Malaria Diagnosis Using Paper-Based Immunoassay for Clinical Blood Sampling and Analysis by a Miniature Mass Spectrometer.
Malaria Diagnosis Using Paper-Based Immunoassay for Clinical Blood Sampling and Analysis by a Miniature Mass Spectrometer.
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DOI：
10.1021/acs.analchem.2c03105
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发表时间：
2022-10-18
影响因子：
7.4
通讯作者：
Badu-Tawiah, Abraham K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lee, Suji;Kulyk, Dmytro S.;Afriyie, Stephen Opoku;Badu, Kingsley;Badu-Tawiah, Abraham K.
在这项工作中，我们开发了一种纸基微流体装置，能够远程收集生物流体，然后使用微型质谱仪分析干燥的临床样本。我们通过分析从加纳收集的临床疟疾样本（全血），评估了便携式质谱仪作为可能的监测平台的可能性。我们合成了 pH 敏感离子探针，并将其与恶性疟原虫富含组氨酸蛋白 2 (PfHRP2) 疟疾抗原特异性的单克隆抗体偶联。然后，我们在纸基免疫测定中使用抗体-离子探针缀合物从未经处理的全血中捕获 PfHRP2 抗原。免疫测定后，结合的离子探针被裂解，并通过片上纸喷雾质谱策略分析释放的质量标签。在工艺优化过程中，我们确定使用微型质谱仪时，未经处理的人血清中 PfHRP2 的检测限为 0.216 nmol/L。这种灵敏度与世界卫生组织建议的 PfHRP2 阈值 0.227 nmol/L 相当，证明我们的方法适用于诊断有症状的疟疾感染（每 μL 血液≥200 个寄生虫）。该纸质装置可以在室温下保存至少 25 天，而不影响临床结果，每个存储的纸质芯片都具有良好的重复性和再现性（RSD = 4 - 12%）。所开发的纸质免疫分析平台的稳定性和灵敏度将使微型质谱仪能够用于即时疟疾检测以及大规模监测筛查，以帮助根除计划。
In this work, we have developed a paper-based microfluidic device capable of remote biofluid collection followed by an analysis of the dried clinical samples using a miniature mass spectrometer. We have evaluated portable mass spectrometer as a possible surveillance platform by analyzing clinical malaria samples (whole blood) collected from Ghana. We synthesized pH-sensitive ionic probes and coupled them to monoclonal antibodies specific to Plasmodium falciparum histidine-rich protein 2 (PfHRP2) malaria antigen. We then used the antibody-ionic probe conjugates in a paper-based immunoassay to capture PfHRP2 antigen from untreated whole blood. After the immunoassay, the bound ionic probes were cleaved, and the released mass tags were analyzed through an on-chip paper spray mass spectrometry strategy. During process optimization, we determined the detection limit for PfHRP2 in untreated human serum to be 0.216 nmol/L when using the miniature mass spectrometer. This sensitivity is comparable to the World Health Organization’s suggested threshold of 0.227 nmol/L for PfHRP2, proving that our method will be applicable to diagnose symptomatic malaria infection (≥200 parasites per μL blood). The paper device can be stored at room temperature for at least 25 days without affecting clinical outcome, with each stored paper chip offering good repeatability and reproducibility (RSD = 4 - 12%). The stability and sensitivity of the developed paper-based immunoassay platform will allow miniature mass spectrometers to be used for point-of-care malaria detection as well as in large-scale surveillance screening to aid eradication programs.
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