Name: magnetic levitation coupled with portable imaging and analysis for disease diagnostics
Uploaded: 2017-02-19T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics at JoVE.com

The authors would like to acknowledge Dr. Matthew Heeney of Boston Children's Hospital/Dana-Farber Cancer Institute and Dr. Farzana Pashankar of Yale-New Haven Hospital for providing sickle cell patient samples. The authors would like to thank Chu H. Yu and Ashwini Joshi for their assistance in testing these samples and compiling the data.
S.T. acknowledges the American Heart Association Scientist Development Grant (15SDG25080056) and the University of Connecticut Research Excellence Program award for financial support of this research. S.K. acknowledges that this material is based upon work supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship (DGE-1247393).

Etik Açıklama: İnsan kan örnekleri içeren tüm işlemler, kurumsal düzenlemelere göre yapılmıştır. Tüm protokoller gözden ve Kurumsal Değerlendirme Kurulu tarafından onaylanmıştır. Bir bilgilendirilmiş onam tüm katılımcılar tarafından verildi. Orak Hücre Hastalığı Tanı 5 1. Numune Hazırlama, 8 <ol><li> Hank Dengeli Tuz Çözeltisi (HBSS) içinde gadobutrol bir 50 mM çözelti hazırlayın. </li><li> ga...

<ol>
	<li>Tasoglu, S., Khoory, J., Tekin, H., Thomas, C., Karnoub, A., Ghiran, I., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Levitational+Image+Cytometry+with+Temporal+Resolution.">Levitational Image Cytometry with Temporal Resolution.</a> Advanced Materials. 27 (26), 3901-3908 (2015).</li><li>Tasoglu, S., Yu, C. H., Liadudanskaya, V., Guven, S., Migliaresi, C., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+Levitational+Assembly+for+Living+Material+Fabrication.">Magnetic Levitational Assembly for Living Material Fabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. 4 (10), 1469-1476 (2015).</li><li>Tasoglu, S., Yu, C. H., Gungordu, H. I., Guven, S., Vural, T., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guided+and+magnetic+self-assembly+of+magnetoceptive+gels.">Guided and magnetic self-assembly of magnetoceptive gels.</a> Nature Communications. 5, 4702 (2014).</li><li>Amin, R., Knowlton, S., Yenilmez, B., Hart, A., Joshi, A., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart-phone+Attachable,+Flow-Assisted+Magnetic+Focusing+Device.">Smart-phone Attachable, Flow-Assisted Magnetic Focusing Device.</a> RSC Advances. 6, 93922-93931 (2016).</li><li>Knowlton, S. M., Sencan, I., Aytar, Y., Khoory, J., Heeney, M. M., Ghiran, I. C., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sickle+Cell+Detection+Using+a+Smartphone.">Sickle Cell Detection Using a Smartphone.</a> Sci Rep. 5, 15022 (2015).</li><li>Knowlton, S., Yu, C. H., Jain, N., Ghiran, I. C., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart-Phone+Based+Magnetic+Levitation+for+Measuring+Densities.">Smart-Phone Based Magnetic Levitation for Measuring Densities.</a> PLoS One. 10 (8), e0134400 (2015).</li><li>Yenilmez, B., Knowlton, S., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Contained+Handheld+Magnetic+Platform+for+Point+of+Care+Cytometry+in+Biological+Samples+.">Self-Contained Handheld Magnetic Platform for Point of Care Cytometry in Biological Samples .</a> Advanced Materials Technologies. 1, 1600144 (2016).</li><li>Yenilmez, B., Knowlton, S., Yu, C. H., Heeney, M., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-Free+Sickle+Cell+Disease+Diagnosis+Using+a+Low-Cost,+Handheld+Platform.">Label-Free Sickle Cell Disease Diagnosis Using a Low-Cost, Handheld Platform.</a> Adv Mat Tech. 1 (5), 1600100 (2016).</li><li>Bender, M. A., Douthitt Seibel, G., Pagon, R. 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> GeneReviews. , (1993).</li><li>Kaul, D. K., Fabry, M. E., Windisch, P., Baez, S., Nagel, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erythrocytes+in+sickle+cell+anemia+are+heterogeneous+in+their+rheological+and+hemodynamic+characteristics.">Erythrocytes in sickle cell anemia are heterogeneous in their rheological and hemodynamic characteristics.</a> J Clin Invest. 72 (1), 22-31 (1983).</li><li>Joiner, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gardos+pathway+to+sickle+cell+therapies?.">Gardos pathway to sickle cell therapies?.</a> Blood. 111 (8), 3918-3919 (2008).</li><li>Finch, J. T., Perutz, M. F., Bertles, J. F., D&#246;bler, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+Sickled+Erythrocytes+and+of+Sickle-Cell+Hemoglobin+Fibers.">Structure of Sickled Erythrocytes and of Sickle-Cell Hemoglobin Fibers.</a> Proc Natl Acad Sci. 70 (3), 718-722 (1973).</li><li>Lew, V. L., Etzion, Z., Bookchin, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dehydration+response+of+sickle+cells+to+sickling-induced+Ca(++)+permeabilization.">Dehydration response of sickle cells to sickling-induced Ca(++) permeabilization.</a> Blood. 99 (7), 2578-2585 (2002).</li><li>Ernst, 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=.">.</a> NCCLS Procedures for the Collection of Diagnostic Blood Specimens by Venipuncture: Approved Standard-Sixth Addition. 27 (26), (2007).</li></ol>

