Dispositivo Térmico Plasmónico Portátil para Cuantificación Precisa de Ensayos de Flujo Lateral

Resumen

Las pruebas en el punto de atención (POCT) se usan ampliamente para diagnóstico temprano y monitorización de enfermedades. El ensayo de flujo lateral (EFL) es herramienta comercial exitosa para POCT. Sin embargo, EFL a menudo sufre falta de cuantificación y sensibilidad analítica. Para resolver esto, desarrollamos previamente un EFL térmico usando nanopartículas de oro plasmónicas para contraste térmico en dispositivo portátil. Aunque esta metodología mejora significativamente sensibilidad analítica vs detección visual convencional, problemas de cuantificación persisten. En este estudio, optimizamos condiciones operativas del dispositivo usando modos detección térmica por conducción y radiación permitiendo cuantificación de EFL. El límite de detección (LOD) de tiras solo con nanopartículas disminuyó 5 veces (modo conducción) y 12 veces (modo radiación) vs detección visual tradicional. Se estudió efecto temperatura ambiente en ambos métodos mostrando modo radiación más afectado que conducción. Para validar método detección térmica, se cuantificó biomarcador gonadotropina coriónica humana (HCG) usando tiras EFL, obteniendo LOD 2,8 mUI/mL con método detección radiación.

Introducción

Detección temprana y diagnóstico rápido son importantes para cribado y tratamiento enfermedades. La mayoría de pruebas médicas consumen tiempo y requieren preparación compleja de muestras clínicas, instrumentos grandes y profesionales de laboratorio entrenados [1]. Esos requisitos dificultan tratamiento médico en áreas con recursos limitados. POCT usa equipo simple y minimiza tiempo para obtener resultados clínicamente relevantes, permitiendo decisiones rápidas a clínicos y pacientes. POCT tiene ventajas: tiempo detección corto, procesamiento rápido muestra, instrumentación simple, bajos requisitos operación [2, 3]. Así, POCT ayuda diagnóstico temprano y rápido, especialmente en áreas recursos limitados, mejorando condiciones médicas. Sin embargo, baja sensibilidad analítica, procedimientos operación complejos y altos costes equipos suelen obstaculizar aplicación. Por tanto, se necesita urgentemente encontrar aplicaciones POCT con características ideales minimizando inconvenientes.

Para resolver algunos problemas, el ensayo de flujo lateral (EFL) es excelente candidato como herramienta prueba en POCT. EFL es biosensor tira papel para identificar analitos blanco en muestra [4, 5]. EFL se realiza en tira papel (Esquema 1b), compuesta por almohadilla muestra, almohadilla conjugado, almohadilla absorción y membrana nitrocelulosa donde ocurre detección. Ventajas EFL: rapidez, ensayo paso único, coste-efectividad, operación fácil, volumen muestra pequeño, larga vida estantería bajo distintas condiciones ambientales [6, 7]. EFL convencional da resultados «sí/no» inspeccionando cambios color en línea prueba a simple vista, método detección más popular. Esto tiende a sufrir falta precisión y juicio subjetivo [8]. No obstante, al ser fácil integrar EFL con dispositivos electrónicos, enfoque factible es desarrollar lectores tiras para obtener resultados cuantitativos precisos. Dispositivos carga acoplada (CCD) o sensores semiconductor complementario óxido metálico (CMOS) suelen aplicarse para capturar imágenes en lectores tiras. Software procesamiento imágenes a menudo adopta para resultados cuantitativos. En lectores ópticos, información óptica de reflexión, transmisión o dispersión luz de fuente externa se registra para cuantificación [9-12]. En lectores colorimétricos, intensidad color (valor gris o coordenadas RGB) se recoge de líneas prueba y control para analizar tiras EFL [13-17]. Inconveniente: tinte puede perder color tiempo por fotodaño, medios mecánicos u otros procesos degradación, resultando pobre repetibilidad y precisión. En sistemas lectores fluorescencia [18, 19], fluoróforos orgánicos expuestos a longitud onda excitación específica inducen emisión fluoróforo presente en tiras a mayor longitud onda. Luz emitida recogida para detección cuantitativa. Problema: fluoróforos orgánicos usados sufren fotodecoloración y degradación química, atenuando señal tiempo, requiriendo manipulación y almacenamiento especiales [7].

