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

המטרה הכוללת של פרוצדורה זו היא להפעיל ציטומטר זרימה (flow cytometer) ממוזער על סיפון טיסה פרבולית בתנאי כבידה מופחתת, תוך שימוש בהכנת רכיבים ובנהלי טיסה שניתן להתאימם למערכים אחרים. מטרה זו מושגת תחילה על ידי בחירה קפדנית של רכיבים מדף ורכיבים מיוצרים בהתאמה אישית, למען קלות השימוש והבטיחות בתנאי כבידה מופחתת. השלב השני הוא הרכבת הרכיבים בתוך מתקן בדיקה לטיסות פרבוליות, המכיל אלמנטים נוספים להכלה, אוטומציה של תצפית והקלה בביצוע הדגמות מרובות.

בשלב הבא, הצוות נערך לביצוע מוצלח של הניסויים במהלך הטיסה באמצעות תכנון קפדני, פיתוח פרוטוקולים והכשרה. השלב הסופי כולל הדגמות רב-רכיביות בטיסה. בסופו של דבר, בדיקות בטיסה פראבולית משמשות להצגת היישומים הפוטנציאליים של הטכנולוגיה בחלל ולזיהוי ההשפעות של שינויי כבידה במצב של חוסר משקל ורטט על הביצועים.

למרות שניתן להחיל שיטה זו על ציטומטריית זרימה וטכנולוגיות קשורות, ניתן ליישם חלקים ממנה גם על סוגים אחרים של בדיקות אבחוניות פרטניות בתנאי כבידה מופחתת, ובמיוחד על כל הליך הכולל הדגמות מרובות או פרוצדורות הפעלה. לכן, החלטנו להכין את הסרטון הזה עבור JoVE על בדיקות בטיסה פרבולית, מכיוון שכאשר נערכנו לטיסות הפרבוליות שלנו עם nasa, למעשה לא היו הרבה סרטונים או אפילו ספרות שתיארו כיצד להיערך בצורה המיטבית לניסויים. למעשה, נאלצנו להתאמץ מאוד כדי לדבר עם האנשים הנכונים במיקומים שונים בתוך NASA כדי לחלץ את המידע הזה.

במקרה זה, ברצוננו לשתף מידע זה עם קהל הקוראים של Joe כדי שיוכלו גם הם להיערך לטיסות אלו כראוי. בניית מערכת פשוטה לציטומטריית זרימה לשימוש בתנאי כבידה מופחתת דורשת מספר רכיבי אב-טיפוס פלואידיים, אופטיים ואלקטרוניים. התחילו בהכנת מערכת לחץ עם דרישות משקל וצריכת חשמל מינימליות להנעת המערכת.

מערכת פלואידיקה מחברת משאבת אוויר ממוזערת לחיישן לחץ דיפרנציאלי. לאחר מכן, הרכיבו מיכל מקור נוזלים שניתן למלא ללא כליאת בועות אוויר. השתמשו במבחנה מפלסטיק קשיח עם דיאפרגמה גומית אלסטית, פקק שניתן להדק בחוזקה וצינור אוויר לכניסה בבסיס המבחנה.

אטמו את חיבור צינור כניסת האוויר באמצעות דבק אופטי. הניחו סגור שקופית זמני מעל צינור היציאה של הפקק כדי למנוע פליטת נוזלים במהלך ואחרי הכנסת הפקק. כדי למלא את הבקבוקון, הרחיבו את הדיאפרגמה באמצעות מזרק המחובר לכניסת האוויר.

מזגו נוזל עד למעלה והכניסו את הפקק בזווית כך שלא יישאר אוויר כלוא מתחתיו. הסירו לרגע את תפס השקופית כדי להזרים נוזל לצינור היציאה ולשחרר לחץ דחיסה המופעל על ידי הדיאפרגמה. ודאו שהמשאבה יוצרת לחץ בתוך הבקבוק ללא דליפות של אוויר או נוזל.

דחיסת הסרעפת כדי להניע את זרימת הנוזלים החוצה דרך צינור היציאה של הפקק. הרכיב השלישי הדרוש הוא מכל לפסולת נוזלית לאיסוף הפסולת ללא יצירת לחץ חוזר שיפגע בזרימה. השתמשו במבחנה המודבקת בתוך מבחנה המיועדת להכלה כפולה.