Protokol çerçevesinde kritik adımlar Bu süreçte kritik faktörler mıknatıslar düzgün hizalama içerir. mıknatıslar yerinden hale veya cihaz içinde normalden daha fazla ayrılmış, bu sonuçları etkileyebilir. İşlemin bu hata veya diğer kontrol etmek için, bir yoğunluk kontrol edilen bir parçacık, örneğin polistiren mikro-küreler olarak, zaman içinde değişim kontrol etmek için periyodik olarak kullanılabilir. Dahası, kaldırma zamanı hücreleri dengeye ulaşması için izin vermek ö...

Burada, bir teknoloji platformu ve hastalık için bir gösterge olarak hastanın hücrelerinin yoğunluğu dağılımını analiz için otomatik görüntüleme ve analiz ile birleştiğinde manyetik kaldırma kullanan bir teknik sunuyoruz. yoğunluk tabanlı sitometri analizi için bu çok yönlü yaklaşım sonuçta hastalık teşhis bir dizi uygulanabilir. Ancak, sırayla nokta-bakım testi ile uyumlu olacak şekilde ve gelişmekte olan ülkelerde kullanmak, teknik düşük maliyet, taşınabilirlik ve kullanılabilirlik şartını yerine getirmelidir. Cihaz ve sarf malzemeleri kolayca düşük maliyetle elde edilmelidir. numune hazırlama, basit olmalı, analiz kullanıcı girişi veya yorumlanması için asgari gereksinimleri ile otomatik olmalıdır ve sonuçları hızlı bir şekilde iade edilmelidir. Bundan başka, cihaz klinik hem de gelişmekte olan ülkelerde yararlı olduğu kompakt ve taşınabilir olmalıdır. Böylece, nokta-bakım uyumlu technol manyetik olarak kaldırılmasının kullanmak için bir cihaz ve metod geliştirdikbağlantı otomatik görüntüleme ve görüntü analizi ile ogy hastanın hücrelerinin bir nüfus yoğunluğu dağılımı ile ilgili sonuçları döndürmek için. Nokta-bakım teknolojileri mevcut klinik laboratuvar test prosedürleri üzerinde kayda değer bir avantaj sunuyoruz. mevcut teknoloji bir klinisyen tarafından sahip olunan çok pahalı ya da sağlık personeli tarafından yürütülecek çok karmaşık. Bu işlemlerin çoğu eğitimli bir teknisyen tarafından yapılmalıdır emek-yoğun protokolleri gerektirir. Bu nedenlerle, bu tür kan veya idrar gibi hasta numuneleri genellikle testin sonuçlarını almak için doktor birkaç gün sürebilir klinik test için bir uzaktan, merkezi test laboratuarı, transfer doktorun ofisinde toplanır. Bu (sigorta ödeyenler üzerinde bir mali yük neden) Bu test çok pahalı ve verimsiz hale getirir, bazı durumlarda tedavi sırasında gecikmelere veya komplikasyonlara neden, ve daha fazla sayıda kılardüşük kaynak ayarları ve gelişmekte olan ülkelerde erişilemez teşhis. Burada, gömülü görüntüleme ve işleme (Şekil 1) ve akıllı telefon-uyumlu bir cihaza (Şekil 2) ile bir cihaz hem de otomatik görüntüleme ve analiz ile birleştiğinde bir manyetik kaldırma tekniği sunuyoruz. Bu manyetik kaldırma tabanlı aygıtlar potansiyele sahip bir geniş uygulanabilir platform teknolojisi farklı tıbbi teşhis uygulamaları bir dizi uygulanacak temsil etmektedir. Manyetik kuvvet ve kaldırma kuvveti, 1, 2, 3: iki kuvvet arasında bir denge göre bir manyetik kaldırma yaklaşımı çalışır. bir tanecik, bir paramanyetik bir ortam içinde süspansiyon haline getirilmiş ve iki Magn arasındaki merkez hattına doğru yönde parçacık bir manyetik kuvvet etki, birbirine bakan kutbu olan iki mıknatıs tarafından üretilen manyetik