Concepto detección térmica plasmónica. a Modelo dispositivo portátil y componentes principales (arriba) con dos modos detección (abajo). b EFL bajo configuración detección térmica.

Recientemente, detección térmica se aplica gradualmente a detección EFL. Detección térmica usa transductor calor donde calor generado aumenta en presencia analito, permitiendo detectar señal térmica por transductor. Polo et al. [20] exploraron concepto detección por calentamiento plasmónico detectando biomarcador cáncer antígeno carcinoembrionario (CEA) usando fuente luz infrarroja cercana (NIR) para inducir generación calor usando propiedades plasmónicas nanopartículas oro anisotrópicas. Qin et al. [21] propusieron método usando contraste térmico cuantificar EFL con láser verde fuente luz, mostrando mejora 32 veces sensibilidad analítica. En 2016, lector contraste térmico similar [22] desarrollado por Wang mejoró 8 veces sensibilidad analítica cuantificación EFL. Fuente luz usada para inducir generación calor por transductor puede sintonizarse a longitudes onda específicas para evitar afectación por otras moléculas que no absorben esas longitudes, asegurando especificidad detección. Uso fuentes luz región NIR espectro electromagnético evita absorción luz por mayoría moléculas origen biológico, especialmente sangre [23]. Estas ventajas muestran detección térmica plasmónica con fuente NIR prometedora para detección EFL. Sin embargo, en investigaciones previas, no se desarrolló dispositivo POCT usando tiras EFL con fuente luz NIR.

Aquí desarrollamos dispositivo portátil basado en detección térmica plasmónica (Esquema 1a) que mejora sensibilidad analítica EFL sin modificación extra tiras. Señal amplificada poniendo resonancia plasmónica en juego tras irradiación láser NIR. Longitud onda láser en prototipo dentro pico resonancia plasmónica superficial localizada (RPSL) nanopartículas (actúan como transductores luz-calor), generando calor en línea prueba. Generación calor detectada por sensor térmico en dispositivo que mide calor generado por emisión infrarroja (radiación) o conducción calor. Cantidad calor generado proporcional a número nanopartículas en línea prueba y potencia irradiación [24]. No operación adicional necesaria.

Transferencia térmica tiene tres formas: conducción, convección, radiación. Para estudiar rendimiento detección distintas formas transferencia térmica, probamos modo conducción (contacto) y radiación (sin contacto) con dos sensores (Esquema 1a y Archivo adicional 1: Figura S1). Prototipo compacto usa tecnología sistemas embebidos y componentes montados superficie. Factores principales influyen capacidad detección investigados para optimizar condiciones operación. Verificar capacidad detección dispositivo portátil, tiras EFL cargadas directamente con nanopartículas en membrana cuantificadas y comparadas con detección visual convencional. Al ser método detección dependiente temperatura, efecto temperatura ambiente en señal térmica también estudiado y curva calibración obtenida modo conducción. Finalmente, biomarcadores gonadotropina coriónica humana (HCG) cuantificados como modelo verificar capacidades detección térmica.

Materiales y Métodos

Materiales y Reactivos

Tampón fosfato salino (PBS) comprado Lonza®. N-(3-Dimetilaminopropil)-N-etilcarbodiimida clorhidrato (EDC) y polietilenglicol heterobifuncional (HS-PEG-COOH, PM 5000 g/mol (5 kDa)) comprados SIGMA®. Tween 20, Triton X100, albúmina sérica bovina (BSA), trehalosa, polivinilpirrolidona (PVP), N-hidroxisulfosuccinimida (S-NHS), hidróxido sódico, cloruro sódico, cloruro oro(III) hidrato, hormona HCG comprados Aladdin®. Sacarosa, tetraborato sódico decahidrato, ácido bórico, yoduro potásico, tiosulfato sódico pentahidrato comprados Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Borohidruro sódico comprado Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd. Anticuerpos anti-αHCG, anti-βHCG y anti-ratón secundarios, membrana nitrocelulosa (NC-a110), almohadilla muestra (fibra vidrio BX108), almohadilla conjugación (fibra vidrio BX101), superficies policloruro vinilo (PVC) comprados JieyYiBiotech™. Ácido 4-morfolinoetano sulfónico (MES) comprado Shanghai Majorbio. Etanol puro comprado Changshu Yangyuan Chemical Co., Ltd.

