Summary
Mikro-partikkel bilde velocimetry (μPIV) blir brukt til å visualisere sammenkoblede bilder av mikropartikler sås i blod flyter som er kryss-korrelert for å gi en nøyaktig hastighetsprofil. Skjærhastighet, maksimal hastighet, hastighet profilform, og strømningshastigheten, som hver har kliniske anvendelser, kan utledes fra disse målingene.
Abstract
Micro-partikkel bilde velocimetry (μPIV) brukes til å visualisere sammenkoblede bilder av mikropartikler seeded i blodet flyter. Bildene er kryss-korrelert å gi en nøyaktig hastighet profil. En protokoll er presentert for μPIV målinger av blod flyter i microchannels. På skalaen på mikrosirkulasjonen, kan blod ikke betraktes som en homogen væske, som det er en suspensjon av fleksible partikler som er suspendert i plasma, en Newtonsk væske. Skjærhastighet, maksimal hastighet, hastighet profilform, og strømningsmengden kan utledes fra disse målingene. Flere viktige parametere som samlingspunkt dybde, partikkelkonsentrasjonen, og systemet etterlevelse, presenteres for å sikre nøyaktige og nyttige data sammen med eksempler og representative resultater for ulike hematocrits og strømningsforhold.
Introduction
Menneskekroppen inneholder mange fartøy med diameter mindre enn 50 mikrometer, som er den viktigste utveksling området mellom blod og vev. Studiet av blodstrømmen i disse fartøyene representerer store tekniske utfordringer på grunn av både omfanget av målingene og de flytende egenskaper av blod. Disse målingene, inkludert trykkgradienten, klippe på veggen, og hastighet profiler i arterioler og venules, er viktige faktorer knyttet til fysiologiske responser. Det er nå helt nye muligheter til å løse disse måling utfordringer, takket være nye eksperimentelle teknikker på mikro skala for å studere mikrosirkulasjonen og løse dette multiscale problem.
Mikro-partikkel bilde velocimetry (μPIV) er en partikkel-basert flyt visualisering teknikk som brukes til å evaluere hastighetsprofiler av blodstrøm i mikrokanaler via krysskorrelasjon. μPIV, først utviklet av Santiago et al., har blitt brukt med hemorheologystudier siden Sugii et al. i 2001 brukte teknikk for å måle blodgjennomstrømningen i 100 mikrometer runde glassrør 1,2. Ulike tilnærminger til μPIV eksisterer. Høy hastighet kameraer kan brukes til å korrelere bevegelsen av røde blodceller (RBC) og pulset kan selvfølgelig også brukes til å korrelere bevegelsen av tracer partikler. Begge disse alternativene kan være kombinert med en stående eller invertert mikroskop, avhengig av programmet. I begge tilfeller er resultatet en 2D hastighetsprofil. En annen metode er å bruke en confocal mikroskop for å oppnå 2D-og 3D-profiler. Denne metoden har vært brukt til blod 3,4,5.
Mikro skala PIV har flere komplikasjoner sammenlignet med makro PIV. I makro PIV dataene kan være begrenset til et enkelt plan gjennom ark av lys, men i mikroskala volum belysning er nødvendig. Volum belysning er et større problem for avbildning av mikro blodet renner, som RBC-ene seg er stor i forhold til den channels, og ved hjelp av RBC som de tracer partikler fører til en dybde på korrelasjon (DOC) som kan betydelig redusere nøyaktigheten av kryss-korrelasjon resultater 6,7,8. Etter Wereley et al. (1998) DOC for en 40 mikrometer høy kanal med RBC som sporstoff er 8,8 mikrometer, mens med en 1 mikrometer tracer partikkel DOC er 6,7 mikrometer. Denne forskjellen blir mer uttalt når du skifter kanal høyde og forstørrelse. I tillegg-RBC er ugjennomsiktig, og øke tettheten av RBC-ene i strømningen forårsaker tenkelig vanskeligheter. Fluorescerende tracer partikler, først brukt av Santiago et al. (1998), har blitt anbefalt som et verktøy for å redusere påvirkning av ut-av-fokus partikler, ved bruk av de minste partiklene mulig. Ved hjelp av en mikrometer diameter fluorescerende mikropartikler kombinert med en laser er en tilnærming som kan redusere dybden av fokus problem i mikro blod flow imaging 10. Det er flere aktuelle vurderinger av staten μPIV technology, som hver fremhever betydningen av μPIV til blodstrøm studier 11,12. Flere viktige hensyn må tas hensyn til ved bruk μPIV for blod. På mikronivå, omfanget av mikrosirkulasjonen, kan blod ikke betraktes som en homogen væske, som det er en suspensjon av fleksible røde blodceller (RBC), store hvite blodceller, blodplater og andre proteiner suspendert i et Newtonsk fluidum (plasma) .
