализ являются доступными, полуколиченные диагностические инструменты, которые полагаются на колориметрические изменения, чтобы указать приблизительные физиологические уровни. Каждая dipstick может выполнять широкий спектр анализов, включая тестирование на рН, осмолальность, гемоглобин / миоглобин, гематурия, лейкоцит эстераза, глюкоза, протеинурия, нитрит, кетон, и билирубин2. Принцип мочеиспускания dipstick опирается на возникновение точной реакции, с помощью которой изменение цвета на панели dipstick можно сравнить с диаграммой для определения концентрациианалита 3. Учитывая их доступность и простоту использования, dipsticks являются одним из наиболее распространенных инструментов для мочеиспускания в здравоохранении.

Традиционно, дипстик мочеиспускания опирается на квалифицированную медсестру или медицинского техника вручную вставить dipstick в чашку мочи образца, стереть избыток мочи, и сравнить цвет колодки для диаграммы цвета в определенное время. В то время как метод погружения и протрите является золотым стандартом для анализа dipstick, его зависимость от человеческой визуальной оценки ограничивает количественную информацию, которая может быть получена. Кроме того, два ручных шага мочеиспускания dipstick - шаг погружения и колориметрическое сравнение результатов - требуют точной техники, которая ограничивает возможность надежного тестирования в домашних условиях пациентами напрямую. Перекрестное загрязнение пробных колодок из-за вытирания может привести к неточным изменениям цвета. Кроме того, несовместимые объемы, возникающие в результате отсутствия контроля громкости во время вытирания, могут привести к неправильному измерению концентраций аналитов. Важно отметить, что время между погружением мочи (т.е. началом анализа) и сравнением с диаграммой имеет решающее значение для точного анализа результатов и является огромным потенциальным источником человеческой ошибки. Трудность ручного колоритного сравнения заключается в том, что многие колодки должны быть прочитаны в то же время, в то время как некоторые колодки читаются в разное время. Даже идеально приумные цветовые сравнения по-прежнему зависят от остроты зрения человеческого читателя, который может страдать от цветовой слепоты или воспринимать различные цвета в различных условияхосвещения 4. Эти проблемы подчеркивают, почему врачи могут полагаться только на дипстику мочеиспускания осуществляется квалифицированным персоналом. Тем не менее, автоматизированная система мочеиспускания может решить все вышеупомянутые проблемы, устраняя необходимость в ручном окунать шаги, включая элементы управления временем, и позволяет одновременное сравнение цвета с калиброванными цветными ссылками. Это, в свою очередь, уменьшит ошибку пользователей, что позволит возможно принять их в домашних условиях.

В последние 20 лет, автоматические анализаторы были использованы для чтения результатов анализа мочи dipstick с той же точностью, как или превышение визуального анализа5. Многие клиники и кабинеты врачей используют такие машины для быстрого анализа и печати традиционных результатов dipstick. Большинство аппаратов писсуализа минимизируют ошибки визуального осмотра и обеспечивают согласованностьрезультатов 6. Они просты в использовании и более эффективны, чем ручной осмотр, но по-прежнему требуют от пользователя правильного выполнения метода обтираемого. Таким образом, эти машины имеют ограниченную возможность управляться неподготовленными лицами, такими, как домашние пользователи; кроме того, они являются чрезвычайно дорогими.

В последнее время сотовые телефоны стали находчивым инструментом для различных биологическихколоритных измерений 7,8,9,10,в том числе длямочеиспускания 11,12,13. Учитывая их возможности дистанционного зондирования и высокое разрешение изображения, сотовые телефоны стали эффективными медицинскимианалитическими устройствами 14,15. Действительно, FDA очистил несколько смартфонов на основе домашних анализовмочи 16,17,18. Некоторые из новых смартфонов на основе коммерческих продуктов включают установленные писсуализ dipsticks, в то время как другие имеют собственные колориметрические колодки. Все эти продукты имеют запатентованные методы калибровки для различных условий освещения в различных типах телефонов. Тем не менее, проблема с этими решениями заключается в том, что пользователь должен вручную сделать снимок в нужное время в дополнение к проведению надлежащего ручного метода погружения салфетки (т.е. без перекрестного загрязнения). Примечательно, что ни один из этих тестов контролировать объем, депонирован на dipsticks, которые мы обнаружили, может повлиятьна изменение цвета 19 и интерпретировать физиологический результат. Нынешние пробелы и затраты в рабочих процессах этих устройств свидетельствуют о дополнительной необходимости обеспечения процедуры осаждения мочи без человека и громкой фотографии.

