This research was supported by the research programs of the National Research Foundation of Korea (NRF) (NRF-2015R1A1A1A05001548 and NRF-2015R1A5A1037668).

ניסויים עם דגימות דם בוצעו ציות לחוקים הרלוונטיים והנחיות מוסדיות. הדגימות היו דגימות דם שיורית כי נרכשו ומעובד בבדיקות קליניות במוסד. 1. הגדרה אופטית PT-AS הערה: אפשר להשתמש בצינור מייקרו-נימים ריק עבור התקנת PT-AS ראשונית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר צינור מיקרו-נימי ריק בקטרים ​​הפנימיים והחיצוניים של 200 עד 330 מיקרומטר, בהתאמה, ובאורך של יותר מ ~ 5 ס&quot;מ על אביזר צינור נימי. , זמין מסחרית גופי סיבים יכול לשמש אביזר צינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאובטח לעגן מצביע לייזר 650 ננומטר, כלומר, לחקור מקור האור, להאיר את צינור נימי. אלומת החללית צריכה להיות גדולה יותר מאשר צינור הנימים. הניח מסך (למשל, נייר לבן) מאחורי צינור הנימים להתבונן דפוס תקופתי זוויתי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור חלק זיהוי, להסיר עדשות שום מצלמת אינטרנט כדי ללכוד את scatt ישירותering דפוס. מקם את המצלמת מאחורי צינור הנימים בזווית של 25-35 מעלות ביחס לכיוון קורה בדיקה. ודא כי הדפוס התקופתי זוויתי המיוצר על ידי צינור הנימים ניתן למדוד עם הגלאי (איור 1). לבחון את הדפוס התקופתי זוויתי באמצע חיישן התמונה כאשר חיישן התמונה ממוקם בצורה נכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם מקור אור עירור PT 532 ננומטר כדי להאיר את צינור הנימים. מקם את מקור אור PT בכל זווית, כל עוד אור עירור PT חופף קרן בדיקה על צינור הנימים ואינו מגיע אל הגלאי ישירות. PT עירור של דגימות דם באמצעות כוח אופטי גבוה בדרך כלל משפר את PT-AS רגישה, כפי שהוא מוביל לשינוי גדול יותר של RI. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש הכח האופטי הגבוה ביותר של מקור אור עירור PT המועסק. בנוסף, מוודא שנורית עירור PT חופפת את האור החללי על צינור הנימים. השתמש גודל אלומת אור עירור PTלפחות כפול מזה של האור החללי כדי לחמם את נפח החללית כולה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מסנן ארוך לעבור מול הגלאי לחסום את אור 532 ננומטר ולמדוד רק האור החללי 650 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן מסוק אופטי בנתיב של אור עירור PT לפני מאיר את צינור הנימים. המסוק האופטי מועסק לווסת את עוצמת אור עירור PT. </li></ol> 2. הכנת דגימת דם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צייר 6 מיליליטר של דם מלא טרי במצב אנמי לתוך צינורות דגימת דם ethylenediaminetetraacetic חומצה, ומערבב את הדגימות היטב. אין עיבוד אחר נדרש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את דגימות הדם באמצעות חיישן PT-AS תוך 24 שעות ממוצא למנוע קרישה. </li></ol> 3. פרוטוקולי מדידת PT-AS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען צינור מיקרו-נימי עם דגימת דם כדי למדוד. מלא את צינור נימים עם הדם דרך פעולת נימים ידי נחת הצינור לתוך ים הדםמַסְפִּיק. היקף המדגם המינימאלי הנדרש למדידה נקבע לפי הקוטר הפנימי של הצינור נימי ואת גודל קרן בדיקה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעסיק צינור בקוטר פנימי של 200 מיקרומטר. גודל אלומת החללית היתה 2 מ&quot;מ בתוצאות נציג, דבר המצביע על כך המדידה יכולה להתבצע עם נפח דגימה של&gt; 63 NL. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר צינור הנימים במיקום המיועד שבתוך בית הנורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הלייזר החללית 650 ננומטר כדי להאיר את צינור מיקרו-נימי טעון-דם. הדפוס התקופתי זוויתי יש לשים לב עם מצלמת האינטרנט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הלייזר עירור PT 532 ננומטר כדי להאיר את הצינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המסוק האופטי לווסת את עוצמת אור עירור PT ב -2 הרץ. הערה: הרציונל לבחירת מצב הפעלה זו מתואר דיון וקים ואח &#39;. 12. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר גלגל מסוק ב במכלול ראש המנוע של המסוק האופטימערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את תיבת בקרת מסוק, ולהשתמש ידית השליטה במסוף כדי להגדיר את תדירות האפנון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המסוק באמצעות ידית שליטה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את דפוס תנודות פיזור באמצעות מצלמת 5 שניות בפורמט MPEG-4 (MP4). </li></ol> 4. עיבוד אותות הערה: עיבוד אותות PT-AS בוצעה באמצעות קוד MATLAB שפותח במעבדה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את קובץ וידאו כדי לחלץ את התמונות. עבור כל תמונה [ראה איור 2 (א) עבור תמונה מייצגת] יש לקבל את דפוס פיזור בממוצע על ידי חישוב הממוצע של ערכי הפיקסלים לאורך בכיוון האנכי [איור 2 (ב, ג)]. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעריך את ההתמרה של דפוס פיזור בממוצע, ולחשב את השלב בתדר המרחבי השיא. בצע פעולות אלה עבור כל המסגרות של כל התמונות המוקלטות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות ערכי השלב מתקבלים מכל התמונות, עלילת השלב הזמניתנודות [איור 2 (ד)]. ראוי לציין, כי בשלב משתנה בתדר אפנון PT. קח את ההתמרה של התנודות בשלב במישור הזמן, ולקבל את הגודל בתדר האפנון. איתות זה המכונה PT-כאות [איור 2 (ה)]. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את [Hb] של דגימת דם על ידי המרת האות PT-AS שלה לתוך המקביל [Hb] באמצעות עקומת כיול כי מתקבל בפרוטוקול 5. </li></ol> 5. PT-AS כיול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכינו דגימות דם, שיש [Hb] ערכים המופצות באופן אחיד את טווח הגילוי של החיישן PT-AS (למשל, 0 - 18 גר &#39;/ ד&quot;ל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הכיול, לכמת את [Hb] ערכים של דגימות באמצעות נתח המטולוגיה התייחסות. מדוד את אותות PT-AS של הדגימות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגזור עקומת כיול הקשורים [Hb] לאות PT-AS על ידי ביצוע ליניארי לפחות ריבועים להתאים, [Hb] = A [איתותים PT-AS] + B, של experimentaתוצאות l. לקבלת תנאי ההפעלה שצוינו בטבלת 1, היחס בין [Hb] ואת אות PT-AS נמצא [Hb] = 5.13 [אות PT-AS] - 0.09. השתמש בקוד MATLAB לבצע את ההתאמה ליניארי. </li></ol>