De hastighetsprofiler målt her kan brukes til å måle visse egenskaper av mikro blodet renner. De viktige faktorer i microhemorheology er strømningshastigheten for blodet, formen av hastighetsprofiler, og skjærspenningen på veggen av karet. Denne informasjonen har kliniske implikasjoner, som mikrosirkulasjonen er åsted for næringsstoff utveksling i kroppen, og denne utvekslingen er skjær-avhengig. Det er flere aktuelle gjennomgang studier om tilstanden i forskning i mikrosirkulasjonen i tillegg 13,14,15.
Presenteres her er en protokoll for μPIV målinger av blod flyter i polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels. PDMS kanaler ble fabrikkert in-house følge kilder i § 1 i protokollen. Svin blodprøver ble innhentet fra et akkreditert slakteri og rengjøres etter § 2 i protokollen. Alle data ble innhentet ved hjelp av LaVision MITAS μPIV system, som beskrevet i kapittel 3 i protokollen. Oppsettet består av en Nd: YAG laser (New Wave Research, USA) og CCD-kamera (Bilde Intense, Lavision) styres av en programmerbar utløsende enhet, et fluorescerende mikroskop kombinert med en scene i bevegelse i tre akser, og en datamaskin, i tillegg til en høy hastighet kameraet (Dalsa 1M150, Nederland) ble tilsatt for visualisering av RBC-ene selv. Begge kameraene er koblet til en 2 port optisk boks (Custom av Zeiss, Tyskland). I typisk in vivo målinger av blodstrøm, er en opprettstående mikroskop benyttet for å spore den RBCsmselves, mens i typisk in vitro-anvendelser et invertert mikroskop blir brukt til å spore tracer partikler. I denne unike doble oppsett, tillater optikk boksen begge sporstoff som skal bli avbildet ved hjelp av det inverterte mikroskop. Blod ble introdusert i microchips via en høy presisjon sprøytepumpe (Nexus3000, Chemyx Inc., USA). Et diagram av anlegget er vist i Figur 1, hvor den øverste delen av figuren representerer 140 mikrometer ved 40 mikrometer rektangulære kanaler fabrikkert av PDMS, og den nedre delen representerer hele det system inkludert både kameraer, laser, og sprøytepumpen mikroskopet.
Gjeldende μPIV set-ups tilgjengelig, vanligvis med proprietær programvare, inkluderer TSI, Dantec Dynamics, og LaVision. Standard cross-korrelasjon algoritmer kan oppnås gjennom en rekke programvare alternativer, inkludert MATLAB. Programvaren er ikke nøkkelen, forstå hva dialogboksene tilsvarer matematisk vil tjene brukr mye bedre. I denne protokollen Davis, er LaVision proprietære programvare eller MATLAB utnyttet. Protokollen er ikke programvaren spesifikk, men menyvalgene kan være på forskjellige steder i forskjellige programvarepakker.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
En. Microchip Fabrication
Det første trinnet er å lage eller kjøpe microchannel. Det er mange alternativer for microchip materiale.