Síntesis de Nanopartículas (Nanoprismas Oro, AuNPrs)

Nanopartículas usadas obtenidas usando variación protocolo previo [25] mejorado luego [26]. Brevemente, 220 mL Na₂S₂O₃ 0,5 mM suplementado con 20 μL KI 0,1 M. Luego 110 mL solución anterior añadidos gradualmente a solución 2 mM HAuCl₄ 30 s incubado temperatura ambiente tiempo total 4 min, momento solución suplementada 110 mL restante Na₂S₂O₃+KI 30 s incubado 4 min más. Finalmente 100 mL Na₂S₂O₃ sin KI añadidos a solución resultante incubado 60 min temperatura ambiente obteniendo nanopartículas prisma finales. Todos pasos incubación previos sin agitación. Tras síntesis, nanopartículas estabilizadas con PEG (PEGilación). Cantidad PEG añadida nanopartículas preparada ratio 1:2 (NP a PEG) peso total oro usado síntesis. PEG diluido 1 mL agua Milli-Q, volumen determinado NaBH₄ añadido alcanzar ratio molar 1:1 PEG:NaBH₄. Volumen total solución PEG-NaBH₄ añadido completamente a AuNPrs ajustado pH 12 con 2 M NaOH bajo agitación suave. Finalmente, solución sonicada 60 min 60 °C y centrifugada 15 min 4400 G temperatura ambiente separar AuNPrs exceso PEG y materiales no reaccionados. Pellets resuspendidos agua Milli-Q centrifugados tres veces 9 min 4400 G temperatura ambiente. Muestras finales diluidas un cuarto volumen original permitir decantación temperatura ambiente varias semanas. Tras este tiempo, capa superior solución (con fracción mayor nanopartículas subproductos oro nanométricos menores, más ligeras) removida de AuNPrs sedimentados fondo. Concentración nanopartículas obtenida midiendo absorbancia (OD) 400 nm espectroscopía UV-Vis aplicando factor conversión (ε) 11,3 mL mg⁻¹ cm⁻¹. Valor obtenido experimentalmente correlacionando concentración oro por ICP con OD 400 nm UV-Vis productos finales síntesis.

Conjugación Nanopartículas con Anticuerpo Anti-HCG

Brevemente, 3 mL solución 0,5 mg/mL nanopartículas PEGiladas lavadas tres veces 0,1 M tampón MES pH 5,5 centrifugación 9 min 6000 rpm mini-centrífuga microfuge temperatura ambiente. Nanopartículas lavadas finales resuspendidas 1 mL volumen final mismo tampón (0,1 M MES pH 5,5), 4 mg EDC y S-NHS añadidos solución. Muestras incubadas 20 min agitación suave, centrifugadas 9 min 6000 rpm, lavadas tampón MES. Luego 20 μL stock anticuerpo (200 μg) añadido muestra incubado 3 h 37 °C seguido segunda incubación overnight 4 °C (sin agitación). Día siguiente, nanopartículas conjugadas centrifugadas (9 min 6000 rpm) lavadas dos veces tampón borato 5 mM pH 9. 25 mg BSA añadidos solución. Tras 1 h incubación temperatura ambiente agitación suave, muestra lavada (9 min 6000 rpm) tampón borato suplementado Tween 20 (5 mM pH 9) finalmente almacenada 4 °C hasta uso no más 4–5 días.

Tras preparación nanopartículas, montaje tiras prueba realizado (descrito en ESI).

Carga Nanopartículas en Membrana Tiras

Para cargar nanopartículas en membrana tiras, concentración stock original nanopartículas PEGiladas (sin anticuerpo) adquirida y serie diluciones realizadas en agua Milli-Q, resultando rango concentraciones 0 (agua Milli-Q pura sin nanopartículas) hasta 10 OD/mL concentración máxima, correspondiente 0,9 mg/mL según factor conversión caracterizado ICP-AES. Por simplicidad y extrapolación, valores OD preferidos sobre concentración peso. Así, 2 μL cada dilución añadidos micropipeta directamente membrana nitrocelulosa tiras dejados secar temperatura ambiente ~2 h. Tiras secas almacenadas temperatura ambiente antes pruebas irradiación.

Para detección antígeno HCG en tiras, serie diluciones analito (HCG) realizadas en PBS. Cada tira corrida cargando 5 μL AuNPr conjugado anti-HCG en almohadilla conjugado, 50 μL dilución requerida conteniendo HCG. Tiras secadas forma similar prueba anterior.

