Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Sampling pathogens from breath using electrostatic and filter methods for diagnosis of lower respiratory tract infections– pilot study
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Micro and Nanosystems.ORCID iD: 0000-0001-6915-257X
Stanford University.ORCID iD: 0000-0001-9177-1174
University of Antwerp. (Medical Microbiology)
University of Antwerp. (Dept. of Clinical Pathology of the University Hospital)
Show others and affiliations
2018 (English)Report (Refereed)
Abstract [en]

A pilot study at a primary care center in Belgium sampled exhaled breath from patients presenting with flu-like symptoms. Electrostatic sampling methods revealed S. aureus, while filter sampling revealed virus. Additionally, for the first time, an electrostatic device was verified for exhaled breath at a clinical point-of-care setting.

Place, publisher, year, edition, pages
2018.
National Category
Medical Biotechnology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-226954OAI: oai:DiVA.org:kth-226954DiVA, id: diva2:1202679
Note

QC 20180502

Available from: 2018-04-29 Created: 2018-04-29 Last updated: 2018-05-02Bibliographically approved
In thesis
1. An electrostatic sampling device for point-of-care detection of bioaerosols
Open this publication in new window or tab >>An electrostatic sampling device for point-of-care detection of bioaerosols
2018 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Bioaerosols are not only a significant factor of air quality but contribute greatly to the spread of infectious diseases, specifically through expired pathogen-laden aerosols. Clear examples of airborne transmission include: the recent influenza pandemic of 2009, the ongoing tuberculosis epidemic, and yearly norovirus out- breaks, which affect millions of people worldwide and pose serious threats to public healthcare systems. Given these acute concerns and the critical lack of knowledge of the field, it is important to develop methods for sampling and detecting these air- borne pathogens. Specifically, detection at the point-of-care can play an important role in improving the outcome of patient care by providing rapid and convenient diagnostics.

Electrostatic precipitation has emerged as a promising sampling tool for bio- aerosols, which together with a rapid analysis technique, can provide a powerful and integrated approach to pathogen detection or disease diagnosis at the point- of-care. Moreover, such a sampling-detection scheme could be a potentialy non- invasive breath sampling tool for diagnosis of respiratory infectious diseases.

This thesis presents a sampling device based on electrostatic precipitation, for capture of bioaerosols, and designed for use at point-of-care settings. A multi-point- to-plane electrode configuration allows charging of aerosol particles and direct air- to-liquid capture within a miniaturized volume with potentential for concatenation with on-site detection methods. Performance of the device was evaluated, using non-biological aerosols, for geometric (inter-electrode distance), electrical (inter- electrode potential and corona current), and aerosol parameters (particle size and gas velocity). Moreover, four different collector designs were investigated for im- proved collection efficiency and other features suitable for point-of-care settings (e.g. easy sample extraction and minimized volume).

The device was then validated, using bioaerosols, both in vitro and in vivo. In vitro validation was performed by capturing aerosolized influenza virus and analyz- ing the device collection efficiency. Lastly, prototype devices, designed for point- of-care, were validated in vivo with patients at the clinical setting. A pilot study was performed to capture exhaled pathogens from infected patients, with success- ful capture of exhaled bacteria.

Abstract [sv]

Bioaerosoler är inte enbart en signifikant faktor för luftkvalitet utan bidrar även mycket till spridningen av infektionssjukdomar, särskilt genom utandning av pato- genbelastade aerosoler. Tydliga exempel på luftburen överföring inkluderar: den se- naste influensapandemin under 2009, den pågående tuberkulosepidemin, och det årliga norovirusutbrott som påverkar miljontals människor världen över och utgör alvarliga hot mot folkhälsovårdssystemen. Med tanke på dessa akuta problem och den kritiska bristen på kunskap inom området är det viktigt att utveckla metoder för provtagning och detektering av dessa luftburna patogener. Specifikt kan detek- tion vid vårdpunkten spela en viktig roll för att förbättra resultatet as patientvården genom att tillhandahålla snabb och lämplig diagnostik.

Elektrostatisk utfällning har framkommit som ett lovande provtakningsverktyg för bioareosoler och kan, tillsammans med en snabb analys teknik, ge ett kraftfullt och integrerat tillvägagångsätt för detektering av patogener eller diagnos av sjuk- domar direkt vid vårdpunkten. Dessutom skulle ett sådant provtagning-detektions system kunna vara ett potentiellt icke-invasivt andprovtagningsverktyg för att dia- gnostisera infektionssjukdomar i andningsorganen.

Denna avhandling presenterar en elektrostatisk utfällningsenhet (ESP) för prov- tagning av bioaerosoler. Enheten är konstruerade för användning direkt på vård- platsen, har funktionen att fånga luft i vätska samt potential för sammanlänkning med platsens diagnosmetoder. En konfiguration med flera punkter-till-plan elektro- der möjliggör för laddning och avlägsnande av aerosolpartiklar för infångning i en vätskevolym på några hundra mikroliter. Infångning direkt i vätska ger inte enbart ett stabilt uppsamlings-, lagrings-, och transportmedium för patogener; det är även idealt för de flesta biologiska analyser, och den minimerade uppsamlingsvolymen resulterar i minimerade utspädningsfaktorer.

Utvecklingen av enheten beskrivs i den första delen, där icke-biologiska för- söksaerosoler används för att studera effekten av geometriska-, elektriska-, och ae- rosolparametrar på prestandan. Därutöver undersöks och optimeras utformningen av vätskekollektorn för elektrostatiskinfångning och hantering.

Validering av enheten, både in vitro och in vivo, beskrivs i den andra delen av av- handlingen och inkluderar användning biologiska aerosoler. Specifikt används ae- rosoliserad influensa för att genomföra en in vitro validering av ESP enheten, vars prestanda utvärderas för odlade och kliniska stammar. Slutligen utförs en validering in vivo vid vårdpunkten genom att använda ESP-enheten för att fånga patogener från utandningsluft.

Place, publisher, year, edition, pages
KTH Royal Institute of Technology, 2018. p. 45
Series
TRITA-EECS-AVL ; 2018:32
Keywords
electrostatic sampling; bioaerosols; point-of-care; breath sampling; electrostatic precipitation; microfluidic collection; corona discharge; air sampling; non-invasive diagnostics; exhaled breath analysis; on-site detection; aerosol sampling
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering Diagnostic Biotechnology
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-226955 (URN)978-91-7729-748-2 (ISBN)
Public defence
2018-05-29, D3, Lindstedsvägen 5, Stockholm, 13:30 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20180502

Available from: 2018-05-02 Created: 2018-04-29 Last updated: 2018-05-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Authority records BETA

Pardon, Gaspardvan der Wijngaart, Wouter

Search in DiVA

By author/editor
Ladhani, LailaPardon, Gaspardvan der Wijngaart, Wouter
By organisation
Micro and Nanosystems
Medical Biotechnology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 106 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf