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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/63404
LOW-COST ARDUINO REVERSE TRANSCRIPTASE LOOP-MEDIATED ISOTHERMAL AMPLIFICATION (RT-LAMP) FOR SENSITIVE NUCLEIC ACID DETECTION
Proof of Concept Study
Biosensing Techniques
Nucleic Acid Amplification Techniques
Prueba de Estudio Conceptual
Técnicas Biosensibles
Técnicas de Amplificación de Ácido Nucleico
Protótipo de Prova de Conceito
Técnicas Biossensoriais
Técnicas de Amplificação de Ácido Nucleico
Author
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil.
Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
School of Mathematical and Physical Sciences. Faculty of Science. University of Technology Sydney. Ultimo, Australia.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Física. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil.
Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
School of Mathematical and Physical Sciences. Faculty of Science. University of Technology Sydney. Ultimo, Australia.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de Física. Curitiba, PR, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Laboratório de Ciências e Tecnologias Aplicadas em Saúde. Curitiba, PR, Brasil. / Instituto de Biologia Molecular do Paraná. Curitiba, PR, Brasil.
Abstract
This work presents a low-cost transcription loop-mediated isothermal amplification (RTLAMP) instrument for nucleic acid detection, employing an Arduino Nano microcontroller. The cooling system includes customized printed circuit boards (PCBs) that serve as electrical resistors and incorporate fans. An aluminum block is designed to accommodate eight vials. The system also includes two PCB heaters—one for sample heating and the other for vial lid heating to prevent condensation. The color detection system comprises a TCS3200 color 8-sensor array coupled to one side of the aluminum heater body and a white 8-LED array coupled to the other side, controlled by two Multiplexer/Demultiplexer devices. LED light passes through the sample, reaching the color sensor and conveying color information crucial for detection. The top board is maintained at 110 ± 2◦C, while the bottom board is held at 65 ± 0.5 ◦C throughout the RT-LAMP assay. Validation tests successfully demonstrated the efficacy of the colorimetric RT-LAMP reactions using SARS-CoV-2 RNA amplification as a sample viability test, achieving 100% sensitivity and 97.3% specificity with 66 clinical samples. Our instrument offers a cost-effective (USD 100) solution with automated result interpretation and superior sensitivity compared to visual inspection. While the prototype was tested with SARS-CoV-2 RNA samples, its versatility extends to detecting other pathogens using alternative primers, showcasing its potential for broader applications in biosensing.
Keywords
COVID-19Proof of Concept Study
Biosensing Techniques
Nucleic Acid Amplification Techniques
Keywords in Spanish
Prueba de Ácido Nucleico para COVID-19Prueba de Estudio Conceptual
Técnicas Biosensibles
Técnicas de Amplificación de Ácido Nucleico
DeCS
Teste de Ácido NucleicoProtótipo de Prova de Conceito
Técnicas Biossensoriais
Técnicas de Amplificação de Ácido Nucleico
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