alana yerleştirildiğinde<html> ets. kaldırma kuvveti süspansiyon ortamı ile karşılaştırıldığında partikül bağıl yoğunluk neden olur ve, çevreleyen ortamda daha yoğun parçacıklar halinde az orta daha yoğun ve aşağı doğru parçacık halinde yukarı doğru olan almaktadır. Bu iki gücün dayanarak, parçacıklar bu iki kuvvetleri dengeleyen alanında bir denge kaldırma pozisyonu ulaşacak; Bu pozisyon, doğrudan daha az yoğun parçacıklar daha alanında düşük levitating yoğun parçacıklar parçacık yoğunluğu ile ilgilidir. Bir görüntüleme modülü ya yerleşik bir akıllı telefon makinesi 4, 5, 6 ya da büyütme merceğinin 7, 8 ile donatılmış bağımsız optik bileşenlerin, parçacık pozisyonları görselleştirmek için kullanılmaktadır. Görüntü işleme, ya bir akıllı telefon uygulaması ile 4, 5,= &quot;xref&quot;&gt; 6 veya dahili bir veri işleme ünitesi 7, 8, daha sonra, bu nedenle, nüfus yoğunluğu dağılımı dağılımını ölçmek ve çekilen görüntülerin işler. Bu mililitre başına ilgi sadece birkaç partiküllerle gibi daha büyük bir numune (analiz etmek için, akışı, parçacıklar olarak kaldırılan doğrudan cihazın içine entegre edilmiş ve görüntüleme bölgesi boyunca (Şekil 2) geçerken analiz edilebilir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/55012/55012fig1.jpg" /> Şekil 1: Kendi kendine yeten Manyetik Levitasyonunun Platformu. (A) bir görüntü ekranı olan bir manyetik odaklama modülü, görüntüleme bileşenleri (bir ışık yayan diyot (LED), bir optik mercek ve bir kamera detektörü) ve bir işlem ünitesi içeren kompakt bir manyetik kaldırma cihazı. (B) cro Manyetik alan şiddetiNumune eklenir mıknatıslar arasındaki alanın ss bölüm. alan gücü mıknatıslar yüzeyinde büyük olan ve aralarında merkez de sıfırdır. (C) Parçacıklar, örneğin hücreler gibi, manyetik alan deneyimi çeşitli kuvvetler içinde: manyetikler arasında merkez doğru manyetik kuvvet (F m), büyüklüğü ile parçacığın pozisyonuna göre değişen; süspanse edici ortam o göreceli parçacık yoğunluğuna bağlıdır yerçekimi kuvveti (F g &#39;) ve partikül hareketi direnen bir sürtünme kuvveti (F d). Yenilmez gelen izni ile, çoğaltılamaz, vd. 8 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55012/55012fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/55012/55012fig2.jpg" /> incirure 2: Smartphone uyumlu Akış destekli Manyetik Levitasyonunun Platformu. (A - c) Ön (a) sırt, yan (b) ve (c) manyetik kaldırma cihazı (d) cihazın bileşenleri şunlardır görüşleri: 1) Manyetik kaldırma modülü, sürekli mıknatıslar, bir büyüteç dahil, ve LED ve ışık difüzörü, bir mikrodenetleyici, pompa sürücü ve Bluetooth alıcısı da dahil olmak üzere 2) akıllı telefon kılıfı, 3) elektronik, 4) mikro pompa tutucu, 5) ayarlanabilir delik, 6) atık tüp tutucu, 7) pil tutucu, 8 ) örnek tutucu, 9) çift amaçlı standı ve kapak. (E) manyetik alan sayesinde numunenin pompalama gösteren şematik akış. (F) alan üzerinden pompalanan farklı yoğunluktaki parçacıklar hale nasıl gösteren manyetik kaldırma modülü, kesiti; daha az gibi Parçacık 1, olarak yoğun parçacıklar, daha yüksek bir kaldırma yüksekliği t dengelenmesi olacakBöyle Parçacık 2. olarak han yoğun parçacıklar, vd Amin, gelen izni ile, çoğaltılmıştır. 