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

L’objectif global de cette procédure est d’opérer un cytomètre en flux miniaturisé à bord d’un vol parabolique à gravité réduite en utilisant des procédures de préparation des composants et en vol potentiellement adaptables à d’autres configurations. Pour ce faire, il suffit d’abord de sélectionner soigneusement des composants prêts à l’emploi et fabriqués sur mesure pour faciliter l’utilisation et assurer la sécurité en cas de gravité réduite. La deuxième étape consiste à assembler des composants dans un banc d’essai en vol parabolique contenant des éléments supplémentaires pour le confinement, l’automatisation de la visualisation et la facilitation de plusieurs démonstrations.

Ensuite, l’équipe se prépare à la réussite de l’expérimentation en vol grâce à une planification méticuleuse, à l’élaboration de protocoles et à une formation. La dernière étape consiste en des démonstrations multi-composants en vol. En fin de compte, les essais en vol parabolique sont utilisés pour mettre en valeur les applications spatiales potentielles de la technologie et pour identifier les effets de l’apesanteur, des changements de gravité et des vibrations sur les performances.

Bien que cette méthode puisse être appliquée à la cytométrie en flux et à la technologie associée, elle peut également être appliquée en partie à d’autres types de tests de diagnostic individuels en gravité réduite, en particulier tout ce qui comporte plusieurs démonstrations ou procédures de déclenchement. Nous avons donc décidé de faire cette vidéo pour JO sur les essais de vol parabolique parce que lorsque nous nous préparions pour nos vols paraboliques avec la NASA, il n’y avait essentiellement pas beaucoup de vidéos ou même de littérature qui décrivaient la meilleure façon de se préparer aux expériences. En fait, nous avons dû essayer très, très fort de parler aux bonnes personnes à divers endroits au sein de la NASA pour déterrer ces informations ici.

Dans ce cas, nous voulons être en mesure de partager ces informations pour le lectorat de Joe afin qu’il puisse également se préparer à ces vols de manière appropriée. La construction d’un système de cytométrie en flux simple pour une utilisation dans des conditions de gravité réduite nécessite plusieurs composants prototypes fluidiques, optiques et électroniques. Commencez par préparer un système de pression avec un poids et une puissance minimaux pour faire fonctionner le système.

La fluidique relie une pompe à air miniaturisée à un capteur de pression différentielle. Ensuite, assemblez un récipient de source de fluide qui peut être chargé sans emprisonner l’air. Un flacon en plastique rigide avec un diaphragme en caoutchouc élastique, un bouchon solidement sécurisable et un tube d’admission d’air à la base du flacon.

Scellez le raccord du tube d’admission d’air à l’aide d’un adhésif optique. Placez une pince coulissante temporaire sur le tube de sortie du capuchon pour empêcher l’expulsion du liquide pendant et après l’insertion du bouchon. Pour charger le flacon, dilatez le diaphragme à l’aide d’une seringue reliée à l’entrée d’air.

Versez le liquide vers le haut et insérez le capuchon à un angle tel qu’aucun air ne soit emprisonné en dessous. Retirez brièvement la pince coulissante pour amorcer le tube de sortie et relâcher la pression d’affaissement exercée par le diaphragme. Assurez-vous que la pompe met le flacon sous pression sans fuites d’air ou de liquide.

Comprimer le diaphragme pour entraîner l’écoulement du fluide hors du tube de sortie du bouchon. Le troisième composant nécessaire est un conteneur à déchets fluide pour collecter les déchets sans créer de contre-pression qui compromettrait le débit. Utilisez un flacon collé à l’intérieur d’un flacon conçu pour un double confinement.

Fermez les flacons avec une fenêtre en éponge de mousse sécurisée qui emprisonne les liquides flottants, mais permet l’égalisation de la pression d’air avec l’environnement de la cabine pour fabriquer un chargeur d’échantillons à utiliser et une machine à gravité réduite et assemblez une conception de pince à ressort avec des rails de guidage de sorte qu’elle se fixe de manière fiable en tant que capillaire monté en gaine entre deux joints toriques dans la conduite de fluide. Assurez-vous qu’en l’absence de capillaire, les ressorts pressent les joints toriques ensemble pour compléter la ligne de fluide et permettre l’amorçage sans fuite. Concevez un micro-mélangeur qui ne repose pas sur des sous-composants mécaniques alimentés pour fonctionner.

À l’aide de la méthode de prototypage rapide Polymethyl soane, un micro-mélangeur à vortex en spirale à deux entrées est choisi et fabriqué pour détecter les particules individuelles en écoulement. Montez un bloc optique miniature de la taille d’une paume fabriqué sur mesure sur une plaque de microscope à l’aide de composants optomécaniques disponibles dans le commerce. La dernière étape de l’assemblage d’un prototype consiste à concevoir des composants électroniques et des logiciels pour le contrôle des dispositifs et l’acquisition de données.