<ol>
	<li>Mokken, F. C., Kedaria, M., Henny, C. P., Hardeman, M., Gelb, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+importance+of+erythrocyte+deformability,+a+hemorrheological+parameter.">The clinical importance of erythrocyte deformability, a hemorrheological parameter.</a> Ann. Hematol. 64 (3), 113-122 (1992).</li><li>Rosenblit, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+three+methods+for+hemoglobin+measurement+in+a+blood+donor+setting.">Evaluation of three methods for hemoglobin measurement in a blood donor setting.</a> Sao Paulo Medical Journal. 117 (3), 108-112 (1999).</li><li>Van Kampen, E., Zijlstra, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardization+of+hemoglobinometry+II.+The+hemiglobincyanide+method.">Standardization of hemoglobinometry II. The hemiglobincyanide method.</a> Clin. Chim. Acta. 6 (4), 538-544 (1961).</li><li>Billett, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemoglobin+and+hematocrit.">Hemoglobin and hematocrit.</a> Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations. 3, (1990).</li><li>Kuenstner, J. T., Norris, K. H., McCarthy, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+hemoglobin+in+unlysed+blood+by+near-infrared+spectroscopy.">Measurement of hemoglobin in unlysed blood by near-infrared spectroscopy.</a> Appl. Spectrosc. 48 (4), 484-488 (1994).</li><li>Zwart, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multi-wavelength+spectrophotometric+method+for+the+simultaneous+determination+of+five+haemoglobin+derivatives.">A multi-wavelength spectrophotometric method for the simultaneous determination of five haemoglobin derivatives.</a> Clin. Chem. Lab. Med. 19 (7), 457-464 (1981).</li><li>Kwak, B. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurement+of+the+in+vitro+hemoglobin+content+of+erythrocytes+using+the+photo-thermal+effect+of+the+heme+group.">Direct measurement of the in vitro hemoglobin content of erythrocytes using the photo-thermal effect of the heme group.</a> Analyst. 135 (9), 2365-2371 (2010).</li><li>Lapotko, D., Lukianova, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+micro-bubbles+in+cells.">Laser-induced micro-bubbles in cells.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 48 (1), 227-234 (2005).</li><li>Lapotko, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+bubbles+in+living+cells.">Laser-induced bubbles in living cells.</a> Lasers in surgery and medicine. 38 (3), 240-248 (2006).</li><li>Lapotko, D. O., Romanovskaya, T. y. R., Shnip, A., Zharov, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photothermal+time-resolved+imaging+of+living+cells.">Photothermal time-resolved imaging of living cells.</a> Lasers in surgery and medicine. 31 (1), 53-63 (2002).</li><li>Yim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photothermal+spectral-domain+optical+coherence+reflectometry+for+direct+measurement+of+hemoglobin+concentration+of+erythrocytes.">Photothermal spectral-domain optical coherence reflectometry for direct measurement of hemoglobin concentration of erythrocytes.</a> Biosens. Bioelectron. 57, 59-64 (2014).</li><li>Kim, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary-scale+direct+measurement+of+hemoglobin+concentration+of+erythrocytes+using+photothermal+angular+light+scattering.">Capillary-scale direct measurement of hemoglobin concentration of erythrocytes using photothermal angular light scattering.</a> Biosens. Bioelectron. 74, 469-475 (2015).</li><li>S&#0248;rensen, H. S., Larsen, N. B., Latham, J. C., Bornhop, D. J., Andersen, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive+biosensing+based+on+interference+from+light+scattering+in+capillary+tubes.">Highly sensitive biosensing based on interference from light scattering in capillary tubes.</a> Appl. Phys. Lett. 89 (15), 151108 (2006).</li><li>Swinney, K., Markov, D., Bornhop, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasmall+volume+refractive+index+detection+using+microinterferometry.">Ultrasmall volume refractive index detection using microinterferometry.</a> Rev. Sci. Instrum. 71 (7), 2684-2692 (2000).</li><li>Tarigan, H. J., Neill, P., Kenmore, C. K., Bornhop, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary-scale+refractive+index+detection+by+interferometric+backscatter.">Capillary-scale refractive index detection by interferometric backscatter.</a> Anal. Chem. 68 (10), 1762-1770 (1996).</li><li>Bornhop, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free-solution,+label-free+molecular+interactions+studied+by+back-scattering+interferometry.">Free-solution, label-free molecular interactions studied by back-scattering interferometry.</a> science. 317 (5845), 1732-1736 (2007).</li><li>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+paper-based+test+for+measuring+blood+hemoglobin+concentration+in+resource-limited+settings.">Simple paper-based test for measuring blood hemoglobin concentration in resource-limited settings.</a> Clin. Chem. 59 (10), 1506-1513 (2013).</li><li>Zhu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cost-effective+and+rapid+blood+analysis+on+a+cell-phone.">Cost-effective and rapid blood analysis on a cell-phone.</a> Lab Chip. 13 (7), 1282-1288 (2013).</li><li>Poga&#269;nik, L., Franko, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+organophosphate+and+carbamate+pesticides+in+vegetable+samples+by+a+photothermal+biosensor.">Detection of organophosphate and carbamate pesticides in vegetable samples by a photothermal biosensor.</a> Biosens. Bioelectron. 18 (1), 1-9 (2003).</li></ol>

