Tillverka Cotton Analytical Devices
Summary
To investigate simple fabrication approaches for multiple assay needs, we created a fluid-absorbing channel system made of cotton material. This device was used to establish a multiple detection platform, and solve contamination issues that commonly affect lateral flow-based biomedical devices, for clinical urinalysis of nitrite, total protein, and urobilinogen.
Abstract
En robust, låg kostnad analytiska enheten ska vara användarvänliga, snabba och prisvärda. Sådana produkter bör också kunna arbeta med knappa prover och ge information för uppföljande behandling. Här visar vi utvecklingen av en bomullsbaserat urinanalys (dvs., nitrit, totalt protein, och urobilinogen-analyser) analytisk anordning som utnyttjar ett lateralt flöde-baserat format, och är billig, lätt att tillverka, snabb, och kan användas för att genomföra flera tester utan korskontaminering bekymmer. Bomull är sammansatt av cellulosafibrer med naturliga absorberande egenskaper som kan utnyttjas för flödesbaserad analys. Den enkla men eleganta tillverkningsprocess av vår bomullsbaserade analytiska anordning beskrivs i denna studie. Arrangemanget av bomullsstruktur och testdynan drar fördel av hydrofobiciteten och absorberande styrka varje material. På grund av dessa fysiska egenskaper, kan kolorimetriska resultat envist hålla sig till testetvaddera. Denna anordning gör det möjligt för läkare att få klinisk information i rätt tid och visar stor potential som ett verktyg för tidigt ingripande.
Introduction
Utvecklingen av point-of-care (POC) diagnostiska anordningar som är prisvärda, robust och lätt att använda är absolut nödvändigt för att förbättra den globala hälsan 1,2. I synnerhet anordningar som består av cellulosasubstrat (t ex papper, tråd, och bomull) ger lovande analytiska plattformar för låg-kostnadsanalys på grund av deras utbredning, överkomliga, användarvänlighet, robusthet och förmåga att ge snabba resultat 3-7.
Här, vi avslöja utvecklingen av en bomullsbaserade analytisk anordning som använder en flödes-baserat format för urinanalys. Detta bomull-baserade analysanordning ger en alternativ metod att upptäcka med flera viktiga fördelar: i) tillverkning med minimal mänsklig ansträngning; ii) låg kostnad; iii) förmåga att användas för att utföra flera, olika analyser utan korskontaminering oro; . iv) apparatoberoende, det vill säga förmågan att köras utan extra utrustning och / eller elektricitet; och, v) Hastighet (kolorimetriska analyser kan slutföras inom 10 minuter).
Strukturen för denna bomull-baserade analysanordning kan delas upp i fyra delar: i) bomull som är naturligt hydrofoba på sin yttre hydrofoba skiktet; ii) bomull som är internt hydrofila och fungerar som en transportkanal för flytande uppsugning; iii) laminering film som binder och komprimerar bomull som används, utan innehåller borras ut hål för placering av reaktion / testfält; och, iv) kromatografipapper testfält, som är belagda / inbäddade med reaktiva reagens, som släpps ut på den yttre ytan av den bomull (närmare bestämt i utrymmet borras ut av lamineringsfilm) som reaktionsområden för kolorimetriska analyser (dvs., nitrit, totalt protein, pH och urobilinogen-analyser) och resultaten display.
Den underliggande mekanismen för testet är enligt följande. Bomullen baserade analysanordning poängsätts med linjer som tränger halvvägs genom avdh hos bomullsmaterial för att skapa en flödeskanal som tillåter provvätskan för att nå de reaktiva dynor som används. Det absorptiva kanten av den analytiska anordningen är nedsänkt i det riktade urvalet, varefter lösningen är ond längs fluidkanalen från absorptionen slut på de testdynorna (figur 1). Eftersom absorptiva styrkan hos testkudden är större än den för bomull, är lösningar absorberas av testdynorna stadigt innesluten inne i testdynan papperet så att det inte finns någon reflow tillbaka in i fluidkanalen, och de kolorimetriska resultaten blir därefter fixerad på testdynan materialet. Vid slutet av reaktionen, är kolorimetriska resultaten registreras via en bordsskanner, och analyserades via bildanalyserande mjukvara.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiska steg i detta protokoll ingår att fastställa en lämplig kombination av bomull material (med varierande hydrofobicitet / hydrofilicitet) och filterpapper (kromatografi filterpapper eller kvantitativ filterpapper). En väl planerad och utförd enhet konstruktion gör den bästa prestandaegenskaper för kolorimetriska analyser. Från våra kolorimetriska analysresultat, bomullsbaserade analytisk anordning som presenteras häri visar stor potential som en plattform för flera upptäckt sjukdom.
