Dispensador de reactivos para test de inmunocromatografía basado en hardware/firmware de código abierto

G.G. SIANO; J. M. MÁRQUEZ; L. E. PERETTI

Corrientes

Congreso; XI Congreso Argentino de Química Analítica; 2021

Universidad Nacional del Nordeste

Los ensayos derivados de técnicas inmunocromatográficas, tales como los Inmunoensayos de Flujo Lateral (IFL) destinados a la detección de embarazos, u otros similares aplicados en salud humana/animal, toxicología, entre otros campos, representan ejemplos de notoria popularidad y relevancia en cuanto a pruebas diagnósticas en punto de atención (POC, point of care tests). Independientemente de las optimizaciones estrictamente cromatográficas, el desarrollo de IFLs impone un proceso de siembra lineal de biomoléculas, tales como antígenos o anticuerpos, para conformar las líneas de bioreconocimiento específico y control sobre membranas de nitrocelulosa. Cuando esta tarea es realizada manualmente por un operario, inevitablemente sobreviene la aparición de inconsistencias, con la consiguiente pérdida de repetibilidad. Por ende, el procedimiento suele ser realizado con dispensadores automáticos, destinados a realizar trazos en una única dirección. En ocasiones se automatiza el movimiento de la membrana de nitrocelulosa debajo de una punta de dispensado inmóvil, conectada a un reservorio con caída por gravedad y/o fuerza capilar1, aunque a nivel comercial es mucho más usual el movimiento relativo invertido, con bombeo activo y costos altos o prohibitivos.Dentro del marco descrito, y aprovechando ventajas asociadas a la impresión 3D, tales como disponibilidad global, implementaciones populares de código abierto en firmware y costos bajos, se realizaron agregados y modificaciones sobre una impresora 3D cartesiana. La configuración optimizada implicó fijar mediante imanes a tiras de nitrocelulosa sobre la cama móvil y termostatizable de la impresora, dispensando a través de agujas y catéteres de diferentes calibres para evaluar distintos anchos de líneas. En cuanto al bombeo activo, se imprimieron y ensamblaron dos bombas de jeringa de código abierto2, las cuales fueron directamente conectadas donde habitualmente se encuentran los motores de los extrusores de la impresora. A su vez, se trabajó con el firmware Marlin 2.0 y se optó por una configuración de extrusión múltiple con un único control de temperatura (no necesario, pero ineludible), evitando la utilización de electrónica extra para el control simultáneo e independiente de las bombas. Así, el control de sus velocidades, en conjunto con los calibres de salida en las puntas de dispensado y con el volumen específico de cada jeringa, y en relación a la velocidad del movimiento relativo entre membranas y puntas, permitieron optimizar los anchos de las líneas de forma independiente. A su vez, las bombas de jeringa suelen presentar dificultades en dispensados con flujos lentos, produciendo gotas separadas en lugar de trazos continuos, lo cual es debido al control pulsante de sus motores. Por esto, la conexión hidráulica entre jeringas y puntas de dispensado se realizó optimizando combinaciones de mangueras expandibles con otras de sección interna quasi capilar. Estos conjuntos actuaron como filtros de paso bajo y permitieron contrarrestar los efectos pulsantes.El sistema en su totalidad resulta operable a través del uso de simple código G, programado por el usuario. Esto permite configurar todas las velocidades implicadas, como así también las posiciones de dispensado, el control de la temperatura de cama y la conversión entre volúmenes y pulsos, entre otros. Vale destacar que la sola reconexión de los extrusores en lugar de las bombas permite recuperar plenamente las capacidades de impresión 3D.Durante las diferentes etapas de optimización y contraste, los experimentos se realizaron sobre distintos soportes, como vidrios, papeles secantes y membranas de nitrocelulosa, bombeando soluciones acuosas coloreadas, soluciones de albúmina sérica bobina y homogenatos de Leptospira interrogans (diagnóstico de leptospirosis), y reemplazando las bombas impresas con otras comerciales.Los resultados obtenidos indican que efectivamente es posible automatizar tareas de dispensado con el sistema propuesto, alcanzando niveles de calidad similares a los obtenidos con instrumentos comerciales, pero con un costo mucho menor, y con una capacidad de adaptación y configuración superior. Esto permite evitar la siembra manual, sacando un mayor provecho de optimizaciones inmunocromatográficas previas y facilitando las etapas de desarrollo y producción a pequeña escala de IFLs. 1 Han, W. & Shin, J. (2021). HardwareX, 9, e00188.2 Booeshaghi, A., da Veiga Beltrame, E., Bannon, D., Gehring, J. & Pachter, L. (2019). Scientific Reports, 9, 12385.