Name: low-cost, volume-controlled dipstick urinalysis for home-testing
Uploaded: 2021-05-08T13:00:00
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Este trabalho foi financiado pela Dorothy J. Wingfield Phillips Chancellor Faculty Fellowship. Emily Kight foi financiada pela NSF GRFP.

1. Fabricar e montar o dispositivo de urina
<ol><li>Fabricar a placa base (Figura 1A).<ol>
<li>Use um software CAD (Computer-Aided Design, design aided design, design auxiliado por computador) para desenhar uma área retangular com dimensões 2.1641 em x 0,0547 em x 6,3828 em (W x H x L) usando a ferramenta poliline.</li>
		<li>Meça a área de teste (área retangular que abrange a distância entre a primeira e a última almofada e a largura das almofadas) na vareta. NOTA: Essas informa...

<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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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+detection+for+paper-based+microfluidics.">Electrochemical detection for paper-based microfluidics.</a> Analytical Chemistry. 81, 5821-5826 (2009).</li><li>Van Delft, 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=Prospective,+observational+study+comparing+automated+and+visual+point-of-care+urinalysis+in+general+practice.">Prospective, observational study comparing automated and visual point-of-care urinalysis in general practice.</a> BMJ Open. 6, 1-7 (2016).</li><li>. 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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D., Wan, Y., Yu, H., Cunningham, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Medical+diagnostics+with+mobile+devices:+Comparison+of+intrinsic+and+extrinsic+sensing.">Medical diagnostics with mobile devices: Comparison of intrinsic and extrinsic sensing.</a> Biotechnology Advances. 34, 291-304 (2016).</li><li>Vashist, S., Schneider, E., Luong, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Commercial+Smartphone-Based+Devices+and+Smart+Applications+for+Personalized+Healthcare+Monitoring+and+Management.">Commercial Smartphone-Based Devices and Smart Applications for Personalized Healthcare Monitoring and Management.</a> Diagnostics. 4, 104-128 (2014).</li><li>. 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>

A tradicional urina de vareta é acessível e conveniente, mas requer atenção manual aos detalhes para produzir resultados precisos. A urina de vareta manual está sujeita a condições variáveis de iluminação, diferenças individuais de percepção de cores e contaminação cruzada. Muitas clínicas e hospitais já possuem instrumentos para automatizar a análise de vareta de urina, mas os instrumentos geralmente são volumosos, caros e ainda dependem do desempenho adequado do método dip-wipe. Além disso, esses i...

