Method Article

הפגנות חומרת הסביבה מופחתת כובד של טכנולוגיה cytometer זרימה וCompanion Microfluidic אב טיפוס מוקטנת ערבוב

DOI:

10.3791/51743

⸱

November 13th, 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1DNA Medicine Institute, 2Harvard Medical School, 3NASA Glenn Research Center, 4ZIN Technologies

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אבחון דם טיסות חלל צריך חדשנות. הפגנות כמה שפורסמו ממחישות בטיסה, טכנולוגית אבחון בריאות מופחתת הכבידה. כאן אנו מציגים שיטה להקמה והפעלה של מתקן בדיקת טיסה פרבוליות לעיצוב זרימת cytometry נקודה של טיפול אב טיפוס, עם רכיבים ואסטרטגיות הכנה להתאמה להגדרות אחרות.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עד לאחרונה, דגימות דם אסטרונאוט נאספו בטיסה, הועברו לכדור הארץ במעבורת החלל, ונותחו במעבדות ארציות. אם בני האדם הם לנסוע מעבר למסלול הארץ נמוך, נדרשת בדיקה (POC) מגמה מעבר למרחב-מוכן, נקודה-הטיפול. בדיקה כזו צריכה להיות מקיף, קלה לביצוע בסביבה מופחתת הכבידה, ואינם מושפעים מהלחצים של השקה וטיסה לחלל. מכשירי POC אינספור פותחו כדי לחקות עמיתים בקנה מידה מעבדה, אבל רוב יישומים צרים וכמה יש לי שימוש להדגמה ב, סביבה מופחתת כובד בטיסה. למעשה, הפגנות של אבחון ביו-רפואי בכובד מופחת מוגבלות לגמרי, מה שהופך את בחירת רכיב ואתגרים לוגיסטיים מסוימים קשה להתקרב כאשר מבקשים לבחון טכנולוגיה חדשה. כדי לעזור למלא את החלל, אנו מציגים שיטה מודולרית להקמה וההפעלה של מכשיר לאבחון דם אב הטיפוס ו- p הקשורים אליואסדת מבחן טיסת arabolic שעומדות בסטנדרטים לטיסת בדיקה משולבת טיסה פרבוליות, מטוסים מופחתים הכבידה. השיטה מתמקדת ראשונה בהרכבת מתקן ל, בדיקות בזמן הטיסה מופחתת חומרת cytometer זרימה ושבב ערבוב microfluidic לוויה. רכיבים הם להתאמה לעיצובים אחרים וכמה רכיבים מותאמים אישית, כגון מטעין מדגם microvolume וmicromixer עשוי להיות מעניין במיוחד. השיטה אז מיקוד עובר להכנת טיסה, על ידי מתן הנחיות והצעות כדי להתכונן למבחן טיסה מוצלח בכל קשור להכשרת משתמש, פיתוח של הליך הפעלה סטנדרטי (SOP), ונושאים אחרים. לבסוף, הליכי ניסוי בטיסה ספציפיים להפגנות שלנו מתוארים.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

חוסר ההתאמה של אבחון בריאות חלל מוכן הנוכחי מציגה את גורם מגביל לחקר חלל המאויש עמוק יותר. אבחון צריך להיות מקיף, קל לשימוש בכוח המשיכה מופחת, ואינה מושפעים יחסית על ידי הלחצים של השקה וטיסה לחלל (לדוגמא, G-כוחות גבוהים, רטט, קרינה, שינויי טמפרטורה, ולחץ בקתת שינויים). התפתחויות בבדיקת נקודה של הטיפול (POCT) עשויות לתרגם לפתרונות טיסה לחלל יעילים באמצעות השימוש בדגימות מטופל קטנים יותר (למשל, זין אצבע), fluidics פשוט וקטן יותר (מיקרופלואידיקה כלומר,), והפחיתו את דרישות חשמל, בין יתר יתרונות. Cytometry זרימה היא גישה אחת אטרקטיבית עבור POC בחלל בגלל השירות הרחב של הטכנולוגיה, ובכלל ז....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דגימות הדם של בני האדם להשתמש בפרוטוקול זה נאספו באישור IRB תוך שימוש בפרוטוקולים זעיר-פולשני (ראה תודות).

