3D-tulostustekniikan hyödyntäminen diagnostisten pikatestien tuotekehityksessä

Abstract

Pikavalmistustekniikat ovat kehittyneet viime vuosina nopeasti. Tämä antaa jo lähes rajattomat mahdollisuudet tuottaa 3D-tulostamalla erilaisia tuotteita. 3D-tulostuksen hyödyntäminen on yleistynyt erityisesti teollisuuden ja teknologian aloilla. Tässä työssä tutkittiin, miten 3D-tulostamista voidaan hyödyntää lateraalivirtaustekniikkaan perustuvien immunologisten pikatestituotteiden tuotekehityksessä.

Lateraalivirtaustekniikkaan perustuva immunologinen pikatesti (Lateral Flow Immuno Assay) on vasta-aineisiin perustuva, nopea ja helppokäyttöinen mittausmenetelmä pienten ainemäärien havaitsemiseen. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin testin suunnitteluun ja valmistukseen vaikuttavia tekijöitä ja kehitettiin immunologiselle pikatestille oma testikotelo, jonka suunnitteluun ja rakenteen mallintamiseen käytettiin 3D- tulostustekniikkaa. Testikotelon toimivuus varmistettiin kehittämällä testikoteloon sopiva immunologinen pikatesti, jonka suorituskykyä analysoitiin sekä visuaalisesti että Actim1ngeni lukulaitteella. Työssä selvitettiin erilaisia pikavalmistustekniikoita, joista testikotelon tulostamiseen valittiin SLAtekniikka, jossa kappaleita valmistetaan nestemäisestä valoherkästä hartsista. Tämä menetelmä valittiin sen tulostustarkkuuden ja tulostuspinnan laadun perusteella. Testikotelon suunnittelu aloitettiin, määrittämällä, millaisia ominaisuuksia testikotelolta haluttiin. Näitä ominaisuuksia olivat immunologisen pikatestin suojaaminen sekä näytteen kulkeutumisen varmistaminen. Immunologisen pikatestin kehityksessä hyödynnettiin osin aiemmin kehitetystä immunologisesta pikatestistä saatuja tietoja. Immunologisen pikatestin valmistusprosessi koostui seitsemästä eri prosessivaiheesta, jotka olivat: Monoklonaalisen vasta-aineen/kontrollireagenssin konjugointi, näytetyynyn käsittely, konjugointityynyn käsittely, konjugointityynylle annostelu, membraanille annostelu, laminointi ja leikkaus sekä kasettitestin kokoonpano. Testikoteloon kehitetyn immunologisen pikatestin toimivuus varmistettiin tutkimalla testin reaktiokinetiikkaa ja analyyttistä herkkyyttä sekä visuaalisesti, että lukulaitteen avulla. Tutkimustulosten perusteella 3D-tulostus on erittäin hyödyllinen menetelmä pikatestien tuotekehityksessä suunniteltaessa testikotelorakenteita, näytteen annosteluvälineitä ja näiden yhdistelmiä.

Rapid prototyping techniques have been extensively has developed in the recent years. This gives almost unlimited possibilities to generate different types of products by using 3Dprinting technology. 3D-printing is widely used in various industrial and technology sectors. The aim of this study was to investigate how 3D-printing can be used during product development of diagnostic rapid tests. Lateral flow immunoassay is an antibody-based, fast and easy method for the detection of low substance quantities. The aim of this study was to develop a Lateral flow test cassette. For this purpose, the 3D-printing technology was used for designing and modelling of this cassette. The test cassette functionality was confirmed by developing a Lateral flow test. The performance of Lateral flow test was tested visually and by using Actim 1ngeni reader. The study began by examining different types of rapid prototyping techniques. Based on this preliminary phase a stereolithography (SLA) method was selected for the manufacturing of the test cassette prototype. The design was initiated by determining the features that are the most essential for the test cassette structure. These features are protection of the lateral-flow test structure and assurance of the liquid flowing through the test strip. Then the Lateral flow test was developed by using partially existing knowledge from earlier Lateral flow test projects. The Lateral flow test strip manufacturing consisted of seven different process steps which were: Conjugation of antibody /control reagents, preparation of the sample pad, preparation of the conjugate pad, dispensing of the conjugate pad, dispensing of the membrane, laminating and cutting of the test strip and finally the cassette assembly. Lateral flow test cassette performance was verified by studying the reaction kinetics and sensitivity of the test visually and by reader. Based on this study the 3D-printing is a very useful method for rapid test product development and especially for designing of the housing structures and sampling tools.