Name: low-cost, volume-controlled dipstick urinalysis for home-testing
Uploaded: 2021-05-08T13:00:00
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Questo lavoro è stato finanziato dalla Dorothy J. Wingfield Phillips Chancellor Faculty Fellowship. Emily Kight è stata finanziata dalla NSF GRFP.

1. Fabbricare e assemblare il dispositivo di analisi delle orinatoie
<ol><li>Fabbricare la piastra di base(Figura 1A).<ol>
<li>Utilizzare un software CAD (Computer-Aided Design) per disegnare un'area rettangolare con dimensioni 2.1641 in x 0,0547 in x 6,3828 in (W x H x L) utilizzando lo strumento polilinea.</li>
		<li>Misurare l'area di prova (area rettangolare che comprende la distanza tra il primo e l'ultimo pad e la larghezza dei cuscinetti) sull'apstick. NOTA: Queste informazioni s...

<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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Urisys 1100 Analyzer Available from: <a target="_blank" href="https://diagnostics.roche.com/us/en/products/instruments/urisys-1100.html">https://diagnostics.roche.com/us/en/products/instruments/urisys-1100.html</a> (2020)</li><li>Filippini, D., Lundstr&#246;m, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+strategy+and+instrumental+performance+of+a+computer+screen+photo-assisted+technique+for+the+evaluation+of+a+multi-parameter+colorimetric+test+strip.">Measurement strategy and instrumental performance of a computer screen photo-assisted technique for the evaluation of a multi-parameter colorimetric test strip.</a> Analyst. 131, 111-117 (2006).</li><li>Shen, L., Hagen, J. A., Papautsky, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Point-of-care+colorimetric+detection+with+a+smartphone.">Point-of-care colorimetric detection with a smartphone.</a> Lab on a Chip. 12, 4240-4243 (2012).</li><li>Ra, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smartphone-Based+Point-of-Care+Urinalysis+under+Variable+Illumination.">Smartphone-Based Point-of-Care Urinalysis under Variable Illumination.</a> IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 6, 1-11 (2018).</li><li>Yetisen, A. K., Martinez-Hurtado, J. L., Garcia-Melendrez, A., Da Cruz Vasconcellos, F., Lowe, C. 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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. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SlipChip.">SlipChip.</a> Lab on a Chip. 9, 2286-2292 (2009).</li></ol>

L'analisi tradizionale della minzione a dipstick è conveniente e conveniente, ma richiede un'attenzione manuale ai dettagli per ottenere risultati accurati. L'analisi manuale della minzione a dipstick è soggetta a condizioni di illuminazione variabili, differenze di percezione del colore individuali e contaminazione incrociata. Molte cliniche e ospedali hanno già strumenti per automatizzare l'analisi delle dipstick delle urine, ma gli strumenti sono solitamente ingombranti, costosi e si basano ancora sulle corrette pr...

