A Hémoglobine Assay rapide et sans produits chimiques avec Photothermique angulaire Light Scattering
Summary
A photo-thermal angular light scattering (PT-AS) sensor enables the rapid and chemical-free hemoglobin assay of nanoliter-scale blood samples. Here, details of the PT-AS setup and a measurement protocol for the hemoglobin concentration in blood are provided. Representative results for anemic blood samples are also presented.
Abstract
Photo-thermique angulaire diffusion de la lumière (PT-AS) est une méthode optique nouvelle pour mesurer la concentration d'hémoglobine ([Hb]) des échantillons de sang. Sur la base de la réponse photothermique intrinsèque des molécules d'hémoglobine, le capteur permet à haute sensibilité, mesure sans produit chimique de [Hb]. [Hb] capacité de détection avec une limite de 0,12 g / dl dans l'intervalle de 0,35 à 17,9 g / dl a été démontré précédemment. Le procédé peut être facilement mis en œuvre en utilisant des dispositifs électroniques grand public bon marché tel qu'un pointeur laser et une webcam. L'utilisation d'un tube microcapillaire en tant que récipient de sang permet également le dosage de l'hémoglobine avec un volume de sang à l'échelle nanolitres et un faible coût d'exploitation. Ici, des instructions détaillées pour les procédures de traitement configuration PT-AS optique et signaux sont présentés. Les protocoles expérimentaux et des résultats représentatifs pour les échantillons de sang dans des conditions anémiques ([Hb] = 5,3, 7,5, et 9,9 g / dl) sont également fournis, et les mesures sont comparées à celles froma analyseur d'hématologie. Sa simplicité dans la mise en œuvre et l'exploitation devrait permettre à sa large adoption dans les laboratoires cliniques et les paramètres de ressources limitées.
Introduction
Un test sanguin est généralement effectuée pour évaluer la santé humaine globale et de détecter les biomarqueurs liés à certaines maladies. Par exemple, la concentration en cholestérol dans le sang sert de critère pour l'hyperlipidémie, qui est étroitement liée aux maladies cardio-vasculaires et la pancréatite. Les teneurs en glucose dans le sang doivent être mesurés fréquemment, car le taux de glucose est associé à des complications telles que l'acidocétose diabétique et le syndrome hyperosmolaire hyperglycémique. des maladies graves telles que le paludisme, le virus de l'immunodéficience humaine et le syndrome acquis de déficience immunitaire sont diagnostiquées par des examens sanguins, et la quantification des composants sanguins, y compris les erythrocytes, les thrombocytes et les leucocytes permet le dépistage du pancréas et des maladies rénales.
Hémoglobine (Hb), une composante essentielle du sang, représente environ 96% des érythrocytes, et transporte l'oxygène aux organes humains. Modification significative de sa concentration massique ([Hb]) peut me indiquerchangements tabolic, maladies hépatobiliaires, et des troubles neurologiques, cardiovasculaires et endocrinologiques 1. [Hb] est donc systématiquement mesurée dans les tests sanguins. En particulier, les patients anémiques, les patients de dialyse, et les femmes enceintes sont fortement recommandés pour surveiller [Hb] comme une tâche vitale 2.
[Hb] divers procédés de détection ont donc été mis au point. Le procédé de l' hémoglobine de cyanure, une des techniques les plus courantes pour [Hb] quantification utilise le cyanure de potassium (KCN) pour détruire la double couche lipidique des globules rouges 3. L'hémoglobine de cyanure produit par l'exposition chimique haute absorption autour de 540 nm; par conséquent, [Hb] mesures peuvent être effectuées par l'intermédiaire de l'analyse colorimétrique. Cette méthode est largement utilisée en raison de sa simplicité, mais les produits chimiques utilisés (par exemple, KCN et de l' oxyde de diméthyllaurylamine) sont toxiques pour les humains et l'environnement. Le régime d'hématocrite mesure le rapport volumique des globules rouges par rapport au volume sanguin totalume par séparation centrifuge; mais il nécessite un volume de sang relativement grand (50-100 ul) 4. Spectrophotométrie méthodes mesure [Hb] précisément sans aucun produit chimique, mais des mesures à plusieurs longueurs d' onde et un grand volume de sang sont nécessaires 5,6. De même, plusieurs procédés optiques pour la mesure [Hb] ont été proposés, y compris les méthodes de détection basées sur la diffusion de la lumière, mais leur précision de mesure dépend fortement de la précision du modèle de sang théorique.
