Nida Nasir

Date of Award

2-2020

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Mahmoud F. AI Ahmad

Second Advisor

Dr. Ahmed H. Al-Marzouqi

Third Advisor

Dr. Mohammad Shakeel Laghari

Abstract

Urine contains an immense amount of information related to its physical, chemical, and biological components; hence, it is a promising tool in detecting various diseases. Available methods for detecting hematuria (blood in the urine) are not accurate. Results are influenced by many factors, such as, health and vitals of the patients, settings of the equipment and laboratories, which leads to false positive or false negative outputs. This necessitates the development of new, accurate, and easy-access methods that save time and effort. This study demonstrates a label-free and accurate method for detecting the presence of red and white blood cells (RBCs and WBCs) in urine by measuring the changes in the dielectric properties of urine upon increasing concentrations of both cell types. The current method could detect changes in the electrical properties of fresh urine over a short time interval, making this method suitable for detecting changes that cannot be recognized by conventional methods. Correcting these changes enabled the detection of a minimum cell concentration of 10² RBCs per ml which is not possible by conventional methods used in the labs except for the semi-quantitative method that can detect 50 RBCs per ml, but it is a lengthy and involved procedure, not suitable for high volume labs. This ability to detect a very small amount of both types of cells makes the proposed technique an attractive tool for detecting hematuria, the presence of which is indicative of problems in the excretory system.

Furthermore, urolithiasis is also a very common problem worldwide, affecting adults, kids, and even animals. Calcium oxalate is the major constituent of urinary tract stones in individuals, primarily due to the consumption of high oxalate foods. The occurrence of urinary oxalate occurs by endogenous synthesis, especially in the upper urinary tract. In a normal, healthy individual, the excretion of oxalate ranges from 10 to 45 mg/day, depending on the age and gender, but the risk of stone formation starts at 25 mg/day depending on the health history of the individual. This study also addresses the detection of the presence of calcium oxalate in urine following the same label-free approach. This can be done by measuring the changes in the dielectric properties of urine with increasing concentrations of calcium oxalate hydrate (CaC₂O₄.H₂O). The current method could detect dynamic changes in the electrical properties of urine over a time interval in samples containing calcium oxalate hydrate even at a concentration as low as 10 μg/mL of urine, making this method suitable for detecting changes that cannot be recognized by conventional methods. The ability to detect a very small amount of stones makes it an attractive tool for detecting and quantifying stones in kidneys.

Using a non-invasive method which also works as a precautionary measure for early detection of some severe ailments, holds a good scope. It forms the basis of the cytological examinations and molecular assays for the diagnosis of several diseases. This method can be considered a point-of-care test because the results can be instantaneously shared with the members of the medical team. Based on these results, it is anticipated that the present approach to be a starting point towards establishing the foundation for label-free electrical-based identification and quantification of an unlimited number of nano-sized particles.

Comments

حتوي البول على كمية هائلة من المعلوما ت المتعلقة بمكوناته الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية؛ مما يجعله أداة واعدة في الكشف عن الكثير من الأمرا ض المختلفة. الطرق المتاحة للكشف عن البيلة الدموية (الدم في البول) ليس ت دقيقة. كما تتأثر النتائج بالعدي د من العوامل من المرضى وإعدادا ت المختبر، مما يؤدي إلى نتائج سلبية أو إيجابية كاذبة. وهذا يستلزم تطوير أسالي ب جديدة ودقيقة وسهلة الوصول توفر الوق ت والجه د. توض ح هذه الدراسة طريق ة خالية من الملصقا ت ودقيقة للكشف عن وجو د خلايا الدم الحمراء والبيضاء (كرا ت الدم الحمراء و كرا ت الدم البيضاء ) في البول ع ن طريق قياس التغيرا ت في خصائ ص العزل الكهربائ ي للبول عن د زيادة تركيز كلا النوعين من الخلايا. يمكن للطريقة الحالية اكتشاف التغيرا ت ف ي الخوا ص الكهربائية للبول الطازج خلال فترة زمنية قصيرة، مما يجعل هذه الطريقة مناسبة لاكتشاف التغيرا ت التي لا يمكن التعرف عليها بالطرق التقليدية. أتاح تصحيح هذه التغييرا ت اكتشاف الح د الأدنى لتركيز الخلية من 10²كرا ت دم حمراء لكل مل، وهو أمر غير ممكن من خلال الطرق التقليدية المستخدمة في المختبرا ت باستثناء الطريقة شب ه الكمية التي يمكن الكشف عن 50 كرة دم حمراء لكل مل، لكنها طويلة ومعقدة، وغير مناسبة للمختبرا ت ذا ت الإنتاج الكبي ر. هذه القدرة على اكتشاف كمية صغيرة جدًا من كلا النوعين من الخلايا تجعل التقنية المقترح ة أداة جذابة للكشف عن بيلة دموية، الت ي تدل على وجو د مشاكل في جهاز الإخراج .

علاوة على ذلك، تعتبر الحصى البولية أيضًا مشكلة شائعة في جميع أنحاء العالم، حي ث تصي ب البالغين والأطفال وحتى الحيوانا ت. أكسالا ت الكالسيوم هي المكون الرئيسي لحصى المسالك البولية في الأفرا د، ويرج ع ذلك أساسا إلى استهلاك الأطعمة عالية الأكسالا ت. يحد ث تكون أكسالا ت البول عن طريق التخليق الداخلي، وخاصة في الجهاز البولي العلوي. في الفر د الطبيعي والصحي، يتراوح إفراز الأكسالا ت بين 10 و 45 ملغ /يوم، حس ب العمر والجنس، لكن خطر تكوين الحجر يبدأ من 25 ملغ/يوم حس ب التاريخ الصحي للفر د. تتناول هذه الدراسة أيضًا اكتشاف وجو د أكسالا ت الكالسيوم في البول باتباع نفس الطريق ة الخالية من الملصقا ت. يمكن القيام بذلك عن طريق قياس التغيرا ت في الخوا ص العازلة للبول م ع زيادة تركيز هيدرا ت أكسالا ت الكالسيو م (CaC₂O₄.H₂O) . يمكن للطريقة الحالية اكتشاف التغيرا ت الديناميكية في الخوا ص الكهربائية للبول على مدى فترة زمنية في العينا ت التي تحتوي على هيدرا ت أكسالا ت الكالسيوم حتى بتركيز منخف ض يصل إلى 10 ميكروغرام/مل من البول، مم ا يجعل هذه الطريقة مناسبة للكشف عن التغييرا ت التي لا يمكن التعرف عليها بواسطة الأساليب التقليدية. القدرة على اكتشاف كمية صغيرة جدًا من الحصى يجعلها أداة جذابة لاكتشاف وقياس الحصى في الكلى

استخدام طريقة غير جراحية تعمل كتدبير وقائي للكشف المبكر عن بع ض الأمرا ض الشديدة يع د نطاق جي د. هذا الأسلو ب يشكل أساس الفحوصا ت الخلوية والمقايسا ت الجزيئية لتشخي ص العدي د من الأمرا ض. يمكن اعتبا ر هذه الطريقة بمثابة اختبار عند نقطة الرعاية لأنه يمكن مشاركة النتائج على الفور مع أعضاء الفريق الطبي. استنادًا إلى هذه النتائج، نتوقع أن يكون نهجنا الحالي بمثابة نقطة انطلاق نحو بناء الأساس لتحدي د الهوية الكهربائية بدون ملصقا ت وتقدير عد د غير محدو د من الجزيئا ت النانوي ة

Download

Share

COinS