Pour plus de commodité et de prototypage précoce, utilisez des pièces soudées à la main connectées à des cartes d’acquisition de données disponibles dans le commerce, un code et un programme, un logiciel personnalisé pour faire fonctionner les appareils de plate-forme et synchroniser toutes les données. Retirez la batterie de l’ordinateur portable et réglez l’ordinateur portable pour qu’il fonctionne uniquement via le câble d’alimentation. Pour des raisons de sécurité lors des vols à gravité réduite, le schéma d’alimentation électrique pour alimenter tous les appareils doit inclure un mécanisme d’arrêt électronique rapide et complet.

En vol. Une seule multiprise avec un seul bouton marche-arrêt est connectée au panneau de distribution de l’alimentation de l’avion pour des performances en vol réussies, l’espace total disponible et la façon dont il sera divisé entre l’espace du banc d’essai et l’espace utilisateur autour du banc d’essai doivent être pris en compte. L’espace total disponible est limité à une zone plus petite que celle prévue pour une démonstration similaire sur le terrain.

Déterminez quels composants sont les plus accessibles au sol, à genoux ou debout. Il est également important de déterminer quels composants bénéficieront le plus de la protection obtenue au sein d’une structure de support. La structure de support de la plate-forme est un rack d’équipement vertical qui peut résister aux accélérations de vol et être solidement fixé à l’avion prévu.

Le plancher de la cabine a attribué les composants aux niveaux du rack, un niveau supérieur pour placer l’ordinateur portable, un niveau intermédiaire pour contenir les sous-composants prototypes et un niveau au sol pour contenir des lingettes supplémentaires, des gants et un conteneur à déchets divers. Pour sécuriser et contenir le prototype et pour voir des échantillons, divers composants non prototypes doivent être fabriqués ou adaptés. Il s’agit notamment d’une boîte en acrylique personnalisée pour contenir l’électronique et d’une boîte à gants en acrylique personnalisée avec des trous d’accès au bras pour fournir un espace cubique dans lequel effectuer une démonstration de chargeur sans risquer de contaminer la cabine de vol.

Enregistrer un boulon de démonstration de micro-mélangeur, un stéréomicroscope sur la plaque de la planche à pain équipée d’un porte-puce en acrylique personnalisé et d’une caméra CCD. Pour permettre une démonstration en toute sécurité du bloc optique, utilisez une boîte en acrylique opaque personnalisée pour bloquer la lumière ambiante et contrôler les dangers laser. Certaines stratégies de conception simples peuvent éliminer le besoin de tubulures manuelles, d’ajustements en vol ou d’autres actions qui nécessitent une dextérité importante.

Par exemple, pour pressuriser plusieurs fichiers sources simultanément, utilisez une machine personnalisée pour presser le collecteur composé d’un cylindre évidé, adapté à une aiguille d’entrée et de plusieurs tubes de sortie pour contrôler la direction de l’écoulement du fluide. À l’aide de l’ordinateur, assemblez un panneau d’électrovannes à trois voies. Contrôlé par des commutateurs MOSFET en tandem câblés à une carte DAQ.

Les électrovannes à trois voies ont un orifice commun qui est toujours connecté à l’orifice d’arrêt ou à l’orifice d’activation par défaut. Le passage à l’état marche est déclenché par un signal de cinq volts. Programmez le logiciel pour qu’il procède aux démonstrations à l’aide d’interventions d’un seul bouton, comme un simple clic sur l’ordinateur portable pour changer l’état de la vanne ou modifier la pression d’entraînement de la pompe.

Cela évite d’avoir à ajuster manuellement les tubes qui peuvent entraîner des fuites dans l’environnement et la perte de temps d’expérience dans un environnement chaotique. La démonstration du chargeur d’échantillons comprend le chargement d’un échantillon et l’entraînement de l’échantillon vers le bloc optique ou l’OB pour la détection. La configuration utilise deux vannes, l’une avant et l’autre après le chargeur.

Pendant le chargement, les deux vannes sont réglées pour s’éteindre, empêchant le mouvement du fluide pendant l’utilisation du chargeur, l’activation des vannes ouvre le chemin X du fluide s’étendant du flacon de solution saline au flacon de déchets, permettant à la pompe d’entraîner l’échantillon pour l’analyse. La démonstration du bloc optique comprend la détection séquentielle de trois types d’échantillons différents Sans avoir besoin de changer manuellement les raccords de la tubulure, le sérum physiologique est capable de rincer le système entre les échantillons. La démonstration du micro-mélangeur comprend un mélange de sérum physiologique de sang et de segments de mélange de colorant bleu jaune.

La configuration utilise deux vannes pour guider la pression vers les flacons de sang et de solution saline ou les flacons de colorant, de sorte qu’une seule démonstration de mélange est active à la fois. Une valve supplémentaire permet l’injection de bulles d’air dans la puce de mélange de sérum physiologique. Le système doit être prêt à résister à des secousses soudaines, à des vibrations ou à une collision avec des passagers en vol.

