Abnormalities in biophysical properties of blood are often strong indicators of life threatening infections. However, there is no existing device that integrates the sensing of blood hematocrit (or equivalently, packed cell volume), viscosity, and erythrocyte sedimentation rate (ESR) in a unified paradigm for point-of-care diagnostics. In an effort to develop a rapid, integrated, accurate, portable, and inexpensive sensing platform to diagnose the corresponding pathophysical parameters, we develop a simple and portable spinning disk capable of yielding these results in a few minutes instead of the traditional duration of hours. The device requires only 40 μl of unprocessed freshly drawn blood treated with an anticoagulant ethylenediaminetetraacetic acid, instead of the traditional requirement of 2 ml of blood for just the ESR measurement and still more for hematocrit determination. In contrast to the sophisticated instrumentation required to determine these parameters by the previously proposed microfluidic devices, our device requires minimal infrastructure. The measurement of hematocrit is accomplished by means of a simple 15 cm ruler. Additionally, a simple measurement of the blood flow rate enables the determination of the ESR value. The rapidity, ease, accuracy, portability, frugality, and possible automation of the overall measurement process of some of the most important parameters of blood under infection pinpoint its utility in extreme point-of-care settings.

1.
S.
Zehnle
,
M.
Rombach
,
R.
Zengerle
,
F.
von Stetten
, and
N.
Paust
,
Biomicrofluidics
11
,
024114
(
2017
).
2.
Y. J.
Kang
,
Y.-R.
Ha
, and
S.-J.
Lee
,
Biomicrofluidics
8
,
044114
(
2014
).
3.
C.-H.
Shih
,
C.-H.
Lu
,
J.-H.
Wu
,
C.-H.
Lin
,
J.-M.
Wang
, and
C.-Y.
Lin
,
Sens. Actuators B Chem.
161
,
1184
(
2012
).
4.
K.
Wang
,
R.
Liang
,
H.
Chen
,
S.
Lu
,
S.
Jia
, and
W.
Wang
,
Sens. Actuators B Chem.
251
,
242
(
2017
).
5.
A. A.
Sayad
,
F.
Ibrahim
,
S. M.
Uddin
,
K. X.
Pei
,
M. S.
Mohktar
,
M.
Madou
, and
K. L.
Thong
,
Sens. Actuators B Chem.
227
,
600
(
2016
).
6.
A.
Sayad
,
F.
Ibrahim
,
S.
Mukim Uddin
,
J.
Cho
,
M.
Madou
, and
K. L.
Thong
,
Biosens. Bioelectron.
100
,
96
(
2018
).
7.
J.-W.
Shangguan
,
Y.
Liu
,
S.
Wang
,
Y.-X.
Hou
,
B.-Y.
Xu
,
J.-J.
Xu
, and
H.-Y.
Chen
,
ACS Sens.
3
,
1416
(
2018
).
8.
S.
Haeberle
and
R.
Zengerle
,
Lab Chip
7
,
1094
(
2007
).
9.
H. J.
Kim
,
C.
Kwon
, and
H.
Noh
,
ACS Sens.
4
,
9b01034
(
2019
).
10.
P. S.
Khiabani
,
A. H.
Soeriyadi
,
P. J.
Reece
, and
J. J.
Gooding
,
ACS Sen.
1
,
775
(
2016
).
11.
P.
Yager
,
T.
Edwards
,
E.
Fu
,
K.
Helton
,
K.
Nelson
,
M. R.
Tam
, and
B. H.
Weigl
,
Nature
442
,
412
(
2006
).
12.
M.
La
,
S. M.
Park
, and
D. S.
Kim
,
Biomicrofluidics
9
,
014104
(
2015
).
13.
N.
Kolluri
,
C. M.
Klapperich
, and
M.
Cabodi
,
Lab Chip
18
,
75
(
2018
).
14.
S.
Chakraborty
and
K.
Tsuchiya
,
J. Appl. Phys.
103
,
114701
(
2008
).
15.
L. H.
Nielsen
,
S. S.
Keller
, and
A.
Boisen
,
Lab Chip
18
,
2348
(
2018
).
16.
T.
Oeschger
,
D.
McCloskey
,
V.
Kopparthy
,
A.
Singh
, and
D.
Erickson
,
Lab Chip
19
,
728
(
2019
).
17.
L.
Gorgannezhad
,
M.
Umer
,
M. N.
Islam
,
N.-T.
Nguyen
, and
M. J. A.
Shiddiky
,
Lab Chip
18
,
1174
(
2018
).
19.
K.
Yamada
,
K.
Suzuki
, and
D.
Citterio
,
ACS Sens.
2
,
1247
(
2017
).
20.
J.-Y.
Huang
,
H.-T.
Lin
,
T.-H.
Chen
,
C.-A.
Chen
,
H.-T.
Chang
, and
C.-F.
Chen
,
ACS Sens.
3
,
174
(
2018
).
21.
A.
Yakoh
,
S.
Chaiyo
,
W.
Siangproh
, and
O.
Chailapakul
,
ACS Sens.
4
,
1211
(
2019
).
22.
A.
Nilghaz
,
L.
Guan
,
W.
Tan
, and
W.
Shen
,
ACS Sens.
1
,
1382
(
2016
).
23.
J.
Heikenfeld
,
A.
Jajack
,
J.
Rogers
,
P.
Gutruf
,
L.
Tian
,
T.
Pan
,
R.
Li
,
M.
Khine
,
J.
Kim
,
J.
Wang
, and
J.
Kim
,
Lab Chip
18
,
217
(
2018
).
24.
E. E.-T.
Hwu
and
A.
Boisen
,
ACS Sens.
3
,
1222
(
2018
).
25.
M.
Madou
,
J.
Zoval
,
G.
Jia
,
H.
Kido
,
J.
Kim
, and
N.
Kim
,
Annu. Rev. Biomed. Eng.
8
,
601
(
2006
).
26.
O.
Strohmeier
,
M.
Keller
,
F.
Schwemmer
,
S.
Zehnle
,
D.
Mark
,
F.
von Stetten
,
R.
Zengerle
, and
N.
Paust
,
Chem. Soc. Rev.
44
,
6187
(
2015
).
27.
T. S.
Kaminski
,
O.
Scheler
, and
P.
Garstecki
,
Lab Chip
16
,
2168
(
2016
).
28.
A. K. S.
Lau
,
H. C.
Shum
,
K. K. Y.
Wong
, and
K. K.
Tsia
,
Lab Chip
16
,
1743
(
2016
).
29.
A.
Lenshof
,
M.
Evander
,
T.
Laurell
, and
J.
Nilsson
,
Lab Chip
12
,
684
(
2012
).
30.
M.
Rosenfeld
,
Rev. Sci. Instrum.
13
,
154
(
1942
).
31.
Y.
Zhu
,
Y.
Chen
, and
Y.
Xu
,
Sens. Actuators B Chem.
276
,
313
(
2018
).
32.
S.
Haeberle
,
T.
Brenner
,
H.-P.
Schlosser
,
R.
Zengerle
, and
J.
Ducrée
,
Chem. Eng. Technol.
28
,
613
(
2005
).
33.
S.
Burger
,
M.
Schulz
,
F.
von Stetten
,
R.
Zengerle
, and
N.
Paust
,
Lab Chip
16
,
261
(
2016
).
34.
D.
Chakraborty
,
M.
Madou
, and
S.
Chakraborty
,
Lab Chip
11
,
2823
(
2011
).
35.
D.
Chakraborty
and
S.
Chakraborty
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
234103
(
2010
).
36.
S.
Kar
,
S.
Joshi
,
K.
Chaudhary
,
T. K.
Maiti
, and
S.
Chakraborty
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
244101
(
2015
).
37.
T.
Brenner
,
T.
Glatzel
,
R.
Zengerle
, and
J.
Ducrée
, in
Proceedings of MTAS
(
Royal Society of Chemistry
,
2003
), pp.
5
9
.
38.
R.
Agarwal
,
A.
Sarkar
, and
S.
Chakraborty
,
Analyst
144
,
3782
(
2019
).
39.
M.
Grumann
,
A.
Geipel
,
L.
Riegger
,
R.
Zengerle
, and
J.
Ducrée
,
Lab Chip
5
,
560
(
2005
).
40.
F.
Schwemmer
,
T.
Hutzenlaub
,
D.
Buselmeier
,
N.
Paust
,
F.
von Stetten
,
D.
Mark
,
R.
Zengerle
, and
D.
Kosse
,
Lab Chip
15
,
3250
(
2015
).
41.
A.
Kazemzadeh
,
A.
Eriksson
,
M.
Madou
, and
A.
Russom
,
Nat. Commun.
10
,
189
(
2019
).
42.
S.
Hugo
,
K.
Land
,
M.
Madou
, and
H.
Kido
,
S. Afr. J. Sci.
110
,
1
(
2014
).
43.
J.
Ducrée
,
S.
Haeberle
,
S.
Lutz
,
S.
