JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

لتلبية الاحتياجات التشخيصية العاجلة لحمى الضنك ، نقدم هنا جهازا تحليليا ورقيا مدمجا في تطبيق الهاتف الذكي Dengue NS1 (DEN-NS1-PAD) لقياس تركيز مستضد حمى الضنك NS1 في عينات المصل / الدم السريرية. يعزز هذا الابتكار إدارة حمى الضنك من خلال المساعدة في اتخاذ القرارات السريرية في مختلف أماكن الرعاية الصحية ، حتى تلك التي تعاني من محدودية الموارد.

Abstract

تعد عدوى فيروس حمى الضنك (DENV) ، التي تنتقل عن طريق البعوض الزاعجة ، مصدر قلق كبير للصحة العامة في البلدان المدارية وشبه المدارية. مع حدوث ما يقرب من 10 ملايين حالة سنويا و 20,000-25,000 حالة وفاة ، خاصة بين الأطفال ، هناك حاجة ملحة لأدوات التشخيص العملية. تم ربط وجود بروتين حمى الضنك غير الهيكلي 1 (NS1) أثناء العدوى المبكرة بإطلاق السيتوكين وتسرب الأوعية الدموية والخلل البطاني ، مما يجعله علامة محتملة لحمى الضنك الشديدة.

اكتسبت المقايسات المناعية الورقية مثل فحوصات التدفق الجانبي (LFAs) والأجهزة التحليلية الورقية الدقيقة (PADs) شعبية كاختبارات تشخيصية نظرا لبساطتها وسرعتها وعدم تكلفتها وخصوصيتها وسهولة تفسيرها. ومع ذلك ، فإن المقايسات المناعية الورقية التقليدية للكشف عن حمى الضنك NS1 تعتمد عادة على الفحص البصري ، مما يؤدي إلى نتائج نوعية فقط. لمعالجة هذا القيد وتعزيز الحساسية ، اقترحنا مقايسة NS1 المحمولة للغاية للكشف عن حمى الضنك على جهاز تحليلي ورقي (PAD) ، وهو DEN-NS1-PAD ، الذي يدمج تطبيق الهاتف الذكي كقارئ لوني وكمي. يتيح نظام التطوير القياس الكمي المباشر لتركيزات NS1 في العينات السريرية.

تم استخدام عينات المصل والدم التي تم الحصول عليها من المرضى لإثبات أداء النموذج الأولي للنظام. تم الحصول على النتائج على الفور ويمكن استخدامها للتقييم السريري ، سواء في مرافق الرعاية الصحية المجهزة تجهيزا جيدا أو في الأماكن المحدودة الموارد. يوفر هذا المزيج المبتكر من المقايسة المناعية الورقية مع تطبيق الهاتف الذكي نهجا واعدا لتعزيز الكشف عن مستضد حمى الضنك NS1 وتحديده كميا. من خلال زيادة الحساسية بما يتجاوز قدرات العين المجردة ، يحمل هذا النظام إمكانات كبيرة لتحسين عملية صنع القرار السريري في إدارة حمى الضنك ، لا سيما في المناطق النائية أو المحرومة.

Introduction

عدوى فيروس حمى الضنك (DENV) هي أسرع الأمراض التي ينقلها البعوضانتشارا 1 ، وأكثر من 390 مليون شخص مصابون ب 96 مليون إصابة مصحوبة بأعراض ، و 2 مليون حالة من الأمراض الوخيمة ، وأكثر من 25000 حالة وفاة سنويا تحدث فيالعالم 1.2. وفقا لمنظمة الصحة العالمية (WHO) ، فإن ما يقدر بنحو 3.9 مليار شخص معرضون لخطر حمى الضنك. ~ 70٪ يعيشون في دول آسيا والمحيط الهادئ وبشكل رئيسي في جنوب شرق آسيا3. في عام 2019 ، بلغ عدد حالات حمى الضنك التي أبلغت بها منظمة الصحة العالمية 4.2 مليون حالة ، وساهمت تايلاند بما لا يقل عن 136000 حالة حمى الضنك و 144 حالة وفاة من عدوى حمى الضنك4. تحدث فاشية حمى الضنك في تايلاند خلال موسم الأمطار ، من أبريل إلى ديسمبر ، في كل من المناطق الحضرية والريفية ، وخاصة في المنطقة الشمالية الشرقية.

لعدوى حمى الضنك مظاهر سريرية مختلفة تتراوح من الأعراض دون السريرية وحمى الضنك الخفيفة (DF) إلى حمى الضنك النزفية الوخيمة (DHF). السمة الرئيسية لحالة DHF الشديدة هي زيادة نفاذية الأوعية الدموية تليها صدمة وخلل وظيفي في الأعضاء1. إن فهم المسار الجزيئي الذي يمكن أن يسبب تسرب الأوعية الدموية مهم جدا في تطوير علاجات فعالة لحمى الضنك. بروتين حمى الضنك غير الهيكلي 1 (NS1) هو بروتين سكري مفرز أثناء الإصابة المبكرة بالفيروس 5,6 ، ويعمل كعامل مساعد لتكرار الحمض النووي الريبي الفيروسي7. يمكن أن يؤدي NS1 إلى إطلاق السيتوكين والمساهمة في تسرب الأوعية الدموية عن طريق الارتباط بالمستقبل الشبيه بالرقم 4 (TLR4) والجليكوكاليكس البطاني 8,9. أظهرت الأبحاث في المختبر أن NS1 يتفاعل مع الخلايا البطانية ويحفز موت الخلايا المبرمج. يمكن أن تسهم هذه الحالة في اختلال وظيفي في البطانة وتسرب الأوعية الدموية10. زادت مستويات مستضد NS1 ، المرتبطة بمستويات مصل الإنترلوكين (IL) -10 ، بشكل ملحوظ في المرضى الذين يعانون من مرض سريري شديد11. يساهم حمى الضنك NS1 أيضا في التسبب في المرض عن طريق تحفيز IL-10 وقمع استجابات الخلايا التائية الخاصة ب DENV12,13. بالإضافة إلى ذلك ، كان بروتين حمى الضنك NS1 مرتبطا بمرض سريري شديد ، وارتبط تركيز NS1 > 600 نانوغرام مل -1 في الأيام الثلاثة الأولى من المرض بتطور DHF14.

يمكن استخدام استمرار مستضد حمى الضنك NS1 في المرضى الذين يعانون من DHF كعلامة على حمى الضنكالشديدة 6. هناك عدة طرق للكشف عن NS1 في العينات السريرية مثل مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA) والاختبار السريع15. المعيار الذهبي لقياس تركيز بروتينات NS1 في بيئة سريرية هو طريقة ELISA. ومع ذلك ، فإن طريقة ELISA باهظة الثمن وتتطلب موظفين مهرة ومرافق مختبرية16. لذلك ، لا يزال تطوير التكنولوجيا للكشف عن بروتينات NS1 وقياسها في اختبار نقطة الرعاية (POCT) مستمرا. في العقد الماضي ، أصبحت المقايسات المناعية الورقية مثل فحوصات التدفق الجانبي (LFAs) والأجهزة التحليلية الورقية الدقيقة (μPADs) شائعة كاختبارات تشخيصية بسبب بساطتها وسرعتها وعدم تكلفتها وخصوصيتها17،18،19. في المقايسة المناعية الورقية ، تم استخدام العديد من الملصقات لتوليد إشارات ، مثل جسيمات الذهب النانوية (AuNPs) 20 ، والجسيمات النانوية المغناطيسية21,22 ، والنقاط الكمومية23 ، والمواد الفلورية24,25. AuNPs هي الملصقات الأكثر شيوعا المستخدمة في المقايسات المناعية الورقية نظرا لتكلفة إنتاجها غير المكلفة وسهولة التصنيع والاستقرار والقراءات البسيطة. حاليا ، يتم استخدام فحوصات التدفق الجانبي (LFAs) لحمى الضنك NS1 بشكل مشهور في الإعداد السريري26,27. ومع ذلك ، فإن اكتشاف ملصق LFA التقليدي يستخدم عادة العين المجردة ويوفر نتائج نوعية فقط.

في العقد الماضي ، تم استخدام أكثر من 5 مليارات هاتف ذكي على نطاق واسع على مستوى العالم ، وهناك إمكانية لتطوير الكشف المحمول28,29. تتمتع الهواتف الذكية بقدرات متعددة الوظائف مثل المستشعرات المادية المدمجة والمعالجات متعددة النواة والكاميرات الرقمية ومنافذ USB ومنافذ الصوت واللاسلكية وبرامج التطبيقات ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في منصات أجهزة الاستشعار الحيوية المختلفة30. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح التقنيات اللاسلكية بإرسال البيانات بسرعة ويمكن استخدامها للمراقبة في الوقت الفعلي وفي الموقع31. قام Mudanyali et al. بدمج المقايسة المناعية الورقية والهواتف الذكية لتطوير منصة POCT محمولة وخالية من المعدات وسريعة ومنخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام للملاريا والسل وفيروس نقص المناعة البشرية32. أبلغ Ling et al. عن فحص التدفق الجانبي جنبا إلى جنب مع كاميرا الهاتف الذكي للكشف عن نشاط الفوسفاتيز القلوي في الحليب كميا33. طور Hou et al. أيضا نظام تصوير ثنائي الطريقة قائم على الهاتف الذكي للإشارات الكمية من اللون أو التألق في مقايسة التدفق الجانبي34. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي استخدام الهاتف الذكي كقارئ لوني وكمي إلى تحسين الحساسية بينما لا تستطيع العين المجردة الإبلاغ بثقة عن وجود الهدف35.

