Reduzierte Gravitationsbereich Hardware Demonstrationen eines Prototyps Miniaturisierte Durchflusszytometer und Companion Microfluidic Mischtechnik

Summary

Raumfahrt Blutdiagnostik brauchen Innovation. Wenige Demonstrationen wurden veröffentlicht Darstellung im Flug, reduzierte Schwerkraft Gesundheit Diagnosetechnik. Hier präsentieren wir eine Methode zur Konstruktion und den Betrieb einer Parabelflug-Prüfstand für einen Prototyp Point-of-Care-Durchflusszytometrie Design, mit Komponenten und Vorbereitung Strategien anpassbar an andere Setups.

Abstract

Bis vor kurzem wurden Astronaut Blutproben während des Fluges gesammelt, auf die Erde mit dem Space Shuttle transportiert und in terrestrischen Laboratorien untersucht. Wenn der Mensch, über niedrige Erdumlaufbahn zu reisen, ein Übergang zu Raum-ready, Point-of-Care (POC) Tests erforderlich. Eine solche Prüfung muss umfassend, einfach, in einem reduzierten Gravitationsbereich durchführen und unabhängig von den Belastungen des Start- und Raumfahrt zu sein. Unzählige POC-Geräte wurden entwickelt, um Labormaßstab Kollegen zu imitieren, aber die meisten haben schmale Anwendungen und wenige haben nachweislich die Verwendung in einem in-flight, reduzierte Gravitationsbereich. In der Tat sind Demonstrationen der biomedizinischen Diagnostik in reduzierter Schwerkraft ganz begrenzt, so dass die Komponentenauswahl und bestimmte logistische Herausforderungen schwierig, wenn es darum, neue Technologien zu testen, um zu nähern. Um die Leere füllen, präsentieren wir ein modulares Verfahren für den Bau und Betrieb eines Prototyps Blutdiagnosegerät und die zugehörige parabolic Flug Prüfstand, die die Standards für Flugerprobung an Bord eines Parabelflugs, reduzierter Schwerkraft Flugzeuge erfüllen. Das Verfahren konzentriert sich zunächst auf Gestellanordnung für das Inflight, reduzierte Schwerkraft Erprobung eines Durchflusszytometer und eine Begleit mikrofluidischen Misch Chip. Komponenten sind anpassungsfähig an andere Entwürfe und einige benutzerdefinierte Komponenten, wie beispielsweise ein Mikrovolumen Probenzuführung und die Mikromischer kann von besonderem Interesse sein. Das Verfahren dann verschiebt den Fokus auf die Flugvorbereitung, indem sie Richtlinien und Vorschläge für eine erfolgreiche Testflug im Hinblick auf Anwenderschulung, Entwicklung einer Standardarbeitsanweisung (SOP), und andere Fragen vorzubereiten. Schließlich werden während des Fluges bestimmte, unsere Demonstrationen experimentellen Verfahren beschrieben.

Introduction

Die Unzulänglichkeit der aktuellen Raum-ready Gesundheitsdiagnostik stellt einen limitierenden Faktor tiefer bemannte Raumforschung. Diagnose brauchen umfassende, leicht zu einer reduzierten Schwerkraft zu nutzen, und von den Spannungen und Auflegungs Raumfahrt (zB hohe g-Kräfte, Schwingungen, Strahlung, Temperaturschwankungen, und Kabinendruckänderungen) relativ unbeeinflusst zu sein. Entwicklungen im Point-of-Care-Testing (POCT) kann eine effektive Raumfahrtlösungen durch den Einsatz von kleineren Patientenproben (zB ein Stich in den Finger), einfacher und kleiner Fluidik (dh Mikrofluidik) zu übersetzen, und reduzierten Strombedarf, unter....

Protocol

Die menschlichen Blutproben in diesem Protokoll verwendet wurden mit IRB-Zulassung mit minimal-invasiven Protokolle (siehe Danksagung) gesammelt.

1. Rig Versammlung

1. Montieren Prototyp Komponenten (Fluidik, optische, Steuer- / Datenerfassungselektronik) für eine einfache Durchflusszytometrie System in reduzierten Schwerkraftbedingungen verwendet werden
   1. Bereiten Sie ein Drucksystem mit minimalem Gewicht und Kraft braucht, um die System Fluidik fahren
      1. Verbinden eines miniaturisierten Luftpumpe auf einen Differenzdrucksensor.
      2. Um eine konstante Fahrdruck aufrechtzuerhalten, steuern Pumpenausgang mit Pulsw....

