Name: low-cost, volume-controlled dipstick urinalysis for home-testing
Uploaded: 2021-05-08T13:00:00
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Diese Arbeit wurde vom Dorothy J. Wingfield Phillips Chancellor Faculty Fellowship finanziert. Emily Kight wurde von NSF GRFP finanziert.

1. Herstellung und Montage des Urinanalysegeräts
<ol><li>Herstellung der Grundplatte (Abbildung 1A).<ol>
<li>Verwenden Sie eine CAD-Software (Computer-Aided Design), um mit dem Polylinienwerkzeug einen rechteckigen Bereich mit den Abmessungen 2.1641 in x 0.0547 in x 6.3828 in (B x H x L) zu zeichnen.</li>
		<li>Messen Sie den Testbereich (rechteckiger Bereich, der den Abstand zwischen dem ersten und dem letzten Pad und der Breite der Pads umfasst) auf dem Dipstick. HINWEIS: Diese Infor...

<ol>
	<li>Lei, R., Huo, R., Mohan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expert+Review+of+Molecular+Diagnostics+Current+and+emerging+trends+in+point-of-care+urinalysis+tests.">Expert Review of Molecular Diagnostics Current and emerging trends in point-of-care urinalysis tests.</a> Expert Review of Molecular Diagnostics. 00, 1-16 (2020).</li><li>Kavuru, V., 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=Dipstick+analysis+of+urine+chemistry:+benefits+and+limitations+of+dry+chemistry-based+assays.">Dipstick analysis of urine chemistry: benefits and limitations of dry chemistry-based assays.</a> Postgraduate Medicine. 5481, (2019).</li><li>Pugia, M. 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Inui Available from: <a target="_blank" href="https://www.inuihealth.com/inui/home">https://www.inuihealth.com/inui/home</a> (2020)</li><li>. Healthy.io Available from: <a target="_blank" href="https://healthy.io/">https://healthy.io/</a> (2020)</li><li>. Scanwell Available from: <a target="_blank" href="https://www.scanwellhealth.com">https://www.scanwellhealth.com</a> (2020)</li><li>Smith, G. T., 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=Robust+dipstick+urinalysis+using+a+low-cost,+micro-volume+slipping+manifold+and+mobile+phone+platform.">Robust dipstick urinalysis using a low-cost, micro-volume slipping manifold and mobile phone platform.</a> Lab on a Chip. 16, 2069-2078 (2016).</li><li>Du, W., Li, L., Nichols, K. P., Ismagilov, R. 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Traditionelle Dipstick-Urinanalyse ist erschwinglich und bequem, erfordert aber manuelle Liebe zum Detail, um genaue Ergebnisse zu liefern. Die manuelle Dipstick-Urinanalyse unterliegt variablen Lichtverhältnissen, individuellen Farbwahrnehmungsunterschieden und Kreuzkontaminationen. Viele Kliniken und Krankenhäuser verfügen bereits über Instrumente zur Automatisierung der Urin-Dipstick-Analyse, aber die Instrumente sind in der Regel sperrig, teuer und verlassen sich immer noch auf die ordnungsgemäße Durchführung ...

