コットン分析デバイスを製造します
2016年8月30日
複数のアッセイニーズに対する単純な製造アプローチを調査するために、綿素材で作られた流体吸収チャネルシステムを作成しました。このデバイスは、亜硝酸塩、総タンパク質、およびウロビリノーゲンの臨床尿検査のために、複数の検出プラットフォームを確立し、ラテラルフローベースの生物医学デバイスに一般的に影響を与える汚染の問題を解決するために使用されました。
このプロトコルの全体的な目標は、簡単に入手できる素材である綿から分析装置を製造し、分析に使用することです。この手法の主な利点は、デバイスの製造が容易であることです。非常に低コストで、複数のアッセイに使用でき、組み立ても迅速です。
この装置を使用した分析法は、サンプルや反応の汚染の検出に敏感です。その手順を実演するのは、この方法の革新に尽力したShang-Chi Lin氏です。まず、テストストリップデバイスの準備から始めます。
まず、脱イオン水滴による標準的な接触角測定を使用して、テストストリップ用のクレンジングコットンの疎水性を決定します。次に、クレンジングコットンを5.5センチメートル×1センチメートルにカットして、綿ベースの分析装置の製作を開始します。ペーパーカッターを使用してください。
次のステップは、ラミネートフィルムのシートに直径0.5センチメートルの3つの穴のセットをドリルで開けることです。穴の間に1センチメートルの間隔を空けて、一列に穴を開けます。穴の各セットはテストストリップを作成し、最大36ストリップを標準のラミネートフィルムシートに収めることができます。
次に、穴あけ加工フィルムと穴あけ加工をしていないラミネートフィルムでクレンジングコットンを挟みます。次に、標準のラミネーターを使用してデバイスをパッケージ化します。次に、アセンブリから個々の5.5 x 1センチメートルのテストストリップデバイスを切り取ります。
3つの試験溶液の標準曲線を作成するには、48枚のストリップが必要です。各テストエリアで、鋭利なブレードを使用して、各テストエリアの中心から縦方向のデバイスの親水性層まで小さなチャネルを作成します。デバイスの半分だけをカットするように注意してください。
次に、直径半センチメートルのクロマトグラフィーペーパーディスクを3つの穴のそれぞれに挿入します。ラミネートフィルムには、パッドの端を下に押し込むことができる小さなリップが必要です。尿検査ストリップの場合は、亜硝酸塩アッセイパッドを亜硝酸塩インジケーター溶液でコーティングします。
タンパク質アッセイパッドにBSAインジケーター溶液を塗布します。そして、ウロビリノーゲンアッセイパッドをウロビリノーゲンインジケーターでコーティングします。先に進む前に、ストリップを周囲温度で完全に乾かしてください。
調製した各標準について、調製したデバイスの吸収端を標準溶液に10秒間浸します。各ストリップは、200〜300マイクロリットルの溶液を吸収する必要があります。試験する標準濃度ごとに3つのテストストリップを準備します。
比色反応が室温で完了するまで10分待ちます。次に、デバイスをスキャンして、各テストパッドの色を分析します。デスクトップスキャナーをRGBモードで600dpiで使用します。
ImageJなどの標準ソフトウェアを使用してスキャンした画像を解析します。スキャンした画像ファイルを開いた後、メニューコマンドで画像を選択し、[タイプ]を選択してRGB画像を8ビットグレースケールに変換します。次に、ツールバーの楕円形ツールを使用して、テストパッドの分析領域を選択します。
次に、メニューコマンドで「分析」を選択し、「測定」を選択して色の強度を分析します。平均強度の結果から、アッセイの標準曲線を作成します。この場合、二次モデルを使用して亜硝酸塩アッセイの標準曲線を適合させ、線形回帰モデルを使用して総タンパク質とウロビリノーゲンの標準曲線を適合させます。
作製したデバイスの疎水性界面上で、外側の綿での接触角を127度、5度前後で測定した。これらのデバイスを使用して、各アッセイの検出限界を確立するための標準曲線を作成しました。亜硝酸塩の場合、検出限界は0.147ミリモルでした。
蛋白質試験液であるウシ血清アルブミンの検出限界は3.7マイクロモルであった。ウロビリノーゲンの場合、検出限界は1リットルあたり4.9ミリグラムでした。このビデオを見れば、外部層の疎水性を利用して汚染を避ける綿花診断装置の作製方法についてよく理解できるはずです。
このテクニックを習得すると、適切に実行すれば、1時間または2時間で実行できます。この手順を試みる際には、接触角測定によってクレンジングコットンの外層の疎水性を決定することが重要です。
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概要
本研究では、多様なアッセイへの応用を目的として設計された、綿素材による液体吸収チャネルシステムを提示します。このデバイスは、ラテラルフロー方式の生物医学デバイス、特に臨床尿分析において一般的である汚染の問題を解決するものです。
研究の主要構成要素
科学分野
- 生物医学工学
- 分析化学
- 臨床診断
背景
- コンタミネーションは、ラテラフローアッセイの正確性に大きな影響を及ぼす可能性があります。
- アッセイデバイスに使用される従来の材料は、コストが高く、作製工程が複雑な場合があります。
- 綿は入手が容易で低コストな材料であり、デバイス作製に適しています。