L'urina è una fonte non invasiva di molteplici indicatori metabolici di malattia o salute. L'analisi urinaria, l'analisi fisica e/o chimica delle urine, può essere eseguita rapidamente per rilevare malattie renali, malattie del tratto urinario, malattie del fegato, diabete mellito e idratazione generale1. I dipsticks per analisi delle urina sono strumenti diagnostici semi-quantitativi convenienti che si basano su cambiamenti colorimetrici per indicare livelli fisiologici approssimativi. Ogni dipstick può eseguire un'ampia varietà di test tra cui test per pH, osmolalità, emoglobina / mioglobina, ematuria, leucocita esterasi, glucosio, proteinuria, nitrito, chetone e bilirubina2. Il principio dell'analisi della minzione a dipstick si basa sul verificarsi di una reazione a tempo attraverso la quale un cambiamento di colore sul pad dipstick può essere confrontato con un grafico per determinare la concentrazione di analiti3. Data la loro convenienza e facilità d'uso, i bastoncini sono uno degli strumenti più comuni per l'analisi delle orinatoie in ambito sanitario.
Tradizionalmente, l'analisi delle urine a dipstick si basa su un infermiere o un tecnico medico addestrato per inserire manualmente l'apstick in una tazza di campione di urina, pulire l'urina in eccesso e confrontare le pastiglie di colore con i colori del grafico in momenti specifici. Mentre il metodo dip-and-wipe è il gold standard per l'analisi del dipstick, la sua dipendenza dalla valutazione visiva umana limita le informazioni quantitative che possono essere ottenute. Inoltre, le due fasi manuali dell'analisi delle orinatoie dipstick - il passo di dip-wipe e il confronto dei risultati colorimetrici - richiedono una tecnica accurata, che limita la possibilità di test affidabili in ambienti domiciliari direttamente da parte dei pazienti. La contaminazione incrociata dei pastiglie del campione a causa della pulizia può causare cambiamenti di colore imprecisi. Inoltre, volumi incoerenti derivanti dalla mancanza di controllo del volume durante la pulizia possono comportare una misurazione impropria delle concentrazioni di aliti. È importante sottolineare che il tempo che si tra l'immersione dell'urina (cioè l'inizio del saggio) e il confronto con un grafico è fondamentale per un'analisi accurata dei risultati ed è un'enorme fonte potenziale di errore umano. La difficoltà nel confronto colorimetrico manuale è che molti pad devono essere letti contemporaneamente, mentre alcuni pad vengono letti in momenti diversi. Anche i confronti di colore perfettamente programmati dipendono ancora dall'acuità visiva del lettore umano, che può soffrire di daltonismo o percepire colori diversi in diversi ambienti di illuminazione4. Queste sfide sottolineano perché i medici possono fare affidamento solo sulla minzione dipstick eseguita da personale addestrato. Tuttavia, un sistema automatizzato di analisi delle urinarie potrebbe risolvere tutte le preoccupazioni di cui sopra eliminando la necessità di passaggi manuali di dip-wipe, incorporando controlli di temporizzazione e consentendo confronti simultanei dei colori con riferimenti di colore calibrati. Ciò, a sua volta, ridurrebbe l'errore dell'utente, consentendo un'eventuale adozione nelle impostazioni di casa.
Negli ultimi 20 anni, sono stati utilizzati analizzatori automatici per leggere i risultati dei test delle urine dipstick con la stessa accuratezza o il superamento dell'analisivisiva 5. Molte cliniche e studi medici utilizzano tali macchine per analizzare e stampare rapidamente i risultati di dipstick tradizionali. La maggior parte delle macchine per l'analisi delle urinarie riduce al minimo gli errori di ispezione visiva e garantisce coerenza neirisultati 6. Sono facili da usare e più efficienti dell'ispezione manuale, ma richiedono comunque all'utente di eseguire correttamente il metodo di dip-wipe. Pertanto, queste macchine hanno una capacità limitata di essere gestite da persone non addestrate come gli utenti domestici; inoltre, sono estremamente costosi.
Recentemente, i telefoni cellulari sono emersi come uno strumento pieno di risorse per varie misurazioni colorimetrichebiologiche 7,8,9,10,anche per l'analisidelle urinarie 11,12,13. Date le loro capacità di telerilevamento e l'alta risoluzione di imaging, i telefoni cellulari sono diventati efficaci dispositivianalitici sanitari 14,15. In effetti, la FDA ha autorizzato diversi test delle urine a casa basati su smartphone16,17,18. Alcuni dei nuovi prodotti commerciali basati su smartphone incorporano dipsticks di analisi delle urinazioni consolidati, mentre altri sono dotati di pad colorimetrici proprietari. Tutti questi prodotti sono dotati di metodi proprietari per calibrare per diverse condizioni di illuminazione tra diversi tipi di telefoni. Tuttavia, un problema con queste soluzioni è che l'utente deve scattare manualmente una foto al momento giusto oltre a eseguire un metodo di dip-wipe manuale adeguato (cioè senza contaminazione incrociata). In particolare, nessuno di questi test controlla il volume depositato sui dipsticks, che abbiamo trovato possa influenzare il cambiamento di colore19 e interpretare il risultato fisiologico. Le attuali lacune e costi nei flussi di lavoro di questi dispositivi suggeriscono un'ulteriore necessità di consentire una procedura di deposizione delle urine senza uso umano e controllata dal volume e una fotografia a mani libere.
Descriviamo un protocollo per l'analisi automatica della minzione a dipstick controllata dal volume senza la necessità di un passaggio manuale di dip-wipe. La chiave del processo automatizzato è un dispositivo19 il cui principio di base si basa su SlipChip20 e che trasferisce il liquido tra diversi strati utilizzando effetti di chimica delle superfici. In breve, il rivestimento idrofobico sullo scivolo di trasferimento e sul manicotto della piastra circostante forza il liquido a muoversi senza sforzo attraverso il dispositivo e a rilasciare sul tampone di sganciatura una volta che lo scivolo è nella sua posizione finale, a quel punto la barriera idrofobica inferiore viene sostituita con aria. Inoltre, la scatola di blocco della luce coordinata standardizza le condizioni di illuminazione, l'angolo di visione della fotocamera e la distanza per la messa a fuoco della fotocamera per garantire risultati accurati e ripetibili che non sono influenzati dalle condizioni di illuminazione ambientale. Un'app software di accompagnamento automatizza l'acquisizione di immagini e l'analisi colorimetrica. Seguendo la descrizione del protocollo, forniamo risultati rappresentativi del test di analisi delle urinarie in diverse condizioni. I confronti con il metodo standard di dip-wipe dimostrano l'affidabilità del metodo proposto.