Pausch
,
F.
von Stetten
, and
R.
Zengerle
,
J. Micromech. Microeng.
17
,
S103
(
2007
).
44.
R.
Gorkin
,
J.-M. J.
Park
,
J.
Siegrist
,
M.
Amasia
,
B. S.
Lee
,
J.-M. J.
Park
,
J.
Kim
,
H.
Kim
,
M.
Madou
, and
Y.-K.
Cho
,
Lab Chip
10
,
1758
(
2010
).
45.
S.
Hosseini
,
M. M.
Aeinehvand
,
S. M.
Uddin
,
A.
Benzina
,
H. A.
Rothan
,
R.
Yusof
,
L. H.
Koole
,
M. J.
Madou
,
I.
Djordjevic
, and
F.
Ibrahim
,
Sci. Rep.
5
,
16485
(
2015
).
46.
T.-H.
Kim
,
H.
Hwang
,
R.
Gorkin
,
M.
Madou
, and
Y.-K.
Cho
,
Sens. Actuators B Chem.
178
,
648
(
2013
).
47.
M.
Amasia
and
M.
Madou
,
Bioanalysis
2
,
1701
(
2010
).
48.
R.
Uddin
,
M.
Donolato
,
E.-T.
Hwu
,
M. F.
Hansen
, and
A.
Boisen
,
Sens. Actuators B Chem.
272
,
634
(
2018
).
49.
J.
Steigert
,
M.
Grumann
,
T.
Brenner
,
L.
Riegger
,
J.
Harter
,
R.
Zengerle
, and
J.
Ducrée
,
Lab Chip
6
,
1040
(
2006
).
50.
E.
Mahmodi Arjmand
,
M.
Saadatmand
,
M. R.
Bakhtiari
, and
M.
Eghbal
,
Talanta
190
,
134
(
2018
).
51.
S.
Kar
,
T. K.
Maiti
, and
S.
Chakraborty
,
Analyst
140
,
6473
(
2015
).
52.
S.
Kar
,
U.
Ghosh
,
T. K.
Maiti
, and
S.
Chakraborty
,
Lab Chip
15
,
4571
(
2015
).
53.
S.
Chien
,
S.
Usami
,
H. M.
Taylor
,
J. L.
Lundberg
, and
M. I.
Gregersen
,
J. Appl. Physiol.
21
,
81
(
1966
).
54.
B. L.
Walton
,
M.
Lehmann
,
T.
Skorczewski
,
L. A.
Holle
,
J. D.
Beckman
,
J. A.
Cribb
,
M. J.
Mooberry
,
A. R.
Wufsus
,
B. C.
Cooley
,
J. W.
Homeister
,
R.
Pawlinski
,
M. R.
Falvo
,
N. S.
Key
,
A. L.
Fogelson
,
K. B.
Neeves
, and
A. S.
Wolberg
,
Blood
129
,
2537
(
2017
).
56.
C.-H.
Cha
,
C.-J.
Park
,
Y. J.
Cha
,
H. K.
Kim
,
D. H.
Kim
,
Honghoon
,
J. H.
Bae
,
J.-S.
Jung
,
S.
Jang
,
H.-S.
Chi
,
D. S.
Lee
, and
H.-I.
Cho
,
Am. J. Clin. Pathol.
131
,
189
(
2009
).
57.
N. V.
Greidanus
,
J. Bone Jt. Surg.
89
,
1409
(
2007
).
58.
M. B.
Andresdottir
,
Am. J. Epidemiol.
158
,
844
(
2003
).
59.
N. R.
Broek
and
E. A.
Letsky
,
BJOG
108
,
1164
(
2001
).
60.
M.
Plebani
,
S.
De Toni
,
M. C.
Sanzari
,
D.
Bernardi
, and
E.
Stockreiter
,
Am. J. Clin. Pathol.
110
,
334
(
1998
).
61.
X.
Xu
,
L.
Yu
, and
Z.
Chen
,
Ann. Biomed. Eng.
38
,
3210
(
2010
).
62.
J.
Zhang
,
P. C.
Johnson
, and
A. S.
Popel
,
Microvasc. Res.
77
,
265
(
2009
).
63.
T.-X.
Zhao
and
B.
Jacobson
,
Med. Biol. Eng. Comput.
35
,
181
(
1997
).
64.
D.
Gilmour
and
A. J.
Sykes
,
Br. Med. J.
2
,
1496
(
1951
).
65.
K.
Cha
,
E. F.
Brown
, and
D. W.
Wilmore
,
Physiol. Meas.
15
,
499
(
1994
).
