Gravité réduite manifestations Environnement matérielles d'un cytomètre de flux et Compagnon microfluidique technologie de mélange prototype miniaturisé

Summary

Vol spatial diagnostics sanguins doivent innovation. Peu de manifestations ont été publiés illustrant en vol, technologie de diagnostic santé gravité réduite. Nous présentons ici une méthode pour la construction et l'exploitation d'une plate-forme d'essais en vol parabolique pour un prototype de point de soins cytométrie de flux, avec des composants et des stratégies de préparation adaptables à d'autres configurations.

Abstract

Jusqu'à récemment, des échantillons sanguins ont été prélevés astronautes en vol, transportés à terre de la navette spatiale, et analysés dans les laboratoires terrestres. Si l'homme est de se rendre au-delà de l'orbite terrestre basse, une transition vers prêt-espace, le point-of-care testing (POC) est nécessaire. Ces tests doit être globale, facile à réaliser dans un environnement à gravité réduite, et non affecté par les contraintes du lancement et les vols spatiaux. Dispositifs d'innombrables POC ont été développées pour imiter leurs homologues de l'échelle du laboratoire, mais la plupart des applications étroites et peu ont recours démontrable dans un environnement en vol à gravité réduite. En fait, des démonstrations de diagnostics biomédicaux en gravité réduite sont limitées tout, faire le choix des composants et certains problèmes logistiques difficiles à approcher quand on cherche à tester une nouvelle technologie. Pour aider à combler le vide, nous présentons une méthode modulaire pour la construction et l'exploitation d'un dispositif de diagnostic sanguin de prototype et son associé parabolic essais en vol plate-forme qui répondent aux normes pour les essais en vol à bord d'un vol parabolique, avion gravité réduite. La méthode se concentre d'abord sur l'assemblage de plate-forme pour, les essais en vol à gravité réduite d'un cytomètre de flux et une puce microfluidique de mélange de compagnon. Les composants sont adaptables à d'autres conceptions et des composants personnalisés, comme un échantillon de micro-volume et le micro-chargeur peuvent être d'un intérêt particulier. La méthode puis tourne maintenant son attention à la préparation du vol, en offrant des lignes directrices et des suggestions pour préparer un test en vol avec succès en ce qui concerne la formation des utilisateurs, le développement d'une procédure d'exploitation standard (SOP), et d'autres questions. Enfin, des expériences en vol spécifiques à nos manifestations sont décrites.

Introduction

L'insuffisance des diagnostics actuels de santé prêt à l'espace présente un facteur limitant de plus profond exploration spatiale habitée. Diagnostics doivent être complets, facile à utiliser en gravité réduite, et relativement peu affectée par les contraintes du lancement et les vols spatiaux (par exemple, les forces G élevées, vibrations, rayonnements, les changements de température et de pression de la cabine changements). L'évolution des tests au point de soins (POCT) peuvent se traduire par des solutions de vol spatial efficaces grâce à l'utilisation de petits échantillons de patients (par exemple, une piqûre au doigt), fluidiqu....

Protocol

Les échantillons de sang humain utilisée dans ce protocole ont été recueillies avec approbation de l'IRB en utilisant des protocoles minimalement invasives (voir Remerciements).

1. Rig Assemblée

1. Assembler les éléments de prototypes (fluidique, optique, électronique d'acquisition de contrôle / données) pour un simple système de cytométrie en flux pour être utilisé dans des conditions de gravité réduite
   1. Préparer un système de pression avec un minimum de poids et de puissance doit conduire fluidique du système
      1. Raccorder une pompe à air miniaturisé à un capteur de pression différentielle.
      2. Pour ma....

Results

Les résultats représentatifs pour la démonstration de Micromélangeur apparaissent dans la figure 7, tel que vu par la caméra CCD monté sur le microscope stéréoscopique. Le mélange peut être évaluée visuellement à tout point le long de la spirale, ainsi que dans le canal de sortie pour des expériences impliquant deux ensembles de fluides: le sang / salées et colorant bleu / jaune. L'analyse quantitative des images en deux dimensions peut inclure la détermination de teinte uniforme sur la largeur du canal.......