A urina é uma fonte não invasiva de múltiplos indicadores metabólicos de doença ou saúde. A urinálise, a análise física e/ou química da urina, pode ser realizada rapidamente para detectar doença renal, doença do trato urinário, doença hepática, diabetes mellitus e hidratação geral1. As varetas de urina são ferramentas de diagnóstico semi-quantitativas acessíveis que dependem de alterações colorimétricas para indicar níveis fisiológicos aproximados. Cada vareta pode realizar uma grande variedade de ensaios, incluindo testes para pH, osmolalidade, hemoglobina/mioglobina, hematuria, leucocitte esterase, glicose, proteinúria, nitrito, cetona e bilirrubina2. O princípio da vareta urinálise baseia-se na ocorrência de uma reação cronometrada através da qual uma mudança de cor na almofada de vareta pode ser comparada a um gráfico para determinar a concentração de analito3. Dada a sua acessibilidade e facilidade de uso, as varetas são uma das ferramentas mais comuns para a urinálise na área da saúde.
Tradicionalmente, a urina de vareta conta com uma enfermeira ou técnico médico treinado para inserir manualmente a vareta em uma xícara de amostra de urina, limpar o excesso de urina e comparar as almofadas de cor com as cores em horários específicos. Embora o método de mergulho e limpeza seja o padrão-ouro para a análise de vareta, sua dependência da avaliação visual humana limita as informações quantitativas que podem ser obtidas. Além disso, os dois passos manuais de vareta urinálise – a etapa de dip-wipe e a comparação de resultados colorimétricos – exigem uma técnica precisa, que limita a possibilidade de testes confiáveis em ambientes domésticos pelos pacientes diretamente. A contaminação cruzada das pastilhas de amostra devido à limpeza pode causar alterações de cor imprecisas. Além disso, volumes inconsistentes resultantes da falta de controle de volume durante a limpeza podem resultar em medição inadequada das concentrações de analito. É importante ressaltar que o tempo entre mergulhar a urina (ou seja, o início do ensaio) e a comparação com um gráfico é fundamental para uma análise precisa dos resultados e é uma enorme fonte potencial de erro humano. A dificuldade na comparação colorimétrica manual é que muitas almofadas devem ser lidas ao mesmo tempo, enquanto algumas almofadas são lidas em momentos diferentes. Mesmo comparações de cores perfeitamente cronometradas ainda dependem da acuidade visual do leitor humano, que pode sofrer de cegueira de cor ou perceber cores diferentes em diferentes ambientes de iluminação4. Esses desafios ressaltam por que os médicos só podem contar com a vareta urinálise realizada por pessoal treinado. No entanto, um sistema automatizado de urinalílise poderia resolver todas as preocupações acima mencionadas, eliminando a necessidade de etapas manuais de limpeza de mergulho, incorporando controles de tempo e permitindo comparações simultâneas de cores com referências de cores calibradas. Isso, por sua vez, reduziria o erro do usuário, permitindo uma possível adoção em ambientes domésticos.
Nos últimos 20 anos, foram utilizados analisadores automáticos para ler os resultados dos testes de urina de vareta com a mesma precisão ou superior à análise visual5. Muitas clínicas e consultórios médicos usam essas máquinas para analisar rapidamente e imprimir os resultados tradicionais de vareta. A maioria das máquinas de urinar minimiza erros de inspeção visual e garante consistência nos resultados6. Eles são fáceis de usar e mais eficientes do que a inspeção manual, mas ainda exigem que o usuário execute o método dip-wipe corretamente. Assim, essas máquinas têm capacidade limitada de serem operadas por pessoas não treinadas, como usuários domésticos; além disso, eles são extremamente caros.
Recentemente, os celulares surgiram como uma ferramenta engenhosa para várias medidas colorimétricas biológicas7,8,9,10, inclusive para a urinálise11,12,13. Dadas as suas capacidades de sensoriamento remoto e alta resolução de imagens, os telefones celulares tornaram-se dispositivos analíticos eficazes para a saúde14,15. De fato, a FDA liberou vários testes de urina domiciliar baseados em smartphones16,17,18. Alguns dos novos produtos comerciais baseados em smartphones incorporam varetas de urina estabelecidas, enquanto outros possuem almofadas colorimétricas proprietárias. Todos esses produtos possuem métodos proprietários para calibrar para diferentes condições de iluminação em diferentes tipos de telefones. Ainda assim, um problema com essas soluções é que o usuário deve tirar uma foto manualmente no momento certo, além de realizar um método manual adequado de limpeza de mergulho (ou seja, sem contaminação cruzada). Notavelmente, nenhum desses testes controla o volume depositado nas varetas, que encontramos pode afetar a mudança de cor19 e o resultado fisiológico interpretado. As lacunas e custos atuais nos fluxos de trabalho desses dispositivos sugerem uma necessidade adicional de permitir um procedimento de deposição de urina controlado por humanos e controlado por volume e fotografia de vareta sem mãos.
Descrevemos um protocolo para urina de vareta automatizada controlada por volume sem a necessidade de um passo manual de limpeza de mergulho. A chave para o processo automatizado é um dispositivo19 cujo princípio subjacente é baseado no SlipChip20 e que transfere líquido entre diferentes camadas usando efeitos de química superficial. Em suma, o revestimento hidrofóbico no slide de transferência e na manga da placa circundante forçam o líquido a mover-se sem esforço através do dispositivo e a liberar sobre a almofada de vareta uma vez que o slide está em sua posição final, momento em que a barreira hidrofóbica inferior é substituída por ar. Além disso, a caixa coordenada de bloqueio de luz padroniza as condições de iluminação, o ângulo de visão da câmera e a distância para o foco da câmera para garantir resultados precisos e repetíveis que não são influenciados pelas condições de iluminação ambiente. Um aplicativo de software que acompanha automatiza a captura de imagens e análises colorimétricas. Após a descrição do protocolo, fornecemos resultados representativos do teste de urinálise em diferentes condições. Comparações com o método padrão de dip-wipe demonstram confiabilidade do método 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

A urina de dipstick fornece estimativas rápidas e acessíveis de múltiplas condições fisiológicas, mas requer uma boa técnica e treinamento para usar com precisão. O desempenho manual da urina de vareta depende de uma boa visão de cor humana, controle adequado da iluminação e comparações propensas a erros e sensíveis ao tempo com as cores dos gráficos. Ao automatizar os principais passos no teste de urina de vareta, podem ser eliminadas possíveis fontes de erro, permitindo o autoteste em casa. Descrevemos as etapas necessárias para criar um dispositivo personalizável para realizar testes automatizados de urina em qualquer ambiente. O dispositivo é barato de fabricar e simples de montar. Descrevemos os principais passos envolvidos na personalização para a vareta de escolha e para personalizar um aplicativo de celular para analisar os resultados. Demonstramos seu uso para realizar a urinálise e discutir as medidas críticas e as etapas de fabricação necessárias para garantir uma operação robusta. Em seguida, comparamos o método proposto com o método dip-and-wipe, a técnica padrão-ouro para a urina de vareta.

A Figura 4 demonstra como a urina é transferida para a vareta durante um teste de urina. Durante um teste típico, a transferência de urina não é observável porque a caixa oclui a vista. Uma vez que a amostra seja depositada na entrada usando uma pipeta (Passo 3.1), ela preencherá os orifícios na lâmina(Figura 4A). Figura 4B e Figura 4C, respectivamente,mostram o movimento progressivo da urina a...

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

A microse de vareta é um método rápido e acessível para avaliar o estado de saúde pessoal. Apresentamos um método para realizar uma urina de vareta de baixa custo precisa que remove as principais fontes de erro associadas aos protocolos tradicionais de mergulho e limpeza e é simples o suficiente para ser realizado por usuários leigos em casa.

