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, billig analytisk enhed skal være brugervenlig, hurtig og økonomisk overkommelig. Sådanne enheder bør også være i stand til at operere med knappe prøver og give oplysninger til opfølgende behandling. Her udviser vi udviklingen af en bomuld-baserede urinanalyse (dvs., nitrit, total protein, og urobilinogen assays) analytisk anordning, der anvender en lateral flow-baseret format, og er billig, let fremstilles, hurtig, og kan bruges til at udføre flere tests uden krydskontaminering bekymringer. Bomuld er sammensat af cellulosefibre med naturlige absorberende egenskaber, der kan udnyttes til flow-baseret analyse. Den enkle men elegante fremstillingsproces vores bomuld-baserede analytiske anordning er beskrevet i denne undersøgelse. Arrangementet af bomuld struktur og testpuden drager fordel af hydrofobicitet og absorberende styrken af hvert materiale. På grund af disse fysiske egenskaber, kan kolorimetriske resultater vedvarende holde sig til testenpad. Denne enhed gør det muligt for læger at modtage kliniske oplysninger i tide og viser stort potentiale som et redskab til tidlig intervention.
Introduction
Udviklingen af point-of-care (POC) diagnostiske enheder, der er overkommelig, robust, og nemt bruges er bydende nødvendigt for at forbedre den globale sundhed 1,2. Især enheder bestående af cellulose-substrater (fx papir, tråd, og bomuld) giver lovende analytiske platforme for billig analyse på grund af deres allestedsnærværelse, overkommelige priser, brugervenlighed, robusthed og evne til at levere hurtige resultater 3-7.
Her afslører vi udviklingen af en bomuld-baserede analytiske enhed, der bruger en lateral flow-baseret format for urinanalyse. Denne bomuld-baserede analytiske enhed giver en alternativ afsløring tilgang med flere vigtige fordele: i) fabrikation med minimal menneskelig indsats; ii) lav pris; iii) evnen til at blive brugt til at udføre flere, forskellige analyser uden krydskontaminering bekymringer; . iv) enhed uafhængighed, dvs evnen til at køre uden ekstra udstyr og / eller elektricitet; og, v) Hastighed (kolorimetriske assays kan være afsluttet inden for 10 minutter).
Opbygningen af bomuld-baserede analytiske enhed kan opdeles i fire dele: i) bomuld, som er naturligt hydrofobt på sin udvendige hydrofobe lag; ii) bomuld, som er internt hydrofile og tjener som en transport kanal for væske vægevirkning; iii) laminering film, der binder og komprimerer bomuld, der anvendes, men indeholder boret ud huller til placering af reaktion / testpuder; og iv) kromatografi papir testpuderne, som er belagt / indlejret med reaktive reagenser, placeret på den ydre overflade af bomuld (specifikt i rummet boret ud af laminering film) som reaktionsprodukter områder for kolorimetriske assays (dvs. nitrit, totalt protein, pH og urobilinogen assays) og visning af resultater.
Den underliggende mekanisme for testen er som følger. Bomulden-baserede analytiske enhed er scoret med linjer, der trænger halvvejs gennem depth af bomuld materiale til at skabe en strømningskanal, der tillader prøvefluid for at nå de reaktive puder, der anvendes. Den absorberende kant af den analytiske enhed nedsænkes i målprøven, hvorefter opløsningen er onde langs strømningsmæssig kanal fra absorption ende til testpuderne (figur 1). Fordi absorberende styrke testpuden er større end den for bomuld, er løsninger absorberes af testpuderne fast indeholdt i testpuden papiret, så der er ingen reflow tilbage i strømningstekniske kanal, og de kolorimetriske resultater bliver efterfølgende fastgjort på testpude materiale. Ved slutningen af reaktionen er kolorimetriske resultater registreret via en desktop scanner, og analyseret via billede analyse software.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske trin i denne protokol omfattede bestemmelse af den rigtige kombination af bomuld materiale (med varierende hydrofobicitet / hydrofilicitet) og filtrerpapir (kromatografi filtrerpapir eller kvantitativ filterpapir). Et godt planlagt og udført enhed design gør den bedste ydeevne attributter for kolorimetriske assays. Fra vores kolorimetriske analyseresultater, bomuld-baserede analytiske apparat præsenteret heri viser stort potentiale som platform til påvisning af flere sygdomme.
D…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet delvist af tilskud fra Taiwans Ministeriet for Videnskab og Teknologi (MEST 104-2628-E-007-001-MY3 (CMC)), og 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).