Urin ist eine nicht-invasive Quelle für mehrere metabolische Indikatoren für Krankheit oder Gesundheit. Urinanalyse, die physikalische und/oder chemische Analyse von Urin, kann schnell durchgeführt werden, um Nierenerkrankungen, Harnwegserkrankungen, Lebererkrankungen, Diabetes mellitus und allgemeine Hydratation zu erkennen1. Urinanalyse-Dipsticks sind erschwingliche, semi-quantitative Diagnosewerkzeuge, die auf kolorimetrischen Veränderungen angewiesen sind, um ungefähre physiologische Werte anzuzeigen. Jeder Dipstick kann eine Vielzahl von Tests durchführen, einschließlich Tests auf pH, Osmolalität, Hämoglobin/Myoglobin, Hämaturie, Leukozytenesterase, Glukose, Proteinurie, Nitrit, Keton und Bilirubin2. Das Prinzip der Dipstick-Urinanalyse beruht auf dem Auftreten einer zeitierten Reaktion, durch die eine Farbänderung auf dem Dipstick-Pad mit einem Diagramm verglichen werden kann, um die Analytkonzentration3zu bestimmen. Aufgrund ihrer Erschwinglichkeit und Benutzerfreundlichkeit sind Dipsticks eines der häufigsten Werkzeuge für die Urinanalyse im Gesundheitswesen.
Traditionell, Dipstick Urinanalyse verlässt sich auf eine ausgebildete Krankenschwester oder Medizintechniker manuell einfügen den Dipstick in eine Tasse Urinprobe, wischen überschüssigen Urin, und vergleichen Sie die Farbpads, um Farben zu bestimmten Zeiten diagrammieren. Während die Dip-and-Wipe-Methode der Goldstandard für die Dipstick-Analyse ist, schränkt ihre Abhängigkeit von der visuellen Bewertung durch den Menschen die quantitativen Informationen ein, die erhalten werden können. Darüber hinaus erfordern die beiden manuellen Schritte der Dipstick-Urinanalyse – der Dip-Wischschritt und der kolorimetrische Ergebnisvergleich – eine genaue Technik, die die Möglichkeit zuverlässiger Tests in häuslichen Einstellungen durch Patienten direkt einschränkt. Eine Kreuzkontamination der Probenpads durch Wischen kann zu ungenauen Farbänderungen führen. Darüber hinaus können inkonsistente Volumina, die sich aus der fehlenden Volumenkontrolle beim Wischen ergeben, zu einer unsachgemäßen Messung der Analytkonzentrationen führen. Wichtig ist, dass die Zeit zwischen dem Eintauchen in den Urin (d. h. dem Beginn des Assays) und dem Vergleich mit einem Diagramm entscheidend für die genaue Analyse der Ergebnisse ist und eine riesige potenzielle Quelle menschlichen Versagens ist. Die Schwierigkeit beim manuellen kolorimetrischen Vergleich ist, dass viele Pads gleichzeitig gelesen werden müssen, während einige Pads zu unterschiedlichen Zeiten gelesen werden. Selbst perfekt getimte Farbvergleiche hängen immer noch von der Sehschärfe des menschlichen Lesers ab, der unter Farbblindheit leiden oder unterschiedliche Farben in verschiedenen Beleuchtungsumgebungen wahrnehmen kann4. Diese Herausforderungen unterstreichen, warum sich Ärzte nur auf eine Dipstick-Urinanalyse verlassen können, die von geschultem Personal durchgeführt wird. Ein automatisiertes Urinanalysesystem könnte jedoch alle oben genannten Bedenken ausräumen, indem es manuelle Dip-Wipe-Schritte eliminiert, Timing-Steuerungen integriert und gleichzeitige Farbvergleiche mit kalibrierten Farbreferenzen ermöglicht. Dies wiederum würde Benutzerfehler reduzieren, was eine mögliche Übernahme in den Heimeinstellungen ermöglicht.
In den letzten 20 Jahren wurden automatische Analysatoren eingesetzt, um die Ergebnisse von Dipstick-Urintests mit der gleichen Genauigkeit wie oder über die visuelle Analyse5zu lesen. Viele Kliniken und Arztpraxen verwenden solche Maschinen, um traditionelle Dipstick-Ergebnisse schnell zu analysieren und zu drucken. Die meisten Urinanalysemaschinen minimieren visuelle Inspektionsfehler und sorgen für Konsistenz in den Ergebnissen6. Sie sind einfach zu bedienen und effizienter als die manuelle Inspektion, erfordern aber dennoch, dass der Benutzer die Dip-Wipe-Methode korrekt ausführt. Daher sind diese Maschinen nur begrenzt in der Lage, von ungeschulten Personen wie z. B. Heimanwendern betrieben zu werden; darüber hinaus sind sie extrem teuer.
