Nierengesundheit: Neuartiges Mikrofluidik-Gerät könnte schnelle Überprüfung ermöglichen

Forscher der Universität Manitoba, Kanada, haben ein neuartiges passives Mikrofluidik-Gerät zur Messung von Kreatinin im Urin entwickelt.

Die in der Fachzeitschrift „Microsystems & Nanoengineering“ veröffentlichte Studie beschreibt detailliert Design, Herstellung und Validierung des „uCR-Chip“. Dieses Gerät nutzt eine farbbasierte Reaktion und ein druckausgeglichenes Flusssystem für schnelle und stabile Messungen. Da der uCR-Chip keine externen Pumpen und keinen Strom benötigt, ermöglicht er kostengünstige, dezentrale Nierenfunktionstests, schreiben die Autoren.

Der uCR-Chip integriert zwei wichtige Innovationen: ein passives 2-Phasen-Druckkompensationssystem (2-PPC) und ein mikrofluidisches Kanalnetzwerk, das für ein präzises 1:5-Mischverhältnis zwischen Urin und Reagenz ausgelegt ist. Dieser Aufbau gewährleistet laut den Herstellern konsistente chemische Reaktionen und eine schnelle Stabilisierung des kolorimetrischen Signals. Mithilfe einer Reaktion, die bei der Interaktion von Kreatinin mit Pikrinsäure unter alkalischen Bedingungen einen orangefarbenen Komplex erzeugt, ermöglicht der Chip quantifizierbare optische Messwerte über eine USB-Mikroskopplattform, heißt es weiter.

Die Signalstabilisierung erfolgt innerhalb von sieben Minuten, und der Chip hält die Detektionsstabilität über 30 Minuten aufrecht. „Eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Tests“, so die Forscher. Die technische Validierung zeigte einen dynamischen linearen Detektionsbereich von bis zu 40 mM und eine niedrige Nachweisgrenze von 0,521 mM, die den gesamten klinischen Bereich abdeckt.

Bessere Genauigkeit und weniger Störungen

Im Vergleich zu kommerziellen Point-of-Care-Systemen zeigte der uCR-Chip eine vergleichbare oder bessere Genauigkeit und weniger Störungen durch künstliche Urinmatrizen. Darüber hinaus verbessert das optimierte linsenförmige Beobachtungsfenster mit Strömungsumlenker die Signalgleichmäßigkeit und verkürzt die Füllzeit. Das im Trockenfilmlithografieverfahren hergestellte Bauteil ist hochpräzise und somit skalierbar und reproduzierbar, heißt es in der Studie.

„Diese Eigenschaften machen den uCR-Chip zu einer attraktiven Plattform für die mobile Diagnostik“, kommentieren die Forscher. „Unser Ziel war es, ein Diagnosetool zu entwickeln, das so einfach zu bedienen ist wie ein Glukoseteststreifen, aber die Genauigkeit einer Kreatininbestimmung im Labor bietet“, sagt Co-Seniorautor Dr. Francis Lin. „Der uCR-Chip erfüllt diese Anforderung durch die Kombination mikrofluidischer Präzision mit benutzerfreundlichem Design“, fügt sie hinzu.

Gerät zur Urinalbumin-Messung geplant

Über das Screening auf Chronische Nierenkrankheit hinaus bietet der uCR-Chip eine breitere Plattform für die Echtzeit-Gesundheitsüberwachung in verschiedenen Bereichen, von der Sportmedizin über die Schwangerschaftsvorsorge bis hin zu Medikamententests. Die Forscher planen, diesen Chip mit einem ähnlichen mikrofluidischen Gerät zur Urinalbumin-Messung zu integrieren, um gleichzeitig das Urin-Albumin-Kreatinin-Verhältnis (uACR) zu messen.