No conflict of interest is declared.

חיישן PT-AS מייצג שיטה כל-אופטית מסוגלת מדידה ישירה [Hb] של דגימות דם לא מעובד. השיטה מכמתת [Hb] בדם באמצעות תגובת PT הפנימית של מולקולות ההמוגלובין אריתרוציטים. תחת תאורה ידי אור 532 ננומטר, מולקולות המוגלובין לספוג את אנרגיית האור ולייצר חום. עליית הטמפרטורה כתוצאה משנה את R...

בדיקת דם מבוצעת בדרך כלל כדי להעריך בריאות אדם כוללת וכדי לזהות סמנים ביולוגיים הקשורים למחלות מסוימות. לדוגמא, ריכוז כולסטרול בדם משמש כקריטריון היפרליפידמיה, אשר קשור קשר הדוק למחלות לב וכלי דם דלקת בלבלב. התכנים הגלוקוז בדם צריכים להימדד בתדירות גבוהה, ככל שרמת הגלוקוז קשורה סיבוכים כגון בחמצת סוכרתית ותסמונת hyperosmolar hyperglycemic. מחלות קשות כמו מלריה, נגיף הכשל החיסוני האנושי אֵידְס מאובחנים על ידי בדיקות דם, וכימות של מרכיבי הדם כולל אריתרוציטים, טרומבוציטים, ו לויקוציטים מאפשר הקרנת הלבלב ומחלות כליה. המוגלובין (Hb), מרכיב קריטי של דם, המרכיבה כ -96% של אריתרוציטים, ומעביר חמצן איברים אנושיים. שינוי משמעותי של ריכוז המסה שלו ([Hb]) עשוי להצביע לישינויי tabolic, מחלות כיס, ונוירולוגיות, לב וכלי דם והפרעות endocrinological 1. [Hb] ולכן נמדדת באופן שגרתי בדיקות דם. בפרט, בחולים אנמיים, חולי דיאליזה, ונשים הרות מומלץ בחום לעקוב אחר [Hb] כמשימה חיונית 2. שיטות זיהוי [Hb] שונות ובכך פותחו. השיטה ציאניד המוגלובין, אחת הטכניקות הנפוצות ביותר עבור [Hb] כימות, מעסיקה אשלגן ציאניד (KCN) להרוס את bilayer השומנים של אריתרוציטים 3. ההמוגלובין ציאניד המיוצר על ידי הקליטה הגבוהה המייצגת הכימי סביב 540 ננומטר; ומכאן, [Hb] מדידות יכולות להתבצע באמצעות ניתוח colorimetric. שיטה זו היא מועסק נרחבת בשל הפשטות שלה, אבל הכימיקלים המועסקים (למשל, KCN ותחמוצת dimethyllaurylamine) הם רעילים לאדם ולסביבה. ערכת המטוקריט מודדת את יחס הנפח של תאי דם אדומים בהשוואת כרך הדם הכוללume דרך ההפרדה צנטריפוגליים; אולם זה דורש נפח דם גדול יחסית (50-100 μl) 4. מדד שיטות spectrophotometry [Hb] בדיוק ללא כל כימיקלים, אבל מדידות באורכי גל מרובים נפח דם גדול נדרשים 5,6. באופן דומה, כמה שיטות אופטיות למדידה [Hb] הוצעו כולל שיטות זיהוי המבוססות על פיזור אור, אבל דיוק המדידה שלהם תלויות מאוד על הדיוק של מודל הדם התיאורטי. כדי להתגבר על המגבלות האלה, [Hb] שיטות זיהוי המבוססות על אפקט photothermal (PT) של המוגלובין לאחרונה הוצעו 7. Hb, אשר מורכב בעיקר של תחמוצות ברזל, סופג אור ב 532 ננומטר וממיר את אנרגיית האור לחום 8-10. עלייה בטמפרטורה PT זה ניתן לאתר אופטית ידי מדידת שינוי מקדם השבירה (RI) של דגימות דם. Yim et al. reflectometr קוהרנטיות רפאים-תחום מועסקות האופטיותy למדוד את שינוי נתיב באורך אופטי PT בתא דם המכיל 11. למרות השיטה מאפשרת ללא כימיקלים וישיר [Hb] המדידה, השימוש ספקטרומטר ואת הסדר interferometric עלול לעכב המזעור שלה. לאחרונה הציגו חלופה [Hb] שיטת זיהוי, כינת חיישן צילום תרמי פיזור אור זוויתי (PT-AS), אשר מתאים יותר מזעור תקן 12. חיישן PT-AS מנצל את רגישות RI הגבוהה של interferometry פיזור הגב (BSI) כדי למדוד שינויי PT ב RI של דגימת דם בתוך צינור נימים. BSI כבר נוצלו כדי למדוד RI של פתרונות שונים 13-15 וכדי לפקח אינטראקציות ביוכימי בתמיסה חינם 16. חיישן PT-AS מעסיק הסדר אופטי דומה כמו BSI, אך משלב התקנת עירור photothermal למדוד גידול PT של RI בדגימות דם. עקרונות הפעלה של BSI וחיישני PT-AS מתוארים בפירוט במקום אחר <sup&gt; 12,15. חיישן PT-AS הפגין רגישות גבוהה [Hb] מדידה על פני טווח גילוי רחב (0.35-17.9 g / dl) והוא מסוגל לפעול עם כרכים מדגמים של &lt;100 NL. אין נפשי מראש של דגימת דם נדרש, ואת זמן המדידה הוא רק ~ 5 שניות. הנה, הגדרת הניסוי ואת פרוטוקול מדידה מפורט מתוארת. נציג תוצאות PT-AS ניתנים באמצעות דגימות דם מחולים אנמית, והתוצאות לעומת נגד מי מן מנתח המטולוגיה להעריך את הדיוק של חיישן PT-AS.

<table><tbody><tr><td>650 nm laser pointer</td><td>LASMAC</td><td>LED-1</td><td>Probe light</td></tr><tr><td>Hollow round glass capillaries</td><td>VitroCom</td><td>CV2033</td><td>Blood sample container</td></tr><tr><td>Webcam</td><td>Logitech</td><td>C525</td><td>CMOS optical sensor</td></tr><tr><td>Optical chopper system</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000-EC</td><td>Optical chopper</td></tr><tr><td>Plastic long-pass filter</td><td>Edmund Optics</td><td>#43-942</td><td>To reject 532-nm PT excitation light</td></tr><tr><td>Fiber clamp</td><td>Thorlabs</td><td>SM1F1-250</td><td>Capillary tube fixture</td></tr><tr><td>EDTA coated blood sampling tube</td><td>Greiner Bio-One</td><td>VACUETTE 454217</td><td>Blood sampling &amp;amp; anticoagulating</td></tr><tr><td>Hematology analyzer</td><td>Siemens AG</td><td>ADVIA 2120i</td><td>Reference hematology analyzer</td></tr></tbody></table>

a rapid and chemical-free hemoglobin assay with photothermal angular light scattering

תמונת תרמית פיזור אור זוויתי (PT-AS) הוא שיטה אופטית חדשה למדידת ריכוז המוגלובין ([Hb]) של דגימות דם. על סמך תגובת photothermal הפנימית של מולקולות ההמוגלובין, החיישן מאפשר רגישות גבוהה, מדידה ללא הכימי של [Hb]. [Hb] יכולת איתור עם הגבלה של 0.12 g / dl מעל בטווח של 0.35 - 17.9 g / dl הודגמה בעבר. השיטה יכולה להיות מיושמת בקלות באמצעות מכשירי צריכה אלקטרוניים זולה כגון מצביע ליזר ומצלמת אינטרנט. שימוש צינור מייקרו-נימים כמכל דם גם מאפשר assay המוגלובין עם נפח דם nanoliter בקנה מידה ובעלות תפעול נמוכה. הנה, הנחיות מפורטות הליכי עיבוד התקנת אות PT-AS אופטיים מוצגות. פרוטוקולי ניסוי ותוצאות נציגי דגימות דם בתנאים אנמית ([Hb] = 5.3, 7.5, ו -9.9 גרם / ד&quot;ל) ניתנים גם, והמדידות מושוות עם אלה הלוך ושובמנתח המטולוגיה ma. הפשטות שלה ביישום ותפעול צריך לאפשר אימוץ רחב במעבדות קליניות הגדרות משאב מוגבל.