Urinalysis de dipstick de baixo custo e controlados por volume para testes domésticos

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

O desempenho manual da vareta de urina depende de uma boa técnica e comparação sensível ao tempo com as cores dos gráficos, mas automatizando etapas-chave, podemos eliminar possíveis fontes de erro e permitir testes em casa. Assim, como um dispositivo, é personalizável, barato de fabricar e fácil de montar. Pode ser usado para realizar a urinálise automatizada em qualquer ambiente.Embora medidas críticas nas etapas de fabricação sejam necessárias para garantir uma operação robusta, a implementação do dispositivo é simples e fornece resultados precisos e confiáveis. Depois de projetar o dispositivo em um programa de software de design auxiliado por computador apropriado, imprima a tampa de entrada, placa superior, slide e caixa em um cortador de laser na placa baseada em dispositivo de urina em uma impressora 3D. Use lixa para lixar a área superior da placa base entre as bordas para endurecer a superfície.Para montar a entrada e a placa superior, use cimento acrílico para colar a tampa da entrada na placa superior onde está localizado o orifício de entrada. Tape as bordas da placa base com fita adesiva e segurando uma lata de spray hidrofóbico de oito a 12 polegadas de distância, pulverize a placa base, a placa superior e deslize com quatro a oito casacos. O dispositivo deve ter uma aparência branca leitosa ao secar.Depois de esperar 12 horas para que a placa base seque completamente, remova a fita das bordas. Quando o spray estiver completamente seco, alinhe a placa superior completa com as bordas da placa base e use cimento acrílico para colar as duas peças juntas para criar a manga da placa. Em seguida, use um grampo para fixar as peças juntas durante a secagem.Enquanto o dispositivo estiver secando, baixe um código QR de um gerador de código QR on-line no adesivo de gráfico de vinil impresso comercialmente do site do fabricante. Imprima o código desejado e o gráfico no papel com apoio adesivo pegajoso. Coloque o código QR 0,17 polegadas da direita do primeiro através do orifício adjacente à linha de furos e use fita clara para cobrir e fixar o código no slide.Em seguida, coloque o adesivo do gráfico de vinil na manga da placa para que ele esteja alinhado com cada um através do orifício. Para preparar o teste, baixe o aplicativo móvel de teste de urina do GitHub e instale o aplicativo em um celular. Leia as instruções e ajuste os nomes de analito e os tempos de leitura a serem ajustados para corresponder aos da vareta de juros.Insira a vareta nos furos sob a manga da placa e coloque a manga da placa dentro da caixa para que o entalhe esteja alinhado com a abertura da caixa. Coloque o slide na manga da placa para que os furos sejam alinhados com a entrada e coloque o telefone na parte superior da caixa com a lente da câmera traseira voltada para a visualização através do orifício. Confirme que a posição do telefone permitirá que uma imagem da tira de teste seja adquirida através da lente da câmera e inicie o aplicativo de teste de urina.Em seguida, alinhe o telefone para que a vareta coincida com os limites da sobreposição retangular preta na tela e clique em começar o teste. Para analisar uma amostra de urina, use uma pipeta descartável de transferência de polietileno para depositar aproximadamente 500 microliters de urina no orifício da entrada e empurrar o slide para a manga da placa até que seja parado pela parte superior da placa base para iniciar o teste. Aqui, podem ser observados resultados representativos de um teste de urinálise realizado com um smartphone de alta qualidade.Como esperado, a cor da vareta não mudou em resposta à água. Com o valor final para a urina padrão, combinando com o nível normal de limiar de glicose urinária, e o valor final para a alta condição de glicose sendo elevado acima do valor normal. É importante notar que o valor correto não é atingido por 30 segundos, ilustrando a importância de definir o intervalo de leitura de tempo corretamente.Utilizando um smartphone com menor resolução de imagem e especificações de lanterna, observa-se uma redução significativa na cor da imagem e na qualidade do painel de dipstick. O algoritmo de correspondência de cores usado pelo aplicativo do smartphone para o teste de urina, no entanto, produz os mesmos resultados para as concentrações de analito, apesar das diferenças na aparência física das cores das almofadas de vareta. Comparar os resultados capturados por um dispositivo de urina automatizada com aqueles obtidos usando o método tradicional de mergulho e limpeza e o padrão comercial de urina revela que a precisão do sistema automatizado de dispositivos de urina depende do volume transferido para cada almofada de dipstick.Portanto, é fundamental que o dispositivo seja capaz de transferir com precisão e consistente o volume de urina necessário para as almofadas de vareta. Uma limitação dessa técnica é que os revestimentos hidrofóbicos podem descascar com uso frequente, alterando assim o volume transferido e potencialmente reduzindo a precisão. Além disso, a ligação acrílica também pode enfraquecer com testes repetidos.O protocolo pode ser usado para usar com qualquer tipo de vareta com diferentes marcas, enviando os temporizadores e ajustando o aplicativo do telefone. O método proporciona maior precisão dos resultados mesmo quando realizado por indivíduos não treinados, sugerindo que ele é incomensível ao autoteste do paciente.

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