<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

L'analisi delle orinatoie dipstick fornisce stime rapide e convenienti di più condizioni fisiologiche, ma richiede una buona tecnica e allenamento da utilizzare con precisione. Le prestazioni manuali dell'analisi delle orinatoie dipstick si basano su una buona visione del colore umano, un corretto controllo dell'illuminazione e confronti sensibili al tempo e soggetti a errori ai colori del grafico. Automatizzando i passaggi chiave nel test di analisi delle orinatoie dipstick, è possibile eliminare potenziali fonti di errore, consentendo l'auto-test a casa. Descriviamo i passaggi necessari per creare un dispositivo personalizzabile per eseguire test automatizzati dell'analisi delle urinarie in qualsiasi ambiente. Il dispositivo è economico da produrre e semplice da assemblare. Descriviamo i passaggi chiave necessari per personalizzarlo per l'pstick preferito e per personalizzare un'app di telefonia mobile per analizzare i risultati. Dimostriamo il suo utilizzo per eseguire l'analisi delle urinarie e discutiamo le misure critiche e le fasi di fabbricazione necessarie per garantire un funzionamento robusto. Confrontiamo quindi il metodo proposto con il metodo dip-and-wipe, la tecnica gold standard per l'analisi delle minie dipstick.

La figura 4 mostra come l'urina viene trasferita all'apstick durante un test di analisi delle urine. Durante un test tipico, il trasferimento di urina non è osservabile perché la scatola occlude la vista. Una volta depositato il campione nell'ingresso utilizzando una pipetta (Passaggio 3.1), riempirà i fori sullo scivolo (Figura 4A). La figura 4B e la figura 4C, rispettivamente, mostrano il movimento...

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

L'analisi delle orinatoie dipstick è un metodo rapido e conveniente per valutare il proprio stato di salute personale. Presentiamo un metodo per eseguire un'analisi accurata e a basso costo della minzione a dipstick che rimuove le principali fonti di errore associate ai protocolli di immersione e cancellazione tradizionali ed è abbastanza semplice da essere eseguita dagli utenti laici a casa.

Analisi delle minisi a dipstick a basso costo e controllata dal volume per i test a casa