Desarrollo Dispositivo Portátil

Dispositivo portátil (Fig. 1a y Archivo adicional 1: Figura S1) ensamblado usando tecnología sistemas embebidos y componentes montados superficie, por tamaño pequeño y coste-efectividad. Composición prototipo Fig. 1b. Placa base (Archivo adicional 1: Figura S1) módulo núcleo dispositivo, función procesar datos y controlar resto componentes. Módulo principalmente compuesto MCU STM32F407, con gran memoria y operación bajo consumo. Circuito conversión voltaje diseñado placa base proveer voltaje correcto cada módulo dispositivo.

Detalles dispositivo portátil. a Dispositivo portátil basado detección térmica plasmónica. b Diagrama composición hardware ① placa base, ② módulo láser y sensado, ③ interfaz usuario. c Cartucho para tiras.

Cinco interfaces aplicadas placa base conexión otros módulos. Sensor temperatura conectado placa base través interfaz IIC recibir señales temperatura transmitidas sensor. Para medición temperatura precisa, elegimos sensores temperatura salida digital. Sensor modo conducción sensor semiconductor (ADT7420, Analog Devices) resolución 16 bits (0,0078 °C) bajo consumo (700 μW). Modo radiación, termómetro infrarrojo (MLX90614, Melexis) resolución 17 bits consumo 3,9 mW. Interfaz entre módulo control láser y placa base consistió circuito control relé asegurar gestión precisa diodo láser protegiendo placa base alta corriente. Módulo láser tres componentes: (1) componente control láser (Archivo adicional 1: Figura S1), (2) diodo láser (Thorlabs, M9-A64-0200) fuente luz longitud onda 1064 nm potencia óptica máxima 200 mW, (3) lente asférica (Thorlabs, 354330-C) montada módulo láser converger luz emitida diodo láser área 1 mm × 2,5 mm. Componentes permitieron iluminar con precisión línea prueba tira. Pantalla LCD táctil (TaoJinChi Corporation TJC4827K043_01RN, 480×272 píxeles) usada interfaz gráfica usuario. Interfaz 4 placa dejada descarga programa y depuración. Interfaz USB ensamblada dispositivo, sirvió puerto carga batería y comunicación entre dispositivo y computadora externa opcional. Prototipo alimentado batería litio 10.000 mAh. Programas MCU compilados software IAR (versión 7.50.2.10505). Interfaz gráfica diseñada software USART HMI.

Diseño Carcasa Prototipo y Cartucho Tiras Prueba

Para asegurar dispositivo amigable usuario y portátil, carcasa impresa 3D y cartucho diseñados, mejorando capacidad anti-interferencia y estabilidad. Resina blanca usada material carcasa y cartucho. Software Solidworks 2018 usado diseño.

Carcasa paralelepípeda (Archivo adicional 1: Figura S2a) y placa base rectangular (Archivo adicional 1: Figura S2b) diseñadas según forma componentes internos. Carcasa proporcionó posición montaje fija pantalla LCD y módulo control diodo láser. Ranura rectangular lateral carcasa usada insertar cartucho tiras prueba. Placa base provista batería y base montaje placa base, permitiendo fijar componentes sin movimiento. Todas partes detección fijadas placa base. Marco soporte sensor y cartucho tiras asentado placa base, poniéndolos contacto cercano. Vía ajuste fino proporcionada diodo láser y lente permitiendo fijar y ajustar distancia. Tamaño carcasa completo 133 mm × 108 mm × 73 mm.

Cartucho especial (Fig. 1c, 15 mm × 4 mm × 70 mm) diseñado protección tiras prueba. Cartucho tres ventanas: una carga muestra, dos más visualización línea prueba y control. Ventana línea prueba diseñada ligeramente menor ancho tira prueba asegurar láser no atraviesa tira y afecte detección sensor. Muesca respaldo tallada parte trasera cartucho permitiendo sensor conductivo tocar totalmente parte trasera tiras posición línea prueba asegurando sensor radiación detecte temperatura correctamente.