En av de mest vanlige materialer som velges, er poly (dimetylsiloksan) (PDMS). Det er mange publikasjoner om retninger for PDMS fabrikasjon gjennom myk litografi 16,17,18.
Når PDMS kanalen er fremstilt, er det flere overflatebehandlinger tilgjengelig for å reversere sin naturlige hydrofobisitet. Oksygenerte plasma-behandling er en vanlig alternativ.
Zhou, Ellis, og Voelcker (2009) gir en gjennomgang av overflatebehandlinger og hvordan de påvirker PDMS. Disse resultatene er imidlertid for vann, og blod har forskjellige egenskaper. En studie på hva som overflatebehandling betyr for blod har blitt gjort av Pitts et al. (2012a).
For resultatene som presenteres her, microchip overflater og glass-slides de varbundet til begge ble utsatt for oksygenrikt plasma i 45 sekunder og deretter presses godt sammen som resulterer i en permanent binding.
2. Blood Forberedelse
- Samle blodprøver fra et akkreditert anlegget. For eksempel porcin blod kan brukes med etylendiamintetraeddiksyre (EDTA) som en antikoagulant. Tilsett 1 g EDTA med 4 ml vann, og deretter tilsette oppløsningen til en L av helblod, bland forsiktig 10x.
Ved å plukke opp blodprøver, tillate dem å avkjøles langsomt til RT. Blodprøver må være fersk, og ideelt sett brukt samme dag som de samles for å bevare de reologiske egenskaper for blodet.
Prøver kan oppbevares i kjøleskap en gang på RT, men fullblod uten antikoagulant vil være ubrukelig etter nedkjøling. Avhengig av antikoagulant, kan RBCs holdes nedkjølt i opp til 42 dager, og helblod kan holdes nedkjølt i 35 dager, men forurensning ville være mulig i et ikke-medical anlegget 21.
I tillegg være forsiktig med innsamlingsmetode med storfe eller svin prøver, og unngå innblanding av benmarg.
- Sentrifuger blodprøver 3x ved 3000 rpm i 10 min hver gang. Etter den første sentrifugering, fjern plasma og Buffy Coat, kast. Det er som regel lettest å fjerne plasmaet først, og deretter forkaste eller holder for fremtidig bruk, og deretter å fjerne den buffy coat alene.
Introduser pipetten langsomt, slik at man ikke blande buffy coat tilbake til blodet. Etter fjerning av buffy coat, tilsett ca 20 ml fosfatbufret saltvann (PBS), og bland forsiktig, recentrifuge. Gjenta siste trinnet. Etter tredje sentrifugering, fjern PBS og resterende Buffy Coat, kast.
Det er også mulig å anvende den opprinnelige plasma istedenfor PBS hvis du ønsker å beholde de aggregere egenskapene til blodet. Sørg for å ikke blande buffycoat eller hvitblodceller inn i plasma.
- Ta renset røde blodceller (RBC) og suspendere i PBS eller plasma på ønskede konsentrasjoner (hematocrits). Sjekk hematocrits med en mikrosentrifuge (CritSpin FisherSci, USA).
Blod ved 10 til 20% hematokritt skal være lettere å visualisere enn 40 eller 50% (hematokrit fysiologisk). I mikrosirkulasjonen, er blodet vanligvis halvparten av hematokritt på den makro-sirkulasjon, slik at H = 20 er tilstrekkelig 15.
- Legg fluorescerende tracer partikler ved den ønskede konsentrasjon til blodprøvene. En generell regel er å ha 10 partikler i en sammenheng vindu, som kan beregnes på forhånd.
For eksempel er 30 pl av partikler tilsatt til 1 ml blod løsning for oppsett avbildet i videoen. Alternativt kan de RBC selv bli fluorescently merket.
- I tillegg gjøre en kalibrering løsning med vann og influensaorescing partikler. Det vil være nødvendig å kalibrere systemet med et newtonsk løsning.