<p class="jove…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes delvis av bidrag från Taiwans ministeriet för vetenskap och teknik (MOST 104-2628-E-007-001-My3 (CMC)), och Taichung Veterans General Hospital (TCVGH-1056904C (MYH)).
Materials
| bovine serum albumin | Sigma-Aldrich, US | No. 9048468 | ≥ 99% |
| nitrite | Sigma-Aldrich, US | No. 7632000 | ≥ 99% |
| urobilinogen | Santa Cruz Bio, US | No. SC-296690 | |
| citrate | Sigma-Aldrich U.S | No. 6132043 | ≥ 99% |
| tetrabromophenol blue | Sigma-Aldrich U.S | No. 4430255 | ≥ 99% |
| sulfanilamide | Sigma-Aldrich U.S | No. 63741 | ≥ 99% |
| citric acid | Sigma-Aldrich U.S | No. 77929 | ≥ 99.5% |
| N-(1-naphthyl) ethylenediamine dihydrochloride | Sigma-Aldrich U.S | No. 1465254 | ≥ 98% |
| 4-(Dimethylamine)benzaldehyde | AlfaAesar, U.S | No. A11712 | ≥ 98% |
| Methyl Red sodium salt | sigma, U.S | No. 114502 | ≥95% |
| Bromothyle blue | sigma, U.S | No. 114413 | ≥95% |
| Shiseido Cleansing Cotton | Shiseido, Japan | No. 79014 | |
| chromatography paper | GE Healthcare Whatman, Springfield Mill, UK | No. 30306132 | |
| plastic substrate | lamination film, MAS | A4 | 216 mm × 303 mm |
| scanner | microtek scanmaker | i2400 | |
| paper cutter | Life paper cutter | No.306 | |
| laminator | AURORA | LM4231H | |
| laminator film | UNI LAMI | 4A |
References
- Yager, P., Domingo, G. J., Gerdes, J. Point-of-care diagnostics for global health. Annu. Rev. Biomed. Eng. 10, 107-144 (2008).
- Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices. Lab Chip. 12, 2118-2134 (2012).
- Lu, Y., Shi, W., Jiang, L., Qin, J., Lin, B. Rapid prototyping of paper-based microfluidics with wax for low-cost, portable bioassay. Electrophoresis. 30 (9), 1497-1500 (2009).
- Ballerini, D. R., Li, X., Shen, W. Flow control concepts for thread-based microfluidic devices. Biomicrofluidics. 5 (1), 014105 (2011).
- Lin, S., et al. Cotton-based Diagnostic Devices. Scientific reports. 4, 6976-6976 (2013).
- Hsu, M. Y., et al. Monitoring the VEGF level in aqueous humor of patients with ophthalmologically relevant diseases via ultrahigh sensitive paper-based ELISA. Biomaterials. 35 (12), 3729-3735 (2014).
- Hsu, M. Y., et al. Monitoring VEGF levels with low-volume sampling in major vision-threatening diseases: age-related macular degeneration and diabetic retinopathy. Lab Chip. 15 (11), 2357-2363 (2015).
- Kwok, D., Neumann, A. Contact angle measurement and contact angle interpretation. Adv. Colloid Interface Sci. 81 (3), 167-249 (1999).
- Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J., Whitesides, G. M. Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 46 (8), 1318-1320 (2007).
- Li, X., Tian, J. F., Shen, W. Quantitative biomarker assay with microfluidic paper-based analytical devices. Anal. Bioanal. Chem. 396 (1), 495-501 (2010).
- Coad, S., Friedman, B., Geoffrion, R. Understanding Urinalysis. medscape. 7 (3), 269-279 (2012).
- Kupka, T., et al. Accuracy of urine urobilinogen and bilirubin assays in predicting liver function test abnormalities. Ann. Emerg. Med. 16 (11), 1231-1235 (1987).
- Binder, L., et al. Failure of prediction of liver function test abnormalities with the urine urobilinogen and urine bilirubin assays. Arch. Pathol. Lab. Med. 113 (1), 73-76 (1989).
- Gubala, V., et al. Point of care diagnostics: status and future. Anal. chem. 84 (2), 487-515 (2011).
- Vaidya, V. S., et al. Urinary biomarkers for sensitive and specific detection of acute kidney injury in humans. Clin. Transl. Sci. 1 (3), 200-208 (2008).