Algoritmo Detección Térmica y Cálculo Parámetros

Al iluminar láser nanopartículas, calor generado línea prueba causó cambios detectables temperatura. Generación calor (Q, W/m³) depende concentración nanopartículas (C, OD/mL), área iluminación (A, m²), intensidad láser (I, W/m²) [22], según fórmula:

Q = C I A (1)

Señal térmica (temperatura) recogida cuando láser iluminó tiras. Al mantener área iluminación e intensidad láser constantes, señal térmica cambia con cantidad nanopartículas unidas línea prueba. Para cuantificación generación calor, dos métodos comparados. Primero usó cambios temperatura (Archivo adicional 1: Figura S3) cuantificar señal térmica. Variación temperatura (ΔT) calculada determinación:

ΔT = T_end − T₀ (2)

donde T_end temperatura final (máxima) alcanzada fin irradiación, T₀ temperatura ambiente inicial registrada sensor antes iniciar irradiación. Otro método usó cálculo cuantitativo área bajo curva (AUC, Archivo adicional 1: Figura S3). Método divide curva en trapezoides según frecuencia muestreo 10 Hz seguido cómputo suma todos trapezoides. Señal térmica lograda dividiendo área tiempo detección (t_det):

AUC = Σ_i=1ⁿ (ΔT_i + ΔT_i-1) × 0,1 ÷ 2 (3)

T_auc = AUC ÷ t_det (4)

Aplicando ambos métodos detección, análisis AUC dio mejor repetibilidad cuantificación (Archivo adicional 1: Figura S4). Por tanto, análisis AUC seleccionado para uso en cuantificación calor final.

Evaluar rendimiento distintos métodos detección, evaluamos LOD cuantificación. Cada experimento midió una concentración cuatro muestras (cuatro tiras, n = 4). Considerando desviación estándar (σ₀) grupo blanco y sensibilidad (S) pendiente curva estándar rango lineal, evaluamos LOD:

LOD = 3σ₀ / S (5)

Procedimiento Ensayo

Procedimiento ensayo completo comprendió tres pasos: (1) recolección datos, (2) detección y adquisición resultado, (3) visualización y almacenamiento resultado. Primero, tira prueba cargada cartucho insertada dispositivo. Medición realizada simplemente pulsando botón detección e ingresando información paciente (opcionalmente código anónimo). Información transmitida MCU almacenada. Luego, MCU activó sensor temperatura y diodo láser comenzar prueba. Mientras, datos temperatura recibidos MCU enviados LCD visualización tiempo real y gráficos. Tras detección, MCU calculó valor AUC representó resultado pantalla.

Resultados y Discusión

Caracterización Nanopartículas

Espectros UV-Vis nanoprismas conjugados Fig. 2a, indicando pico máximo 1130 nm. Absorbancia AuNPr longitud onda láser (1064 nm) 92% absorbancia máxima 1130 nm. Imágenes MEB y MET (Fig. 2b, c) recogidas visualizar morfología nanopartículas, confirmando mayoría formas triangulares.

Caracterización nanoprismas oro. a Espectros UV-Vis nanopartículas. Imágenes representativas nanopartículas no conjugadas visualizadas b MEB y c MET.

Optimización Condiciones Medición Dispositivo

En detección térmica, tiempo detección y distancia diodo láser a línea prueba son factores principales influyen respuesta señal [27, 28]. Dos factores estudiados optimizar condiciones medición. Para optimizar tiempo irradiación, irradiamos tiras 10 min registrando cambios temperatura ambos sensores. Como ve Fig. 3a, temperatura siguió subiendo 10 min, pero subida empezó meseta tras 120 s. Resultado coincide investigación previa donde tendencia similar observada cambios señal térmica tiempo [28]. Considerando requisitos POCT y consumo energía, tiempo detección dispositivo fijado 120 s.

Optimización detección térmica. a Cambios temperatura 10 min irradiación. b Señal térmica distintas distancias irradiación.

Optimización distancia realizada. Fig. 3b mostró señal térmica disminuyó con aumento distancia diodo láser a línea prueba. Razón: potencia láser llegando línea prueba atenuada al aumentar distancia área efectiva irradiada. Para ganar máxima respuesta señal, distancia fijada 7 mm.

Efecto Temperatura Ambiente en Detección Térmica

Al ser detección térmica estrechamente relacionada temperatura, necesario investigar cómo temperatura ambiente influye detección térmica. Temperatura ambiente varió 27,5–40 °C usando incubadora. Total 4 muestras medidas cada punto temperatura intervalo 2,5 °C. Curvas temperatura ambiente vs señal térmica medidas para blanco y tiras 1 OD/mL respectivamente ambos métodos detección térmica. Parámetros curva ajuste temperatura ambiente Tabla 1. Fig. 4a muestra modo conducción, pendientes curvas generalmente consistentes distintas concentraciones, indicando cambios temperatura ambiente mismo efecto distintas concentraciones. Resultado: curva efecto ambiente puede usarse calibrar resultados cuantitativos. Modo radiación, pendientes curvas (Fig. 4b) dos concentraciones consistentes entre sí, pero ambas curvas mostraron tendencia descendente. Resultados sugieren modo conducción más fiable midiendo muestras condiciones alta variabilidad temperatura.

Efecto temperatura ambiente. a Cambios señal térmica con temperatura ambiente modo conducción. b Cambios señal térmica con temperatura ambiente modo radiación.

Cuantificación Nanopartículas

Detección por Detección Térmica

Para obtener curvas cuantificación estándar, dos métodos detección térmica (Archivo adicional 1: Figura S5) usados respectivamente detectar tiras prueba conteniendo nanopartículas rango 0–10 OD/mL. Esas tiras (Archivo adicional 1: Figura S6a) conteniendo distintas concentraciones nanopartículas detectadas dispositivo portátil mencionado (ver «Materiales y Métodos»). Configuración ambos sensores dispositivo presentada Archivo adicional 1: Figura S5a y S5b. Cuatro muestras probadas cada concentración temperatura ambiente 27,5 °C. Dispositivo aplicó método AUC calcular señal térmica línea prueba. Por tanto, cuantificación señal térmica proporcional cantidad nanopartículas línea prueba. Curvas cuantificación (Fig. 5a) generadas regresión lineal datos señal térmica vs concentración nanopartículas representadas fórmulas Tabla 2.

Cuantificación nanopartícula. a Curvas cuantificación estándar tres métodos. b Resultados cuantitativos baja concentración curvas lineales.

Tabla 2 muestra sensibilidad modo radiación 15 veces mayor modo conducción. LOD conducción y radiación 0,053 OD/mL y 0,023 OD/mL respectivamente. En detección térmica, modo radiación mejoró LOD 2 veces vs conducción. Estabilidad tiras EFL también probada (Archivo adicional 1: Figura S7). Modo detección térmica conductiva requiere transferencia calor entre dos sólidos. Cuando temperatura línea prueba subió rápido, toma tiempo (tiempo relajación) sensor alcanzar misma temperatura línea prueba. Resultado: temperatura sensor menor temperatura real línea prueba fin detección. Por otro lado, modo radiación no requería transferencia calor a sensor, sensor detectó directamente onda IR irradiada línea prueba obtener temperatura actual. Modo conducción, parte calor disipada por presencia buenos conductores térmicos actuaron como disipador, mientras detección radiación solo aire y tira intervinieron disipación calor. Estas razones explican sensibilidad método conducción menor método radiación.

Probando tiras concentración 10 OD/mL, hallamos marca quemadura usando modo radiación (sin contacto). Posible razón: medición sin contacto, baja conductividad térmica aire permite calor retenerse línea prueba disipar menos eficientemente, aumentando temperatura local efectiva y eventualmente causando combustión membrana.

Modo contacto detección, sin embargo, sensor gran conductividad térmica actuó medio y disipador. Así, calor conducido a sensor sin combustión línea prueba.