In letzter Zeit, Handys haben sich als einfallsreiches Werkzeug für verschiedene biologische kolorimetrische Messungen7,8,9,10, einschließlich für Urinanalyse11,12,13. Aufgrund ihrer Fernerkundungsfunktionen und der hohen Bildgebungsauflösung sind Mobiltelefone zu effektiven Analytischen Geräten im Gesundheitswesen geworden14,15. Tatsächlich hat die FDA mehrere Smartphone-basierte Urintests zu Hause freigegeben16,17,18. Einige der neuen Smartphone-basierten kommerziellen Produkte enthalten etablierte Urinanalyse-Dipsticks, während andere proprietäre farbmetrische Pads enthalten. Alle diese Produkte verfügen über proprietäre Methoden, um für unterschiedliche Lichtverhältnisse in verschiedenen Telefontypen zu kalibrieren. Dennoch besteht ein Problem bei diesen Lösungen darin, dass der Benutzer manuell ein Bild zur richtigen Zeit aufnehmen muss, zusätzlich zur Durchführung einer richtigen manuellen Dip-Wipe-Methode (d. h. ohne Kreuzkontamination). Bemerkenswert ist, dass keiner dieser Tests das auf die Dipsticks abgelagerte Volumen steuert, was, wie wir festgestellt haben, die Farbänderung19 beeinflussen und das physiologische Ergebnis interpretieren kann. Die derzeitigen Lücken und Kosten in den Arbeitsabläufen dieser Geräte deuten auf eine zusätzliche Notwendigkeit hin, ein menschenfreies, volumengesteuertes Urinabscheidungsverfahren und Freisprech-Dipstick-Fotografie zu ermöglichen.
Wir beschreiben ein Protokoll für die volumengesteuerte, automatisierte Dipstick-Urinanalyse ohne manuelle Dip-Wisch-Stufe. Der Schlüssel zum automatisierten Prozess ist ein Gerät19, dessen zugrunde liegendes Prinzip auf dem SlipChip20 basiert und das Flüssigkeit mit Oberflächenchemieeffekten zwischen verschiedenen Schichten überträgt. Kurz gesagt, die hydrophobe Beschichtung auf dem Transferschlitten und der umgebenden Plattenhülse zwingen die Flüssigkeit, sich mühelos durch das Gerät zu bewegen und sich auf das Dipstickpad zu lösen, sobald sich der Schlitten in seiner endgültigen Position befindet, an dem die untere hydrophobe Barriere durch Luft ersetzt wird. Darüber hinaus standardisiert die koordinierte Lichtblockbox die Lichtverhältnisse, den Kamerawinkel und den Abstand für den Kamerafokus, um genaue und wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten, die nicht von Umgebungslichtbedingungen beeinflusst werden. Eine begleitende Software-App automatisiert die Erfassung von Bildern und die kolorimetrische Analyse. Nach der Beschreibung des Protokolls liefern wir repräsentative Ergebnisse des Urinanalysetests unter verschiedenen Bedingungen. Vergleiche mit der Standard-Dip-Wipe-Methode zeigen die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Methode.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Black Cast Acrylic Sheet 
			12&#34; x 24&#34; x 1/8&#34;</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>8505K742</td>
			<td>$14.27</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chart sticker</td>
			<td>Stickeryou.com</td>
			<td></td>
			<td>$12.39</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear Scratch- and UV-Resistant Cast Acrylic Sheet 
			12&#34; x 24&#34; x 1/16&#34;</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>8560K172</td>
			<td>$9.52</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>disposable polyethylene transfer pipet</td>
			<td>Fischer Brand</td>
			<td>13-711-9AM</td>
			<td>lot# 14311021</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fortus ABS-M30</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>345-42207</td>
			<td>lot# : 108078</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Githut: https://github.com/Iftak/UrineTestApp</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Innovating Science - Replacement Fluids for Urinalysis Diagnostic Test Kit (IS3008)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>$49</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nonwhitening Cement for Acrylic 
			Scigrip 4, 4 oz. Can</td>
			<td>MCM</td>
			<td>7517A1</td>
			<td>$9.22</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rust-Oleum 274232 Repelling treatment base coat-9 oz and top-coat 9-oz , Frosted Clear</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Color: Frosted Clear</td>
			<td>$6.99</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urinalysis Reagent Strips 10 Panel (100 Tests) MISSION BRAND</td>
			<td>Medimpex United, Inc</td>
			<td>MUI-MS10</td>
			<td>$10.59</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