1 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55012/55012fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Bu sistemde yoğunluk dağılım analizi için herhangi bir numunenin kullanılması için asgari gereksinimler hücreleri ya da yaklaşık olarak 5 um&#39;den daha büyük ve yaklaşık 250 um (görüntüleme ve görüntü işleme için) boyutu daha düşük parçacıklar ve onun uyumluluğu bir süspansiyonunu elde etmek için yeteneği, burada kullanılan gadobutrol gibi para-manyetik bir solüsyon çözelti içinde karıştırılması. Hastalık teşhis için uyumlu uygulamalar, sağlıklı kontrollere göre bir hastalık taşırken doğal değiştirilmiş bir yoğunluğa sahip olan (I) &#39;in ilgili hücreler olanlar, (ii) bir yoğunluğa değişikliği bir reaktif ya da eklenmesi ile hücre içinde indüklenebilir içerir kısa bir alternatif tedavicubation süresi, ya da (iii) Farklı hücre tipleri tek bir numunede bulunan tanımlanmış ve doğal (ya da tedavi ile) olan benzersiz özelliklerinden yoğunluklarına sahiptir. Orak hücre hastalığı aralıklı vazo-tıkayıcı olaylar ve kronik hemolitik anemi 9 neden olabilir bir kişinin kırmızı kan hücrelerinin (RBC) üretilecek olan hemoglobin, HbS, mutasyona uğramış bir biçimini, neden bir genetik bozukluktur. Bu hemoglobin izoelektrik son derece hassas ama onlar nokta-bakım ayarları ile uyumsuz olduğundan klinik test laboratuarı yapılmalıdır, Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC) fraksiyon ya da hemoglobin elektroforezi odaklama kullanılarak teşhis edilir. Orak hücre hastalığı için Çözünürlük ve kağıt bazlı testler önerilmiştir, ancak genellikle sübjektif kullanıcı yorumuna ve doğrulayıcı testler gerektirir edilmiştir. Burada, RB daha yüksek bir yoğunluğa ulaşmak, hangi orak eritrositlerde tanımlamak için bir yoğunluk tabanlı bir yaklaşım kullanırOrak hücre hastalığı olmayan insanlardan Cs. Mekanizma, deoksijene koşulları 10, 11, 12, 13 yaşın altındaki orak hücreli anemi eritrositlerde RBC su kaybına yol açar hemoglobin, HbS mutasyona uğramış formu polimerizasyonunu içerir. Beyaz kan hücreleri (lökosit) ve eritrosit 7: Bu yoğunluğa dayalı yaklaşım yoğunluğu temelinde farklı türde hücrelerin ayrılması için uygulanabilir. Lökosit genel yapısına enfeksiyonları mücadele sorumludur. WBC sitometri kanda bu hücrelerin sayısını ölçmek için kullanılan ve yararlı bir tanı aracı olarak hizmet vermektedir edilebilir. WBC enfeksiyonu, bağışıklık sistemi bozuklukları, ya da lösemi gösterebilir (genellikle mcL başına daha fazla 11.000 hücreleri kabul edilir) normalden yüksek sayar. WBC normal altındaki hesaplar (uL başına 3.500 hücre), otoimmün bozukluklar veya iklimlendirme kaynaklanabiliriyonları zarar veren kemik iliği. alternatif teknolojilerin aksine, burada sunulan işlem lökosit belirlenmesi amacıyla eritrositlerde veya lekeler parçalanması dayanmaz. WBC popülasyon yoğunluğu yoğunluk gradyan santrifüj 2, 3 ile daha önceden hesaplanan RBC nüfustan daha düşük olduğu rapor edilmiştir gibi bu hücre bazlı deney, ayırma işlemi için iki hücre türünün tek doğal yoğunlukları yararlanır. 