La fabricación de dispositivos analíticos de algodón
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
Un dispositivo analítico bajo costo robusta debe ser fácil de usar, rápida y asequible. Tales dispositivos también deben ser capaces de operar con muestras escasos y proporcionar información para el seguimiento del tratamiento. Aquí, demostramos el desarrollo de un análisis de orina basado en algodón (es decir, nitrito, proteína total y urobilinógeno ensayos) dispositivo analítico que emplea un formato basado en flujo lateral, y es barato, fácilmente fabricado, rápida, y se puede utilizar para llevar a cabo múltiples pruebas sin preocupaciones de contaminación cruzada. El algodón se compone de fibras de celulosa con propiedades de absorción naturales que pueden ser aprovechados para el análisis basado en el flujo. El simple pero elegante proceso de fabricación de nuestro dispositivo analítico basado en algodón se describe en este estudio. La disposición de la estructura de algodón y la prueba de la almohadilla se aprovecha de la hidrofobicidad y la fuerza de absorción de cada material. Debido a estas características físicas, los resultados colorimétricos pueden adherirse persistentemente a la pruebaalmohadilla. Este dispositivo permite a los médicos para recibir información clínica en el momento oportuno y muestra un gran potencial como herramienta para la intervención temprana.
Introduction
El desarrollo de los puntos de atención (PDA) dispositivos de diagnóstico que sean asequibles, robusto y fácil utilización es imprescindible para la mejora de la salud mundial 1,2. En particular, los dispositivos compuestos por sustratos de celulosa (por ejemplo, papel, hilo, algodón) y proporcionar plataformas analíticas prometedores para el análisis bajo costo debido a su ubicuidad, la accesibilidad, la facilidad de uso, robustez y capacidad para proporcionar resultados rápidos 3-7.
Aquí, revelamos el desarrollo de un dispositivo analítico basado en algodón que utiliza un formato basado en flujo lateral para análisis de orina. Este dispositivo analítico basado en el algodón ofrece un enfoque alternativo de detección con varias ventajas clave: i) la fabricación con el esfuerzo humano mínima; ii) bajo coste; iii) la capacidad de ser utilizado para llevar a cabo varios ensayos diferentes, sin preocupaciones de contaminación cruzada; . iv) la independencia de dispositivo, es decir, la capacidad de funcionar sin el equipo y / o electricidad adicional; y, v) Velocidad (ensayos colorimétricos se puede completar en 10 min).
La estructura de este dispositivo analítico basado en algodón se puede dividir en cuatro partes: i) de algodón que es naturalmente hidrófoba sobre su capa hidrófoba externa; ii) de algodón que es internamente hidrófilo y sirve como un canal de transporte para absorción de líquido; iii) película de laminación que se une y comprime el algodón se utiliza, pero contiene perforado los agujeros para la colocación de almohadillas de reacción / de prueba; y, iv) almohadillas de análisis papel de cromatografía, que se recubren / incrustados con reactivos reactivos, colocados en la superficie exterior del algodón (en concreto, en el espacio perforado fuera de la película de laminación) como zonas de reacción para ensayos colorimétricos (es decir, nitrito, proteína total, pH, y los ensayos de urobilinógeno) y visualización de resultados.
El mecanismo subyacente de la prueba es el siguiente. El dispositivo analítico basado en el algodón se obtuvo con las líneas que penetran a mitad de camino a través del departamentoh de la tela de algodón para crear un canal de flujo que permite que el fluido de la muestra para llegar a las almohadillas de reactivos utilizados. El borde de absorción del dispositivo analítico se sumerge en la muestra diana, después de lo cual la solución es malo a lo largo del canal fluídico desde el extremo de absorción para las almohadillas de ensayo (Figura 1). Debido a que la fuerza de absorción de la almohadilla de ensayo es mayor que la de algodón, soluciones absorbidas por las almohadillas de ensayo queden contenidos en el interior del papel almohadilla de ensayo de manera que no hay reflujo de nuevo en el canal fluídico, y los resultados colorimétricos se convierten posteriormente fijos en el material de la almohadilla de prueba. Al final de la reacción, los resultados colorimétricos se registran a través de un escáner de escritorio, y se analizaron mediante software de análisis de imagen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos críticos en este protocolo incluyen la determinación de la combinación adecuada de tela de algodón (con diferentes hidrofobicidad / hidrofilicidad) y el papel de filtro (papel de filtro o cromatografía de papel de filtro cuantitativo). Un diseño del dispositivo bien planificado y ejecutado hace atribuye el mejor rendimiento para ensayos colorimétricos. A partir de nuestros resultados de ensayo colorimétrico, el dispositivo analítico basado en algodón presentada en este documento demuestra un gran pot…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado en parte por subvenciones del Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST 104-2628-E-007-001-MY3 (CMC)), y el Hospital General de Veteranos Taichung (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).