Мы описываем протокол для уринализа с контролируемым объемом, автоматизированным дипстику без необходимости ручного шага по обтирает. Ключом к автоматизированному процессу является устройство19, основной принцип которого основан на SlipChip20 и который передает жидкость между различными слоями с использованием эффектов поверхностной химии. Короче говоря, гидрофобное покрытие на слайде передачи и окружающий рукав пластины заставляют жидкость легко перемещаться через устройство и выпускать на площадку для погружения, как только слайд находится в окончательном положении, после чего нижний гидрофобный барьер заменяется воздухом. Кроме того, скоординированная светозамограждающая коробка стандартизирует условия освещения, угол обзора камеры и расстояние фокусировки камеры для обеспечения точных и повторяемых результатов, не влияющих на условия окружающего освещения. Сопровождающее программное приложение автоматизирует захват изображений и колоритометрический анализ. Следуя описанию протокола, мы предоставляем репрезентативные результаты анализа мочеиспускания в различных условиях. Сравнение со стандартным методом обтирает надежность предлагаемого метода.

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. Изготовление и сборка прибора для мочеиспускания

  1. Изготовление базовой пластины(рисунок 1A).
    1. Используйте программное обеспечение с помощью компьютера (CAD) для нарисовать прямоугольную область с размерами 2.1641 в x 0.0547 в x 6.3828 в (W x H x L) с помощью полилинового инструмента.
    2. Измерьте испытательную зону (прямоугольную область, охватывая расстояние между первой и последней колодками и ширину колодок) на dipstick.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эта информация необходима для того, чтобы провести через отверстия, которые держат dipstick на месте и отделить жидкость между прокладками (для предотвращения перекрестного загрязнения).
    3. Добавьте отверстия, имитирующие размер и положение каждой испытательной площадки в испытательной зоне.
    4. Нарисуйте два поднятых боковых уступа, которые измеряют 2.1641 в x 0.6797 в (W x L).
    5. Нарисуйте остановку (0.1172 в 0.2109 в (W x L)) с помощью полилинового инструмента для облегчения выравнивания между базовой пластиной и слайдом. Остановка должна быть перпендикулярной уступов и физически останавливает слайд от перемещения прошло мочи dipstick колодки.
    6. Выберите линии для остановки и выступа, чтобы сделать один регион с помощью команды Региона. Используйте команду Extrude, чтобы поднять область до высоты 0,0703 дюйма Повторите этот шаг на другой стороне устройства.
    7. Создайте выемку (0.1895 в 0.3500 внутри (W x L)) на обоих уступах для облегчения выравнивания с коробкой. Распоимить его 0.466 в от нижнего края уступа. Используйте команду Региона для создания прямоугольника и создания экструзио-высоты 0.1250 дюйма
    8. Используйте команду Solid Subtract, выберите устройство, нажмите Enter,выберите область выемки и нажмите Enter. Повторите на другой стороне устройства.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Форма будет удалена с устройства.
    9. Печать базовой пластины на 3D-принтере и песок верхней области лица между уступами с наждачной бумагой, чтобы roughen поверхности.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Шлифинг важен для того, чтобы гидрофобное покрытие надежно прилипать к базовой пластине.
    10. Лента уступов с клейкой лентой (чтобы избежать распыления уступов) и спрей базовой пластины с гидрофобным спреем. Нанесите несколько (4-8) пальто базового слоя на базовую тарелку. Держите может примерно 8-12 дюймов от базовой пластины при распылении. Устройство должно иметь молочно-белый вид при сушке.
      ВНИМАНИЕ: Следуйте инструкциям производителя для соответствующего местоположения и СИЗ для распыления.