1. Rig עצרת

  1. להרכיב רכיבי אב טיפוס (fluidics,, אלקטרוניקה שליטה / רכישת נתונים אופטית) לזרימה פשוטה cytometry מערכת לשימוש בתנאי כובד מופחת
    1. הכן מערכת לחץ מינימאלי במשקל וכוח צריכה לנהוג fluidics המערכת

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Results

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    תוצאות עבור נציג הפגנת micromixer מופיעות באיור 7, כפי שנצפו על ידי מצלמת CCD המצויד לסטראו. ערבוב ניתן להעריך מבחינה ויזואלית בכל נקודה לאורך הספירלה, כמו גם בערוץ היציאה לניסויים הכוללים שני סטים של נוזלים: דם / מלוח וצבע כחול / צהוב. ניתוח כמותי של התמונות דו-ממדיות יכול לכלול קביעת אחידות גוון לרוחב הערוץ באזורים שונים, כפי שמוצג בפרסומים אחרים 38-40. ראה איור משלים 1 לפרטים נוספים. ראה איור משלים 2 להפגנה של טיפול .......

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Discussion

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    השיטה המתוארת כאן אפשרה הפגנה אפקטיבית של הרכיבים העיקריים טכנולוגיה (טעינת מדגם, ערבוב microfluidic, וזיהוי אופטי) במהלך 2010 הטיסות פרבוליות FAST, עם תוצאות דומות לבדיקת קרקע. שיטות אימון וSOP המתוארות כאן היו יעילות במיוחד, וסייעו להאיר כלים ורווחת קביים "אחרת לסמוך על הפגנות בפועל זה לא יהיו זמין משולבת הטיסה פרבוליות.

    תחומים לשיפור כוללים בלימה ופריסה. מותאם אישית רכיבי אקריליק לא יכולים להיות מספיק חזק.......

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Disclosures

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    יוג'ין י 'צ' אן, קנדיס Bae, וג'וליה ז ארפ הם ממציאי פטנטי טכנולוגיה קשורים הוגשו באמצעות DNA המכון לרפואה, גוף מסחרי.

    Acknowledgements

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    פיתוח חומרה נתמך על ידי NNX09CA44C וNNX10CA97C חוזי נאס"א SBIR. ניתוח נתונים להפגנות לחסום ומטעין מדגם האופטיים נתמכה על ידי NNC11CA04C חוזה נאס"א שלב III. איסוף הדם האנושי בוצע באמצעות נאס"א IRB פרוטוקול # SA-10-008. תוכנת בקרה / רכישה הניתנת באמצעות המכשור הרפואי מכשירים לאומי גרנט תכנית. תבניות לשבבים נעשו במתקן microfabrication ג'ונס הופקינס והמרכז הארווארד למערכות ננו. אוטו ג 'ברינר ולוק יפה (DNA מכון לרפואה), סייעו בהרכבת מדף בקיץ 2010. צוות וידאו טיסה של נאס"א קטעי וידאו שסופקו במהלך שבוע טיסה. קרלוס ארינטוס (DNA מכון לרפואה) סיפקה סיוע צילום ודמות. תודה מיוחדת לגישה סייע לסביבה החלל לטכנולוגית תכנית 2010, Office....

