Laterale-flow-assays: principes, ontwerpen en labels
Laterale flow -testen zijn apparaten die worden gebruikt voor verschillende soorten testen en point-of-care-testen, ook wel bekend als real-flow-testen. Laterale flow-testen zijn kleine en compacte apparaten die in vrijwel elk medisch vakgebied worden gebruikt waar analyten moeten worden gedetecteerd. Wereldwijd worden ze momenteel ook gebruikt voor het testen op het coronavirus. Omdat ze betrouwbaar, kosteneffectief en voor iedereen toegankelijk zijn, worden ze gebruikt voor zwangerschapstesten , bacteriële infecties, virale infecties en parasitaire infecties. Voor laterale flow-testen is geen getraind of gespecialiseerd personeel nodig. De laterale flow-testtechniek werkt op basis van de biochemische interactie van antilichamen en antigenen, oftewel DNA-target-DNA-hybridisatie.
Principes
De principes waarop de laterale flow-assay (LSA) werkt, zijn vrij eenvoudig. Bij de LSA stroomt het vloeibare monster, ofwel de matrix, door middel van een externe kracht, oftewel capillaire werking. De matrix bevat de te detecteren analyt, die nodig is voor de detectie en het verkrijgen van resultaten. De vloeistof stroomt door verschillende polymere strips waar de analyten en moleculen zich kunnen hechten. Het hele principe berust op de verschillende onderdelen van de LSA, namelijk de verschillende pads waar de vloeistof doorheen moet stromen om de resultaten te verkrijgen. De eerste stap bij het gebruik van dit apparaat is het aanbrengen van het monster, dat vervolgens volledig door het LSA-apparaat stroomt. Zodra de vloeistof stroomt, vindt het filtratieproces plaats, waarbij ongewenste deeltjes worden geneutraliseerd of gefilterd. Binnen de aangegeven tijdsduur van de LSA-test is het hele proces voltooid en zijn de resultaten zichtbaar. Wanneer het monster de conjugatiepad van het apparaat bereikt, mengen de gedroogde deeltjes op de pad zich met de deeltjes van het monster. De volgende stap is het toevoeren van aan de analyt gebonden nanodeeltjes en het verkrijgen van toegang tot de controlelijnen, wat uiteindelijk leidt tot de resultaten. Het monster kan vervolgens naar het conjugatiekussen stromen, dat sterk gekleurde of fluorescerende nanodeeltjes bevat met een antilichaam op de bovenste laag. Er is ook een absorberend kussen dat het monster of de vloeistof volledig absorbeert om ervoor te zorgen dat er geen vloeistof achterblijft rond de test- en controlelijnen. Nadat het proces volgens het werkingsprincipe is voltooid, worden de resultaten verkregen.
Designs
De ontwerpen van laterale-flow -assays (LFA's) bestaan uit een chromatografisch systeem. In dit chromatografische systeem worden de componenten gescheiden op basis van hun beweging door het reactiemembraan en de immuunreactie, zoals de reactie tussen antigeen en antilichaam of DNA-hybridisatie, en de nucleïnezuur-doelanalyt. Bovendien is een LFA ontworpen met een monsterpad, een conjugatiepad, een nitrocellulosemembraan, labels, nanodeeltjes, een adsorberend pad en, in sommige gevallen, een buffer. Het ontwerp van LFA's is afhankelijk van gebruik, stabiliteit, prestaties en veiligheid. Er zijn modules die gevolgd moeten worden voor de ontwikkeling van LFA's en testapparatuur. Bij het ontwerp van LFA's zijn de fysieke vereisten zeer belangrijk. Deze fysieke vereisten omvatten de afmetingen van de cartridge, de kenmerken van de cartridge (bijv. conjugatiepad en monsterpad), de specificaties van de lezer, enzovoort. Het ontwerp van een LFA is ook afhankelijk van de functionaliteit en kenmerken van een specifiek ontwerp. De functionaliteit en bijbehorende kenmerken omvatten bijvoorbeeld de analysemethode, het formaat voor de te testen doelanalyt, de klinische prestaties, de gevoeligheids- en specificiteitslimiet, enzovoort. Twee andere belangrijke factoren bij het ontwerp van de laterale flowtest zijn de hanterings- en bemonsteringsvereisten. De hanteringsvereisten voor het ontwerp van de laterale flowtest hebben vooral betrekking op de omgeving en de houdbaarheid. De bemonsteringsvereisten voor het ontwerp van de laterale flowtest betreffen daarentegen het type monster, de temperatuur waarbij het monster kan worden bewaard, de vereiste temperatuur voor opslag en de behandeling van het monster.
labels
In Lateral Flow Assay worden verschillende materialen gebruikt die de naam van labels krijgen. Enkele van de labels die in LFA worden gebruikt, zijn gouden nanodeeltjes, kwantumdots, gekleurde latexparels, zilveren nanodeeltjes, seleniumnanodeeltjes, enzymen, liposomen en vele andere. Hier zijn enkele van de labels in LFA die zullen worden besproken. Elk label dat in de laterale-stroomassay wordt gebruikt, moet detecteerbaar zijn bij een zeer lage concentratie en de eigenschappen van labels moeten worden behouden tot de conjugatie met de bioherkenningsmoleculen. Ten eerste zijn colloïdale gouden nanodeeltjes een van de meest voorkomende labels. Colloïdale gouddeeltjes zijn geïmmobiliseerd en hebben de perfecte bolvorm. Bovendien hebben colloïdale gouden nanodeeltjes een relatief hoge affiniteit voor de biomoleculen, wat hun functionaliteit gemakkelijk maakt. Hun grootte en vorm variëren. Enkele van de meest prominente kenmerken van de gouden nanodeeltjes zijn hun milieuvriendelijke samenstelling, hun hoge affiniteit voor de moleculen en eiwitten, goede optische signalering en hun stabiliteit. Een ander label dat in LFA's wordt gebruikt, zijn magnetische deeltjes en aggregaten die worden gebruikt voor signalering in de apparaten. Magnetische gekleurde deeltjes in LFA worden gebruikt of produceren gekleurde lijnen die worden gelezen door het instrument of een striplezer. Er is ook een magnetische testlezer die wordt gebruikt om de signalen die eruit komen te lezen. Enzymen worden ook gebruikt in LFA en verhogen een stap in het hele proces. Het voegt de stap toe van het toevoegen van het geschikte substraat nadat de test is voltooid. Colloïdale koolstof wordt ook gebruikt in LFA's en zwarte kleur. Vanwege hun kleur zijn ze gemakkelijk detecteerbaar met een hoge gevoeligheid.
Conclusie
De laterale-flow-assay ( LFA) is een van de meest gebruikte testmethoden. De principes, ontwerpen en labels van de LFA kunnen sterk variëren per apparaat, wat ook de werking van het betreffende apparaat beïnvloedt. Al deze principes, ontwerpen en labels zijn belangrijke onderdelen van de LFA.
Referenties
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4986465/
https://nanocomposix.com/pages/lateral-flow-assay-design
https://www.nature.com/articles/s41598-018-35694-9
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S131961031400129X