- 単一のデバイス設計を用いて、複数のアッセイを実施することが可能です。
研究目的
- 低コストで容易に作製可能な分析デバイスを開発すること。
- 亜硝酸塩、総タンパク質、およびウロビリノーゲンの検出を含む、複数のアッセイのためのプラットフォームを構築すること。
- 臨床尿検査におけるコンタミネーションの問題に対処すること。
使用された手法
- 綿を用いた液体吸収チャネルシステムの作製。
- 多点検出プラットフォームの構築。
- サンプルおよび反応汚染に対するデバイスの感度試験。
- 専門家による手順のデモンストレーション。
主な結果
- 綿ベースのデバイスは液体を効果的に吸収し、複数のアッセイに対応します。
- 従来の法に比べて、汚染の問題が大幅に軽減されました。
- このデバイスは低コストであり、迅速に組み立てられることが証明されました。
- 臨床尿検査に関連するアナライトの検出における感度が実証されました。
結論
- 綿ベースのデバイスは、ラテラルフローアッセイの実行可能な代替手段となります。
- 臨床現場におけるコンタミネーションの課題に対して、実用的な解決策を提供します。
- このイノベーションにより、尿分析結果の信頼性が向上する可能性があります。
よくある質問
産業界への実用的関連性
この綿ベースの分析デバイスは、リソースが限られた環境におけるマルチアナライト検出のための、低コストで迅速に展開可能なソリューションを提供します。セルロース繊維の天然の吸収性と疎水性を活用することで、本プラットフォームは臨床尿分析用の汚染耐性を持つラテラルフローアッセイを実現します。その簡便さと拡張性は、バイオ医薬品の研究開発（R&D）における早期段階のバイオマーカースクリーニングおよびアッセイ開発ワークフローを支援します。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲット検証
- 科学的価値：亜硝酸塩、タンパク質、およびウロビリノーゲンの読み取り値を用いて、尿マトリックス中のバイオマーカー候補を迅速にスクリーニングすることを可能にする。
- 運用の価値：最小限の器具で実施可能な、製造可能なマルチテストストリップ形式を採用することで、アッセイの開発時間を短縮する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： 限定的な検出限界（亜硝酸塩：0.147 mM、BSA：3.7 µM、ウロビリノーゲン：4.9 mg/L）を持つ比色アッセイを最適化するための、再現可能なラテラルフロー形式を提供する。
- 実用的価値： アッセイの最適化およびロット間の整合性を確保するため、高スループットなストリップ作製（ラミネートシート1枚あたり最大36デバイス）をサポートする。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値：非侵襲的な尿サンプリングにより、前臨床モデルにおける薬物動態および薬力学的モニタリングを容易にする。
- 運用的価値：最小限のサンプル量で、かつ交差汚染のリスクを低減しながら、バイオマーカーの経時的な追跡を可能にする。
パイプラインおよびワークフローの統合
本デバイスは、尿中の分析物定量のための迅速かつ簡便な手法を提供することで、初期探索から前臨床までのワークフローに適合し、リード化合物の同定におけるゴー/ノーゴー判断を支援します。
- 探索生物学：定量的な尿中バイオマーカー測定を通じて、代謝または腎経路の調節に関する仮説検証をサポートします。
- スクリーニング：水耕栽培用コットンの調製および接触角の検証により、バッチ間の再現性を確保するためのアッセイ標準化を可能にします。
- 分析：ImageJおよび回帰モデリングを用いて濃度曲線に変換可能な、定量的な色の強度データを生成します。
- トランスレーショナルリサーチ：標的への結合（target engagement）および安全性モニタリングのため、探索段階から前臨床検証までの尿中バイオマーカーの連続性を整合させます。
- 企業での再利用：パッドの再コーティングという簡便な方法で、尿分析以外の複数の分析物パネルに適応可能なプラットフォーム技術を提示します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：サンプルまたは試薬の汚染による偽信号を最小限に抑えることで、バイオマーカーアッセイにおける予測の信頼性を向上させます。
- 運用上の価値：トレーニング後、アセンブリ時間を2時間未満に抑え、コスト効率が高く拡張性のあるアッセイ製造を実現します。
- 戦略的価値：創薬段階で尿中バイオマーカーの早期検証を可能にすることで、生物学的リスク低減コストを削減します。
- ポートフォリオへの影響：非侵襲的で臨床的に変換可能なリードアウトにより、リスク調整後のターゲット優先順位付けをサポートします。
実施上の考慮事項
- 綿の疎水性を評価するため（目標：約127°）、接触角測定に関する基礎的なトレーニングが必要です。
- ラミネートフィルムを準備するためのラミネーター、精密カッター、およびパンチへのアクセスが必要です。
- アッセイ用指示薬溶液（亜硝酸塩、BSA、ウロビリノゲン）の標準化されたコーティングプロトコルが必要です。
- グレースケール変換および強度測定のための画像解析機能（例：ImageJ）が必要です。
- 適切な液体吸収を確実にするため、性能はチャンネルの正確な切断深さ（デバイスの中間まで）に依存します。