1 dakikadan daha az gerektiren, 15 dakika ve otomatik görüntüleme ve analiz - uzak konumlarda değiştirici test ile karşılaştırıldığında, bu test, basit numune hazırlama (Şekil 3), 10 içindeki cihazda hücrelerinin ayrılması ile hızlıdır. Bu sayede, cihaz daha iyi, tıbbi kararlarını bildirmek tedavi fiziksel ve psikolojik acı hafifletmek için hemen tatbik izin ve komplikasyonlar derneğimizi riskini azaltmak için hızla sonuçları dönebilirsiniztıbbi bakım bir gecikme ile bir-. Bu teknik sayesinde minimum kullanıcı girişi veya yorumlanması ile bir sonuç döndürür basit örnek hazırlama ve otomatik görüntüleme ve analiz için yerinde klinik ortamlarda ya yapılabilir. Çünkü kalıcı numune analizi için mıknatıslar ve bir akıllı telefon veya görüntüleme ve görüntü işleme için basit elektrikli bileşenlerin ya kullanımını kullanarak basit bir yaklaşım kullanımı, cihaz yanı sıra her test maliyetleri bazı gelişmiş test prosedürleri ile karşılaştırıldığında çok az.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="938">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Gadavist (Bayer)</td>
			<td style="width:257px;">Jefferson Medical and Imaging</td>
			<td style="width:119px;">2068062</td>
			<td style="width:241px;">Gadavist contains 1M gadobutrol, a chelate of gadolinium. We purchased 2 mL vials with 15/ca.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Square glass microcapillary tubes</td>
			<td style="width:257px;">Vitrocom</td>
			<td style="width:119px;">8270</td>
			<td>50 mm length is sufficient</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:321px;">Sodium metabisulfite</td>
			<td style="width:257px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S9000</td>
			<td>Chemical formula: Na2S2O5</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Leica Microsystems Critoseal tube sealant</td>
			<td style="width:257px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">02-676-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Hank&#39;s Balanced Salt Solution</td>
			<td style="width:257px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">H9269&#160;SIGMA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Trypsin-EDTA</td>
			<td style="width:257px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">T4049</td>
			<td>Or other reagent as recommended for the cell type used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">MICROLET 2 Adjustable Lancing Device</td>
			<td style="width:257px;">Walgreens</td>
			<td style="width:119px;">246567</td>
			<td>Any lancing device is acceptable when used according to biosafety protocols</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Microlet Lancets</td>
			<td style="width:257px;">Walgreens</td>
			<td style="width:119px;">667474</td>
			<td>Must be dispoable and not reused</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Hausser Bright-Line Phase Hemacytometer</td>
			<td style="width:257px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">02-671-6</td>
			<td>Or any preferred method for cell counting</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">ACK Lysing Buffer</td>
			<td style="width:257px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:119px;">A1049201&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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.