For eksempel, ved bruk av et 10X objektiv med en kanal på skalaen på 100 mikrometer, er en egnet konsentrasjon 300 mL av partikler blandet med 15 ml destillert vann. Et annet alternativ er å bruke glyserol fortynnet med destillert vann til en viskositet på 3cP, som er nærmere blodets makro viskositet.
3. μPIV Målinger
- Laser sikkerhet: Sjekk temperatur og luftfuktighet. Bruk egnede laser vernebriller. Lukk laser gardin eller slå på laseren skiltet på lab døren på å hindre folk ikke er beskyttet fra å bli utsatt.
- Prosedyren med Davis programvaren er vist i videoen. For flere detaljer, se bruksanvisningen til et bestemt system.
- Før du tar data, må kameraet skalaen som skal kalibreres ved hjelp av en mikrometer.
- For å redusere etterlevelse av systemet, bruke kortest mulig slange end den minste stive sprøyte mulig, for eksempel en 15 eller 50 ul Hamilton gasstett sprøyte. For å redusere lekkasje av blod eller luftinntaket inn i systemet, forsegle røret til sprøyten og til brikken. Dette kan gjøres med lim, PDMS eller vaselin (være forsiktig for ikke å forurense blodet).
For å fylle den mikro-sprøyte med vann fylt med tracer partikler bruk tilbakestrømning metode fordi volumet av den mikro-sprøyte er vanligvis mye mindre enn volumet for å fylle.
Vår tilbakestrømming metoden består for å fylle sprøyten og mikro-kanal sammen via utgangen fra kanalen ved hjelp av en sekundær plastsprøyte. For det første fjerner mikro-sprøytestempelet, og deretter presse væsken ved hjelp av den klassiske plastsprøyte festet til utløpet av kanalen, la væsken flyte ut den mikro-sprøyte inntil alle mikrobobler er ute av mikro-sprøyte, rør eller chip, endelig sette stempelet tilbake, og trekk ut plastsprøyte. Tilstedeværelsen or fravær av mikrobobler kan verifiseres med et mikroskop.
- Utjevne sprøytepumpe å oppnå horisontal slange. Programmere sprøytepumpe til ønsket flow rate.
Vær oppmerksom på mulige tilfeldige effekter, som "flaskehals-effekten", for rigid system eller etterlevelse av systemet som endrer selve flow rate. Karakteristiske-tider for et system kan beregnes som en funksjon av de materialer og dimensjoner av systemet. (Kapittel 2, s. 77-81, Tabeling, 2005)
- Plasser microchip på mikroskop scenen og starte pumpen. Bruk vann med partikler for å kalibrere systemet til midten hastighet profil og kalibrerer dT (tiden mellom pulserende bilder).
Partiklene skal bevege seg mellom 5 og 10 piksler mellom rammer for en god korrelasjon 11. Når du kalibrerer, være nøye med å måle i midten av kanalen. Fokusplanet i midten har den høyestehastighet åtte.
Hvis du bruker en rund kanal, være forsiktig med skyggeeffekter.
En prøve bilde er vist i figur 2 ved bruk av en pulset kamera, mens den øverste bilde er den første puls og den nederste bilde er den andre puls. Det kan ses i figuren at de lyseste punkt (fluorescerende partikler) som er mest i-fokus.
- EKSTRA: Ved å ta data i ulike høyder en 3D-hastighet profil kan rekonstrueres ved å legge de forskjellige vektorer til ett enkelt bilde. Videoen presenterer en rutine som ble utviklet for automatisering av prosessen.
- Ved å samle inn data med blodet, fylle sprøyten med ønsket mengde av blod i den samme metode som vannet. Programmere sprøytepumpe til ønsket flow rate, og ta ønskede data. Et eksempel på rå bildene innhentet er presentert Figur 2. Vær forsiktig med RBC sedimentering også. Påfylling sprøyten hver løpetur eller hverandre løp vil redusere settling av RBC.