low-cost, volume-controlled dipstick urinalysis for home-testing

Die Dipstick-Urinanalyse bietet schnelle und erschwingliche Einschätzungen mehrerer physiologischer Bedingungen, erfordert aber eine gute Technik und Einschulung, um sie genau zu verwenden. Die manuelle Leistung der Dipstick-Urinanalyse beruht auf einer guten menschlichen Farbsicht, der richtigen Lichtsteuerung und fehleranfälligen, zeitkritischen Vergleichen mit Diagrammfarben. Durch die Automatisierung der wichtigsten Schritte im Dipstick-Urinanalysetest können potenzielle Fehlerquellen beseitigt werden, was Selbsttests zu Hause ermöglicht. Wir beschreiben die Schritte, die erforderlich sind, um ein anpassbares Gerät zu erstellen, um automatisierte Urinanalysetests in jeder Umgebung durchzuführen. Das Gerät ist billig herzustellen und einfach zu montieren. Wir beschreiben die wichtigsten Schritte bei der Anpassung für den Dipstick der Wahl und für das Anpassen einer Handy-App, um die Ergebnisse zu analysieren. Wir zeigen seine Verwendung zur Urinanalyse und besprechen die kritischen Messungen und Fertigungsschritte, die notwendig sind, um einen robusten Betrieb zu gewährleisten. Wir vergleichen dann die vorgeschlagene Methode mit der Dip-and-Wipe-Methode, der Goldstandard-Technik für die Dipstick-Urinanalyse.