orak hücre hastalığı tanısı için kullanılan bir tekniktir hücre yoğunluğu dağılımı analizi için, hedef hücre popülasyonunun dağılımının genişliği tespit etmektir. orak hücre hastalığı olmayan hastalardan alınan kan hücreleri öngörülebilir bir genişlik içinde sınırlı olacaktır. Orak hücre hastalığı olan hastalardan alınan hücreler hücre dağılımı bir düşüş eğikliği, daha geniş bir bölgesi boyunca dağıtılacak herhangi bir uygulam...

Watch this Scientific Journal Video about Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics at JoVE.com

Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

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.

Hastalık Teşhis için Taşınabilir Görüntüleme ve Analiz ile birleştiğinde Manyetik Levitasyonunun

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

The overall goal of this process is to perform density-based cellular analysis for various medical diagnostic applications by measuring the altered distribution of a cell population or by separating cell types based on their characteristic densities. This method can help solve a key challenge in biomedical engineering to perform important cell ways medical diagnostics in clinical settings or developing countries. The main advantage of this technique is that it does not require a lot of equipment or preparation and it can be done by almost anyone.The implications of this technique extend toward sickle cell diagnosis because this device can quantify the increased density and decreased levitation rate caused by low oxygen conditions in sickle cells. Though this method is useful for medical diagnostic tests as demonstrated here, it can also be applied to other density based cytometric tests by altering the sample and modifying the software. First, prepare 10 milliliters of a 50 millimolar solution of gadobutrol and Hanks balanced salt solution.Then add sodium metabisulfite to achieve a 10 millimolar concentration in the gadolinium solution. Place 100 microliters of the gadolinium sodium metabisulfite stock solution in a microcentrifuge tube. Obtain a blood sample by standard venipuncture techniques or by finger stick.To collect the fingerstick sample, apply pressure near the pierced site without squeezing the tissue. Wipe the pierced site at least three times, and then collect the blood sample with a micropipettor. Mix up to one microliter of the blood sample with the gadolinium sodium metabisulfite solution in the tube to obtain the sample for sickle cell disease diagnosis.First, prepare both 25 and 250 millimolar solutions of gadobutrol and Hanks balanced salt solution. Then, acquire a blood sample using the previously described fingerstick or venipuncture techniques. Dilute about one microliter of the blood sample by a factor of 1000 with a 25 millimolar gadobutrol solution to obtain the sample for white blood cell cytometry.To prepare an additional sample for determining the levitation range of white blood cells alone add 5 microliters of the blood sample to 500 microliters of red blood cell lysis buffer. Incubate the mixture at room temperature for three to five minutes. Then, prepare a solution of one part 250 millimolar gadolinium solution and nine parts lysate to obtain the lysate sample solution with a gadolinium concentration of 25 millimolar.To begin sample analysis, turn on the device and place it on a level surface. Draw the sample into a square glass capillary tube. Once the tube is half full, seal the end with capillary tube sealant.Insert the capillary into the magnetic levitation module of the device, so that only one centimeter of the tube remains visible. Allow the sample to sit undisturbed in the device for 10 minutes to equilibrate. Then, check that the cells of interest are visible on the screen.Press the single measurement button to save the image. Record the analysis results automatically displayed on screen. If the device indicates that too many or too few cells are onscreen, move the capillary slightly in or out of the device and equilibrate the sample for another 10 minutes.After saving the first image, move the capillary in or out by about 0.5 centimeters. Allow the sample to equilibrate, and then acquire another image for analysis. Acquire data from at least five images from different locations on the sample to avoid errors.Save the images to the device or to a USB drive. Once finished, remove the sample from the device and dispose of it appropriately. First, fit a smartphone into the magnetic levitation device.Ensure that the smartphone camera is in line with the magnetic levitation module. Secure the smartphone upright on a stand on a level surface. Insert the capillary into the levitation module and attach the micropump tubing to each end.Place the sample vial in the sample holder. Then, launch the smartphone app. Turn on the micropump and set the parameters for flow rate and LED brightness on the first screen.Once the sample is flowing smoothly, swipe left to enter image capture mode. Acquire at least five different videos. Then, in the analysis section of the app, select flow assisted analysis and open each file to be analyzed.When subjected to magnetic levitation, blood cells from patients without sickle cell disease are confined to a predictable width. Cells from patients with sickle cell diseases are distributed over a wider region that trends downwards. This is reflected in the analysis of the confinement widths.The healthy control cells appear in a narrow band, whereas the sickle cells appear in a broader band with far more variation in overall width. Individual cell types with discrete density ranges can also be differentiated by this method with the best separation achieved at low gadolinium concentrations. Here, the levitation height of white blood cells was determined from a sample of which red blood cells had been lysed before analysis.This known levitation height was used for white blood cell counting. To calculate the number of white blood cells per microliter of a sample diluted by one to 1000, the number of cells observed in the image is multiplied by 2000. Once mastered, this technique can be done in only 10 minutes if it's performed properly.Following this procedure, other researchers can use this approach to develop medical diagnostic tests for a range of medical conditions.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Equilibrium of a Particle