    11. Подождите 30 минут, прежде чем применять верхний слой несколько раз (6-8x). Разрешить базовую пластину высохнуть в течение 12 часов перед использованием. Снимите ленту с уступов.
  2. Изготовить верхнюю пластину(рисунок 1B).
    1. Нарисуйте прямоугольную область для измерения 2,05 в x 5.470 в (W x L) в программном обеспечении CAD с помощью полилинового инструмента.
    2. Добавьте прямоугольное отверстие ("просмотр через отверстие") немного больше, чем размер испытательной площади дипстика (например, 0,230 в x 3.147 in (W x L)). Поместите его 0,921 сверху, 1,165 слева и 1,165 с правого края верхней пластины.
    3. Нарисуйте второй через отверстие ("вход-отверстие") размером 0,075 в х 3,146 дюйма (W х L). Поместите его 0,236 в от нижнего края, 1,737 в от верхнего края, и 1,162 в с левой и правой краев верхней пластины.
    4. Вырезать верхнюю пластину из куска ясного акрила с лазерным резаком. Протрите оставшуюся пыль или мусор.
  3. Изготовить крышкува-ва-ва-ва-валя (рисунок 1B).
    1. Нарисуйте прямоугольную область с размерами 0,247 в x 3.3378 в (W x L) в программном обеспечении CAD с помощью полилинового инструмента. Добавьте два круглых отверстия диаметром 0,127 примерно в 0,073 дюйма с двух краев крышки ввеся, один с обеих сторон.
    2. Вырезать крышку вставки из куска ясного акрила с лазерным резаком.
  4. Изготовление слайда(рисунок 1C)
    1. Нарисуйте прямоугольную область в программном обеспечении CAD, которая измеряет меру 2.771 в x 0.0625 в x 5.000 в (W x H x L) с помощью полилинового инструмента.
    2. Добавьте отверстия, которые соответствуют положению каждой испытательной площадки в испытательной области. Нарисуйте первые 0,105 в квадрате через отверстие, чтобы перекрываться с размещением первой испытательной площадки: 1.096 в с левого и правого краев слайда, 0.960 в от верхнего края, и 1.681 в от нижнего края. Добавить больше через отверстия по мере необходимости (обычно 10 всего) для выбранного бренда dipstick выбора. Пространство каждый следующий через отверстие путем измерения расстояния между испытательными площадками на dipstick.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Размер сквозных отверстий имеет важное значение для того, чтобы депонировать правильный объем жидкости на площадку для погружения. Для нашей марки dipstick, мы создали отверстия, которые депозит 15 уль на каждой площадке dipstick.
    3. Вырежьте слайд из кусочка ясного акрила с помощью лазерного резака. Протрите оставшуюся пыль или мусор.
    4. Спрей передней части слайда с гидрофобным спреем. Нанесите на слайд несколько пальто (6-8x) базового покрытия. Держите может примерно 8 -12 в от слайда при распылении.
    5. Подождите 30 минут, прежде чем применять верхний слой несколько раз (8-12x). Разрешить слайд высохнуть в течение 12 часов перед использованием.
    6. Загрузите код кр из онлайн-генератора кода и распечатайте нужный код на бумаге с помощью липкой клейкой поддержки. Поместите код 0,17 с правого стороны первого отверстия вдоль того же ряда, что и все сквозные отверстия.
      ПРИМЕЧАНИЕ: До тех пор, пока код КР примыкает к отверстиям, точное размещение не имеет важного значение.
    7. Используйте четкую ленту, чтобы покрыть код КР и закрепить его на слайде.
  5. Соберите вход и рукав пластины(рисунок 1D).
    1. Изготовить вход с помощью акрилового цемента, чтобы приклеить крышку ввека на верхнюю пластину, где находится входное отверстие. Подождите 24-48 часов, чтобы надежно склеить куски.
    2. Спрей задней верхней пластины с гидрофобным спрей, как только крышка ввека надежно связаны с верхней пластины. Поместите верхнюю тарелку вверх дном. Нанесите первый базовый слой несколько раз (4-8x).