סגרו את הבקבוקונים באמצעות חלון ספוג קצף מאובטח הלוכד נוזלים צפים, אך מאפשר השוואת לחץ אוויר עם סביבת התא, כדי ליצור טוען דגימות לשימוש במכונה להפחתת כבידה; הרכיבו ת clamp קפיצי עם מסילות הובלה כך שיסגור באופן אמין קפילרה מצופה בין שני O-rings בקו הנוזלים. ודאו שבהיעדר קפילרה, הקפיצים לוחצים את ה-O-rings זה לזה כדי להשלים את קו הנוזלים ולאפשר priming ללא דליפות. תכננו מיקרו-מערבל שאינו מסתמך על תתי-רכיבים מכניים ממוערים לצורך תפקודו.

בשימוש בשיטת אב-טיפוס מהירה של Polymethyl soane, נבחר ויוצר מיקרו-מערבל מערבולת ספירלי בעל שני פתחי כניסה לצורך זיהוי חלקיקים בודדים בזרימה. התקן בלוק אופטי מיניאטורי בגודל כף יד, שיוצר בהתאמה אישית, על לוח בסיס (breadboard) של מיקרוסקופ באמצעות רכיבים אופטומכניים זמינים מסחרית. השלב האחרון בהרכבת אב-הטיפוס הוא תכנון האלקטרוניקה והתוכנה לבקרת המכשיר ורכישת נתונים.

לנוחות ולצורך בניית אב-טיפוס ראשוני, השתמשו ברכיבים שהולחמו ידנית ומחוברים לכרטיסי רכישת נתונים זמינים מסחרית, וכתבו תוכנה מותאמת אישית להפעלת מכשירי המערך ולסנכרון כל הנתונים. הוציאו את סוללת הלפטופ והגדירו את המחשב לפעול באמצעות כבל החשמל בלבד. מסיבות בטיחות בטיסות בגרביטציה נמוכה, תוכנית אספקת החשמל להפעלת כל המכשירים חייבת לכלול מנגנון לכיבוי אלקטרוני מהיר ומלא.

במהלך טיסה. רצועת שקעים בודדת עם כפתור הפסקה/הפעלה אחד מחוברת ללוח חלוקת החשמל של המטוס לצורך ביצועים תקינים במהלך הטיסה; יש לשקול את סך השטח הזמין ואת האופן שבו הוא יחולק בין השטח של מערך הניסוי לבין שטח המשתמש המקיף את המערך. סך השטח הזמין מוגבל לאזור קטן יותר מזה המסופק להדגמה דומה על הקרקע.

קבעו אילו רכיבים נגישים בצורה נכונה יותר בגובה כריעה על הרצפה או בגובה עמידה. חשוב לשקול גם אילו רכיבים יפיקו את המירב מההגנה המוענקת בתוך מבנה תמיכה. מבנה התמיכה של המתקן כאן הוא מדף ציוד אנכי שיכול לעמוד בהאצות טיסה ולהיות מחובר בצורה מאובטחת למטוס המיועד.

רכיבי רצפת התא הוקצו למסלולים בתוך הrack: רמה עליונה להנחת המחשב הנייד, רמת ביניים להצבת תת-רכיבי האב-טיפוס, ורמת רצפה להצבת מגבונים נוספים, כפפות ומכל פסולת כללי. כדי לאבטח ולהכיל את האב-טיפוס וכדי לצפות בדגימות, יש לייצר או להתאים רכיבים שונים שאינם חלק מהאב-טיפוס. אלו כוללים קופסת אקרילי בהתאמה אישית להכיל את האלקטרוניקה ותא כפפות מאקרילי בהתאמה אישית עם חורי גישה לזרועות, כדי לספק חלל קוביה שבו ניתן לבצע הדגמה של המטען ללא סיכון לזיהום של תא הטיסה.

כדי להקליט הדגמה של בורג מיקרו-מערבל, השתמשו במיקרוסקופ סטריאו המותקן על לוח Breadboard המצויד במחזיק שבבים מאקרילי בהתאמה אישית ובמצלמת CCD. כדי לאפשר הדגמה בטוחה של הבלוק האופטי, השתמשו בקופסת אקרילי אטומה בהתאמה אישית כדי לחסום אור סביבתי ולשלוט בסיכוני הלייזר. מספר אסטרטגיות תכנון פשוטות יכולות לבטל את הצורך בהנחת צינורות ידנית, התאמות תוך כדי תנועה או פעולות אחרות הדורשות מיומנות מוטורית משמעותית.

