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Einführung in die Lateral-Flow-Schnelltestdiagnostik

Lateral-Flow-Assays (LFAs) sind einfach zu bedienende Einweg-Diagnosegeräte, die in Proben wie Speichel, Blut, Urin und Lebensmitteln auf Biomarker testen können. Die Tests haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Diagnosetechnologien, darunter:

  • Einfachheit: Die Einfachheit der Verwendung dieser Tests ist unübertroffen – geben Sie einfach ein paar Tropfen in den Probenport und lesen Sie Ihre Ergebnisse einige Minuten später mit dem Auge ab.
  • Wirtschaftlich: Die Tests sind kostengünstig – in der Regel weniger als ein Dollar pro Test, um sie in großem Maßstab herzustellen.
  • Robust: Die Tests können bei Umgebungstemperatur gelagert werden und sind mehrjährig haltbar.

Jedes Jahr werden Milliarden von Teststreifen für die Diagnose von sexuell übertragbaren Krankheiten, durch Mücken übertragenen Krankheiten, Tuberkulose, Hepatitis, Schwangerschafts- und Fruchtbarkeitstests, Herzmarkern, Cholesterin- / Lipidtests, Drogenmissbrauch, Veterinärdiagnostik und Lebensmittelsicherheit hergestellt.

Ein LFA besteht aus einem Probenpad, einem Konjugatpad, einem Nitrozellulosestreifen, der Test- und Kontrollleitungen enthält, und einem Dochtpad. Jede Komponente überlappt sich um mindestens 1-2 mm, was einen ungehinderten Kapillarfluss der Probe ermöglicht.

Lateral Flow Rapid Test Diagram

Zur Verwendung des Geräts wird eine flüssige Probe wie Blut, Serum, Plasma, Urin, Speichel oder solubilisierte Feststoffe direkt in das Probenkissen gegeben und durch das Lateral Flow-Gerät geleitet. Das Probenpad neutralisiert die Probe und filtert unerwünschte Partikel wie rote Blutkörperchen. Die Probe kann dann ungehindert zu dem Konjugat-Pad fließen, das stark gefärbte oder fluoreszierende Nanopartikel enthält, die einen Antikörper auf ihrer Oberfläche haben. Wenn die Flüssigkeit das Konjugatpad erreicht, werden diese getrockneten Nanopartikel freigesetzt und vermischen sich mit der Probe. Wenn sich in der Probe Zielanalyten befinden, die der Antikörper erkennt, binden diese an den Antikörper. Die analytgebundenen Nanopartikel fließen dann durch eine Nitrozellulosemembran und über eine oder mehrere Testlinien und eine Kontrollleitung. Die Testlinie (beschriftet mit T im Bild oben) ist die primäre Auslesung der Diagnose und besteht aus immobilisierten Proteinen, die das Nanopartikel binden können, um ein Signal zu erzeugen, das mit dem Vorhandensein des Analyten in der Probe korreliert. Die Flüssigkeit fließt weiter über den Streifen, bis sie die Steuerleitung erreicht. Die Kontrolllinie (im Bild oben mit C gekennzeichnet) enthält Affinitätsliganden, die das Nanopartikel-Konjugat mit oder ohne den in Lösung vorhandenen Analyten binden, um zu bestätigen, dass der Assay ordnungsgemäß funktioniert. Nach der Steuerleitung fließt die Flüssigkeit in das Wicking Pad, das benötigt wird, um die gesamte Probenflüssigkeit zu absorbieren, um sicherzustellen, dass ein gleichmäßiger Fluss über die Test- und Steuerleitungen erfolgt. Bei einigen Tests wird nach dem Einführen der Probe ein Chase-Puffer an den Probenport angelegt, um sicherzustellen, dass die gesamte Probe über den Streifen transportiert wird. Sobald die gesamte Probe die Test- und Kontrolllinien passiert hat, ist der Assay abgeschlossen und der Benutzer kann die Ergebnisse ablesen.

Lateral Flow Casette

Die Analysezeit hängt von der Art der Membran ab, die im Lateral Flow Assay verwendet wird (größere Membranen fließen schneller, sind aber im Allgemeinen weniger empfindlich) und ist in der Regel in weniger als 15 Minuten abgeschlossen.

Lateral Flow Formate

Die beiden gängigen Assayformate heißen „Sandwich“ und „competitive“. Das Sandwich-Assay-Format wird typischerweise zum Nachweis größerer Analyten verwendet, die mindestens zwei Bindungsstellen oder Epitope aufweisen. Üblicherweise wird ein Antikörper an eine Bindungsstelle an das Nanopartikel konjugiert, und ein Antikörper an eine andere Bindungsstelle wird für die Testlinie des Assays verwendet. Wenn Analyt in der Probe vorhanden ist, bindet der Analyt sowohl an das Antikörper-Nanopartikel-Konjugat als auch an den Antikörper auf der Testlinie, was ein positives Signal ergibt. Das Sandwich-Format führt zu einer Signalintensität an der Testlinie, die direkt proportional zur Menge des in der Probe vorhandenen Analyten ist. Unabhängig davon die Quantität des Analyten in der Probe, bindet ein Antispeziesantikörper an der Kontrolllinie das nanoparticle und erbringt ein starkes Kontrollliniensignal, das zeigt, dass die Probe richtig funktioniert.