Pour stabiliser l’alignement, appliquez de l’époxy à séchage rapide sur les composants alignés qui sont facilement mal ajustés, en particulier les composants optiques. Appliquez également de l’époxy de qualité industrielle sur l’époxy à séchage rapide pour fixer d’autres composants si nécessaire, y compris la fixation de la caméra CCD à la pièce du microscope I pour les tests de perturbations physiques. Secouez la structure de support de la plate-forme avec tous les composants en place.

Vérifiez le fonctionnement de chaque composant après avoir soumis le banc d’essai à la perturbation, en particulier les composants optiques alignés entraînés pour des événements en vol inattendus, y compris l’avion qui se stabilise soudainement au milieu d’une expérience ou des forces soudaines frappant le banc d’essai. Protégez les passagers flottants en ajoutant un rembourrage au porte-bagages. Corners forme plusieurs personnes en tant qu’opérateurs principaux pour faire fonctionner l’appareil de manière experte en vol.

Il est imprévisible qui tombera malade pendant le parais et un utilisateur donné peut ne pas être affecté sur un vol et tomber malade sur un autre. Vérifiez le banc après le transport jusqu’au lieu de vol, en effectuant les réparations nécessaires et en réglant les connexions des tubes avant de les charger dans l’avion. Chaque jour de vol, préparez et accrochez des flacons d’échantillons correspondant aux démonstrations de la journée.

Préparez-vous à de longs intervalles entre l’installation et l’expérimentation, ainsi qu’à des températures ambiantes élevées en fonction du lieu du vol. Évitez la maladie en vol en prenant des médicaments tels que la scopolamine avec de l’amphétamine, et utilisez plusieurs paraboles précoces pour vous adapter aux transitions de gravité en vous levant lentement parallèlement au sol et en vous allongeant à plat pendant une gravité élevée. Une fois en position de vol, les opérateurs de plate-forme, lorsqu’ils s’approchent de l’espace aérien dédié à la parabole, offrent suffisamment d’espace pour permettre aux opérateurs de plate-forme de s’allonger pendant les intervalles de gravité élevée et permettent l’accès aux sangles de jambe une fois que la parabole commence.

N’appliquez pas de forces fortes sur le corps lors d’une gravité réduite. Comme cela pourrait envoyer le corps trop rapidement et quelque peu dangereusement pour effectuer la démonstration du chargeur d’échantillons. Lorsque l’avion entre en gravité réduite, utilisez la seringue d’échantillon pour placer une goutte du mélange de colorant de billes de comptage sur le bout d’un doigt. Pour simuler un échantillon par piqûre au doigt, utilisez un consommable capillaire pour prélever l’échantillon du doigt et chargez l’échantillon dans le chargeur capillaire.

Conduisez l’échantillon dans le système optique pour la détection. Effectuez la démonstration du mélangeur microfluidique installé sous le microscope. Mélangez du sang et du sérum physiologique dans un rapport de 1,52345 et six PSI pour au moins deux paraboles chacun.

Enregistrement des données vidéo synchronisées avec d’autres relevés. Des images réelles en vol d’une démonstration de mélangeur sont montrées ici. Injectez de l’air dans l’entrée de solution saline pour tester si l’architecture du canal emprisonnera une bulle qui pourrait empêcher un mélange optimal. Mélanger.

matrices alimentaires bleues et jaunes sont de 1,52345 et de six PSI pour au moins deux paraboles chacune. Encore une fois, l’enregistrement de données synchronisées montré ici sont des résultats représentatifs de deux démonstrations de micro-mélangeur visualisées par une caméra CCD montée sur le panneau du stéréomicroscope. A montre le mélange de colorants bleus et jaunes dans des conditions de microgravité, et le panneau B montre le mélange de sang et de solution saline dans des conditions de gravité lunaire.

Le mélange peut être évalué visuellement à n’importe quel point de la spirale ainsi que dans le canal de sortie dans une démonstration de détection par bloc optique de globules blancs marqués par fluorescence pendant le vol en microgravité. Les mesures de performance critiques pour les données de cytométrie en flux comprennent le coefficient de variation des rapports signal/bruit des intensités de pic, les taux de comptage des pics et l’efficacité de détection, comme indiqué ici. La détection de bloc optique semble relativement peu perturbée par une transition d’environ 1,5 G à presque zéro G et se poursuit pendant la transition vers 1,5 g.

La détection de billes de comptage fluorescentes piquées dans un échantillon chargé après la démonstration du chargeur en gravité lunaire indique que l’échantillon a été chargé avec succès et a atteint le bloc optique pour la détection. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une meilleure compréhension de la façon d’effectuer des tests de dispositifs et de réduire la gravité à bord d’un vol parabolique, et en particulier quels types de procédures sont réalisables, une planification minutieuse, une sélection des pièces et la mise en œuvre des tests, tout cela contribue à garantir un rendement élevé de votre expérience.