Reducción de gravedad Demostraciones entorno de hardware de un prototipo miniaturizado citómetro de flujo y Compañero Microfluidos Tecnología de mezcla

Summary

Diagnósticos sanguíneos vuelo espacial necesitan innovación. Pocas manifestaciones han sido publicados ilustrando en vuelo, la tecnología de diagnóstico de salud de gravedad reducida. Aquí presentamos un método para la construcción y operación de un banco de pruebas de vuelo parabólico para un diseño de la citometría de flujo en el punto de atención de prototipo, con componentes y estrategias de preparación adaptables a otras configuraciones.

Abstract

Hasta hace poco, se recogieron muestras de sangre de los astronautas durante el vuelo, transportados a la Tierra en el transbordador espacial, y se analizaron en los laboratorios terrestres. Si los seres humanos son a viajar más allá de la órbita baja de la Tierra, una transición hacia el espacio listo, punto-de-cuidado se requiere (POC) de pruebas. Este tipo de pruebas tiene que ser integral, fácil de realizar en un ambiente de gravedad reducida, y no afectada por las tensiones de lanzamiento y el vuelo espacial. Dispositivos POC Innumerables han sido desarrollados para imitar homólogos a escala de laboratorio, pero la mayoría tienen aplicaciones estrechas y pocos tienen uso demostrable en un ambiente reducido la gravedad en vuelo. De hecho, las manifestaciones de los diagnósticos biomédicos en gravedad reducida se limitan por completo, por lo que la elección de los componentes y ciertos desafíos logísticos difícil acercarse al tratar de probar la nueva tecnología. Para ayudar a llenar el vacío, presentamos un método modular para la construcción y operación de un dispositivo de diagnóstico de sangre prototipo y su p asociadoarabolic banco de pruebas de vuelo que cumple con las normas para las pruebas de vuelo a bordo de un vuelo parabólico, aviones reducido la gravedad. El primer método se centra en el montaje de equipo de perforación, pruebas en vuelo reducido la gravedad de un citómetro de flujo y un chip de microfluidos mezcla compañero. Los componentes son adaptables a otros diseños y algunos componentes personalizados, tales como un cargador de muestras microvolumen y la micromezclador pueden ser de particular interés. El método entonces enfoque cambia a la preparación del vuelo, ofreciendo pautas y sugerencias para prepararse para una prueba de vuelo con éxito en lo que respecta a la formación de los usuarios, el desarrollo de un procedimiento operativo estándar (SOP), y otras cuestiones. Por último, se describen en vuelo los procedimientos experimentales específicas a nuestras manifestaciones.

Introduction

La insuficiencia de los diagnósticos de salud en el espacio listo actuales presenta un factor limitante para profundizar la exploración espacial tripulada. Diagnóstico necesitan ser integral, fácil de usar en gravedad reducida y relativamente poco afectada por las tensiones de lanzamiento y el vuelo espacial (por ejemplo, altas fuerzas G, la vibración, la radiación, los cambios de temperatura y presión de la cabina cambios). Los avances en las pruebas de punto de atención (POCT) pueden traducirse en soluciones efectivas de vuelo espacial a través del uso de las muestras de pacientes más pequeños (por ejemplo, un pinchazo en el dedo), fluidos más sim....

Protocol

Las muestras de sangre humana utilizadas en este protocolo se recogieron con la aprobación del IRB utilizando protocolos mínimamente invasivos (ver Agradecimientos).

1. Aparejo Asamblea

1. Ensamble los componentes del prototipo (fluídica, el control, la electrónica de adquisición de datos / ópticos) para un flujo sencillo sistema de citometría para ser utilizado en condiciones de gravedad reducida
   1. Preparar un sistema de presión con el mínimo peso y el poder necesita para conducir fluidos del sistema
      1. Conectar una bomba de aire en miniatura a un sensor de presión diferencial.
      2. Para mantener una presión de ....

Results

Los resultados representativos para la demostración micromezclador aparecen en la Figura 7, como se ve por la cámara CCD montada en el microscopio estereoscópico. Mezcla puede evaluarse visualmente en cualquier punto a lo largo de la espiral, así como en el canal de salida para los experimentos que involucran dos conjuntos de fluidos: sangre / solución salina y de colorante azul / amarillo. El análisis cuantitativo de las imágenes de dos dimensiones puede incluir la determinación de la uniformidad de so.......

Discussion

El método descrito aquí permitió demostración efectiva de los principales componentes de la tecnología (la carga de la muestra, de mezcla de microfluidos, y detección óptica) durante los 2010 RÁPIDOS vuelos parabólicos, con resultados comparables a pruebas en tierra. Los métodos de formación y SOP descritos aquí fueron particularmente eficaz, y ayudaron a iluminar herramientas y otro ser 'muletas' confiado en para demostraciones prácticas que no estarían disponibles a bordo del vuelo parabólico.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Micro bomba de aire	Smart Products, Inc.	AP-2P02A Presión	máxima = 6.76 psi; 1.301" x 0.394" x 0.650", 0.28 oz (8 g); disponible directamente en Smart Products
Sensor de presión diferencial	Honeywell International, Inc.	ASDX015D44R	Rango  de  0-15 psi; 0.974" x 0.550" x 0.440", 0.09 oz (2.565 g); los proveedores incluyen Digi-Key y Mouser Electronics
Frasco de plástico rígido (tamaño pequeño)	Loritz & Asociados, Inc.	55-05	Poliestireno; ID 0,81" (20,6 mm), IH 2,06" (52,4 mm); disponible directamente de LA Container Inc.; producto similar disponible en Dynalab Corp.
guantes de examen de látex	dynarex corporation	2337	Dedo medio utilizado para el diafragma de látex en el vial de fuente de fluido. Otras marcas (p. ej., Aurelia ®   Vibrante ™) Aceptable.
Pegamento óptico	Norland Products	NOA 88	Adhesivo de baja desgasificación; disponible directamente en Norland; También disponible en Edmund Optics Inc.
Electroválvulas de 3 vías	The LEE Company	LHDA0531115H	Válvulas de gas, pero pueden funcionar con líquido; 1.29" L, 0.28" D. Producto descontinuado.  Productos similares disponibles en The LEE Company.
Caudalímetro volumétrico de agua	OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Se prefiere encarecidamente el medidor de caudal sin contacto. Recomendamos el sensor de flujo de líquido SENSIRION LG16 OEM para caudales desde nl/min hasta 5 ml/min.
PCD-mini detector de fotones	Sensl	PCDMini-00100	Para la detección de fluorescencia; disponible directamente en Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	detección de fuerza de 3 dimensiones.  Suministrado a DMI por la NASA. Producto similar disponible en Vernier Software & Tecnología, LLC.
Microscopio estereoscópico	AmScope	SE305R-AZ-E
Cámara CCD	Thorlabs DCU223C		1.024 x 768 Resolución, Color, USB 2.0; disponible directamente desde Thorlabs
USB y cable de disparo (entrada/salida) para cámara CCD	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Disponible directamente en Thorlabs
Tubos de microperforación	Saint-Gobain Corporation AAD04103		Tygon®; ID 0.02", OD 0.06", 500 pies, 0.02" pared. Proveedores: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Pasadores de acero huecos New	England Small Tube	(personalizado)	0.025 "OD, 0.017" ID, 0.500 " L, tubo de acero inoxidable, tipo 304, cortado, desbarbado, pasivado; habilitar conexiones de tubos de microperforación, conexiones de tubos de viruta
Abrazadera deslizante	World Precision Instruments, Inc.	14042	Disponible directamente en World Precision Instruments
Piezas adaptadoras Leur	World Precision Instruments, Inc.	14011	Disponible directamente en World Precision Instruments
Oblea de silicio	Addison Engineering, Inc.		6" de diámetro; para la fabricación de moldes SU-8
Agente de curado de elastómero de polidimetilsiloxano (PDMS)	Dow Corning	3097358-1004	Proveedor: Global Industrial SLP, LLC
Aguja (calibre 23), punta biselada	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Pared ultradelgada; 23 G x 1.5"; 22 G también utilizables; proveedores: Careforde, Inc.,  Aguja dispensadora médica Port City
(calibre 23), punta roma	CML Supply	901-23-100	23 G x 1";   disponible en CML Supply
Cover glass	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ vidrio de borosilicato no corrosivo; para cubierta de virutas PDMS; 24 x 60 mm; disponible en Thermo Fisher Scientific, Inc.
Bomba de vacío	Mountain	MTN8407	Para desgasificar PDMS; proveedor:  Sistema Ryder, Inc.
Cámara de vacío	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene&comercio; Policarbonato transparente; disponible en Thermo Fisher Scientific, Inc.
Limpiador de plasma	Harrick Plasma	PDC-32G
Lupa de mano	Mitutoyo	183-131	Úselo en sentido inverso para permitir la visualización a ~15".
Etanol	CAROLINA	861283	Para la limpieza de virutas. Diluir al 70% con agua de miliporos.
Sistema de purificación de agua	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Disponible directamente en Thermo Fisher Scientific, Inc.
Monturas de traducción optomecánica	Thorlabs	K6X	Montaje óptico cinemático de 6 ejes; producto descontinuado; nuevo producto (K6XS) disponible directamente en Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop con Windows 7
Bandeja para laptop (con resorte)	National Products, INC.	RAM-234-3	RAM Tough-Tray™. Puede acomodar computadoras portátiles de 10 a 16 pulgadas de ancho.
Divisor USB	Connectland Technology Tarjetas	3401167
limitadas (8 entradas analógicas, 12 E/S digitales)	National Instruments	NI USB-6008	de 12 bits, 10 kS/s de bajo costo DAQ
Multifunción Tarjetas de Adquisición de Datos USB (16 entradas analógicas, 32 E/S digitales)	National Instruments	NI USB-6216	de 16 bits, 400 kS/s Aislado Serie M MIO DAQ, Control Alimentado por Bus
/ adquisición de Software	National Instruments	LabVIEW 2009	Codificación personalizada de National Instruments (NI) LabVIEW
Software de modelado de sólidos 3D	Dassault Systè mes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
Software de modelado 2D	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Bastidor de equipos verticales	(proporcionado por la NAS)	N/A
Placa de pruebas óptica de aluminio sólido	Thorlabs	MB2424	24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Grifos; disponible directamente de Thorlabs
Acero y endurecedor de grado industrial	The J-B Weld Company		J-B Weld Steel Pegamento epoxi reforzado
Micro-hematocrito capilar	Fisher Scientific	22-362-574	interior de 1,1 a 1,2 mm
jeringas de 1 ml	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; proveedor: Grainger, Inc.
Glóbulos rojos humanos	Investigación innovadora	IPLA-WB3	Probado y encontrado negativo por el proveedor para: HBsAg, VHC, VIH-1, VIH-2, VIH-1Ag o VIH 1-NAT, ALT y sífilis por métodos aprobados por la FDA. Debido a que ningún método de prueba puede garantizar con un 100% de certeza la ausencia de un agente infeccioso, los productos derivados de humanos deben manipularse como se sugiere en el Manual del Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos sobre BIOSEGURIDAD EN LABORATORIOS MICROBIOLÓGICOS Y BIOMÉDICOS, PARA MUESTRAS DE SUERO O SANGRE HUMANAS POTENCIALMENTE INFECCIOSAS
Concentrado salino tamponado con fosfato	P5493	SIGMA	10x; diluido a 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Centrífuga	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Centrífuga abatible de 8 posiciones. Disponible a través de distribuidores autorizados. Otras centrífugas disponibles directamente de LW Scientific.
Grabadora de vídeo HD	Sony	MHS-CM5
Tinción de ácido nucleico fluorescente naranja	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Tinción de ácido nucleico fluorescente naranja.  Almacenado en solvente DMSO. Use siempre el equipo de protección personal recomendado. No se requiere asesoramiento especial .
Perlas contadoras fluorescentes	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Cuentas de conteo absolutas.  Use siempre el equipo de protección personal recomendado. No se requieren consejos especiales de manejo.