Assay המוגלובין בוצע באמצעות חיישן PT-AS, ומידותיו הושוו לאלה מן מנתח המטולוגיה. הניסוי נערך עם עוצמת אור עירור PT של 1.4 W / 2 סנטימטר, תדירות אפנון PT של 2 הרץ, ומדידת זמן של 5 שניות. טבלה 1 מסכמת את תנאי הניסוי. גדלי אלומת אור בדיקת PT העירור היו 5.5 ...

Watch this Scientific Journal Video about A Rapid and Chemical-free Hemoglobin Assay with Photothermal Angular Light Scattering at JoVE.com

A Rapid and Chemical-free Hemoglobin Assay with Photothermal Angular Light Scattering

A photo-thermal angular light scattering (PT-AS) sensor enables the rapid and chemical-free hemoglobin assay of nanoliter-scale blood samples. Here, details of the PT-AS setup and a measurement protocol for the hemoglobin concentration in blood are provided. Representative results for anemic blood samples are also presented.

Assay המוגלובין המהיר ללא כימיקלים עם פיזור photothermal זוויתי אור

Photo-thermal angular light scattering (PT-AS) is a novel optical method for measuring the hemoglobin concentration ([Hb]) of blood samples. On the basis ...

a-rapid-chemical-free-hemoglobin-assay-with-photothermal-angular

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.6K Views.  Yonsei University. A photo-thermal angular light scattering (PT-AS) sensor enables the rapid and chemical-free hemoglobin assay of nanoliter-scale blood samples. Here, details of the PT-AS setup and a measurement protocol for the hemoglobin concentration in blood are provided. Representative results for anemic blood samples are also presented.

Video: A Rapid and Chemical-free Hemoglobin Assay with Photothermal Angular Light Scattering

Antigens Protected Functional Red Blood Cells By The Membrane Grafting Of Compact Hyperbranched Polyglycerols

Red blood cell (RBC) transfusion is vital for the treatment of a number of acute and chronic medical problems such as thalassemia major and sickle cell anemia 1-3. Due to the presence of multitude of antigens on the RBC surface (~308 known antigens 4), patients in the chronic blood transfusion therapy develop alloantibodies due to the miss match of minor antigens on transfused RBCs 4, 5. Grafting of hydrophilic polymers such as polyethylene glycol (PEG) and hyperbranched polyglycerol (HPG) forms an exclusion layer on RBC membrane that prevents the interaction of antibodies with surface antigens without affecting the passage of small molecules such as oxygen ,glucose, and ions3. At present no method is available for the generation of universal red blood donor cells in part because of the daunting challenge presented by the presence of large number of antigens (protein and carbohydrate based) on the RBC surface and the development of such methods will significantly improve transfusion safety, and dramatically improve the availability and use of RBCs. In this report, the experiments that are used to develop antigen protected functional RBCs by the membrane grafting of HPG and their characterization are presented. HPGs are highly biocompatible compact polymers 6, 7, and are expected to be located within the cell glycocalyx that surrounds the lipid membrane 8, 9 and mask RBC surface antigens10, 11.

The cell membrane modification of red blood cells (RBCs) with hyperbranched polyglycerol (HPG) is presented. Modified RBCs were characterized by aqueous two phase partitioning, osmotic fragility and complement mediated lysis. The camouflage of surface proteins and antigens was evaluated using the flow cytometry and Micro Typing System (MTS) blood phenotyping cards.

אנטיגנים מוגנים תאי דם אדומים פונקציונליים על ידי ההשתלה של ממברנה Polyglycerols Hyperbranched הקומפקטי

Red blood cell (RBC) transfusion is vital for the treatment of a number of acute and chronic medical problems such as thalassemia major and sickle cell ...

Immunology and Infection

A Rhodopsin Transport Assay by High-Content Imaging Analysis

Rhodopsin misfolding mutations lead to rod photoreceptor death that is manifested as autosomal dominant retinitis pigmentosa (RP), a progressive blinding disease that lacks effective treatment. We hypothesize that the cytotoxicity of the misfolded rhodopsin mutant can be alleviated by pharmacologically stabilizing the mutant rhodopsin protein. The P23H mutation, among the other Class II rhodopsin mutations, encodes a structurally unstable rhodopsin mutant protein that is accumulated in the endoplasmic reticulum (ER), whereas the wild type rhodopsin is transported to the plasma membrane in mammalian cells. We previously performed a luminescence-based high-throughput screen (HTS) and identified a group of pharmacological chaperones that rescued the transport of the P23H rhodopsin from ER to the plasma membrane. Here, using an immunostaining method followed by a high-content imaging analysis, we quantified the mutant rhodopsin protein amount in the whole cell and on the plasma membrane. This method is informative and effective to identify true hits from false positives following HTS. Additionally, the high-content image analysis enabled us to quantify multiple parameters from a single experiment to evaluate the pharmacological properties of each compound. Using this assay, we analyzed the effect of 11 different compounds towards six RP associated rhodopsin mutants, obtaining a 2-D pharmacological profile for a quantitative and qualitative understanding about the structural stability of these rhodopsin mutants and efficacy of different compounds towards these mutants.