- Etter å skaffe bilder, er krysskorrelasjon utføres på bildet parene å finne farts vektorfelt mellom bilder. Det er viktig å ha gode bilder for å få en god korrelasjon. Før samkjøre, kan pre-prosessering gjøres for å fjerne bakgrunnsstøy.
Krysskorrelasjon er gjort mellom vinduer i de tilstøtende bilder, som kan varieres i størrelse og form til å påvirke korrelasjon. Etter krysskorrelasjon, kan image etterbehandling gjøres for å fjerne feilaktige vektorer eller utliggere.
En detaljert beskrivelse av de forskjellige tilgjengelige alternativer og deres nøyaktigheter kan finnes i Pitts et al. (2012b), hvor den beste behandling for blodet ble funnet å være metoden for "bilde overlappende" med vinduer utvidet i lengde og på linje med strømmen . Disse operasjonene kan gjøres manuelt i et program som MATLAB, eller innenfor programvarepakke med systemet. Den Programvaren er ikke viktig, er regnestykket bak driften mer viktig og hver operasjon kan påvirke nøyaktigheten av den endelige hastighet profil.
De resulterende vektorer kan midles på plass på tvers av kanalen for å oppnå momentan hastighet profiler, og så gjennomsnittsberegnet igjen i tid for å få et gjennomsnitt, representativ hastighetsprofil. Kloosterman et al. (2011) gir en forklaring på feilen i μPIV målinger der dybdeskarpheten er stor. Diskusjoner om feilen med behandlingen av opplysningene som presenteres her kan finnes i Pitts et al. (2012b) for de pulserende målinger og Chayer et al. (2012) for de høye fartsmålinger.
Eksempler på hastighetsprofiler er presentert i figur 3 og 4.. Figur 3 viser en enkelt hastighetsprofil for senterlinjen av en 10 ul / time strøm av RBC ved H = 10 i en 140 mikrometer brede kanal.
telt "> Denne enkelt profil er oppnådd ved å ta gjennomsnittet av korrelerte vektorer på tvers av kanalen for å få en hastighetsprofil, og så gjennomsnittsberegnet i tid for å få en representativ måling. I dette tilfellet ble 100 par gjennomsnitt i tid over hele synsfeltet.Et eksempel på den 3D rekonstruerte profil sett for en vann kalibrering strømning i en 100 mikrometer firkantet kanal med en programmert strømningshastighet på 30 ul / time er funnet i figur 4. I figur 4, er profilene målt til omkring 1 pm intervaller.
- EKSTRA: I de avbildede oppsett høy hastighet bilder kan tas på samme vilkår ved å bytte kameraer (og datainnsamling systemer). Dette kan være nyttig for å visualisere den celle-frie sjikt i kanalen, og for å kvantifisere aggregering. Den dataanalyse er litt forskjellig (Chayer et al., 2012).
Eksempler på hvitt lys bilder med og uten RBC aggregering er presented i figur 5 at H = 20. Den øverste bildene viser H = 20 i PBS, som fjerner muligheten av RBC å aggregere, ved 1 mL / time. Den nederste bildet er H = 20 i native plasma på 0,5 mL / hr. I den nederste bilde, er aggregering synlig.
- Slå av systemet på en sikker måte når målingene er gjennomført. Bruk riktig laser sikkerhetsprosedyrer før laser strømkilde er helt stengt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I alle tall, er flyten venstre mot høyre i RAW-bilder, og oppover i beregnede hastighet profiler. Et eksempel på de rå data oppnådd med blod ved hematokrit H = 10 som strømmer med 10 ul / time er vist i figur 2.. Rådata kan kryss-korrelert uten databehandling for å oppnå hastighet profiler. Virkningen av pre-prosessering og databehandling metoder er diskutert av Pitts, et al., (2012b). Et eksempel på en resulterende hastighetsprofiler fra data tilsvarende figur 2 ved hematorcrit H = 10, og en strømningshastighet på 10 mL / t er vist i figur 3, et 3D-profil fra vann kalibrering er vist Figur 4. Figur 3 og 4 inkludert standard databehandling. Disse hastighets-profiler kan benyttes til å gjøre målinger slik som den maksimale hastighet ved midten av kanalen, strømningshastigheten i kanalen, og skjærhastigheten ved veggen for ulike strømningsbetingelser, kanal configurations og physiologies. Figur 5 gir et eksempel på en høy hastighet med bilde og uten aggregering av RBC. Høyhastighets-bilder, for eksempel de i figur 5 kan også brukes til å beregne hastigheten profiler ved hjelp av krysskorrelasjon.