66.
A.
Yoshikoshi
,
A.
Sakanishi
, and
Y.
Toyama
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
4379
(
2004
).
67.
Y.
Kang
and
B.
Kim
,
Micromachines
9
,
318
(
2018
).
68.
G. A. M.
Pop
,
D. J.
Duncker
,
M.
Gardien
,
P.
Vranckx
,
S.
Versluis
,
D.
Hasan
, and
C. J.
Slager
,
Neth. Heart J.
10
,
512
516
(
2002
).
69.
R.
Rosencranz
and
S. A.
Bogen
,
Pathol. Patterns Rev.
125
,
S78
(
2006
).
70.
G. A. M.
Pop
,
L. L. A.
Bisschops
,
B.
Iliev
,
P. C.
Struijk
,
J. G.
van der Hoeven
, and
C. W. E.
Hoedemaekers
,
Biosens. Bioelectron.
41
,
595
(
2013
).
71.
Y.
Jun Kang
,
J.
Ryu
, and
S.-J.
Lee
,
Biomicrofluidics
7
,
044106
(
2013
).
72.
B. J.
Kim
,
Y. S.
Lee
,
A.
Zhbanov
, and
S.
Yang
,
Analyst
144
,
3144
(
2019
).
73.
Y. J.
Kang
,
Biomicrofluidics
12
,
024116
(
2018
).
75.
Y.
Jun Kang
,
E.
Yeom
, and
S.-J.
Lee
,
Biomicrofluidics
7
,
054111
(
2013
).
77.
A. W.
Browne
,
L.
Ramasamy
,
T. P.
Cripe
, and
C. H.
Ahn
,
Lab Chip
11
,
2440
(
2011
).
78.
Z.
Isiksacan
,
O.
Erel
, and
C.
Elbuken
,
Lab Chip
16
,
4682
(
2016
).
79.
Y. J.
Kang
,
Anal. Methods
10
,
1805
(
2018
).
80.
E.
Yeom
and
S. J.
Lee
,
Biomicrofluidics
9
,
024110
(
2015
).
81.
R. P.
Kate
,
P. K.
Das
, and
S.
Chakraborty
,
J. Fluid Mech.
573
,
247
(
2007
).
82.
S.
Chakraborty
and
S. K.
Som
,
Int. J. Heat Mass Tran.
48
(
13
),
2801
(
2005
).
83.
S.
Das
,
T.
Das
, and
S.
Chakraborty
,
Sens. Actuators B Chem.
114
,
957
(
2006
).
84.
A.
Bandopadhay
,
D.
Tripathi
, and
S.
Chakraborty
,
Phys. Fluids
28
,
052002
(
2016
).
85.
S.
Das
,
S.
Chakraborty
, and
S. K.
Mitra
,
Phys. Rev. E
85
,
051508
(
2012
).
86.
S.
Chakraborty
and
S.
Ray
,
Phys. Fluids
20
,
083602
(
2008
).
87.
S.
Das
and
S.
Chakraborty
,
AIChE J.
53
,
1086
1099
(
2007
).
88.
A.
Garai
and
S.
Chakraborty
,
Electrophoresis
31
,
843
849
(
2010
).
89.
S. P.
Das
,
S.
Chakraborty
, and
P.
Dutta
,
Heat Transfer Eng.
25
,
54
(
2004
).
90.
S.
Chakraborty
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
034108
(
2007
).
91.
S.
Sarkar
,
P. M.
Raj
,
S.
Chakraborty
, and
P.
Dutta
,
Numer. Heat Transfer A
42
,
307
(
2002
).
92.
P. M.
Raj
,
S.
Sarkar
,
S.
Chakraborty
,
G.
Phanikumar
, and
P.
Dutta
,
Int. J. Heat Fluid Flow
23
,
298
(
2002
).
93.
S.
Kar
,
M.
Dash
,
T. K.
Maiti
, and
S.
Chakraborty
,
Analyst
140
,
1432
(
2015
).
94.
L.
Riegger
,
M.
Grumann
,
J.
Steigert
,
S.
Lutz
,
C. P.
Steinert
,
C.
Mueller
,
J.
Viertel
,
O.
Prucker
,
J.
Rühe
,
R.
Zengerle
, and
J.
Ducrée
,
Biomed. Microdevices
9
,
795
(
2007
).
95.
F. J.
Walburn
and
D. J.
Schneck
,
Biorheology
13
,
201
(
1976
).
96.
97.
S.
Chakraborty
,
Anal. Chim. Acta
605
,
175
(
2007
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.