يقدم DEN-NS1-PAD36،37،38 (المشار إليه باسم الجهاز من الآن فصاعدا) طفرة في تشخيص حمى الضنك ، ويقدم حلا محمولا وفعالا. باستخدام تقنية الموائع الدقيقة القائمة على الورق المطبوعة بالشمع ، يقوم هذا الجهاز بتحديد كمية NS1 بحساسية عالية وخصوصية من خلال معالجة الصور. لتعزيز فائدته بشكل أكبر ، قمنا بتطوير تطبيق هاتف ذكي سهل الاستخدام للقراءة اللونية والكمية. يؤكد التحقق السريري باستخدام عينات المرضى من المستشفيات التايلاندية تأثيره الفوري على تقييم المرضى في الوقت الفعلي. يمثل ابتكارنا تقدما محوريا في الإدارة المبسطة لحمى الضنك في نقاط الرعاية ، مما يعد بإحداث ثورة في التشخيص في مشهد الرعاية الصحية المحدودة الموارد.

Protocol

منحت لجنة الأخلاقيات التابعة لمجلس المراجعة المؤسسية ، الإدارة الطبية للجيش الملكي التايلاندي ، مستشفى فرامونجكوتكلاو ، بانكوك ، تايلاند (IRBRTA 1218/2562) الموافقة. في إجراء هذه الدراسة ، امتثلنا لجميع اللوائح الأخلاقية اللازمة.

1. تصنيع جهاز المقايسة المناعية الورقية

ملاحظة: تم تصنيع جهاز المقايسة المناعية الورقي باتباع الطرق المحددة مسبقا36،37 ، وطلب براءة الاختراع التايلاندي رقم 19010081638.

  1. التصميم ورسم الأنماط: صمم الجهاز التحليلي الورقي (الشكل 1 أ ، ب) ب 18 نمطا من شمع PAD على الكمبيوتر.
    ملاحظة: التصميم خاص ومخصص للورق بحجم A5. يرتبط عدد PADs بحجم الورق ، كما يطلب المستخدم.
  2. اطبع النمط المصمم على ورق السليلوز باستخدام طابعة الشمع (جدول المواد).
  3. قم بإذابة الورق المطبوع بالشمع في فرن المختبر لمدة 75 ثانية عند 150 درجة مئوية. بعد ذلك ، قم بتخزينه في صندوق السيليكا حتى الحاجة للخطوات اللاحقة.
  4. ضع 0.5 ميكرولتر من 0.025٪ بولي-إل-ليسين (PLL) على كل من مناطق الاختبار والتحكم. احتضانها في درجة حرارة الغرفة (RT) لمدة 2 دقيقة في صندوق السيليكا ثم سخنيها في الفرن على حرارة 65 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
  5. ضع 0.5 ميكرولتر من 1 ميكروغرام μL-1 من الجسم المضاد IgG المضاد للفأر الماعز على منطقة التحكم و 0.5 ميكرولتر من 1 ميكروغرام μL-1 من الجسم المضاد للالتقاط على منطقة الاختبار. اترك القطرات تجف في صندوق هلام السيليكا في RT لمدة 30 دقيقة.
  6. ضع 2 ميكرولتر من المخزن المؤقت للحجب على منطقة العينة ، و 3 ميكرولتر على المنطقة المترافقة ، و 2 ميكرولتر على منطقة الكشف. اترك القطرات تجف في RT في صندوق هلام السيليكا لمدة 30 دقيقة.
  7. ضع 2 ميكرولتر من محلول مركب الأجسام المضادة للجسيمات النانوية الذهبية (AuNPs-Ab) على المنطقة المترافقة واتركه يجف في صندوق هلام السيليكا في RT لمدة 30 دقيقة.

2. تجميع المقايسة المناعية الورقية

  1. قم بإزالة الفيلم الواقي بعناية على الجانب الخلفي من بطاقة الدعم البلاستيكية اللاصقة لفضح المادة اللاصقة.
  2. قم بمحاذاة ورق السليلوز المعالج مع بطاقة الدعم البلاستيكية اللاصقة واضغط بقوة على الطبقتين معا.
    ملاحظة: تجنب لمس المجال المحب للماء لتقليل مخاطر التلوث أو تلف الجهاز.
  3. ضع طبقة بلاستيكية لتغطية الورق واضغط عليهما معا.
  4. قطع قطعة الأجهزة المطلوبة باستخدام مقص من أوراق الأجهزة المجمعة بالكامل.
  5. DEN-NS1-PADs (الشكل 1C) جاهزة الآن للاستخدام. لتحقيق الاستقرار على المدى الطويل ، قم بتخزينها في درجة حرارة 4 درجات مئوية.