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

Le prestazioni manuali dell'apstick dell'analisi delle urina si basano su una buona tecnica e un confronto sensibile al tempo con i colori del grafico, ma automatizzando i passaggi chiave, possiamo eliminare potenziali fonti di errore e consentire il test a casa. Quindi, come dispositivo, è personalizzabile, economico da produrre e facile da assemblare. Può essere utilizzato per eseguire analisi automatizzate delle urinarie in qualsiasi ambiente.Sebbene siano necessarie misurazioni critiche nelle fasi di fabbricazione per garantire un funzionamento robusto, l'implementazione del dispositivo è semplice e fornisce risultati accurati e affidabili. Dopo aver progettato il dispositivo in un programma software di progettazione attrezzato per computer appropriato, stampare il coperchio di ingresso, la piastra superiore, lo scivolo e la scatola su una fresa laser nella piastra basata su dispositivo di analisi delle urinarie su una stampante 3D. Utilizzare carta vetrata per carteggiare l'area superiore della faccia della piastra di base tra le sporgenze per irrogitare la superficie.Per assemblare l'ingresso e la piastra superiore, utilizzare il cemento acrilico per incollare il coperchio di ingresso sulla piastra superiore in cui si trova il foro di ingresso. Rastremi le sporgenze della piastra di base con nastro adesivo e tenendo una lattina di spray idrofobico da otto a 12 pollici di distanza, spruzzare la piastra di base, la piastra superiore e scivolare con quattro o otto mani. Il dispositivo dovrebbe avere un aspetto bianco latteo al momento dell'asciugatura.Dopo aver aspettato 12 ore che la piastra di base si asciughi completamente, rimuovere il nastro dalle sporgenze. Quando lo spray si è completamente asciugato, allineare la piastra superiore completata con le sporgenze della piastra di base e utilizzare cemento acrilico per incollare i due pezzi insieme per creare il manicotto della piastra. Quindi utilizzare un morsetto per fissare i pezzi insieme durante l'asciugatura.Mentre il dispositivo si sta asciugando, scarica un codice QR da un generatore di codici QR online nell'adesivo del grafico in vinile stampato commercialmente dal sito Web del produttore. Stampare il codice e il grafico desiderati su carta con supporto adesivo appiccicoso. Posizionare il codice QR a 0,17 pollici da destra del primo foro passante adiacente alla fila di fori passanti e utilizzare nastro chiaro per coprire e fissare il codice alla diapositiva.Quindi posizionare l'adesivo del grafico in vinile sul manicotto della piastra in modo che sia allineato a ciascun foro passante. Per preparare il test, scarica l'applicazione mobile di test delle urine da GitHub e installa l'app su un telefono cellulare. Leggi le istruzioni e regola i nomi degli aliti e gli orari di lettura in modo che siano regolati in base a quelli per l'pstick di interesse.Inserire l'apstick nei fori attraverso sotto il manicotto della piastra e posizionare il manicotto della piastra all'interno della scatola in modo che la tacca sia allineata con lo spazio della scatola. Posizionare lo scivolo nel manicotto della piastra in modo che i fori passanti siano allineati con l'ingresso e posizionare il telefono sulla parte superiore della scatola con l'obiettivo della fotocamera posteriore rivolto verso la visualizzazione attraverso il foro. Verificare che la posizione del telefono consenta di acquisire un'immagine della striscia di prova attraverso l'obiettivo della fotocamera e avviare l'applicazione di test delle urine.Quindi allineare il telefono in modo che l'apstick coincida con i limiti della sovrapposizione rettangolare nera sullo schermo e fare clic su avvia per iniziare il test. Per analizzare un campione di urina, utilizzare una pipetta monouso per il trasferimento del polietilene per depositare circa 500 microlitri di urina nel foro di ingresso e spingere lo scivolo nel manicotto della piastra fino a quando non viene fermato dalla parte superiore della piastra di base per avviare il test. Qui, si possono osservare i risultati rappresentativi di un test di analisi delle urinarie eseguito con uno smartphone di alta qualità.Come previsto, il colore dell'apstick non è cambiato in risposta all'acqua. Con il valore finale per l'urina standard, corrispondente al normale livello di soglia del glucosio urinario, e il valore finale per l'elevata condizione di glucosio elevato al di sopra del valore normale. È importante notare che il valore corretto non viene raggiunto per 30 secondi, illustrando l'importanza di impostare correttamente l'intervallo di lettura della temporizzazione.Utilizzando uno smartphone con una risoluzione dell'immagine inferiore e specifiche della torcia elettrica, si osserva una significativa riduzione del colore dell'immagine e della qualità del pannello dipstick. L'algoritmo di corrispondenza dei colori utilizzato dall'applicazione per smartphone per il test di analisi delle urinarie, tuttavia, produce gli stessi risultati per le concentrazioni di analiti nonostante le differenze nell'aspetto fisico dei colori dei tamponi dipstick. Confrontando i risultati acquisiti da un dispositivo automatizzato di analisi delle urine con quelli ottenuti utilizzando il metodo tradizionale di immersione e asciugatura e lo standard delle urine commerciali risulta che l'accuratezza del sistema automatizzato del dispositivo di analisi delle urine dipende dal volume trasferito su ciascun tampone di sfeccaggio.Pertanto, è fondamentale che il dispositivo sia in grado di trasferire in modo accurato e coerente il volume di urina richiesto alle pastiglie di spstick. Una limitazione di questa tecnica è che i rivestimenti idrofobi possono sbucciare con uso frequente, alterando così il volume trasferito e potenzialmente riducendo la precisione. Inoltre, l'incollaggio acrilico può anche indebolirsi con test ripetuti.Il protocollo può essere utilizzato per utilizzare con qualsiasi tipo di dipstick con diverse marche inviando i timer e regolando l'app del telefono. Il metodo fornisce una maggiore precisione dei risultati anche se eseguito da individui non addestrati, suggerendo che sia suscettibile all'auto-test del paziente.

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