Κατασκευή και μελέτη νέων μικρό-αναλυτικών συσκευών χάρτου για τον ποσοτικό προσδιορισμό βιοχημικών ουσιών με τη χρήση φορητών ηλεκτρονικών συσκευών
Authors: Ταραρά Μαρία 
Published: December 2024

Η ανάγκη για εκτέλεση δοκιμών στο σημείο ανάγκης (π.χ. περιβάλλον, ποιότητα τροφίμων) και για ανάπτυξη οικονομικά αποδοτικών διαγνωστικών τεστ στο σημείο φροντίδας συνεχώς αυξάνεται ειδικά για εργαστήρια με περιορισμένους πόρους και περιοχές με περιορισμένη πρόσβαση σε ιατρικές μονάδες. Οι μικρο-αναλυτικές συσκευές χάρτου (μPADs) αποτελούν τα τελευταία χρόνια ιδανική επιλογή για την κάλυψη αυτών των αναγκών λόγω της απλότητάς τους, του χαμηλού κόστους και της φορητότητας που προσφέρουν. Επιπλέον, η ικανότητα ελέγχου του ρυθμού ροής στα υδρόφιλα κανάλια μπορεί να αξιοποιηθεί για την αυτοματοποίηση των αναλύσεων πολλαπλών βημάτων, οι οποίες τελικά θα επιτρέψουν την ανάπτυξη βελτιωμένων διαγνωστικών συσκευών. Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή έγινε κατασκευή μικρο-αναλυτικών συσκευών χάρτου και εφαρμογή τους για τον προσδιορισμό τεσσάρων βιοχημικών ουσιών σε βιολογικά δείγματα και φαρμακευτικά σκευάσματα. Παράλληλα, σε μία από τις μεθόδους μελετήθηκε ο έλεγχος της ταχύτητας της ροής του υγρού. Οι συσκευές αποτελούνταν από χαρτί χρωματογραφίας και κερί και όλες οι μέθοδοι προσέφεραν εύκολη ανίχνευση με τη χρήση φορητών ηλεκτρονικών συσκευών όπως η κάμερα ενός smartphone ή ένας επίπεδος σαρωτής. Με την βοήθεια ενός λογισμικού επεξεργασίας εικόνων έγινε μετατροπή της έντασης είτε του καταγεγραμμένου χρώματος είτε του φθορισμού (η οποία είναι ανάλογη της συγκέντρωσης) σε πληροφορίες τιμών ενός χρωματικού μοντέλου όπως είναι το RGB (κόκκινο, πράσινο, μπλε). Πιο συγκεκριμένα, στην πρώτη πειραματική εργασία της διατριβής, διερευνάται μια καινούρια μέθοδος ελέγχου της ροής του ρευστού που επιτρέπει τόσο την επιβράδυνση όσο και την επιτάχυνση. Οι υστερήσεις πραγματοποιήθηκαν με την εκτύπωση γραμμικών μοτίβων με κερί μεταβλητού πλάτους εντός του καναλιού ροής τα οποία θερμάνθηκαν για να διεισδύσουν στο χαρτί. Η επιτάχυνση της ροής επιτεύχθηκε με την επικάλυψη της υδρόφιλης διαδρομής από υδρόφοβα στρώματα. Για την εφαρμογή της ιδέας, χρησιμοποιήθηκε ένας ενζυμικός προσδιορισμός γλυκόζης. Στην δεύτερη πειραματική εργασία, περιγράφεται μια άμεση φθορισμομετρική μέθοδος, που χρησιμοποιεί συσκευές χάρτου για τον εκλεκτικό προσδιορισμό της ιστιδίνης. Η προτεινόμενη μέθοδος εκμεταλλεύεται την εκπομπή φθορισμού της ιστιδίνης μετά την ταχεία αντίδρασή της με ο-φθαλαλδεΰδη (OPA) σε βασικό περιβάλλον στην επιφάνεια της συσκευής με την εφαρμογή λάμπας UV στα 354 nm. Ουσιαστικά γίνεται προσθήκη δείγματος, ακτινοβόληση της συσκευής με την λάμπα και μέτρηση του φθορισμού χρησιμοποιώντας μια κάμερα ενός smartphone. Τέλος, έγινε βελτιστοποίηση, επικύρωση και εφαρμογή της μεθόδου σε δείγματα ανθρώπινων ούρων με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Στην τρίτη πειραματική εργασία, αναπτύχθηκε μια γρήγορη και εύκολη μέθοδος για τον χρωματομετρικό προσδιορισμό του ασβεστίου χρησιμοποιώντας τις ίδιες συσκευές χάρτου. Ουσιαστικά, αξιοποιούνται οι χρωματικές διαφορές που αναπτύσσονται, μετά την προσθήκη ασβεστίου, στην επιφάνεια των συσκευών λόγω της αντίδρασης συμπλοκοποίησης του ασβεστίου με το μπλε της μεθυλθυμόλης (MTB) σε αλκαλικό pH. Ένας επίπεδος σαρωτής χρησιμοποιήθηκε σαν ανιχνευτής και ακολούθησε βελτιστοποίηση, επικύρωση και επιτυχής εφαρμογή της μεθόδου σε δείγματα σιέλου. Στην τελευταία πειραματική εργασία, περιγράφεται μια φθορισμομετρική μέθοδος με βάση το χαρτί για τον ποσοτικό προσδιορισμό των μορίων γλουταθειόνης σε συμπληρώματα διατροφής. Η μέθοδος βασίζεται στην εκπομπή φθορισμού που προκύπτει από την άμεση και εκλεκτική χημική αντίδραση των μορίων γλουταθειόνης με το αντιδραστήριο παραγωγοποίησης που είναι η ο-φθαλαλδεΰδη σε αλκαλικές συνθήκες. Έπειτα, βελτιστοποιήθηκαν οι διάφορες παράμετροι, έγινε επικύρωση και εφαρμογή της μεθόδου σε τρία διαφορετικά δείγματα συμπληρωμάτων διατροφής.