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Materials

    List of materials used in this article
    NameCompanyCatalog NumberComments
    משאבת אוויר מיקרומוצרים חכמים, בע"מAP-2P02A= 6.76 psi; 1.301 אינץ' x 0.394 אינץ' x 0.650 אינץ', 8 גרם (0.28 אונקיות); זמין ישירות
    מחיישן לחץ דיפרנציאליHoneywell International, Inc.טווח ASDX015D44Rשל  0-15 psi; 0.974 אינץ' x 0.550 אינץ' x 0.440 אינץ', 2.565 גרם (0.09 אונקיות); הספקים כוללים את Digi-Key ו-Mouser Electronics
    בקבוקון פלסטיק קשיח (גודל קטן)Loritz & עמיתים, בע"מ55-05פוליסטירן; קוטר פנימי 20.6 מ"מ (0.81 אינץ'), 52.4 מ"מ (IH) 2.06 אינץ'; זמין ישירות מ-LA Container Inc.; מוצר דומה זמין מ-Dynalab Corp.
    כפפות בדיקת לטקסDynarex Corporation2337אצבע אמצעית המשמשת לסרעפת לטקס בבקבוקון מקור נוזלי.  מותגים אחרים (למשל , Aurelia ®   תוסס ומסחר;) מקובל.
    דבק אופטיNorland ProductsNOA 88דבק פליטת גזים נמוך; זמין ישירות מנורלנד; זמין גם מ-Edmund Optics Inc.
    שסתומי סולנואיד תלת-כיוונייםלחברת LEELHDA0531115Hשסתומי גז, אך יכולים לתפקד עם נוזל; 1.29 אינץ' L, 0.28 אינץ' D.  מוצר שהופסק.  מוצרים דומים זמינים מחברת LEE.
    מד זרימת מים נפחיOMEGA Engineering Inc. FLR-1602Aעדיף מאוד מד קצב זרימה ללא מגע.  אנו ממליצים על חיישן זרימת נוזלים SENSIRION LG16 OEM עבור קצבי זרימה מ-nl/min עד 5 מ"ל/דקה.
    גלאי פוטונים PCD-mini SenslPCDMini-00100לזיהוי פלואורסצנטי; זמין ישירות מ- Sensl
    AccelerometerCrossbow Technology, Inc.CXL02LF3זיהוי כוח תלת-דמנסיונלי.  סופק ל-DMI על ידי נאס"א.  מוצר דומה זמין מבית Vernier Software & טכנולוגיה, LLC. 
    סטריאומיקרוסקופAmScopeSE305R-AZ-E
    CCD מצלמהThorlabsDCU223Cרזולוציה של 1,024 x 768, צבע, USB 2.0; זמין ישירות מ-Thorlabs
    USB וכבל טריגר (כניסה/יציאה) עבור מצלמתCCD ThorlabsCAB-DCU-T1זמין ישירות מצינורות Thorlabs
    Microboreתאגיד Saint-Gobain AAD04103Tygon®; מזהה 0.02 אינץ', OD 0.06 אינץ', 500 רגל, 0.02 אינץ' קיר. ספקים: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
    סיכות פלדה חלולותצינור קטן בניו אינגלנד(מותאם אישית)0.025 אינץ' OD, 0.017 אינץ' ID, 0.500 אינץ' L, צינור נירוסטה, סוג 304, חתוך, מפורק, פסיבי; אפשר חיבורי צינורות מיקרובור, חיבורי צינורות שבבים
    מהדק שקופיות WorldPrecision Instruments, Inc.14042זמין ישירות מחלקי
    מתאם לורInstruments, Inc.14011זמין ישירות מ- World Precision Instruments
    פרוסת סיליקוןAddison Engineering, Inc.קוטר 6 אינץ'; לייצור עובש SU-8
    פולידימתילסילוקסן (PDMS) חומר ריפוי אלסטומרדאו קורנינג3097358-1004ספק: מחט תעשייתית גלובלית SLP, LLC
    (מד 23), קצה שפועTerumo Medical CorporationNN-2338Rקיר דק במיוחד; 23 גרם x 1.5 אינץ'; 22 גרם גם שמיש; ספקים: Careforde, Inc.,  מחט חלוקה רפואית של עיר הנמל
    (מד 23), קצה קההאספקת CML901-23-10023 G x 1 אינץ';   זמין מזכוכית כיסוי אספקה CML
    Thermo Fisher Scientific, Inc.12-518-105Eחותם זהב וסחר; זכוכית בורוסיליקט לא קורוזיבית; לכיסוי שבב PDMS; 24 x 60 מ"מ; זמין מ-Thermo Fisher Scientific, Inc.
    משאבת ואקוםהרMTN8407להסרת גז PDMS; ספק:  ריידר סיסטם, בע"מ 
    תא ואקוםThermo Fisher Scientific, Inc.5311-0250נלג'ין וסחר; פוליקרבונט שקוף; זמין מ-Thermo Fisher Scientific, Inc.
    מנקה פלזמהHarrick PlasmaPDC-32G
    זכוכית מגדלת ידניתMitutoyo183-131השתמש בכיוון הפוך כדי לאפשר צפייה ב ~ 15 ".
    אתנולקרולינה861283לניקוי שבבים. יש לדלל ל-70% באמצעות מים מיליפור.