3. إعداد اقتران AuNPs-Ab

ملاحظة: تم إعداد AuNPs-Ab كما هو موضح سابقا من قبل Prabowo et al.36.

  1. اجمع بين 10 ميكرولتر من 1 ملغ mL−1 anti-NS1 في PBS ، و 1 مل من 40 نانومتر AuNPs الغروية ، و 0.1 مل من 0.1 M بورات عازلة (درجة الحموضة 8.5).
  2. قم بتدوير الخليط عند 50 دورة في الدقيقة لمدة 60 دقيقة واحتضانه في RT.
  3. ضع 0.1 مل من 10 مجم مل −1 BSA في BBS ، وقم بالتدوير عند 50 دورة في الدقيقة ، واحتضانها في RT لمدة 15 دقيقة.
  4. جهاز طرد مركزي الحل عند 20187 × جم و 4 درجات مئوية لمدة 30 دقيقة.
  5. ماصة بعناية وفصل طاف من AuNPs-Ab المترسب.
  6. إعادة تعليق AuNPs-Ab في 500 ميكرولتر من BBS وتفريقه باستخدام صوتنة.
  7. كرر الطرد المركزي عند 20187 × جم و 4 درجات مئوية لمدة 30 دقيقة.
    ملاحظة: كرر عمليات التشتت والطرد المركزي 3x.
  8. أضف 50 ميكرولتر من المخزن المؤقت المترافق إلى التعليق ، مما يجعله جاهزا للتطبيق على المنطقة المرافقة.

4. تطوير تطبيقات الهاتف المحمول

  1. معالجة الصور وتطوير التعلم الآلي
    1. اجمع مجموعة بيانات لنموذج صورة خاضع للإشراف من خلال جمع أكثر من 900 صورة ذات تركيز تلقائي ل DEN-NS1-PADs ، والتقاط ظروف مختلفة مثل التركيزات المختلفة والعلامات التجارية للكاميرات (12-13 ميجابكسل) والتدوير (90 درجة و 180 درجة) وإعدادات الإضاءة. استهدف 30 صورة تحت كل ظرف محدد.
    2. قم بتسمية الحقيقة الأساسية من خلال تحديد منطقتين مهمتين والتعليق عليهما كمناطق اختبار وتحكم داخل الصور التي تم جمعها للتعلم الخاضع للإشراف.
    3. تصميم خوارزمية لتحديد شريط الخلفية. حدد موقع خط الوسط بين منطقتي الاختبار والتحكم ، واحسب نقطة المنتصف ، وقم بإنشاء منطقة مربعة تتناسب مع متوسط حجم المنطقتين الرئيسيتين مع الحفاظ على نفس اتجاه الدوران.
    4. قم بإنشاء نموذج تجزئة الصورة باستخدام مجموعة البيانات وتسميات الحقيقة الأساسية من الخطوتين 4.1.1 و 4.1.2 لتدريب نموذج تجزئة الصورة لتحديد مناطق الاهتمام.
  2. خوارزمية التطبيق
    1. قم بتطبيق نموذج تجزئة الصورة المدرب على الصور الجديدة لتحديد موقع مناطق الاختبار والتحكم والخلفية تلقائيا.
    2. استخدم تقنيات معالجة الصور الأساسية للحصول على قيمة كثافة واحدة لكل منطقة من مناطق الاهتمام الثلاث (الاختبار والتحكم والخلفية).
    3. تحويل الصورة إلى تمثيل صفيف 3D (y ، x قناة) للوصول إلى قيم البكسل.
    4. قم بتحويل الصورة إلى درجات رمادية عن طريق حساب متوسط قيم RGB وتطبيق الانعكاس بالصيغة (255-x).
    5. تطبيع قيم منطقة الاختبار والتحكم عن طريق طرح قيمة منطقة الخلفية.
    6. استخدم منحنى المعايرة المحدد مسبقا لحساب تركيز NS1.
    7. صنف النتائج على أنها موجبة أو سالبة بناء على قيمة فاصلة تبلغ 0.1103 مشتقة من شدة التدرج الرمادي الطبيعية37.