Results

Repräsentative Ergebnisse für die Mikro Demonstration werden in Figur 7, wie durch die CCD-Kamera des Stereomikroskops angebracht angesehen. Das Mischen kann visuell an jedem Punkt entlang der Spirale bewertet werden, sowie in den Austrittskanal für Versuche mit zwei Sätzen von Flüssigkeiten: Blut / Kochsalzlösung und blau / gelben Farbstoff. Quantitative Analyse der zweidimensionalen Bilder können umfassen die Bestimmung der Schatten Gleichmäßigkeit über die Kanalbreite in unterschiedlichen Bereichen, .......

Discussion

Das hier beschriebene Verfahren aktiviert wirksame Demonstration der großen Technologie-Komponenten (Probenbeladung, mikrofluidischen Mischen und optische Detektion) während der 2010 FAST Parabelflügen, mit vergleichbaren Ergebnissen zu Bodentests. Hier beschriebenen Ausbildung und SOP Methoden waren besonders wirksam, und half, Werkzeuge und andere Wesen 'Krücken' auf für die Praxis-Demonstrationen, die nicht wäre an Bord des Parabelflug verfügbar verlassen beleuchten.

Verbesserungs.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Mikro-Luftpumpe	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Maximaler Druck = 6,76 psi; 1,301" x 0,394" x 0,650", 0,28 oz (8 g); direkt vom
Smart Products Differenzdrucksensor	Honeywell International, Inc. erhältlich.	ASDX015D44R	Bereich von  0-15 psi; 0,974" x 0,550" x 0,440", 0,09 oz (2,565 g); Lieferanten sind u.a. Digi-Key und Mouser Electronics
Fläschchen aus starrem Kunststoff (kleine Größe)	Loritz & Associates, Inc.	55-05	Polystyrol; ID 0,81" (20,6 mm), IH 2,06" (52,4 mm); direkt bei LA Container Inc. erhältlich; ähnliches Produkt von Dynalab Corp. erhältlich.
Latex-Untersuchungshandschuhe	Dynarex Corporation	2337	Mittelfinger für Latexmembran in einem Fläschchen mit Flüssigkeitsquelle. Andere Marken (z.B. , Aurelia ®   Lebendiger &Handel;) Annehmbar.
Optischer Kleber	Norland Products	NOA 88	Klebstoff mit geringer Ausgasung; direkt bei Norland erhältlich; Auch bei Edmund Optics Inc. erhältlich.
3-Wege-Magnetventile	Die Firma LEE	LHDA0531115H	Gasventile, kann aber auch mit Flüssigkeiten betrieben werden; 1,29" L, 0,28" D. Eingestelltes Produkt  Ähnliche Produkte sind bei The LEE Company erhältlich.
Durchflussmesser für volumetrisches Wasser	OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Berührungsloser Durchflussmesser wird dringend bevorzugt. Wir empfehlen den SENSIRION LG16 OEM Liquid Flow Sensor für Durchflussraten von nl/min bis 5 ml/min.
PCD-Mini-Photonen-Detektor	Sensl	PCDMini-00100	Für die Fluoreszenzdetektion; direkt bei Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc. erhältlich.	CXL02LF3	3-stufige Krafterkennung.  Von der NASA an DMI geliefert. Ähnliches Produkt erhältlich bei Vernier Software & Technologie, LLC.
Stereomikroskop	AmScope	SE305R-AZ-E
CCD-Kamera	Thorlabs	DCU223C	1.024 x 768 Auflösung, Farbe, USB 2.0; direkt über Thorlabs
erhältlich USB und Triggerkabel (Ein/Ausgang) für CCD-Kamera	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Direkt erhältlich bei Thorlabs
Microbore Schlauch	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon®; ID 0.02", AD 0.06", 500 ft, 0.02" Wand. Lieferanten: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Hohle Stahlstifte	New England Small Tube	(benutzerdefiniert)	0,025" OD, 0,017" ID, 0,500" L, Edelstahlrohr, Typ 304, geschnitten, entgratet, passiviert; ermöglichen Microbore-Schlauchverbindungen, Chip-Schlauchverbindungen
Schiebeklemme	World Precision Instruments, Inc.	14042	Direkt bei World Precision Instruments
erhältlich Leur Adapterstücke	World Precision Instruments, Inc.	14011	Direkt bei World Precision Instruments
Siliziumwafer	Addison Engineering, Inc. erhältlich.		6" Durchmesser; für SU-8 Formenbau
Polydimethylsiloxan (PDMS) Elastomer	Härter Dow Corning	3097358-1004	Lieferant: Global Industrial SLP, LLC
Nadel (23 Gauge), abgeschrägte Spitze	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Ultra dünnwandig; 23 G x 1,5"; 22 G auch verwendbar; Lieferanten: Careforde, Inc.,  Port City Medical
Dosiernadel (23 Gauge), stumpfe Spitze	CML Versorgung	901-23-100	23 G x 1";   erhältlich bei CML Supply
Cover Glas	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ korrosionsbeständiges Borosilikatglas; für PDMS-Chipabdeckung; 24 x 60 mm; erhältlich bei Thermo Fisher Scientific, Inc.
Vakuumpumpe	Mountain	MTN8407	Zum Entgasen von PDMS; Lieferant:  Ryder System, Inc.
Vakuumkammer	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene&handel; Transparentes Polycarbonat; erhältlich bei Thermo Fisher Scientific, Inc.
Plasmareiniger	Harrick Plasma	PDC-32G
Handlupe	Mitutoyo	183-131	In umgekehrter Richtung verwenden, um die Betrachtung bei ~15" zu ermöglichen.
Ethanol	CAROLINA	861283	Für die Hackschnitzelreinigung. Mit Millipore-Wasser auf 70 % verdünnen.
Wasseraufbereitungssystem	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Direkt bei Thermo Fisher Scientific, Inc. erhältlich
Optomechanische Translationshalterungen	Thorlabs	K6X	6-Achsen-Kinematikhalterung; eingestelltes Produkt; neues Produkt (K6XS) direkt bei Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop mit Windows 7
Laptop-Halterung (federbelastet)	National Products, INC.	RAM-234-3	RAM Tough-Tray™. Kann Laptops mit einer Breite von 10 bis 16 Zoll aufnehmen.
USB-Splitter	Connectland Technology Limited	3401167
USB-Datenerfassungskarten (8 analoge Eingänge, 12 digitale I/O)	National Instruments	NI USB-6008	12 Bit, 10 kS/s Kostengünstige Multifunktions-Datenerfassungskarten
USB-Datenerfassungskarten (16 analoge Eingänge, 32 digitale I/O)	National Instruments	NI USB-6216	16 Bit, 400 kS/s Isoliertes MIO-Datenerfassungssystem der M-Serie, busbetriebene
Steuerung/ Akquisitionssoftware	National Instruments	LabVIEW 2009	Kundenspezifisch codiert National Instruments (NI) LabVIEW
3D-Volumenmodellierungssoftware	Dassault Systè mes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
2D-Modellierungssoftware	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Vertikales Gerätegestell	(von der NASA bereitgestellt)	N/A
Optisches Steckbrett aus massivem Aluminium	Thorlabs	MB2424	24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Gewindebohrer; direkt bei Thorlabs erhältlich
Stahl und Härter in Industriequalität	The J-B Weld Company		J-B Weld Stahl verstärkter Epoxidkleber
Mikro-Hämatokrit-Kapillare	Fisher Scientific	22-362-574	Innendurchmesser 1,1 bis 1,2 mm
1 ml Spritzen	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; Lieferant: Grainger, Inc.
Menschliche rote Blutkörperchen	Innovative Forschung	IPLA-WB3	Getestet und vom Lieferanten für negativ befunden für: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag oder HIV 1-NAT, ALT und Syphilis nach FDA-zugelassenen Methoden. Da keine Testmethoden mit 100%iger Sicherheit garantieren können, dass ein infektiöser Erreger vorhanden ist, sollten Produkte menschlichen Ursprungs wie im U.S. Department of Health and Human Services Manual on BIOSAFETY IN MICROBIOLOGICAL AND BIOMEDICAL LABORATORIES empfohlen für potenziell infektiöse menschliche Serum- oder Blutproben gehandhabt
Phosphatgepuffertes Kochsalzkonzentrat	P5493	SIGMA	10x; verdünnt auf 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Zentrifuge	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Schwenkbare Zentrifuge mit 8 Plätzen. Erhältlich bei autorisierten Händlern. Andere Zentrifugen sind direkt bei LW Scientific erhältlich.
HD-Videorecorder	Sony	MHS-CM5
fluoreszierender Nukleinsäure-Farbstoff	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Orange fluoreszierender Nukleinsäure-Farbstoff.  Gelagert in DMSO-Lösungsmittel. Tragen Sie immer die empfohlene persönliche Schutzausrüstung. Keine besondere Handhabung Beratung erforderlich.
Fluoreszierende Zählperlen	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Absolute Zählperlen.  Tragen Sie immer die empfohlene persönliche Schutzausrüstung. Keine besonderen Handhabungshinweise erforderlich.