Smart acquisition system development for multiple readout from quantum dots’ fluorescence

Abstract

The increasing demand for rapid testing stimulates the development of new techniques in clinical diagnosis. When compared to other conventional methods, lateral flow immunoassay has many advantages such as low cost, easy operation, friendly use and quick response. However, it can only give a qualitative or semi quantitative result. Improving the sensibility of the test result and make it quantifiable is a very challenging field of research. Recently, luminescent nanoparticles have been used, and low detection limits have been obtained. One example is quantum dots, which are ideal fluorescent labels and can improve widely the detection sensitivity thanks to their narrow emission spectra, broad excitation range and excellent brightness. This work was focused on making a reader that could read strips targeting biomarkers of COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease). The new reader was created without a motor dependency, which generally takes a great part of the battery power and the reader’s size. It consists of an acquisition board, a system board and an optical filter. Several simulations and practical tests were made to complete its instrumentation circuit. In order to get dynamic results, a Python Graphic User Interface was made, making it easier for the user to analyse. At last, the reader could perform a 563 ms read, sending the information wirelessly to the computer using a BLE protocol. The device has a changeable sensitivity through programming and a directly proportional response to light intensity.

A crescente necessidade para testes rápidos estimulou o desenvolvimento de novas técnicas na área clínica. Quando comparado com outros métodos convencionais, o imunoensaio de fluxo lateral possui muitas vantagens tais como baixo custo, fácil operação, uso amigável e resposta rápida. No entanto, só pode dar um resultado qualitativo ou semi quantitativo. Melhorar a sensibilidade do resultado do teste e torná-lo quantificável é uma área de investigação desafiante. Recentemente, nanopartículas luminescentes têm sido utilizadas, e foram alcançados limites mínimos de deteção. Um exemplo são pontos quânticos, que são marcadores fluorescentes ideais e podem melhorar amplamente a sensibilidade de deteção graças aos seus espectros de emissão estreitos, ampla faixa de excitação e excelente brilho. Este trabalho teve como foco fazer um leitor que pudesse ler tiras direcionadas aos biomarcadores de DPOC (Doença Pulmonar Obstrutiva Crónica). O novo leitor foi criado sem dependência motora, o que geralmente consome grande parte da energia da bateria e do tamanho do leitor. É constituído por uma placa de aquisição, uma placa de sistema e um filtro ótico. Várias simulações e testes práticos foram realizados para completar o seu circuito de instrumentação. Para obter resultados dinâmicos, foi feita uma Interface Gráfica de Utilizador em Python, facilitando a análise do utilizador. Por fim, o leitor conseguia realizar uma leitura em 563 ms, enviando as informações por ligação sem fio BLE para o computador. O dispositivo tem uma sensibilidade variável por meio de programação e uma resposta diretamente proporcional à intensidade da luz.