5. منحنى المعايرة والحساسيات

  1. تحضير عينة NS1 في مصل الدم البشري للمعايرة بتركيزات 0 و 0.1 و 0.2 و 0.4 و 0.6 و 0.8 و 1.0 ميكروغرام mL-1.
  2. أسقط 50 ميكرولتر من كل تركيز على منطقة العينة وقم بإجراء القياسات في ثلاث نسخ.
  3. اترك العينات تتسرب تماما في الجهاز ، الأمر الذي قد يستغرق 20-30 دقيقة للحصول على النتائج.
  4. التقط صورا للجهاز باستخدام كاميرا رقمية أو هاتف ذكي بعد 5 دقائق من الحضانة.
  5. تحليل مناطق الاختبار والتحكم باستخدام ImageJ وتطبيق جوال مخصص.
  6. أنشئ منحنى المعايرة استنادا إلى البيانات من ImageJ وتطبيق الهاتف المحمول.
  7. احسب حد الفراغ (LOB) وحد الكشف (LOD) وحد القياس الكمي (LOQ) باستخدام المعادلات (1-3) أدناه:
    LOB = متوسط البيانات الفارغة + 1: 645 * ð (الانحراف المعياري للبيانات الفارغة) (1)
    LOD = LOB +1:645*ð (الانحراف المعياري لبيانات التركيز الأدنى) (2)
    LOQ = متوسط البيانات الفارغة + 10 * ð (الانحراف المعياري للبيانات الفارغة) (3)

6. إجراء مقايسة مناعية ورقية مع عينات سريرية

  1. جمع ومعالجة 300 ميكرولتر من الدم المحيطي من 30 مريضا في اليوم الأول من دخول المستشفى إلى أنابيب EDTA ذات قمة أرجوانية ، باتباع الممارسات السريرية الجيدة.
  2. جهاز طرد مركزي للدم عند 2884 × جم و 4 درجات مئوية لمدة 20 دقيقة.
  3. انقل المكون السائل (البلازما) إلى أنبوب بولي بروبيلين نظيف باستخدام ماصة.
  4. قم بتخزين البلازما في الفريزر على الفور عند -20 درجة مئوية لتحليلها لاحقا.
  5. ضع 20 ميكرولتر من البلازما على منطقة العينة أعلى الجهاز. ثم أضف 30 ميكرولتر من محلول الغسيل (0.05٪ v / v توين 20 في 1x محلول ملحي مخزن بالفوسفات).
  6. اترك العينة تدخل تماما في الجهاز ، الأمر الذي قد يستغرق 20-30 دقيقة للحصول على النتائج.
  7. التقط صورا للجهاز باستخدام كاميرا رقمية أو هاتف ذكي بعد 5 دقائق من الحضانة في درجة حرارة الغرفة.
  8. تحليل مناطق الاختبار والتحكم باستخدام ImageJ وتطبيق جوال مخصص.

7. القياس الكمي باستخدام تطبيقات الهاتف المحمول

ملاحظة: يتم تحليل شدة المقايسة المناعية الورقية في تطبيق الهاتف المحمول (الشكل 2).

  1. افتح تطبيق الهاتف المحمول المطور على الهاتف الذكي.
  2. حدد استخدام الكاميرا أو تحميل من المعرض لاختيار مصدر البيانات أو تحميله. قم بذلك من خلال التقاط الكاميرا أو عن طريق تحديد صورة من معرض الجهاز.
  3. انتقل إلى القسم التحليلي والمس الزر تحليل على الشاشة.
  4. انتظر حتى يقوم التطبيق بتحليل البيانات وعرض النتائج.

النتائج

يعد اختيار طريقة التصنيع أمرا محوريا لضمان أداء الفحص القابل للتكرار في أجهزة المقايسة المناعية الورقية. في دراستنا ، استكشفنا عمليات ومواد التصنيع المختلفة في سياق إظهار المقايسة المناعية الورقية. تستخدم الطريقة التي اخترناها نظام طباعة الشمع لإنشاء حواجز كارهة للماء داخل أجهزة الموا?...

Discussion

تتمثل إحدى معلمات التصميم المهمة لنظام القارئ المستند إلى الهاتف الذكي في القدرة على توفير معالجة تصوير قابلة للتكرار للعينات. في هذه الدراسة ، من أجل البساطة والراحة ، تم التقاط الصور من ثلاث علامات تجارية مختلفة للهواتف الذكية بكاميرات 12-13 ميجابكسل دون استخدام صندوق تصوير أو ملحقات. يم?...

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

Acknowledgements

يعترف MHP بامتنان بصندوق أبحاث المنح الدراسية من Universitas Islam Indonesia (UII). يعرب المؤلفون عن امتنانهم للسيد نوتشانون نينياوي لخبرته القيمة ومساعدته طوال تطوير تطبيق الهاتف المحمول ومساهماته في المخطوطة. علاوة على ذلك ، يقدر المؤلفون الدعم المالي المقدم من تايلاند للبحث العلمي والابتكار (TSRI) ، صندوق البحوث الأساسية: السنة المالية 2023 (المشروع رقم. FRB660073/0164) في إطار برنامج الرعاية الصحية الذكية لجامعة الملك مونغكوت للتكنولوجيا في ثونبوري.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Materials
0.1 M phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.2) 
BBS containing 0.1% Tween 20, 10% sucrose, and 1% casein  the conjugate area treatment and blocking buffer
Borate buffered saline (BBS) (25 mM sodium borate and 150 mM sodium chloride at pH 8.2) supplemented with 1% BSA the washing buffer during the conjugation process AuNPs with the antibody
Boric acidMerck10043-35-3
Bovine serum albumin fraction V (BSA)  PAA Lab GmbH (Germany)K41-001 
CaseinMerck9005-46-3
Chromatography paper Grade 2 GE Healthcare3002-911 
Clear laminate film3M (Stationery shops)
Disodium hydrogen phosphateMerck7558-79-4
Double tape sideStationery shops
Goat anti-mouse IgG antibody MyBiosource (USA)MBS435013
Gold nanoparticles (40 nm)  Serve Science Co., Ltd. (Thailand)
Human IgG polyclonal antibody  MerckAG711-M
Mouse dengue NS1 monoclonal antibody MyBiosource (USA)MBS834415
Mouse dengue NS1 monoclonal antibody MyBiosource (USA)MBS834236
NS1 serotype 2 antigensMyBiosource (USA)MBS 568697
PBS 1X containing 0.1% Tween 20 was used as telution buffer
Plastic backing card 10x30 cmPacific Biotech Co., Ltd. (Thailand)
Poly-L-lysine (PLL)Sigma AldrichP4832
Potassium ChlorideMerck104936
Potassium monophosphateMerck104877
Sodium ChlorideMerck7647-14-5
Sodium tetraborate Sigma Aldrich1303-96-4
SucroseMerck57-50-1
Tween 20Sigma Aldrich9005-64-5
Instruments
CytationTM 5 multimode readerBioTek
Mobile phonesHuawei Y7, iPhone 11, Samsung a20
Photo scannerEpson Perfection V30
OvenMemmert
Wax printer Xerox ColorQube 8880-PS
Software
Could AutoML Vision Object Detection documentationGoogle Cloud
ImageJNational Institute of Health, Bethesda, MD, USA
Inkscape 0.91 Software