    3. Держите спрей 8-12 дюймов от верхней пластины и ждать 30 минут, чтобы высохнуть. Нанесите верхний слой несколько раз (6-8x). Разрешить верхней пластины высохнуть в течение 12 часов перед использованием.
    4. Соберите рукав пластины (комбинированная верхняя пластина и базовая пластина) путем приклеивания завершенной верхней пластины к уступам базовой пластины акриловым цементом. Эти две части легко выровнять при визуальном осмотре, так как нижний край верхней пластины будет выравниваться с базовым покрытием. Нанесите зажим на уступы базовой пластины, чтобы закрепить его во время сушки и подождите 24-48 часов до использования, в соответствии с инструкциями производителя.
  6. Создайте наклейку диаграммы.
    1. Скачать цветовую диаграмму для бренда dipstick с веб-сайта производителя.
    2. Откройте загруженный файл в программном обеспечении графического редактора.
    3. Откройте цифровой файл для шаблона верхней пластины, ранее используемого для лазерного резака (шаг 1.2 этого протокола) в программном обеспечении графического редактора.
    4. Создайте цветные коробки для наклейки диаграммы, сопоставляя цветные коробки из цветовой диаграммы производителя. Выберите первый блок цвета на диаграмме производителя с капельницы инструмент в программном обеспечении графического редактора, а затем использовать инструмент формы коробки, чтобы сделать форму коробки в том же цвете на верхней панели шаблона, в том же ряду, где dipstick площадку будет расположен. Повторите это для каждого цветного блока, соответствующего каждому ряду колодок.
    5. Удалите слои, связанные с шаблоном верхней пластины.
    6. Печать диаграммы наклейка, как виниловая наклейка с онлайн-сервис печати наклейки. Поместите наклейку диаграммы на рукав пластины и выровнять его с каждым через отверстие.
  7. Изготовить коробку(рисунок 1E).
    1. Нарисуйте две длинносторонние части коробки (части "а" и "б") в программном обеспечении CAD в качестве прямоугольников с размерами 4,92 в x 6,63 дюйма (W x L). Добавьте вырез к части "а" по центру нижнего края размером 0,2 дюйма в х 6,11 дюйма (W x L).
    2. Нарисуйте две узкосторонние части коробки (части "d" и "e") в программном обеспечении CAD в качестве прямоугольников с размерами размерами 1,805 в x 6,63 дюйма (W x L).
    3. Нарисуйте верхнюю часть коробки (часть "c") в качестве прямоугольника с размерами 1.805 в x 6.63 (W x L). Нарисуйте "изображение через отверстие" на вершине: 0,74 в х 0,910 дюйма (W х L), расположенный 3,17 в снизу, 2,53 в сверху, 0,65 в с правого края, и 0,42 в с левого края.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Точное положение изображения через отверстие должно быть выбрано на основе сотовых телефонов, которые будут использоваться для анализа.
    4. Нарисуйте каждый кусок коробки, чтобы показать шаблон взаимосвязанных краев, которые позволят всем сторонам коробки, чтобы оснастки вместе на каждом краю, как описано на рисунке 1D. Чтобы сделать шаблон блокировки края, чередуйте экструзии / вторжения шаблон на длинном краю с 0,135 в 1,17 в (W х L) выступы. Нарисуйте две экструзии на каждом длинном краю для каждой стороны коробки. Используйте тот же шаблон экструзии/вторжения для короткого края, но с вторжениями размером 0,135 дюйма на 0,460 дюйма (W x L).
    5. Вырезать пять частей с лазерным резаком или распечатать их с помощью 3D-принтера.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Компонент лазерной резки с использованием акриловых частей будет дешевым в производстве и может быть сплющен для легкой доставки. Используйте черный акрил, как это полезно для поглощения рассеянного света во время тестирования.
    6. Добавьте черную цветную строительную бумагу в интерьер коробки, чтобы предотвратить рассеяние вспышки во время анализа изображения, если материал коробки имеет глянцевую отделку.