Abbildung 4 zeigt, wie der Urin während eines Urinanalysetests auf den Dipstick übertragen wird. Während eines typischen Tests ist die Urinübertragung nicht beobachtbar, da die Box die Ansicht verdunkelt. Sobald die Probe mit einer Pipette (Schritt 3.1) im Einlass abgelagert ist, füllt sie die Löcher auf dem Dia (Abbildung 4A). Abbildung 4B bzw. Abbildung 4Czeigen die fortschreitende Bewegung des ...

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Low-Cost, Volume-Controlled Dipstick Urinalysis for Home-Testing

Dipstick Urinanalyse ist eine schnelle und erschwingliche Methode zur Beurteilung des persönlichen Gesundheitszustandes. Wir präsentieren eine Methode, um eine genaue, kostengünstige Dipstick-Urinanalyse durchzuführen, die die primären Fehlerquellen entfernt, die mit herkömmlichen Dip-and-Wipe-Protokollen verbunden sind, und einfach genug ist, um von Laienbenutzern zu Hause durchgeführt zu werden.

Kostengünstige, volumengesteuerte Dipstick-Urinanalyse für Home-Testing

Dipstick urinalysis provides quick and affordable estimations of multiple physiological conditions but requires good technique and training to use ...

Die manuelle Leistung von Urinanalyse Dipstick basiert auf guter Technik und zeitsensitiven Vergleich mit Diagrammfarben, aber die Automatisierung der wichtigsten Schritte, können wir potenzielle Fehlerquellen zu beseitigen und zu Hause Tests ermöglichen. Als Gerät ist es anpassbar, kostengünstig herzustellen und einfach zu montieren. Es kann verwendet werden, um automatisierte Urinanalyse in jeder Umgebung durchzuführen.Obwohl kritische Messungen in Fertigungsschritten erforderlich sind, um einen robusten Betrieb zu gewährleisten, ist die Geräteimplementierung einfach und liefert genaue und zuverlässige Ergebnisse. Nachdem Sie das Gerät in einem geeigneten computergestützten Design-Softwareprogramm entworfen haben, drucken Sie die Einlassabdeckung, die obere Platte, den Schlitten und die Box auf einem Laserschneider in die auf Urinanalysegeräte basierende Platte auf einem 3D-Drucker. Verwenden Sie Sandpapier, um den oberen Flächenbereich der Grundplatte zwischen den Leisten zu schleifen, um die Oberfläche aufzurauen.Um die Einlass- und Deckplatte zu montieren, verwenden Sie Acrylzement, um die Einlassabdeckung auf die obere Platte zu kleben, auf der sich das Einlassloch befindet. Die Leisten der Grundplatte mit Klebeband verkleben und eine Dose hydrophoben Sprays acht bis zwölf Zoll entfernt halten, die Grundplatte, die Obere Platte besprühen und mit vier bis acht Schichten schieben. Das Gerät sollte beim Trocknen ein milchiges weißes Aussehen haben.Nachdem Sie 12 Stunden gewartet haben, bis die Grundplatte vollständig getrocknet ist, entfernen Sie das Band von den Leisten. Wenn das Spray vollständig getrocknet ist, richten Sie die fertige Platte mit den Leisten der Grundplatte aus und verwenden Sie Acrylzement, um die beiden Stücke zusammenzukleben, um die Plattenhülse zu erstellen. Dann verwenden Sie eine Klemme, um die Stücke zusammen beim Trocknen zu sichern.Während das Gerät trocknet, laden Sie einen QR-Code von einem Online-QR-Code-Generator in den kommerziell gedruckten Vinyl-Chart-Aufkleber von der Website des Herstellers herunter. Drucken Sie den gewünschten Code und Diagramm auf Papier mit klebriger Klebeunterlage. Platzieren Sie den QR-Code 0,17 Zoll von der rechten Seite des ersten Durchgangslochs neben der Reihe von Durchgangsbohrungen und verwenden Sie klares Klebeband, um den Code zu bedecken und an der Folie zu sichern.Legen Sie dann den Vinyl-Chart-Aufkleber auf die Plattenhülse, so dass er an jedem Durchgangsloch ausgerichtet ist. Um den Test vorzubereiten, laden Sie die mobile Anwendung des Urintests von GitHub herunter und installieren Sie die App auf einem Mobiltelefon. Lesen Sie die Anweisungen und passen Sie die Analytennamen und Lesezeiten an die an den Dipstick von Interesse angepasst werden.Setzen Sie den Dipstick in die Durchgangslöcher unter der Plattenhülse ein und legen Sie die Plattenhülse in die Box, so dass die Kerbe mit dem Kastenspalt ausgerichtet ist. Platzieren Sie die Folie in die Plattenhülse, so dass die Durchgangslöcher mit dem Einlass ausgerichtet sind, und platzieren Sie das Telefon auf der Oberseite der Box mit dem hinteren Kameraobjektiv, das auf die Ansicht durch loch zeigt. Bestätigen Sie, dass die Telefonposition es ermöglicht, ein Bild des Teststreifens über das Kameraobjektiv zu erhalten, und starten Sie die Urintestanwendung.Richten Sie dann das Telefon so aus, dass der Dipstick mit den Grenzen der schwarzen rechteckigen Overlay auf dem Bildschirm übereinstimmt, und klicken Sie auf Start, um den Test zu starten. Um eine Urinprobe zu analysieren, verwenden Sie eine Einweg-Polyethylen-Transferpipette, um etwa 500 Mikroliter Urin in das Einlassloch zu legen und den Schlitten in die Plattenhülse zu schieben, bis er von der Grundplatte gestoppt wird, um den Test zu initiieren. Hier können repräsentative Ergebnisse eines Urinanalysetests beobachtet werden, der mit einem hochwertigen Smartphone durchgeführt wurde.Wie erwartet änderte sich die Farbe des Dipsticks nicht als Reaktion auf Wasser. Mit dem Endwert für den Standard-Urin, der mit dem normalen Harnglukose-Schwellenwert übereinstimmt, und dem Endwert für den hohen Glukosezustand, der über den Normalwert erhöht wird. Es ist wichtig zu beachten, dass der richtige Wert 30 Sekunden lang nicht erreicht wird, was zeigt, wie wichtig es ist, das Zeitausleseintervall richtig einzustellen.Mit einem Smartphone mit einer niedrigeren Bildauflösung und Taschenlampenspezifikationen wird eine signifikante Reduzierung der Bildfarbe und -qualität des Dipstick-Panels beobachtet. Der Farbabgleichsalgorithmus, der von der Smartphone-Anwendung für den Urinanalysetest verwendet wird, liefert jedoch trotz der Unterschiede im physikalischen Erscheinungsbild der Dipstick-Pads die gleichen Ergebnisse für die Analytkonzentrationen. Der Vergleich der Ergebnisse, die von einem automatisierten Urinanalysegerät erfasst wurden, mit denen, die mit der traditionellen Dip-and-Wipe-Methode und dem kommerziellen Urinstandard erzielt wurden, zeigt, dass die Genauigkeit des automatisierten Urinanalysegerätesystems von der Menge abhängt, die auf jedes Dipstick-Pad übertragen wird.Daher ist es wichtig, dass das Gerät in der Lage ist, das benötigte Urinvolumen präzise und konsistent auf die Dipstick-Pads zu übertragen. Eine Einschränkung dieser Technik ist, dass die hydrophoben Beschichtungen bei häufigem Gebrauch schälen können, wodurch das übertragene Volumen verändert und die Genauigkeit möglicherweise verringert wird. Zusätzlich kann die Acrylbindung auch durch wiederholte Tests geschwächt werden.Das Protokoll kann verwendet werden, um mit jeder Art von Dipstick mit verschiedenen Marken zu verwenden, indem Sie die Timer senden und die Telefon-App anpassen. Die Methode bietet eine erhöhte Genauigkeit der Ergebnisse, auch wenn sie von nicht ausgebildeten Personen durchgeführt wird, was darauf hindeutet, dass sie für Patientenselbsttests zugänglich ist.

Research

JoVE Journal

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