    מערכת טיהור מיםThermo Fisher Scientific, Inc.D11901זמין ישירות מ-Thermo Fisher Scientific, Inc.
    תושבות תרגום אופטו-מכניותתושבת אופטית קינמטית 6 צירים של Thorlabs K6X; מוצר שהופסק; מוצר חדש (K6XS) זמין ישירות מהמחשב הנייד של Thorlabs
    Hewlett-PackardVP209AVמחשב נייד HP Pavilion עם
    מגש מחשב נייד עם Windows 7 (טעון קפיץ)National Products, INC.רם-234-3 RAM Tough-Tray™. יכול להכיל מחשבים ניידים ברוחב 10 עד 16 אינץ'.
    מפצל USBConnectland Technology Limited3401167
    כרטיסי קליטת נתונים USB (8 כניסות אנלוגיות, 12 קלט/פלט דיגיטלי)National InstrumentsNI USB-600812-bit, 10 kS/s כרטיסים רב-תכליתיים לרכישת נתונים DAQ USB בעלות נמוכה
    (16 כניסות אנלוגיות, 32 קלט/פלט דיגיטלי)National InstrumentsNI USB-621616-bit, 400 kS/s מבודד סדרת M MIO DAQ, בקרה מוזנת-אפיק
    / תוכנת רכישהNational InstrumentsLabVIEW 2009מכשירים לאומיים (NI) מקודדים בהתאמה אישית LabVIEW 
    תוכנת מידול מוצק תלת מימדDassault Systè mes SolidWorks Corp.SolidWorks 2011
    תוכנת דוגמנות דו-ממדיתAUTODESKAutoCAD LT 2008
    מתלה ציוד אנכי(מסופק על ידי נאס"א)N/A
    לוח לחם אופטי מאלומיניום מוצקThorlabsMB242424 אינץ' x 24 אינץ' x 1/2 אינץ', 1/4 אינץ' -20 ברזים; זמין ישירות מ- Thorlabs
    פלדה ומקשיח בדרגה תעשייתיתחברת J-B Weld CompanyJ-B ריתוך פלדה מחוזק אפוקסי דבק
    מיקרו-המטוקריט נימי פישר סיינטיפיק22-362-574קוטר פנימי 1.1 עד 1.2 מ"מ
    מזרקים 1 מ"לHenke-Sass, Wolf4010.200V0NORM-JECT®; ספק: Grainger, Inc.
    תאי דם אדומים אנושייםמחקר חדשניIPLA-WB3נבדק ונמצא שלילי על ידי הספק עבור: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag או HIV 1-NAT, ALT ועגבת בשיטות שאושרו על ידי ה-FDA. מכיוון שאף שיטת בדיקה אינה יכולה להבטיח בוודאות של 100% את היעדר גורם זיהומי, יש לטפל במוצרים שמקורם בבני אדם כפי שהוצע במדריך של משרד הבריאות ושירותי האנוש של ארה"ב בנושא בטיחות ביולוגית במעבדות מיקרוביולוגיות וביו-רפואיות, עבור דגימות סרום או דם אנושיות שעלולות להיות זיהומיות
    תרכיז מי מלח חוצץ פוספטP5493SIGMA10x; מדולל ל-1x
    TweenP9416SIGMATWEEN® 20
    צנטריפוגותLW ScientificSTRAIGHT8-5Kצנטריפוגה מתנדנדת 8 מקומות.  ניתן להשיג דרך משווקים מורשים.  צנטריפוגות אחרות זמינות ישירות מ-LW Scientific.
    מקליט וידאו HDSonyMHS-CM5
    כתם חומצת גרעין פלואורסצנטית כתוםInvitrogenS-11364SYTO® 83 כתם חומצת גרעין פלואורסצנטית כתום.  מאוחסן בממס DMSO. ללבוש תמיד ציוד מגן אישי מומלץ. אין צורך בייעוץ מיוחד לטיפול
    .
    חרוזי ספירת פלורסנטInvitrogenMP 36950CountBright™ חרוזי ספירה מוחלטת.  ללבוש תמיד ציוד מגן אישי מומלץ. אין צורך בייעוץ מיוחד לטיפול.
    לחץ מרבי של Smart Products של World Precision

    References

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
    1. Thomas, R. A., Krishan, A., Robinson, D. M., Sams, C., Costa, F. NASA/American Cancer Society High-Resolution Flow Cytometry Project-I. Cytometry. 43, 2-11 (2001).
    2. Wen, J., Krishan, A., Thomas, R. A.

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Reprints and Permissions

    Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

    Request Permission

    Tags

    Reduced Gravity TestingParabolic FlightMiniaturized Flow CytometerMicrofluidic MixingFluidics SystemOptical Block DetectionSample Loader DemonstrationRig Support StructureElectronic Shutdown MechanismValve Control System

    Related Articles