Here, we described a high-content imaging method to quantify the transport of rhodopsin mutants associated with retinitis pigmentosa. A multiple-wavelength scoring analysis was used to quantify rhodopsin protein on the cell surface or in the whole cell.

וזמינותו תחבורה אופסין # רודופסין על ידי ניתוח גבוהה-תוכן הדמיה

Rhodopsin misfolding mutations lead to rod photoreceptor death that is manifested as autosomal dominant retinitis pigmentosa (RP), a progressive blinding ...

Chemistry

Rapid Determination of Antibody-Antigen Affinity by Mass Photometry

Measurements of the specificity and affinity of antigen-antibody interactions are critically important for medical and research applications. In this protocol, we describe the implementation of a new single-molecule technique, mass photometry (MP), for this purpose. MP is a label- and immobilization-free technique that detects and quantifies molecular masses and populations of antibodies and antigen-antibody complexes on a single-molecule level. MP analyzes the antigen-antibody sample within minutes, allowing for the precise determination of the binding affinity and simultaneously providing information on the stoichiometry and the oligomeric state of the proteins. This is a simple and straightforward technique that requires only picomole quantities of protein and no expensive consumables. The same procedure can be used to study protein-protein binding for proteins with a molecular mass larger than 50 kDa. For multivalent protein interactions, the affinities of multiple binding sites can be obtained in a single measurement. However, the single-molecule mode of measurement and the lack of labeling imposes some experimental limitations. This method gives the best results when applied to measurements of sub-micromolar interaction affinities, antigens with a molecular mass of 20 kDa or larger, and relatively pure protein samples. We also describe the procedure for performing the required fitting and calculation steps using basic data analysis software.

We describe a single-molecule approach to antigen-antibody affinity measurements using mass photometry (MP). The MP-based protocol is fast, accurate, uses a very small amount of material, and does not require protein modification.

נחישות מהירה של זיקה נוגדנים אנטיגן על ידי פוטומטריה המונית

Measurements of the specificity and affinity of antigen-antibody interactions are critically important for medical and research applications. In this ...

Biochemistry

Time-resolved F&#246;rster Resonance Energy Transfer Assays for Measurement of Endogenous Phosphorylated STAT Proteins in Human Cells

The Janus kinase (JAK)/signal transducer and activator of transcription (STAT) signaling pathway plays a crucial role in mediating cellular responses to cytokines and growth factors. STAT proteins are activated by tyrosine phosphorylation mediated mainly by JAKs. The abnormal activation of STAT signaling pathways is implicated in many human diseases, especially cancer and immune-related conditions. Therefore, the ability to monitor STAT protein phosphorylation within the native cell signaling environment is important for both academic and drug discovery research. The traditional assay formats available to quantify phosphorylated STAT proteins include western blotting and the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). These heterogeneous methods are labor-intensive, low-throughput, and often not reliable (specific) in the case of western blotting. Homogeneous (no-wash) methods are available but remain expensive. 
Here, detailed protocols are provided for the sensitive, robust, and cost-effective measurement in a 384-well format of endogenous levels of phosphorylated STAT1 (Y701), STAT3 (Y705), STAT4 (Y693), STAT5 (Y694/Y699), and STAT6 (Y641) in cell lysates from adherent or suspension cells using the novel THUNDER time-resolved F&#246;rster resonance energy transfer (TR-FRET) platform. The workflow for the cellular assay is simple, fast, and designed for high-throughput screening (HTS). The assay protocol is flexible, uses a low-volume sample (15 &#181;L), requires only one reagent addition step, and can be adapted to low-throughput and high-throughput applications. Each phospho-STAT sandwich immunoassay is validated under optimized conditions with known agonists and inhibitors and generates the expected pharmacology and Z'-factor values. As TR-FRET assays are ratiometric and require no washing steps, they provide much better reproducibility than traditional approaches. Together, this suite of assays provides new cost-effective tools for a more comprehensive analysis of specific phosphorylated STAT proteins following cell treatment and the screening and characterization of specific and selective modulators of the JAK/STAT signaling pathway.

Time-resolved F&#246;rster resonance energy transfer cell-based assay protocols are described for the simple, specific, sensitive, and robust quantification of endogenous phosphorylated signal transducer and activator of transcription (STAT) 1/3/4/5/6 proteins in cell lysates in a 384-well format.

בדיקות העברת אנרגיה תהודה Förster נפתר זמן למדידה של חלבונים STAT זרחן אנדוגני בתאים אנושיים

The Janus kinase (JAK)/signal transducer and activator of transcription (STAT) signaling pathway plays a crucial role in mediating cellular responses to ...

Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for specialized equipment and trained personnel require that many diagnostic tests be performed at remote, centralized clinical laboratories. Magnetic levitation is a simple yet powerful technique and can be applied to levitate cells, which are suspended in a paramagnetic solution and placed in a magnetic field, at a position determined by equilibrium between a magnetic force and a buoyancy force. Here, we present a versatile platform technology designed for point-of-care diagnostics which uses magnetic levitation coupled to microscopic imaging and automated analysis to determine the density distribution of a patient's cells as a useful diagnostic indicator. We present two platforms operating on this principle: (i) a smartphone-compatible version of the technology, where the built-in smartphone camera is used to image cells in the magnetic field and a smartphone application processes the images and to measures the density distribution of the cells and (ii) a self-contained version where a camera board is used to capture images and an embedded processing unit with attached thin-film-transistor (TFT) screen measures and displays the results. Demonstrated applications include: (i) measuring the altered distribution of a cell population with a disease phenotype compared to a healthy phenotype, which is applied to sickle cell disease diagnosis, and (ii) separation of different cell types based on their characteristic densities, which is applied to separate white blood cells from red blood cells for white blood cell cytometry. These applications, as well as future extensions of the essential density-based measurements enabled by this portable, user-friendly platform technology, will significantly enhance disease diagnostic capabilities at the point of care.

We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

ריחוף מגנטי יחד עם הדמיה ניידת וניתוח עבור אבחון מחלות

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for ...

Rapid Homogeneous Detection of Biological Assays Using Magnetic Modulation Biosensing System

A magnetic modulation biosensing system (MMB) [1,2] rapidly and homogeneously detected biological targets at low concentrations without any washing or separation step. When the IL-8 target was present, a 'sandwich'-based assay attached magnetic beads with IL-8 capture antibody to streptavidin coupled fluorescent protein via the IL-8 target and a biotinylated IL-8 antibody. The magnetic beads are maneuvered into oscillatory motion by applying an alternating magnetic field gradient through two electromagnetic poles. The fluorescent proteins, which are attached to the magnetic beads are condensed into the detection area and their movement in and out of an orthogonal laser beam produces a periodic fluorescent signal that is demodulated using synchronous detection. The magnetic modulation biosensing system was previously used to detect the coding sequences of the non-structural Ibaraki virus protein 3 (NS3) complementary DNA (cDNA) [2]. The techniques that are demonstrated in this work for external manipulation and condensation of particles may be used for other applications, e.g. delivery of magnetically-coupled drugs in-vivo or enhancing the contrast for in-vivo imaging applications.

Magnetic modulation biosensing system is utilized to rapidly, sensitively and simply detect biological assays, such as DNA molecules and proteins.

איתור מהיר של מבחני אחידים ביולוגית באמצעות מערכת מגנטית biosensing אפנון

A magnetic modulation biosensing system (MMB) [1,2] rapidly and homogeneously detected biological targets at low concentrations without any washing or ...

Biology

Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging

The simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and the light scattering properties of in vivo rat brain tissue is demonstrated using a conventional multispectral diffuse reflectance imaging system. This system is constructed from a broadband white light source, a motorized filter wheel with a set of narrowband interference filters, a light guide, a collecting lens, a video zoom lens, and a monochromatic charged-coupled device (CCD) camera. An ellipsoidal cranial window is made in the skull bone of a rat under isoflurane anesthesia to capture in vivo multispectral diffuse reflectance images of the cortical surface. Regulation of the fraction of inspired oxygen using a gas mixture device enables the induction of different respiratory states such as normoxia, hyperoxia, and anoxia. A Monte Carlo simulation-based multiple regression analysis for the measured multispectral diffuse reflectance images at nine wavelengths (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, and 760 nm) is then performed to visualize the two-dimensional maps of hemodynamics and the light scattering properties of the in vivo rat brain.

Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging

The simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and the light scattering properties of in vivo rat brain tissue is demonstrated using a conventional multispectral diffuse reflectance imaging system.

הערכה סימולטנית של המודינמיקה מוחית ופיזור תכונות אור של<em&gt; In vivo</em&gt; מוח עכברוש באמצעות הדמית החזרה המפוזרת Multispectral

The simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and the light scattering properties of in vivo rat brain tissue is demonstrated using a conventional ...