Pour surmonter ces limitations, [Hb] méthodes de détection basées sur l'effet photothermique (PT) de Hb ont été récemment proposé 7. Hb, qui se compose principalement d'oxydes de fer, absorbe la lumière à 532 nm et convertit l'énergie lumineuse en chaleur 8-10. Cette augmentation de température PT peut être détecté optiquement en mesurant une variation de l'indice de réfraction (RI) d'échantillons de sang. Yim et al. salarié domaine spectral cohérence optique reflectometry pour mesurer le changement de trajet de longueur optique PT dans une chambre contenant du sang 11. Bien que la méthode permet directe [Hb] mesure sans produit chimique et l'utilisation d'un spectromètre et un agencement interférométrique peuvent entraver sa miniaturisation. Nous avons récemment présenté une alternative [Hb] méthode de détection, appelée angulaire diffusion de la lumière (PT-AS) capteur photo-thermique, qui est plus approprié pour la miniaturisation de l' appareil 12. Le capteur PT-AS exploite la haute sensibilité RI de l'interférométrie rétrodiffusion (BSI) pour mesurer les changements de PT dans le RI d'un échantillon de sang dans un tube capillaire. BSI ont été utilisées pour mesurer RI de diverses solutions 13-15 et de surveiller les interactions biochimiques en solution libre 16. Le capteur PT-AS emploie dispositif optique similaire à celle de BSI, mais combine la configuration d'excitation photothermique pour mesurer augmentation PT du RI dans des échantillons de sang. principes de la BSI et les capteurs PT-AS d'exploitation sont décrits en détail ailleurs <sup> 12,15. PT-AS capteur démontré haute sensibilité [Hb] mesure sur une plage de détection large (0,35 à 17,9 g / dl) et est capable de fonctionner avec des volumes de <100 nl d'échantillon. Aucun préconditionnement de l'échantillon de sang est nécessaire, et le temps de mesure est seulement ~ 5 sec. Ici, le dispositif expérimental et un protocole de mesures détaillées sont décrites. Les résultats représentatifs PT-AS sont fournis en utilisant des échantillons de sang provenant de patients anémiques, et les résultats sont comparés à ceux d'un analyseur d'hématologie pour évaluer la précision du capteur PT-AS.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le capteur PT-AS représente une méthode tout-optique capable de [Hb] mesure directe des échantillons de sang non transformés. La méthode quantifie [Hb] dans le sang en utilisant la réponse PT intrinsèque des molécules d'hémoglobine dans les érythrocytes. Sous l'éclairage par la lumière de 532 nm, les molécules d'Hb absorbent l'énergie lumineuse et produisent de la chaleur. L'élévation de température résultante change la RI de l'échantillon de sang. La haute sensibilité RI de B…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the research programs of the National Research Foundation of Korea (NRF) (NRF-2015R1A1A1A05001548 and NRF-2015R1A5A1037668).
Materials
| 650nm laser pointer | LASMAC | LED-1 | Probe light |
| Hollow round glass capillaries | Cm Scientific | CV2033 | Blood sample container |
| Webcam | Logitech | C525 | CMOS optical sensor |
| 532-nm DPSS laser | CNI Laser | MGL-Ⅲ-532 | Photothermal light source |
| Optical chopper system | Thorlabs | MC2000-EC | Optical chopper |
| Plastic long-pass filter | Edmund Optics | #43-942 | To reject 532-nm PT excitation light |
| Fiber clamp | Thorlabs | SM1F1-250 | Capillary tube fixture |
| EDTA coated blood sampling tube | Greiner Bio-One | VACUETTE 454217 | Blood sampling & anticoagulating |
| Hematology analyzer | Siemens AG | ADVIA 2120i | Reference hematology analyzer |
References
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