Figur 1. Diagram av μPIV oppsett hvor (a) representerer 140 mikrometer ved 40 mikrometer rektangulære kanaler fabrikkert av PDMS med strømning beveger venstre til høyre, og (b) representerer hele systemet.
Figur 2. Resulterende rå pulsede bildedata fra μPIV system med H = 10 i PBS ved en programmert strømningshastighet på 10mL / time (som strømmer fra venstre mot høyre). Top image er første puls.
Figur 3. Resulterende hastighetsprofil fra det μPIV system med H = 10 i PBS ved en programmert strømningshastighet på 10 mL / time. Profilen er rotert for å vise flyt oppover.
Figur 4. Eksempel på et rekonstruert 3D hastighetsprofil av vann kalibrering i en 100 mikrometer firkantet kanal med flere profiler tatt 1 mikrometer fra hverandre. Profilen er rotert for å vise flyt oppover. Klikkher for å se større figur.
Figur 5. Eksempel på høy hastighet bilder der Top) er H = 20 i PBS ved en ul / t (ingen aggregering) og bunn) er H = 20 i native plasma på 0,5 mL / hr (aggregering). I begge bildene flyt er venstre mot høyre .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ved hjelp μPIV for blodstrømsmåling på omfanget av mikrosirkulasjonen kan gi innsikt i et stort antall relevante biomedisinske, mekanisk og kjemisk tekniske prosesser. Noen av de viktige faktorer å ta hensyn til er tettheten av RBC seg selv, aggregering og deformerbarheten av RBC, aggregering eller bevegelse av den fluorescerende mikropartikler, og settling av RBC i kanalene. Alle disse kan gjøres rede for om de generelle retningslinjene som er lagt ut ovenfor blir fulgt. Det er en grunnleggende sjekkliste for å huske på for gode målinger ved hjelp av dette systemet. Først av alt, finne ut hvor mye compliance er i systemet eller foreslåtte systemet. For å minimere samsvar bruke kortest mulig slange mulig og den minste sprøyten mulig. Rigide systemer har mindre compliance, men kan føre til flaskehalser. Til tross for den lille akse av målingene, vil tyngdekraften påvirke RBC. Hold sprøyten, rør og kanaler i samme høyde is ideal. Dernest bestemme konsentrasjonene av de suspensjoner. Sørg for at det er nok fluorescerende tracer partikler i løsningen og ikke for høy for en konsentrasjon av RBC. Økning av tettheten av tracer partikler av en prøve vil ikke overvinne den iboende opasiteten av RBC-ene. Mengden av tracer partiklene vil påvirke korrelasjon, men å ha for mange RBCs vil gjøre væsken ugjennomsiktig og tracer partiklene vanskeligere å bilde. Den samlede hematokritt til prøven må være lav nok til at den midtplan av kanalen kan avbildes tydelig. Dette er en trade off mellom hematokrit og kanal størrelse. Ved en større dybde, vokser mengden av RBC mellom linsen og planet for måling, selv ved lav hematorcrit. For å avbilde høyere hematorcrit prøver eller større kanaler kan "ghost celler"-metoden bli benyttet mens det opake indre av RBC er erstattet med klar væske for en del av RBC (Goldsmith og Skalak, 1975). For det tredje, at mikroskoppe fokuserer på midtplan av kanalen. Å vite den nøyaktige høyde av kanalen er avgjørende for å finne den midtplan. Husk størrelsen på partiklene og størrelsen på kanalen, og beregne dybden av korrelasjon (DOC) i systemet (Wereley et al., 1998). Den DOC kan i stor grad påvirke nøyaktigheten nødvendig for å oppnå i å finne den midtplan. En forskjell på én mikrometer kan påvirke nøyaktigheten. Når mengden av partikler, er størrelsen på kanalen, og DOC funnet, må forskjellen i tid mellom pulsede bilder (dT) som skal bestemmes. Sørg for at 5 til 10 piksler av bevegelse av partikler mellom vinduene. Bevegelsen av partiklene må passe inn i korrelasjons-vinduer som er beskrevet i avsnitt 3.9. Til slutt bestemmer om metoden for pre-prosessering, behandling eller etterbehandling av vektordata. Mange metoder er tilgjengelig i litteratur, men noen er mer vellykket enn andre når den brukes til blod. Metoden for "image overlappende" er advsert for blodet flyter (Pitts et al., 2012b).