Neuroscience

A Precision Medicine Tool for Measurement and Monitoring of Hemoglobin S in Sickle Cell Disease Patients Receiving Transfusion Therapy

Sickle cell disease (SCD) causes many severe health complications, including anemia, stroke, and acute chest syndrome. Red blood cell transfusion is the most commonly used therapy to treat or prevent these devastating complications. Other therapies include hydroxyurea therapy as well as bone marrow transplantation. Chronic intermittent transfusion is especially indicated to prevent recurrent strokes. However, transfusion therapy is associated with significant adverse effects (e.g., alloimmunization and iron overload). The point-of-care (POC) lateral flow immunoassay used here quantifies the %HbS in 15 min using a small patient blood sample. Utilizing this information, the healthcare provider is able to adjust blood transfusion volume for SCD patients to achieve the desired target HbS (most often &#60;30%), while reducing the risk of transfusion-related complications. When compared to laboratory hemoglobin electrophoresis data for 38 whole blood samples, the POC test performed with very high correlation and linear fit (slope = 0.9949, R2 = 0.9751). The strong agreement between the two hemoglobin S percentage (%HbS) quantifying methods shows that 89.5% of samples fall within &#177;5.2% HbS bias. The calibration for quantifying %HbS is built into the device to allow for an automated quantification of %HbS. This time- and cost-effective POC test thus allows the healthcare provider to make timely informed decisions when treating SCD patients, using accurate and updated data.

We have developed a point-of-care immunoassay to rapidly quantify hemoglobin S (HbS) levels during transfusion therapy for sickle cell disease (SCD) patients. By applying a small amount of treated blood to the device, the healthcare provider can determine the %HbS in a SCD patient to immediately inform clinical decisions.

Sickle cell disease (SCD) causes many severe health complications, including anemia, stroke, and acute chest syndrome. Red blood cell transfusion is the ...

Medicine

Homogeneous Time-resolved F&#246;rster Resonance Energy Transfer-based Assay for Detection of Insulin Secretion

The detection of insulin secretion is critical for elucidating mechanisms of regulated secretion as well as in studies of metabolism. Though numerous insulin assays have existed for decades, the recent advent of homogeneous time-resolved F&#246;rster Resonance Energy Transfer (HTRF) technology has significantly simplified these measurements. This is a rapid, cost-effective, reproducible, and robust optical assay reliant upon antibodies conjugated to bright fluorophores with long lasting emission which facilitates time-resolved F&#246;rster Resonance Energy Transfer. Moreover, HTRF insulin detection is amenable for the development of high-throughput screening assays. Here we use HTRF to detect insulin secretion in INS-1E cells, a rat insulinoma-derived cell line. This allows us to estimate basal levels of insulin and their changes in response to glucose stimulation. In addition, we use this insulin detection system to confirm the role of dopamine as a negative regulator of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). In a similar manner, other dopamine D2-like receptor agonists, quinpirole, and bromocriptine, reduce GSIS in a concentration-dependent manner. Our results highlight the utility of the HTRF insulin assay format in determining the role of numerous drugs in GSIS and their pharmacological profiles.

Here, we present homogeneous time resolved FRET (HTRF) as an efficient method for rapid detection of insulin secreted from cells.

פורסטר זמן לפתור הומוגנית תהודה אנרגיה מבוססת על העברת Assay גילוי של הפרשת האינסולין

The detection of insulin secretion is critical for elucidating mechanisms of regulated secretion as well as in studies of metabolism. Though numerous ...

<meta charset="utf8"></head><body>אופטימיזציה של ספקטרוסקופיית VIS-SWIR עבור מולקולות ביולוגיות

Characterization of Biological Absorption Spectra Spanning the Visible to the Short-Wave Infrared

For noninvasive light-based physiological monitoring, optimal wavelengths of individual tissue components can be identified using absorption spectroscopy. However, because of the lack of sensitivity of hardware at longer wavelengths, absorption spectroscopy has typically been applied for wavelengths in the visible (VIS) and near-infrared (NIR) range from 400 to 1,000 nm. Hardware advancements in the short-wave infrared (SWIR) range have enabled investigators to explore wavelengths in the ~1,000 nm to 3,000 nm range in which fall characteristic absorption peaks for lipid, protein, and water. These molecules are difficult to visualize in the VIS-NIR and can provide label-free sources of biological contrast. Furthermore, lower SWIR absorption has been observed for melanin, the primary chromophore responsible for skin pigmentation. In vivo&#160;optical devices like clinically standard pulse oximeters have been found to have reduced accuracy in people with darkly pigmented skin, possibly because of the stronger melanin absorption in the VIS range. Thus, error associated with skin pigmentation could be reduced by using devices operating in the SWIR. Optical instrument design is facilitated by the understanding of the absorption properties of core tissue components from the VIS to the SWIR range. This article describes protocols and instrumentation for obtaining VIS-SWIR absorption spectra of common tissue absorbers: oxygenated hemoglobin, deoxygenated hemoglobin, melanin, water, and lipid.

<meta charset="utf8"></head><body>אפיון ספקטרום בליעה ביולוגי מהגלוי ועד האינפרא אדום קצר הגל

Biological samples have distinct optical characteristics in the short-wave infrared (SWIR) compared to the visible (VIS) and near-infrared (NIR) wavelength ranges. However, recording pure SWIR absorption spectra is challenging and rarely conducted for biological molecules. This article presents a method to characterize the VIS-SWIR absorption spectra of biological absorbers.

אפיון ספקטרום בליעה ביולוגי מהגלוי ועד האינפרא אדום קצר הגל

For noninvasive light-based physiological monitoring, optimal wavelengths of individual tissue components can be identified using absorption spectroscopy. ...