2. Подготовка теста

  1. Скачать мобильное приложение UrineTest от GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp).
  2. Установите приложение на мобильный телефон.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг должен быть сделан только один раз для всех будущих применений данного телефона. При необходимости включите для этого статус разработчика по телефону.
  3. Запуск приложения UrineTest в телефоне(рисунок 2A).
  4. Прочитайте инструкции по изменению имен аналитов и сроков чтения(рисунок 2B),чтобы соответствовать тем, для dipstick интереса (на основе спецификаций производителя) и вставить новый вход через окно держателя текста на экране (Рисунок 2C).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Необходимое время считывания для каждой панели dipstick будет зависеть от марки используемой dipstick.
  5. Соберите различные компоненты вместе и вставьте dipstick в через отверстия под рукавом пластины(рисунок 1F).
  6. Поместите рукав пластины внутри коробки так, чтобы его выемка выровнялась с зазором коробки.
  7. Поместите слайд внутри пластины рукав так, что его через отверстия выровнять с ввеся.
  8. Поместите телефон в верхней части коробки с объективом задней камеры, обращенной к просмотру через отверстие для включения изображения. Убедитесь, что видимость камеры не закрыта, проверяя изображение на экране телефона до тестирования. Приложение позволит фонарик на телефоне автоматически.
  9. Прочитайте инструкцию для выравнивания телефона(рисунок 2D) и выровнять телефон соответственно так, чтобы dipstick совпадает с границами черного прямоугольного наложения на экране(рисунок 2E).
  10. Нажмите кнопку «Пуск» в окне приложения, чтобы начать тестирование.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это откроет камеру телефона для чтения кода КР один раз в поле зрения(рисунок 2F).

3. Проведение теста

  1. Депозит мочи в отверстие в входе с одноразовым полиэтилен передачи пипетки, содержащей около 0,5 мл мочи(рисунок 3).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Точное количество жидкости не важно, но она должна быть не менее 0,5 мл, чтобы убедиться, что все сквозные отверстия получают достаточно мочи. После добавления жидкости, обратитесь к ней, наблюдайте, что она перемещается по входу и откладывается в каждом через отверстие слайда.
  2. Инициировать тест, нажав слайд в рукав пластины, пока он не остановлен на остановке базовой пластины.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Моча должна ввести контакт с площадкой для погружения, когда код qR находится в поле зрения мобильного телефона. После прочтения кода КР приложение откроет окно для анализа цветовых изменений(рисунок 2G)и автоматически покажет результаты в том же окне(рисунок 2H).
  3. Отбросьте мочу надлежащим образом и очистить рукав пластины и слайд с 10% отбеливатель раствор и промыть снова с деионизированной водой. Дайте ему высохнуть перед дополнительным использованием.

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

Рисунок 4 показывает, как моча передается на дипстику во время анализа мочеиспускания. Во время типичного теста, передача мочи не наблюдается, потому что коробка затмевает вид. После того, как образец откладывается в входе с помощью пипетки (шаг 3.1), он будет заполнять отверстия на слайде (рисунок 4A). Рисунок 4B и рисунок 4C, соответственно, показывают прогрессивное движение мочи через рукав пластины и после слайда в настоящее время соего контакта с остановкой. Обратите внимание, что контакт мочи с dipstick приводит к колоритной реакции и изменения цвета на dipstick колодки.

Рисунок 5 демонстрирует потенциальную проблему, которая может возникнуть, если поверхности для передачи мочи (т.е. базовый паштет, верхняя пластина и слайд) недостаточно покрыты гидрофобным спреем. Иллюстрация хорошо и плохо покрытием слайд показан на рисунке 5A. При плохом покрытии можно наблюдать полосы (показанные белыми стрелками на рисунке 5B)во время раздвижного шага, который снижает точность переданного объема. Кроме того, можно наблюдать отказ слайда для передачи мочи на dipstick(рисунок 5C), и моча может оставаться в сквозных отверстий, даже когда слайд удаляется из устройства. Эти шаги подчеркивают важность получения хорошего покрытия спрей (Шаги 1.1.8, 1.4.4, 1.5.3, и 1.5.4). Если есть опасения по поводу покрытия спрей или если вы наблюдаете эти ошибки производительности, то лучше переделать базовую пластину, верхнюю пластину и слайд.

