"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9106
ETF9106 "Mikrotsoon paberlehtedel baseeruvate rohelise analüütilise keemia meetodite arendamine (1.01.2012−31.12.2015)", Mihkel Kaljurand, Tallinna Tehnikaülikool, Matemaatika-loodusteaduskond.
ETF9106
Mikrotsoon paberlehtedel baseeruvate rohelise analüütilise keemia meetodite arendamine
Paper microzone plates for green analytical chemistry
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP300 Analüütiline keemia 1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.20129 912,00 EUR
01.01.2013−31.12.20139 912,00 EUR
01.01.2014−31.12.20149 912,00 EUR
01.01.2015−31.12.20159 912,00 EUR
39 648,00 EUR

Selle grandi käigus kavatseme me laiendada mikrotsoon paberlehtede analüütilisi võimalusi. Mikrotsoon paberleht valmistatakse filterpaberi katmisel ringikujuliste testitsoonide riviga. Sellistel mikrotsoon lehel on palju eeliseid võrreldes plastmassist valmistatud mikrotiiter plaatidega. Mikrotsoon paberlehed on odavad, kergesti ladustatavad ja säilitatavad. Nad on sobivad tehnoloogiatega, mis on mikrotiiter plaatide jaoks välja töötatud (näit. 8-kanalised pipetid ja plaadilugejad). Mikrotsoon paberlehed lisavad uue, rohelise aspekti keemilisse analüüsi, kuna nende valmistamiseks vajalik materjali hulk on väike. Samas on väike ka äravisatava materjali hulk, mis vähendab mikrotsoon paberlehtedel baseeruva analüütika keskkonnamõju (tavalise keemilise analüüsiga võrreldes). Iga tsoon paberil teostab teistest sõltumatut testi, mistõttu saab võimalikuks massiivne paralleelne analüüs. Meil on hüpotees, et mikrotsoon paberlehed osutuvad kasulikuks diagnostikaseadmetena analüüsides kohapeal, sõjaliste operatsioonides, keerulistes keskkonnatingimustes ja kliinilistes laborites ja kodudes, kuna nad pakuksid alternatiivi olemasolevatele diagnostikatehnoloogiatele. Esimeseks ülesandeks grandis oleks toiduainete mõnede kvaliteedinäitajate kohapealse kontrolli metoodikate väljatöötamine. Mikrotsoon paberlehte saab vaadelda kui teatavat andmestruktuuri, kus M objekti (tsoonide read) ja N muutujat (tsoonide veerud) moodustavad teatava tabeli. Sellised tabelid on hõlpsasti analüüsitavad kemomeetria meetoditega, näiteks peakomponentide analüüsiga. Keemilise analüüsi lõppedes jäädvustatakse mikrotsoonlehe kujutis digitaalse fotokaameraga, pilt suunatakse mobiilvõrgu või interneti kaudu eraldiseisvasse arvutisse, mis kujutise töötlemise programmiga teisendab tsoonide intensiivsused numbriliseks ja käivitab automaatselt peakomponentide analüüsi, mille tulemusi saab tagasi teisendada kohapeale, järelduste tegemiseks. Grandi käigus testitakse ülalkirjeldatud lähenemisviisi võimalikkust mõnede sobivalt valitud näidete korral.
In this grant we would like to expand paper microzone plates’ capabilities. A paper microzone plate is made by patterning a sheet of paper into an array of circular or square test zones. Paper microzone plates have many advantages over plastic microwell plates. Paper microzone plates are inexpensive easy to stack, store, transport, and archive. Paper microzone plates are compatible with the technology developed for plastic plates, including 8-channel pipettes and plate readers. Paper microzone plates also bring a new green layer of flexibility in design, and by reducing the quantity of material used in the test device, they diminish the environmental impact of manufacturing and disposal. Like the wells in conventional plastic plates, each zone in the paper plate can be used to run an independent assay, and the design of the plate facilitates parallel processing of large numbers of samples. We hypothesize here that paper microzone plates should be useful as diagnostic assays for use by first responders and by the military in operations in harsh environments and may also find applications in clinical laboratories and home healthcare in developed countries by providing low-cost alternatives to current diagnostic technologies. First, we like to develop paper microzone plates that are sufficiently inexpensive to be applicable in food quality control at a point of care, and in the following (depending on the first results) development of assays for agriculture, water, food, and environmental markers will be considered. A paper microzone plate can be considered as a table with data structured in M observations (rows) and N variables (columns). Such table can be easily analyzed by a well-known chemometric method, principal component analysis (PCA). After capturing the image on the microzone plate and transforming it into table of individual microzone intensities (stored in a remote computer) the PCA software can start automatically in that computer and results transferred back to the POC. In this way large amount of samples at POC can be processed simultaneously and conclusions and actions that follow from the data analysis can be implemented immediately. We plan to investigate the feasibility and practicability of such approach for several well-known colorimetric assays.
Grandiprojekti käigus laiendati mikrotsoon paberlehtede analüütilisi võimalusi. Mikrotsoon paberleht valmistatakse filterpaberi katmisel ringikujuliste testitsoonide riviga. Sellistel mikrotsoon lehel on palju eeliseid võrreldes plastmassist valmistatud mikrotiiter plaatidega. Mikrotsoon paberlehed on odavad, kergesti ladustatavad ja säilitatavad. Mikrotsoon paberlehed lisavad uue, rohelise aspekti keemilisse analüüsi, kuna nende valmistamiseks vajalik materjali hulk on väike. Esimeseks ülesandeks grandi täitmisel oli veinide mõnede kvaliteedinäitajate (polüfenoolide sisaldus ja antioksüdatiivsus) kohapealse kontrolli metoodikate väljatöötamine. Hiljem laiendati välja töötatud metoodikat ravimiteede vesi-, alkoholi ja ioonvedelike ekstraktide analüüsil. Tulemuste statistilisel analüüsil vaadeldi mikrotsoon paberlehte kui teatavat andmestruktuuri, kus M objekti (tsoonide read) ja N muutujat (tsoonide veerud) moodustavad teatava tabeli. Selliseid tabeleid analüüsiti peakomponentide meetodil. Keemilise analüüsi lõppedes jäädvustati mikrotsoonlehe kujutis digitaalse fotokaameraga, pilt suunatati otseselt, mobiilvõrgu või interneti kaudu eraldiseisvasse arvutisse, mis kujutise töötlemise programmiga teisendas tsoonide intensiivsused numbriliseks ja käivitas peakomponentide analüüsi, mille tulemusi kasutati järelduste tegemiseks.