References

  1. Cattarino, L., Rodriguez-Barraquer, I., Imai, N., Cummings, D. A. T., Ferguson, N. M. Mapping global variation in dengue transmission intensity. Science Translational Medicine. 12 (528), 1-11 (2020).
  2. World Health Organization (WHO). . Treatment, prevention and control global strategy for dengue prevention and control. , 1-34 (2012).
  3. . WHO Dengue and severe dengue Available from: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/dengue-and-severe-dengue (2020)
  4. Department of Disease Control Ministry of Health Thailand. . Weekly Disease Forecast Dengue. , (2020).
  5. Malavige, G. N., Ogg, G. S. Pathogenesis of vascular leak in dengue virus infection. Immunology. 151 (3), 261-269 (2017).
  6. Paranavitane, S. A., et al. Dengue NS1 antigen as a marker of severe clinical disease. BMC Infectious Diseases. 14 (1), 570 (2014).
  7. Muller, D. A., Young, P. R. The flavivirus NS1 protein: Molecular and structural biology, immunology, role in pathogenesis and application as a diagnostic biomarker. Antiviral Research. 98 (2), 192-208 (2013).
  8. Modhiran, N., et al. Dengue virus NS1 protein activates cells via Toll-like receptor 4 and disrupts endothelial cell monolayer integrity. Science Translational Medicine. 7 (304), 304ra102 (2015).
  9. Glasner, D. R., et al. Dengue virus NS1 cytokine-independent vascular leak is dependent on endothelial glycocalyx components. PLOS Pathogens. 13 (11), e1006673 (2017).
  10. Lin, C. -. F., et al. Antibodies from dengue patient sera cross-react with endothelial cells and induce damage. Journal of Medical Virology. 69 (1), 82-90 (2003).
  11. Adikari, T. N., et al. Dengue NS1 antigen contributes to disease severity by inducing interleukin (IL)-10 by monocytes. Clinical and Experimental Immunology. 184 (1), 90-100 (2016).
  12. Malavige, G. N., et al. Suppression of virus specific immune responses by IL-10 in acute dengue infection. PLoS Neglected Tropical Diseases. 7 (9), e2409 (2013).
  13. Malavige, G. N., et al. Serum IL-10 as a marker of severe dengue infection. BMC Infectious Diseases. 13 (1), 341 (2013).
  14. Libraty, D. H., et al. High circulating levels of the dengue virus nonstructural protein NS1 early in dengue illness correlate with the development of dengue hemorrhagic fever. The Journal of Infectious Diseases. 186 (8), 1165-1168 (2002).
  15. World Health Organization (WHO) and the Special Programme for Research and Tropical Diseases (TDR). . Dengue: guidelines for diagnosis, treatment, prevention and control -- New edition. , (2009).
  16. Axelrod, T., Eltzov, E., Marks, R. S. Capture-layer lateral flow immunoassay: a new platform validated in the detection and quantification of dengue NS1. ACS Omega. 5 (18), 10433-10440 (2020).
  17. Kim, S. -. W., Cho, I. -. H., Lim, G. -. S., Park, G. -. N., Paek, S. -. H. Biochemical-immunological hybrid biosensor based on two-dimensional chromatography for on-site sepsis diagnosis. Biosensors and Bioelectronics. 98, 7-14 (2017).
  18. Fu, Q., et al. Development of a novel dual-functional lateral-flow sensor for on-site detection of small molecule analytes. Sensors and Actuators B: Chemical. 203, 683-689 (2014).
  19. Dzantiev, B. B., Byzova, N. A., Urusov, A. E., Zherdev, A. V. Immunochromatographic methods in food analysis. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 55, 81-93 (2014).
  20. Hu, J., et al. Advances in paper-based point-of-care diagnostics. Biosensors and Bioelectronics. 54 (4), 585-597 (2014).
  21. Zhong, Y., et al. Gold nanoparticles based lateral flow immunoassay with largely amplified sensitivity for rapid melamine screening. Microchimica Acta. 183 (6), 1989-1994 (2016).
  22. Figueredo, F., Garcia, P. T., Cortón, E., Coltro, W. K. T. Enhanced analytical performance of paper microfluidic devices by using Fe 3 O 4 nanoparticles, MWCNT, and graphene oxide. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (1), 11-15 (2016).
  23. Bahadır, E. B., Sezgintürk, M. K. Lateral flow assays: Principles, designs and labels. TrAC - Trends in Analytical Chemistry. 82, 286-306 (2016).
  24. He, M., Liu, Z. Paper-based micro fluidic device with upconversion fluorescence assay. Analytical Chemistry. 85, 11691-11694 (2013).
  25. Derikvand, F., Yin, D. L. T., Barrett, R., Brumer, H. Cellulose-based biosensors for esterase detection. Analytical Chemistry. 88 (6), 2989-2993 (2016).
  26. Kumar, S., Bhushan, P., Krishna, V., Bhattacharya, S. Tapered lateral flow immunoassay-based point-of-care diagnostic device for ultrasensitive colorimetric detection of dengue NS1. Biomicrofluidics. 12 (3), 034104 (2018).
  27. Sinawang, P. D., Rai, V., Ionescu, R. E., Marks, R. S. Electrochemical lateral flow immunosensor for detection and quantification of dengue NS1 protein. Biosensors and Bioelectronics. 77, 400-408 (2016).
  28. Zhang, D., Liu, Q. Biosensors and bioelectronics on smartphone for portable biochemical detection. Biosensors and Bioelectronics. 75, 273-284 (2016).
  29. Preechaburana, P., Suska, A., Filippini, D. Biosensing with cell phones. Trends in Biotechnology. 32 (7), 351-355 (2014).
  30. Laksanasopin, T., et al. A smartphone dongle for diagnosis of infectious diseases at the point of care. Science Translational Medicine. 7 (273), 273re1 (2015).
  31. Kim, J., et al. Noninvasive alcohol monitoring using a wearable tattoo-based iontophoretic-biosensing system. ACS Sensors. 1 (8), 1011-1019 (2016).