Тест на мочеиспускание проводился с помощью высококачественного смартфона: телефон 1 (разрешение изображения: 8000 пикселей х 6000 пикселей). Результаты представительов показаны на рисунке 6. Мы провели тесты с деионизированной водой и коммерческой мочой (как стандартный состав, так и с высоким содержанием глюкозы). Цветовые колодки на dipstick меняются во времени в ответ на колоритную реакцию мочи с анализами в dipstick. Бары ошибок на рисунке 6 представляют собой стандартное отклонение, допущенное для трех последовательных измерений каждого образца, записанного двумя смартфонами. Рисунок 6A графики ответ на глюкозу площадку с течением времени для различных условий испытаний. Для используемой марки dipstick рекомендуемое время считывания для измерения глюкозы составляет 30 секунд. Как и ожидалось, цвет дипригарии не меняется в течение этого интервала для воды, окончательное значение для стандартной мочи совпадает с "нормальным" уровнем порога глюкозы в моче (160-180 мг/дл), а окончательное значение для состояния "высокой глюкозы" поднимается выше нормального значения. Важно отметить, что правильное значение достигается только через 30 секунд, что свидетельствует о важности правильного установления интервала считывания времени в шаге 2.8. Тот же эксперимент был проведен с другим смартфоном с более низким разрешением изображения: телефон 2 (разрешение изображения: 3264 пикселей х 2448 пикселей). Из-за разницы в разрешении камеры, значительное отличие от предыдущих результатов наблюдается в цвете изображения и качества при захвате изображения панели dipstick, как показано на рисунке 6B. Различия в спецификациях фонарика также способствуют различиям в качестве изображения. С рисунка 6, можно увидеть, что оба телефона дают аналогичные тенденции в изменении цвета с течением времени, хотя фактические цвета обнаружены разные. Алгоритм сопоставления цвета, используемый приложением смартфона для анализа мочеиспускания, дает те же результаты для концентрации аналита, несмотря на различия в внешнем виде цветов колодок для погружения. Последовательность результатов обусловлена использованием наклейки диаграммы в качестве эталонной диаграммы для анализа. Так как и наклейка диаграммы, и dipstick запечатлены в одинаковых условиях освещения и качестве изображения, приложение смартфона оценивает компоненты (R,G,B) и цветовую разницу как эталонного квадрата, так и панели dipstick аналогичным образом для обоих смартфонов. Эти результаты подтверждают, что протокол, описанный в этой рукописи, не зависит от модели смартфона, если и эталонная цветовая диаграмма, и dipstick изображены в одной среде.

Ранее мы оценивали точность автоматизированного устройства мочеиспускания, сравнивая с традиционными методами погружения и салфетки с использованием коммерческого стандарта мочи19. В таблице 1 сравниваются результаты, полученные с двумя тестами. Видно, что точность системы зависит от объема, передаваемого на каждую площадку для погружения. Наиболее точные результаты были получены, когда автоматизированное устройство мочеиспускания было разработано для передачи 15 мкл мочи; поэтому крайне важно, чтобы устройство точно и последовательно переносило необходимый объем мочи на прокладки для погружения. Репрезентативные результаты для проверки согласованности устройства путем передачи 15 МКЛ объем мочи в течение семи различных испытаний показаны на рисунке 7. Было установлено, что общее стандартное отклонение ниже 0,5 МЛ, что находится в пределах 4% от целевого значения. Результаты подтверждают, что устройство способно точно и последовательно передавать микролитеры мочи для выполнения теста.