לדוגמה, כדי להפעיל לחץ על מספר קבצי מקור בו-זמנית, השתמש במכונה מותאמת אישית של סבב לחצים (pressure manifold) המורכבת מגליל חלול, המותאם למחט כניסה ולמספר צינורות יציאה לצורך בקרת כיוון זרימת הנוזל. באמצעות המחשב, הרכב פאנל של שסתומי סולנואיד תלת-כיווניים, הנשלטים על ידי מתגי MOSFET מקבילים המחוברים לכרטיס DAQ.

לשסתומי הסולנואיד התלת-דרכיים יש פתח משותף המחובר תמיד או לפתח ברירת המחדל של מצב כבוי (off) או לפתח של מצב פעיל (on). המעבר למצב פעיל מופעל באמצעות אות של 5V. התוכנה תוכנתה להמשיך בהדגמות באמצעות התערבויות של לחיצה בודדת, כגון לחיצה אחת במחשב הנייד להחלפת מצבי השסתומים או לשינוי לחץ ההנעה של המשאבה.

דבר זה מונע את הצורך בכוונונים ידניים של הצינורות, שעלולים לגרום לדליפות לסביבה ולאובדן זמן ניסוי בסביבה כאוטית. הדגמת טוען הדגימות כוללת טעינה של דגימה והובלתה אל הבלוק האופטי, או OB, לצורך גילוי. המערך משתמש בשני שסתומים, אחד לפני הטוען ואחד אחריו.

במהלך הטעינה, שני השסתומים מכוונים למצב כבוי (off) כדי למנוע תנועת נוזלים בזמן השימוש בטוען; הפעלת השסתומים פותחת את נתיב הנוזל X המשתרע מבקבוק הסליין לבקבוק הפסולת, ובכך מאפשרת למשאבה להזרים את הדגימה לניתוח. הדגמת הבלוק האופטי כוללת זיהוי רצופי של שלושה סוגי דגימות שונים ללא צורך בשינוי ידני של חיבורי הפצגות; הסליין מסוגל לשטוף את המערכת בין דגימות. הדגמת המיקרו-מיקסר כוללת מקטעים של ערבוב דם עם סליין וערבוב צבעים כחול וצהוב.

המערכת משתמשת בשני שסתומים כדי להפנות את הלחץ לבקבוקוני הדם והסלין או לבקבוקוני הצבע, כך שרק הדגמה אחת של ערבוב תהיה פעילה בכל רגע נתון. שסתום נוסף מאפשר הזרקת בועות אוויר לתוך שבב ערבוב הדם והסלין. יש להכין את המערכת למקרי זעזועים פתאומיים, רעידות או התנגשויות של נוסעים במהלך הטיסה.

לייצוב היישור, יש למרוח דבק אפוקסי לייבוש מהיר על רכיבים מיושרים שנוטים לסטייה בקלות, ובמיוחד על הרכיבים האופטיים. יש למרוח גם דבק אפוקסי בדרגה תעשייתית מעל האפוקסי לייבוש המהיר כדי לאבטח רכיבים נוספים לפי הצורך, כולל חיבור מצלמת ה-CCD לחלק I של המיקרוסקופ, לצורך בדיקת הפרעות פיזיות. יש לנער את מבנה התמיכה של המתקן כאשר כל הרכיבים מקובעים במקומם.

בדקו את תקינותם של הרכיבים הבודדים לאחר חשיפת המתקן להפרעה, ובמיוחד את הרכיבים האופטיים המיושרים שהוכשרו למקרים בלתי צפויים במהלך הטיסה, כולל התייצבות פתאומית של המטוס באמצע ניסוי או כוחות פתאומיים הפועלים על המתקן. הגנו על נוסעים שאינם רתומים על ידי הוספת ריפוד למסילה. מומלץ להכשיר מספר אנשים כמפעילים ראשיים כדי להפעיל את המכשיר במקצועיות במהלך הטיסה.