  32. Mudanyali, O., et al. Integrated rapid-diagnostic-test reader platform on a cellphone. Lab on a Chip. 12 (15), 2678 (2012).
  33. Yu, L., Shi, Z., Fang, C., Zhang, Y., Liu, Y., Li, C. Disposable lateral flow-through strip for smartphone-camera to quantitatively detect alkaline phosphatase activity in milk. Biosensors and Bioelectronics. 69, 307-315 (2015).
  34. Hou, Y., et al. Smartphone-based dual-modality imaging system for quantitative detection of color or fluorescent lateral flow immunochromatographic strips. Nanoscale Research Letters. 12 (1), 291 (2017).
  35. You, D. J., Park, T. S., Yoon, J. -. Y. Cell-phone-based measurement of TSH using Mie scatter optimized lateral flow assays. Biosensors and Bioelectronics. 40 (1), 180-185 (2013).
  36. Prabowo, M. H., Chatchen, S., Rijiravanich, P. Dengue NS1 detection in pediatric serum using microfluidic paper-based analytical devices. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 412, 2915-2925 (2020).
  37. Prabowo, M. H., et al. Clinical evaluation of a developed paper-based Dengue NS1 rapid diagnostic test for febrile illness patients. International Journal of Infectious Diseases. 107, 271-277 (2021).
  38. Prabowo, M. H., et al. Preparation and detection method for the diagnostic device of dengue NS1 detection in serum, cell medium, and buffer. Thai Patent. , (2019).
  39. Kong, T., et al. Accessory-free quantitative smartphone imaging of colorimetric paper-based assays. Lab on a Chip. 19 (11), 1991-1999 (2019).
  40. Jung, Y., Heo, Y., Lee, J. J., Deering, A., Bae, E. Smartphone-based lateral flow imaging system for detection of food-borne bacteria E. coli O157:H7. Journal of Microbiological Methods. 168, 105800 (2020).
  41. Chen, G., et al. Improved analytical performance of smartphone-based colorimetric analysis by using a power-free imaging box. Sensors and Actuators B: Chemical. 281, 253-261 (2019).
  42. Kim, H., et al. Smartphone-based low light detection for bioluminescence application. Scientific Reports. 7 (1), 40203 (2017).
  43. Kim, H., Awofeso, O., Choi, S., Jung, Y., Bae, E. Colorimetric analysis of saliva-alcohol test strips by smartphone-based instruments using machine-learning algorithms. Applied Optics. 56 (1), 84 (2017).
  44. Qin, Q., et al. Algorithms for immunochromatographic assay: review and impact on future application. The Analyst. 144 (19), 5659-5676 (2019).
  45. Yan, W., et al. Machine learning approach to enhance the performance of MNP-labeled lateral flow immunoassay. Nano-Micro Letters. 11 (1), 7 (2019).
  46. Srisa-Art, M., Boehle, K. E., Geiss, B. J., Henry, C. S. Highly sensitive detection of Salmonella typhimurium using a colorimetric paper-based analytical device coupled with immunomagnetic separation. Analytical Chemistry. 90 (1), 1035-1043 (2018).
  47. Santiago, G. A., et al. Performance of the Trioplex real-time RT-PCR assay for detection of Zika, dengue, and chikungunya viruses. Nature Communications. 9 (1), 1391 (2018).
  48. Lanciotti, R. S., Calisher, C. H., Gubler, D. J., Chang, G. J., Vorndam, A. V. Rapid detection and typing of dengue viruses from clinical samples by using reverse transcriptase-polymerase chain reaction. Journal of Clinical Microbiology. 30 (3), 545-551 (1992).
  49. Yang, X., et al. Design and development of polysaccharide hemostatic materials and their hemostatic mechanism. Biomaterials Science. 5 (12), 2357-2368 (2017).
  50. Li, H., Han, D., Pauletti, G. M., Steckl, A. J. Blood coagulation screening using a paper-based microfluidic lateral flow device. Lab Chip. 14 (20), 4035-4041 (2014).
  51. Nilghaz, A., Shen, W. Low-cost blood plasma separation method using salt functionalized paper. RSC Advances. 5 (66), 53172-53179 (2015).
  52. Ataullakhanov, F. I., Pohilko, A. V., Sinauridze, E. I., Volkova, R. I. Calcium threshold in human plasma clotting kinetics. Thrombosis Research. 75 (4), 383-394 (1994).
  53. Pamies, R., et al. Aggregation behaviour of gold nanoparticles in saline aqueous media. Journal of Nanoparticle Research. 16 (4), 2376 (2014).
  54. Christau, S., Moeller, T., Genzer, J., Koehler, R., Von Klitzing, R. Salt-induced aggregation of negatively charged gold nanoparticles confined in a polymer brush matrix. Macromolecules. 50 (18), 7333-7343 (2017).
  55. Abe, K., Kotera, K., Suzuki, K., Citterio, D. Inkjet-printed paperfluidic immuno-chemical sensing device. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 398 (2), 885-893 (2010).
  56. Sameenoi, Y., Nongkai, P. N., Nouanthavong, S., Henry, C. S., Nacapricha, D. One-step polymer screen-printing for microfluidic paper-based analytical device (µPAD) fabrication. The Analyst. 139 (24), 6580-6588 (2014).
  57. Mora, M. F., et al. Patterning and modeling three-dimensional microfluidic devices fabricated on a single sheet of paper. Analytical Chemistry. 91 (13), 8298-8303 (2019).
  58. Ng, J. S., Hashimoto, M. Fabrication of paper microfluidic devices using a toner laser printer. RSC Advances. 10 (50), 29797-29807 (2020).
  59. Pal, S., et al. Multicountry prospective clinical evaluation of two enzyme-linked immunosorbent assays and two rapid diagnostic tests for diagnosing dengue fever. Journal of Clinical Microbiology. 53 (4), 1092-1102 (2015).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

203 NS1

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved