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 og lave kostnader analytisk enhet skal være brukervennlig, rask og rimelig. Slike enheter bør også være i stand til å operere med knappe prøver og gi informasjon for oppfølgende behandling. Her viser vi utviklingen av en bomull-baserte urinanalyse (dvs. nitritt, total protein, og urobilinogen analyser) analyseenhet som anvender en tversgående vannstrøm-basert format, og er billig, lett å fremstille, rask, og kan brukes til å utføre flere tester uten krysskontaminering bekymringer. Bomull er sammensatt av cellulosefibre med naturlig absorberende egenskaper som kan utnyttes for flytbasert analyse. Den enkle, men elegant fremstillingsprosessen av vår bomull basert analytisk anordning er beskrevet i denne studien. Anordningen av bomull struktur og testputen utnyttet hydrofobisitet og sugestyrken av hvert materiale. På grunn av disse fysiske egenskaper, kan kolorimetriske resultater vedvarende følge testenpad. Denne enheten gjør det mulig for leger å motta klinisk informasjon på en riktig måte, og viser stort potensial som et verktøy for tidlig intervensjon.
Introduction
Utviklingen av point-of-care (POC) diagnostiske enheter som er rimelig, robust og enkelt brukes er avgjørende for bedre global helse 1,2. Spesielt enheter bestående av cellulose underlag (for eksempel papir, tråd, og bomull) gir lovende analytiske plattformer for lav-kostnadsanalyse på grunn av deres ubiquity, kostnader, brukervennlighet, robusthet og kapasitet til å gi raske resultater 3-7.
Her, avsløre vi utviklingen av en bomull-basert analytisk enhet som bruker en lateral strømningsbasert format for urinanalyse. Dette bomull-baserte analyseenhet gir en alternativ deteksjon tilnærming med flere viktige fordeler: i) fabrikasjon med minimal menneskelig innsats; ii) lav pris; iii) evnen til å bli brukt til å utføre flere, forskjellige analyser uten krysskontaminering bekymringer; . iv) anordning uavhengighet, dvs. evnen til å bli kjørt uten ekstra utstyr og / eller elektrisitet; og, v) Hastighet (kolorimetriske analyser kan gjennomføres innen 10 min).
Strukturen av dette bomull basert analytisk anordning kan deles inn i fire deler: i) bomull som er naturlig hydrofobe på sin ytre hydrofobt lag; ii) bomull som er internt hydrofil og tjener som en transportkanal for flytende veke; iii) laminering film som binder og komprimerer bomull som brukes, men inneholder boret ut hull for plassering av reaksjons / forsøksputene; og, iv) kromatografi papir-forsøksputene, som er belagt / integrert med reaktive reagenser som er lagt på den ytre overflate av bomull (spesielt, i løpet boret ut av lamine film) som reaksjonsområder for kolorimetriske analyser (dvs., nitritt, totalt protein, pH-verdi, og urobilinogen analyser), og visning av resultater.
Den underliggende mekanisme for testen er som følger. Bomullen-baserte analyseenhet er scoret med linjer som trenge halvveis gjennom depth av bomull materiale for å skape en strømningskanal som gjør det mulig for prøvefluid for å oppnå de reaktive elektrodene som brukes. Den absorberende kant av analyseanordningen er nedsenket inn i målet prøven, hvoretter oppløsningen er ond langs fluidkanalen fra absorpsjonssonen enden til testputer (figur 1). Fordi den absorberende styrken av testputen er større enn den for bomull, blir løsningene absorbert av forsøks elektrodene fast inneholdt inne i testputen papiret slik at det ikke er noen flyt tilbake inn i fluidkanalen, og den kolorimetriske resultatene blir deretter festet på test pad materiale. Ved slutten av reaksjonen blir kolorimetriske resultatene registrert via en stasjonær skanner, og analysert via bildeanalyserende programvare.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske trinn i denne protokollen inkluderte bestemmelse av passende kombinasjon av bomull materiale (med varierende hydrofobitet / hydrofilitet) og filterpapir (kromatografi filterpapir eller kvantitativ filterpapir). En godt planlagt og utført enhet utforming gjør den beste ytelsen attributter for kolorimetriske analyser. Fra våre kolorimetriske analyseresultatene, bomull basert analytisk anordning som presenteres her viser et stort potensiale som en plattform for multippel sykdom deteksjon.
<p class="jove_con…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet delvis med tilskudd fra Taiwan Ministry of Science and Technology (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).