Discussion

La méthode décrite ici a permis démonstration efficace des principaux composants de la technologie (échantillon de chargement, mélange microfluidique, et de détection optique) pendant les 2010 vols paraboliques rapide, avec des résultats comparables à des essais au sol. Les méthodes de formation et SOP décrites ici ont été particulièrement efficaces, et ont contribué à éclairer les outils et autre être «béquilles» reposaient sur des démonstrations pratiques qui ne seraient pas disponibles à bord du vol parabolique.

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Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Micro pompe à air	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Pression maximale = 6,76 psi ; 1,301 po x 0,394 po x 0,650 po, 0,28 oz (8 g) ; disponible directement auprès du
capteur de pression différentielle	Honeywell International, Inc.	ASDX015D44R	Gamme de 0 à 15 psi ; 0,974 po x 0,550 po x 0,440 po (0,09 oz) (2,565 g) ; les fournisseurs comprennent Digi-Key et Mouser Electronics
Flacon en plastique rigide (petite taille)	Loritz & Associés, Inc.	55-05	Polystyrène ; ID 0,81 » (20,6 mm), IH 2,06 » (52,4 mm) ; disponible directement auprès de LA Container Inc. ; produit similaire disponible chez Dynalab Corp.
Gants d’examen en latex	Dynarex Corporation	2337	Doigt d’honneur utilisé pour le diaphragme en latex dans un flacon de source de liquide. Autres marques (par exemple , Aurelia ® ;   ; Vibrant &trade ;) Acceptable.
Colle optique	Norland Products	NOA 88	Adhésif à faible dégazage ; disponible directement auprès de Norland ; Également disponible auprès d’Edmund Optics Inc.
Électrovannes à 3 voies	La société LEE	LHDA0531115H	vannes à gaz, mais peut fonctionner avec du liquide ; 1,29 » L, 0,28 » D. Produit discontinué.  ; Des produits similaires sont disponibles auprès de The LEE Company.
Débitmètre volumétrique d’eau	OMEGA Engineering inc.	sans contact FLR-1602A	est fortement préféré. Nous recommandons le capteur de débit de liquide SENSIRION LG16 OEM pour des débits allant de nl/min jusqu’à 5 ml/min.
Détecteur de photons PCD-mini  ;	Sensl	PCDMini-00100	Pour la détection de fluorescence ; disponible directement auprès de Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	détection de la force dimensionnelle à 3 degrés. Fourni à DMI par la NASA. Produit similaire disponible chez Vernier Software & Technologie, LLC.
Stéréomicroscope	AmScope	SE305R-AZ-E
Caméra CCD	Thorlabs	DCU223C	1 024 x 768 Résolution, Couleur, USB 2.0 ; disponible directement auprès de Thorlabs
Câble USB et de déclenchement (entrée/sortie) pour caméra CCD	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Disponible directement auprès de Thorlabs
Tubes Microbore	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon® ;; ID 0,02 », OD 0,06 », 500 pieds, mur de 0,02 ». Fournisseurs : VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Goupilles creuses en acier	New England Small Tube	(Custom)	0.025 » OD, 0.017 » ID, 0.500 » L, tube en acier inoxydable, type 304, coupé, ébavuré, passivé ; permettre les connexions de tubes de microbore, les connexions de tubes de copeaux
Pince à glissière	World Precision Instruments, Inc.	14042	Disponible directement chez World Precision Instruments
Leur adaptateurs	World Precision Instruments, Inc.	14011	Disponible directement auprès de World Precision Instruments
Plaquette de silicium	Addison Engineering, Inc.		6 » de diamètre ; pour la fabrication de moules SU-8
Agent de durcissement en élastomère Polydiméthylsiloxane (PDMS)	Dow Corning	3097358-1004	Fournisseur : Global Industrial SLP, LLC
Aiguille (calibre 23), pointe biseautée	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Paroi ultra mince ; 23 G x 1,5 » ; 22 G également utilisable ; fournisseurs : Careforde, Inc.,  ; Aiguille
(calibre 23), pointe émoussée	CML Supply	901-23-100	23 G x 1" ;   ; disponible auprès de CML Supply
Verre de couverture	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal&trade ; verre borosilicaté non corrosif ; pour couvercle de copeaux PDMS ; 24 x 60 mm ; disponible auprès de Thermo Fisher Scientific, Inc.
Pompe à vide	Mountain	MTN8407	Pour le dégazage PDMS ; fournisseur :  ; Ryder System, Inc.  ;
Chambre à vide	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene&trade ; Polycarbonate transparent ; disponible auprès de Thermo Fisher Scientific, Inc.
Nettoyeur plasma	Harrick Plasma	PDC-32G
Loupe à main	Mitutoyo	183-131	Utiliser dans le sens inverse pour permettre une visualisation à ~15".
Ethanol	CAROLINA	861283	Pour le nettoyage des copeaux. Diluer à 70 % avec de l’eau millipore.
Système de purification de l’eau	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Disponible directement auprès de Thermo Fisher Scientific, Inc.
Montures de translation optomécanique	6 axes Thorlabs	K6X	; produit abandonné ; nouveau produit (K6XS) disponible directement auprès de Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop fonctionnant sous Windows 7
Plateau pour ordinateur portable (à ressort)	National Products, INC.	RAM-234-3  ;	RAM Tough-Tray&trade ;. Peut accueillir des ordinateurs portables de 10 à 16 pouces de large.
Répartiteur USB	Connectland Technology Limited	3401167
Cartes d’acquisition de données USB (8 entrées analogiques, 12 E/S numériques)	National Instruments	NI USB-6008	12 bits, 10 kéch./s DAQ multifonction économique
Cartes d’acquisition de données USB (16 entrées analogiques, 32 E/S numériques)	National Instruments	NI USB-6216	16 bits, 400 kéch./s DAQ MIO isolé de la série M, alimenté par bus
Control/ acquisition Logiciel	National Instruments	LabVIEW 2009	Codé sur mesure National Instruments (NI) LabVIEW  ;
Logiciel de modélisation solide 3D	Dassault Systè ; mes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
Logiciel de modélisation 2D	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Rack d’équipement vertical	(fourni par la NASA)	N/A
Plaque d’expérimentation optique en aluminium massif	Thorlabs	MB2424	24 » x 24 » x 1/2 », 1/4 »-20 Tarauds ; disponible directement auprès de Thorlabs
Acier et durcisseur de qualité industrielle	The J-B Weld Company		J-B Weld Acier renforcé Colle époxy
Micro-hématocrite capillaire  ;	Fisher Scientific	22-362-574	diamètre intérieur 1,1 à 1,2 mm
seringues de 1 ml	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT® ;; fournisseur : Grainger, Inc.
Cellules rouges humaines	Recherche innovante	IPLA-WB3	Testé et trouvé négatif par le fournisseur pour : HBsAg, VHC, VIH-1, VIH-2, VIH-1Ag ou VIH 1-NAT, ALT et syphilis par des méthodes approuvées par la FDA. Étant donné qu’aucune méthode d’essai ne peut garantir avec une certitude de 100 % l’absence d’agent infectieux, les produits d’origine humaine doivent être manipulés comme suggéré dans le manuel du ministère américain de la Santé et des Services sociaux sur la biosécurité dans les laboratoires microbiologiques et biomédicaux, pour les échantillons de sérum ou de sang humains potentiellement infectieux
Concentré salin tamponné au phosphate	P5493	SIGMA	10x ; dilué à 1x
Tween	P9416	SIGMA	DIX® ; 20
Centrifugeuse	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Centrifugeuse pivotante à 8 places.  ; Disponible auprès des revendeurs agréés. Autres centrifugeuses disponibles directement auprès de LW Scientific.
Enregistreur vidéo HD	Sony	MHS-CM5
Colorant d’acide nucléique fluorescent orange	Invitrogen	S-11364	SYTO® ; 83 Colorant d’acide nucléique fluorescent orange. Stocké dans un solvant DMSO. Portez toujours un équipement de protection individuelle recommandé. Aucun conseil particulier en matière de manipulation n’est nécessaire.
Perles de comptage fluorescentes	Invitrogen	MP 36950	CountBright&trade ; Perles de comptage absolues. Portez toujours un équipement de protection individuelle recommandé. Aucun conseil de manipulation particulier n’est requis.