Comparación Detección Térmica vs Visual

Por popularidad dispositivos portátiles y amplio uso, comparamos detección térmica con visual para capacidad detección. Detección visual, fotos tiras tomadas cámara digital microscopio convencional. Tiras montadas cartucho asegurar consistencia posicional análisis imagen forma similar detección térmica. Software Image J usado analizar valor gris línea prueba distintas concentraciones nanopartículas. Curva estándar (Fig. 5a) método visual trazada basada resultados análisis. Rango lineal entre valor gris y concentración nanopartículas 0,2–10 OD/mL (R² 0,770 rango 0–0,2 OD/mL, descartados análisis posterior). Límite detección 0,268 OD/mL. Resultados indicaron detección térmica redujo LOD 5-12 veces vs visual. En investigación Qin, LOD análisis visual 100 veces mayor contraste térmico [21]. Emplearon alta potencia láser y cámara infrarroja, ganaron mayor diferencia LOD. Explicación razonable mejora LOD: detección térmica mide nanopartículas superficie y debajo membrana. Otra ventaja: mayor estabilidad que visual. Detección térmica genera calor nanopartículas toda línea prueba. Visual confía solo reacción color nanopartículas superficie línea prueba. Incluso si concentraciones analito dos tiras iguales, distribución nanopartículas línea T en plano tangente diferente; inspección visual resultará diferencia resultados mientras detección térmica más estable y reproducible. Por contra, sensibilidad visual 2 veces mayor térmica. Visual método directo cuantificar nanopartículas, térmica medición indirecta concentración midiendo cambios temperatura, explicando parcialmente falta sensibilidad. Fig. 5b demuestra rango lineal detección térmica tan bajo 0 OD/mL, R² 0,972 (conducción) y 0,987 (radiación), sugiriendo detección térmica mejor potencial aplicaciones detección temprana POCT que cuantificación color, ya analitos blanco en concentraciones menores.

Detección Cuantitativa HCG

Finalmente, biomarcador HCG cuantificado usando nuestro sistema validar detección térmica. Ambos modos conducción y radiación aplicados cuantificar HCG. Potencia óptica reducida 150 mW prevenir quemaduras tiras. Tiras (Archivo adicional 1: Figura S6b) cuatro concentraciones probadas. Fig. 6a y b muestran señales térmicas lineales concentración HCG 35–700 mUI/mL. Extendiendo concentración rango 35–7000 mUI/mL, linealidad entre logaritmo concentración y señal térmica Fig. 6c, d. Modo conducción LOD 64,2 mUI/mL rango similar visual. Sin embargo, LOD ideal modo radiación 2,8 mUI/mL. Datos coincidieron cuantificación nanopartículas. Comparado otros dispositivos efecto fototérmico (LOD=5,5 mUI/mL) [27], nuestro dispositivo modo radiación redujo LOD casi 2 veces. Resultados probaron detección térmica forma efectiva detección y cuantificación EFL.

Curvas estándar HCG. a Curva lineal entre logaritmo concentración HCG y señal térmica modo radiación. b Curva lineal entre logaritmo concentración HCG y señal térmica modo conducción. c Resultados cuantificación HCG modo radiación. d Resultados cuantificación HCG modo conducción.

Conclusiones

Método detección térmica plasmónica para EFL establecido. Dispositivo portátil basado este método desarrollado aplicando distintos sensores temperatura (modos conducción y radiación). Estudio influencia temperatura ambiente demostró impacto negativo detección térmica y modo conducción menos afectado que radiación. En radiación, impacto más significativo altas concentraciones. Ambos modos probados comparar capacidad cuantificación. Comparado detección visual tradicional, métodos detección térmica mostraron mejora 5-12 veces LOD cuantificación nanopartículas. Modo radiación mejor rendimiento que conducción tanto sensibilidad como LOD. Validación detección térmica, tiras EFL detección HCG probadas resultados demostraron modo radiación mucho más sensible que conducción. Así, probamos detección térmica forma factible y efectiva detección temprana plataformas EFL.

En conclusión, detección térmica plasmónica realmente mejora sensibilidad analítica y muestra futuro prometedor detección EFL aplicaciones diagnóstico temprano. Dispositivo portátil descrito proporcionó dos enfoques detección satisfacer distintos requisitos.

Disponibilidad Datos y Materiales

Conjuntos datos usados/analizados durante estudio disponibles autor correspondiente solicitud razonable.

Abreviaturas

AUC:

Área bajo curva

AuNPrs:

Nanoprismas oro

BSA:

Albúmina sérica bovina

CCD:

Dispositivo carga acoplada

CMOS:

Semiconductor complementario óxido metálico

HCG:

Gonadotropina coriónica humana

EFL:

Ensayo flujo lateral

LOD:

Límite detección

RPSL:

Resonancia plasmónica superficial localizada

MCU:

Unidad microcontrolador

MES:

Ácido 4-morfolinoetano sulfónico

NIR:

Infrarrojo cercano

PBS:

Tampón fosfato salino

POCT:

Pruebas punto atención

PVC:

Policloruro vinilo

PVP:

Polivinilpirrolidona

S-NHS:

N-hidroxisulfosuccinimida