Sandwich Competition Lateral Flow Rapid Test Immunoassay

Das kompetitive Format wird zum Nachweis von Analyten verwendet, wenn Antikörperpaare nicht verfügbar sind oder wenn der Analyt für mehrere Antikörperbindungsereignisse wie Steroide und Medikamente zu klein ist. In diesem Format enthält die Testlinie typischerweise das Analytmolekül, üblicherweise einen Protein-Analyt-Komplex, und das Konjugatpad enthält das Detektionsantikörper-Nanopartikel-Konjugat. Wenn der Zielanalyt vorhanden ist, bindet der Analyt an das Konjugat und verhindert, dass es an der Testlinie an den Analyten bindet. Wenn der Analyt nicht vorhanden ist, binden die Konjugate an den Analyten an der Testlinie und ergeben ein Signal. Im kompetitiven Format ist die Signalintensität umgekehrt proportional zur Menge des in der Probe vorhandenen Analyten. Wie im Sandwichformat bindet die Kontrolllinie das nanoparticle Konjugat mit oder ohne den Analyten, der Vertrauen zur Verfügung stellt, dass die Probe richtig arbeitet.

Nanopartikel als Reporter im Lateral Flow

Standard-Lateral-Flow-Tests erzeugen ein optisches Signal, das von stark gefärbten Partikeln entsteht, die an Testlinien auf einem weißen Nitrozellulosestreifen gebunden sind. Dieses Signal kann mit dem Auge (qualitativ oder semi-quantitativ) oder mit einem Instrument (quantitativ) gelesen werden. Um die Empfindlichkeit des Geräts zu maximieren, sollte jedes Bindungsereignis das stärkste mögliche Signal erzeugen. Größere Partikel liefern ein stärkeres Signal pro Bindungsereignis und sind leichter zu erkennen, aber Partikel, die zu groß sind, fließen nicht leicht durch die Membran und haben daher nur eine begrenzte Möglichkeit, an die Testlinie zu binden. Daher werden Partikel mit Größen zwischen 20 nm und 500 nm typischerweise für die Lateral-Flow-Assay-Entwicklung ausgewählt. Es können auch fluoreszierende Partikel verwendet werden, wobei die gleichen allgemeinen Regeln gelten: Je stärker die Fluoreszenz pro Bindungsereignis ist, desto stärker ist das Signal.

Eines der am häufigsten verwendeten Reporterpartikel in Lateral-Flow-Assays sind Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von 40 nm. Goldnanopartikel haben ungewöhnliche optische Eigenschaften, die sie zu außergewöhnlich starken Lichtabsorbern machen. Gold mit einem Durchmesser von 40 nm hat eine Spitzenabsorption bei ~ 520 nm, was zu einer stark rubinroten Testlinie führt. Die Goldoberfläche bindet stark Antikörper und andere Proteine und lässt die einfache Herstellung von robusten Nanoparticleantikörperkonjugaten zu. Andere Größen und Formen von Nanopartikeln wurden auch als Lateral-Flow-Sonden verwendet. Goldnanoshells mit einem Durchmesser 150 Nanometer liefern einen höheren Kontrast pro verbindliches Ereignis und stellen gewöhnlich eine 3-20fache Zunahme der Empfindlichkeit zur Verfügung, wenn sie mit 40 Nanometer Goldpartikeln verglichen werden. Aufgrund des Siliziumdioxidkerns sind Goldnanoschalen weniger dicht als ein festes Goldpartikel und können ungehindert durch die Nitrozellulosemembran fließen. Da die Goldnanoschale die gleiche Goldoberfläche wie kleinere feste Goldnanopartikel hat, sind nur geringfügige Protokolländerungen erforderlich, um von festen Goldnanosphären zu Goldnanoshells zu wechseln. Bei nanoComposix sind die BioReady Linie von goldnanoparticles speziell für die Fabrikation von Konjugaten der hohen Qualität bestimmt, die für seitlichen Fluss benutzt werden können.

Analyse des Lateral-Flow-Assays

Die Ergebnisse eines Lateral-Flow-Tests können entweder qualitativ („Ja/Nein“), semi-quantitativ oder quantitativ sein. Der Schwangerschaftstest ist ein Beispiel für einen qualitativen Ja / Nein-Test, bei dem ein positives Testliniensignal mit erhöhten Spiegeln des hCG-Hormons im Urin korreliert, was darauf hinweist, dass die Anwenderin schwanger ist. Für die quantitative Diagnostik werden die Testlinienintensitäten mit einem Kalibrierstandard verglichen und in einen Analytkonzentrationswert umgerechnet. Um die Testlinienintensität genau zu messen, muss das LFA-Ergebnis von einem Streifenleser analysiert werden. Die jüngste Kommerzialisierung von kostengünstigen, mobilen Lesegeräten mit kleinem Formfaktor wird die LFA-Branche verändern, da einfache Methoden zur Quantifizierung der Ausgabe von LFAs ohne den Einsatz von eigenständigen Tischlesegeräten eine enorme Chance für den Heimgebrauch eröffnen von Point-of-Care-Diagnostik. Der unten gezeigte Leser ist ein neues Produkt von Lumos Diagnostics, bei dem ein Streifen in eine Kassette eingelegt, die Signalintensität auf dem Streifen mit einer Fotodiode analysiert und die Ergebnisse an ein Mobiltelefon zurückgesendet werden, um das Ergebnis anzuzeigen. Die Kalibrierungskurve für einen bestimmten Assay ist in die Software für diesen Test integriert, sodass die Anzeige der Testlinie automatisch in eine Massenkonzentration für den Analyten umgewandelt werden kann und dem Benutzer ein Endergebnis angezeigt wird.

Lumos Diagnose disposible bluetooth Leser

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