SCIENTISTS IN ACTION

Hybrid &#181;CT-FMT imaging and image analysis

Hybrid  &#181;CT-FMT imaging and image analysis

Hibrid uCT-FMT görüntüleme ve görüntü analizi

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to ...

Biyomühendislik

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

Demir Oksit Nanopartiküller ile Fonksiyonlu Manyetik Bakteriyel Nanocellulose Fabrikasyon

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

En iyi duruma getirilmiş kurulum ve manyetik etki alanı görüntüleme ile Situ histeresis ölçüm için iletişim kuralı

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Nanosensors için noninvaziv tanı koyma proteaz aktivitesi Vivo tespit

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and ...

Using Nanoplasmon-Enhanced Scattering and Low-Magnification Microscope Imaging to Quantify Tumor-Derived Exosomes

Tümör türevi Exosomes ölçmek için Nanoplasmon-gelişmiş saçılma ve düşük büyütme mikroskop görüntüleme kullanma

Infected or malignant cells frequently secrete more exosomes, leading to elevated levels of disease-associated exosomes in the circulation. These exosomes ...

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

Hiperpolarize Spin-Kafes Gevşeme manyetik alan bağımlılığının ölçülmesi [1-13C]pirüuvat

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various ...

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

Manyetik Hipertermi ve Pothototermal Kombinasyon Kanser Tedavisi için Manyetik, Akustik ve Optik-Üçlü Duyarlı Mikrobubbles

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

High-Dimensionality Flow Cytometry for Immune Function Analysis of Dissected Implant Tissues

Diseke İmplant Dokularının İmmün Fonksiyon Analizi için Yüksek Boyutluluk Akış Sitometrisi

The success of implanting laboratory-grown tissue or a medical device in an individual is subject to the immune response of the recipient host. ...

Quantifying Fibrillar Collagen Organization with Curvelet Transform-Based Tools

Curvelet Transform Tabanlı Araçlarla Fibrillar Kollajen Organizasyonunu Ölçme

Fibrillar collagens are prominent extracellular matrix (ECM) components, and their topology changes have been shown to be associated with the progression ...

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Biyolojik Dokuların Uyarılması için Elektrikli ve Manyetik Alan Cihazları

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...