Figure 1
Рисунок 1: Схематические чертежи компонентов устройства. A)Базовая пластина. B) Верхняя пластина и входная крышка, которые склеены в шаге 1.5.1. C) Слайд и связанный с ним код, используемый для управления временем. D) Рукав плиты, сформированный путем приклеивания верхней пластины к уступам базовой пластины в шаге 1.5.4. Наклейка диаграммы рядом с просмотром через отверстие позволяет анализ цвета. E) Коробка. F)Собранное устройство. Во время использования, мобильный телефон помещается в верхней части коробки так, что его объектив и фонарик расположены над изображением через отверстие. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Процесс колоритметрического анализа с помощью приложения. A) Значок на экране телефона "Urine test" выбран для запуска приложения. B)Всплывающее окно информирует пользователя об изменении времени считывания. C)Пользователь вручную вводит аналитику имя и время считывания. D)Всплывающее окно для информирования пользователя о выравнивании телефона. E)Представительное изображение правильно выровненного dipstick перед тестированием. F) Скриншот после вставки слайда и, как представляется, инициировать сбор данных. G)Экран через секунду после начала теста. Наложения черного квадрата показывают пользователю точное местоположение, откуда приложение собирает информацию о пикселях. H)Результаты завершенного теста на дипсобию. Результаты тестов с тире считаются нормальными для выбранной дипстики. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Фотография собранного устройства в действии в начале теста на мочеиспускание. Пользователь начинает тест с вставки пипетки с мочой в вход. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 4
Рисунок 4: Внутренний процесс жидкого осаждения на тест dipstick от начала до конца. A)Вставка слайда в рукав пластины и выравнивание слайда через отверстия с ввеся позволит передачи пипетки для доставки мочи в каждом через отверстие слайда. B) Скольжение слайда через внутреннюю часть гидрофобного покрытия рукав пластины позволяет жидкий транспорт. C) Когда слайд достигает остановки в базовой панели, моча доставляется на испытательные площадки, что приводит к колоритическим изменениям. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: Потенциальные проблемы, связанные с недостаточной гидрофобностью. A)слайд с достаточным покрытием и без него. B) Недостаточно покрытием слайд показывает утечки во время скольжения шаг. C) Недостаточно покрытый слайд не перекладывается на прокладки для dipstick даже после того, как его вытащили из устройства: жидкость остается в слайде через отверстия, как видно из вставки в правом нижнем углу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 6
Рисунок 6: Результат мочеиспускания для глюкозы площадку с двумя различными смартфонами для трех типов образцов. A) Характеристики ответа глюкозы площадку с течением времени для различных условий испытаний, записанных с высоким разрешением камеры телефона (телефон1). B) Характеристики ответа на глюкозу площадку с течением времени для различных условий испытаний, записанных с низким разрешением камеры телефона (телефон 2). Считывание в 30 секунд соответствует желаемому сроку для производителя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 7
Рисунок 7: Ну число по сравнению со средним объемом переданы. Каждая скважина соответствует сквозной дыре для данной испытательной площадки; первая колодец находится ближе всего к входу. Эта цифра была изменена из Смита, и др.19 и воспроизводится с разрешения Королевского общества химии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Аналитик Отличия от погружения и вытира
лей гнида Уро профессионал рН Бло SG Кетский ГЛЮ
Dip-и-протрите 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 йл 3'± 0 2 ± 0 3 ± 0 3 ± 0,49 3 ± 0 3 ± 0 2 ± 0,53 4 ± 0,38 1 ± 0 7
10 йл 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 йл 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 йл 4 ± 0 2 ± 0 4 ± 0,82 2 ± 0,53 4 ± 0,53 5 ± 0 2 ± 0,49 4 ± 0,49 3 ± 0 1

Таблица 1: Медианные значения и стандартные отклонения для аналитов с использованием различных депонированных объемов. Символ указывает медианные значения, которые отличаются от медианы, полученной методом погружения и салфетки, отраслевым стандартом. Общее количество аналитных колодок, медианы которых отличаются от метода погружения и протрите, сообщается в крайне правой колонке. Результаты примечания кумулятивные для всех используемых dipsticks. LEU: лейкоциты, НИТ: нитрит, УРО: уробилиноген, PRO: белок, BLO: кровь, SG: специфическая гравитация, KET: кетоны, GLU: глюкоза. Эта таблица была изменена из Smith, et al.19 и воспроизведена с разрешения Королевского общества химии.

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

Традиционный писсуализ dipstick является доступным и удобным, но требует ручного внимания к деталям, чтобы дать точные результаты. Ручной мочеиспускание dipstick зависит от переменных условий освещения, индивидуальных различий в восприятии цвета и перекрестного загрязнения. Многие клиники и больницы уже имеют инструменты для автоматизации анализа мочи dipstick, но инструменты, как правило, громоздкие, дорогие, и по-прежнему полагаться на надлежащую производительность метода погружения салфетки. Кроме того, эти инструменты требуют ежегодной калибровки и технического обслуживания для получения точных результатов.