En annen faktor å huske på er "celle-free" lag, som er godt dokumentert i microhemodynamics. Dette er det mangelen på RBC-er ved veggen av kanalen eller fartøyet. I følge den fluorescerende tracer partikler, blir brukeren faktisk følger bevegelsen av plasmaet. Ved midten av kanalen eller fartøyet, er hastigheten ved et maksimum, og begge vil være i bevegelse med samme hastighet. På veggen, vil plasmaet fremdeles ha bevegelse, mens det vil være noen eller ingen RBCs tilstede. På skalaen presentert her med 10X forstørrelse, er den celle-frie sjikt ikke målbart, men ved høyere forstørrelse det må tas hensyn til. Høy hastighet video ville tillate en måling av tykkelsen av den celle-frie lag.
Konklusjoner
μPIV har blitt brukt for hemorheology og biomedisinske studier siden kort tid etter sin utvikling. Da gjaldt blod flyter på skalaenav mikrosirkulasjonen, må kompleks oppførsel av blodet gjøres rede for. En protokoll for μPIV målinger av blod flyter i microchannels ble presentert her sammen med tips for å håndtere den komplekse natur av blod. Flere imaging alternativer ble presentert, i tillegg pulserende bilder, høy hastighet bilder og en 3D-alternativet samt databehandling informasjon. I bruk μPIV for blod microflow forskning, kan effekten av medikamenter, sykdommer og terapeutiske behandlinger av formen på hastighetsprofiler skal analyseres. Disse målingene er nyttige for moderne medisin og ingeniørfag siden opptaket av næringsstoffer og medisiner er skjær avhengig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noe å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å takke NSERC (Natural Sciences and Engineering Council of Canada) for finansiering, Catherine Pagiatikis for hennes hjelp i første løp, Sura Abu-Mallouh og Frederick Fahim for testing av protokollen, Richard Prevost av LaVision, Inc for teknisk støtte, og Guy Cloutier ved Universitetet i Montréal for lånet av Dalsa high-speed kamera.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| poly(dimethylsiloxane) (PDMS), i.e. Sylgard-184 | Dow-Corning | 3097358-1004 | |
| ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma Aldrich | E9884-100G | |
| poshpate buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich | P5368-10PAK | |
| fluorescing micro particles | Microgenics/FisherSci | R900 | |
| glycerol (OPTIONAL) | Sigma Aldrich | G6279-500 ml | |
| microcentrifuge, i.e. CritSpin | FisherSci | 22-269-291 | |
| syringe, i.e. 50 μl Gastight | Hamilton | 80965 | |
| camera, i.e. Imager Intense, high speed | LaVision, Dalsa | Imager Intense | |
| microscope, i.e. MITAS | LaVision | MITAS | |
| Nd:YAG laser | New Wave Research | Solo-II | |
| syringe pump, i.e. Nexus3000 | Chemyx, Inc. | Nexus-3000 | |
| flexible tubing, i.e. Tygon | FisherSci | 14-169-1A | |
| data processing software, i.e. DaVis | LaVision | DaVis | |
| centrifuge, i.e. Thermo Scientific CL2 | Thermo Scientific | 004260F |
References
- Santiago, J. G., Wereley, S. T., Meinhart, C. D. A particle image velocimetry system for microfluidics. Experiments in Fluids. 25, 316-319 (1998).
- Evaluation of Velocity Measurement in Micro Tube by Highly Accurate PIV Technique. Sugii, Y., Okamoto, K., Nishio, S., Nakano, A. 4th International Symposium on Particle Image Velocimetry (PIV '01), 17-19 Sept. 2001, , 1-5 (2001).
- Park, J. S., Choi, C. K., Kihm, K. D. Optically sliced micro-PIV using confocal laser scanning microscopy (CLSM). Exp. Fluids. 37 (1), 105-119 (2004).
- King, M. R., Bansal, D., Kim, M. B., Sarelius, I. H. The effect of hematocrit and leukocyte adherence on flow direction in the microcirculation. Ann. of Biomed. Eng. 32 (6), 803-814 (2004).
- Lima, R., Wada, S., Tsubota, K., Yamaguchi, T. Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel. Meas. Sci. Tech. 17 (4), 797-808 (2006).
- Wereley, S. T., Santiago, J. G., Chiu, R., Meinhart, C. D., Adrian, R. J.
- Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Gray, M. Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry. Measurement Science and Technology. 11, 809-814 (2000).
- Chayer, B., Pitts, K. L., Cloutier, G. Velocity measurement accuracy in optical microhemodynamics: experiment and simulation. Physiological Measurement. , In Press (2012).
- Tabeling, P. Introduction to Microfluidics. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2005).
- Olson, M. G., Adrian, R. J. Out-of-focus effects on particle image visibility and correlation in microscopic particle image velocimetry. Experiments in Fluids. 29, S166-S174 (2000).
- Wereley, S. T., Meinhart, C. D. Recent advances in micro-particle image velocimetry techniques. Ann. Rev. Fluid Mech. 42, 557-576 (2010).
- Williams, S. J., Park, C., Wereley, S. T. Advances and applications on microfluidic velocimetry. Microfluid. Nanofluid. 8 (6), 709-726 (2010).
- Chiu, J. J., Chen, S. Effects of disturbed flow on vascular endothelium: Pathophysiological basis and clinical perspectives. Physiol. Rev. 91 (1), 327-387 (2011).
- Secomb, T. W., Pries, A. R. The microcirculation: Physiology at the mesoscale. J. Physiol. 589 (5), 1047-1052 (2011).
- Popel, A. S., Johnson, P. C.
- Xia, Y. N., Whitesides, G. M.
- Whitesides, G. M., Stroock, A. D.
- Sia, S. K., Whitesides, G. M. Microfluidic devices fabricated of poly(dimethylsiloxane) for biological studies. Electrophoresis. 24, 3563-3576 (2003).
- Zhou, J., Ellis, A. V., Voelcker, N. H. Recent developments in PDMS surface modifications for microfluidic devices. Electrophoresis. 31, 2-16 (2009).
- Pitts, K. L., Abu-Mallouh, S., Fenech, M. F. Contact angle study of blood dilutions on common microchip materials. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. , (2012).
- Hovav, T., Yedgar, S., Manny, N., Barshtein, G. Alteration of red blood cell aggregability and shape during blood storage. Transfusion. 39, 277-281 (1999).
- Pitts, K. L., Mehri, R., Mavriplis, C., Fenech, M. F. Micro-particle image velocimetry measurement of blood flow: validation and analysis of data pre-processing and processing methods. Measurement Science and Technology. 23, 105302 (2012).
- Kloosterman, A., Poelma, C., Westerweel, J. Flow rate estimation in large depth-of-field micro-PIV. Exp. Fluids. 50 (6), 1587-1599 (2011).
- Goldsmith, H. L., Skalak, R.