Протокол автоматизирует и контролирует несколько важных шагов, связанных с мочеиспусканием дипстика (например, распределение жидкости на испытательные площадки, сроки начала, контроль за освещением и количественное сравнение с эталонным стандартом), что необходимо для получения надежных результатов. С этой целью критические шаги в протоколе относятся к дизайну устройства включают шаги 1.4.3, 1.1.4, 1.4.7 и 1.1.5, которые соответствуют размеру сквозных отверстий к нужному объему, обеспечивают правильное размещение остановок для выравнивания сквозных отверстий с dipstick, обеспечивают правильное размещение кода, используемого в качестве индикатора времени, и гарантируют, что тест не зависит от окружающего света соответственно. Кроме того, передача мочи через слайд и последующее осаждение на дипсемику в значительной степени зависят от поверхностных характеристик используемых материалов. Следовательно, если негидрофобные поверхности используются для базовой пластины, верхней пластины и слайда, важно применять достаточное количество гидрофобных спрей. Особенно важно обеспечить, чтобы внутренние поверхности через отверстия слайда были распылены так, что жидкость упадет на площадку dipstick после скольжения.

Протокол может быть легко изменен для использования с другими брендами dipsticks путем изменения размеров и интервалов через отверстия. Объем, на который наносится dipstick, также может быть изменен путем изменения толщины акрила, используемого для изготовления слайда (с соразмерными изменениями в толщине уступов базовой пластины) или размера сквозных отверстий. Сопровождающее программное приложение позволяет пользователю изменять имена и сроки считывания, чтобы выровнять с теми, для бренда dipstick используется.

Текущее устройство сочетает в себе 3D-печатную базовую пластину и верхнюю пластину с лазерной резки, чтобы сформировать рукав пластины. Оба этих метода изготовления являются доступными, и выбор материала может быть изменен. За исключением телефона и dipstick, акрил, используемый в текущем устройстве стоит около $ 0,85, а материал, используемый в 3D-печатной базовой пластины стоит около $ 1,50 за устройство. Хотя базовая пластина, которую мы использовали, напечатана 3D-печатью из адрилонитриле бутадиен-стирол (ABS), другие полимеры, которые образуют жесткую и жесткую поверхность, также подходят. Например, версия устройства может быть сделана с использованием пластины рукав полностью изготовлены из акрила19. Эластомериковые материалы, такие как поликремэтилсилиоксан (PDMS), нежелательны, поскольку их более низкая жесткость менее совместима с раздвижной стеклянной поверхностью, чтобы обеспечить скользящее действие, которое имеет решающее значение для конструкции управления объемом.

Одним из важных ограничений текущего протокола является то, что гидрофобное покрытие, наклееное на слайд и рукав пластины, может чиститься при частом использовании, ограничивая стабильность устройства с течением времени. После 3-4 тестовых запусков гидрофобные покрытия часто снимают и изменяют переданный объем, что потенциально снижает точность результатов. Будущие модификации метода могут включать в себя использование более прочного гидрофобного покрытия или материалов, которые, естественно, гидрофобные. Кроме того, акриловые связи могут ослабевать во время повторного тестирования, а также. Низкая стоимость устройства, однако, позволяет несколько отпечатков, которые будут сделаны и повторно склеены вместе по мере необходимости. Таким образом, слайд может рассматриваться как многоразовая часть.

Другим ограничением является неспособность насытить глюкозу площадку с мочой из-за гидрофобного характера колодки. Таким образом, он лишь частично поглощает жидкость с помощью автоматизированного устройства. Мы не нашли, что это снижает точность результата, но это требует тщательного выполнения шаг 2.9, чтобы обеспечить область просмотра камеры захватывает данные из середины, а не края глюкозы испытательной площадки. Будущая работа может решить эту проблему путем включения другой марки dipstick, который не имеет гидрофобности на любой реагентные прокладки dipstick на тесте.

Контролируя основные шаги, способствующие ошибке пользователя, этот метод позволяет повысить точность результатов, выполняемых необучиленых лиц и подходит для домашнего тестирования. В отличие от других приложений писсуализдоступны 7,8,9, система модификируема для любой марки dipstick тест. Устройство многоразовое и не требует энергии для использования вне энергии, потребляемой смартфоном. В будущем мы предполагаем, что протокол может быть подложки для самотекутов пациента. Обеспечивая точность результатов дипсильных тестов, пациенты могут чаще контролировать свою мочу без барьеров, связанных со стандартной клинической практикой мочеиспускания.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторов нечего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была профинансирована Дороти J. Уингфилд Филлипс канцлер факультета стипендий. Эмили Кайт финансировалась 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

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).
Низкая стоимость, объем контролируемых Dipstick Уринализ для домашнего тестирования
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