לא ניתן לחזות מי יחלה במהלך ה-parais, וייתכן שמשתמש מסוים לא ייפגע בטיסה אחת אך יחלה באחרת. בדקו את המתקן לאחר ההובלה למיקום הטיסה, בצעו תיקונים נחוצים והגדירו את חיבורי הצנרת לפני ההעמסה על כלי הטיס. בכל יום טיסה, הכינו וחברו מבחנות דגימה התואמות להדגמות של אותו היום.

היערכו למרווחי זמן ארוכים אפשריים בין ההקמה לבין הניסוי, וכן לטמפרטורות סביבה גבוהות, בהתאם למיקום הטיסה. כדי למנוע בחילות במהלך הטיסה, יש ליטול את התרופות המסופקות, כגון scopolamine עם text amphetamine, ולהשתמש במספר פרבולות ראשוניות כדי להתרגל למעברי כבידה על ידי עלייה איטית במקביל לרצפה ושכיבה שטוחה במהלך תקופות של כבידה גבוהה. ברגע שהגעתם לעמדת הטיסה, כאשר מפעלי המערכת מתקרבים למרחב האווירי הייעודי לפרבולות, יש להבטיח שטח מספיק שיאפשר להם לשכב במהלך מרווחי הכבידה הגבוהה, ולאפשר גישה לרצועות הרגליים עם תחילת הפרבולה.

אין להפעיל כוחות חזקים על הגוף בזמן כבידה מופחתת, שכן הדבר עלול להעיף את הגוף למעלה במהירות רבה ובאופן מסוכן לביצוע הדגמת טעינת הדגימה. כאשר המטוס נכנס למצב של כבידה מופחתת, השתמש במזרק הדגימה כדי להניח טיפה מתערובת צבע חרוזי הספירה על קצה האצבע. כדי לדמות דגימת דקירה של אצבע, השתמש בציוד מתכלה קפילרי כדי לאסוף את הדגימה מהאצבע ולהטעין אותה לתוך הטען הקפילרי.

העבירו את הדגימה אל תוך המערכת האופטית לצורך גילוי. בצעו את הדגמת מערך ערבב המיקרופלואידיקה מתחת למיקרוסקופ. ערבבו דם ותמיסת מלח ביחס של אחד לאחד ב-1.52345, ו-six PSI למשך שתי פרבולות לפחות לכל אחד.

הקלטת נתוני וידאו מסונכרנים לקריאות אחרות. כאן מוצג צילום בפועל של הדגמת מערבל במהלך טיסה. הזרק אוויר לכניסת התמיסה המלוחית כדי לבדוק אם ארכיטקטורת התעלה תלכוד בועה שעלולה למנוע ערבוב אופטימלי.ערבוב.

צבעי מאכל כחול וצהוב ב-1.52345 ושישה PSI למשך שתי פרבולות לפחות לכל אחד. שוב, הנתונים הסנכרוניים המוקלטים המוצגים כאן הם תוצאות מייצגות עבור שתי הדגמות של מיקרו-מיקסר כפי שנצפו על ידי מצלמת CCD המותקנת על פאנל המיקרוסקופ הסטריאוסקופי. A מראה ערבוב של צבע כחול וצהוב בתנאי מיקרו-גרביטציה, ופאנל B מראה ערבוב של דם ותמיסת סלין בתנאי גרביטציה לונרית.

ניתן להעריך את הערבוב באופן חזותי בכל נקודה לאורך הספירלה וכן בתעלת היציאה, כהדגמה של גילוי חסימה אופטית של תאי דם לבנים מסומנים פלואורסצנטית במהלך טיסה במצב של מיקרו-כבידה. מדדי הביצוע הקריטיים עבור נתוני ציטומטריית הזרימה כוללים את מקדם השונות של עוצמות השיא, יחסי אות לרעש, קצבי ספירת שיאים ויעילות גילוי, כפי שמוצג כאן. נראה כי גילוי חסימה אופטית אינו מושפע משמעותית ממעבר מ-1.5 G בקירוב לכמעט אפס G, וממשיך במהלך המעבר חזרה ל-1.5 g.

גילוי של חרוזי ספירה פלואורסצנטיים שהוספו לדגימה טעונה, לאחר הדגמה של הטוען בכבידה לונרית, מעיד על כך שהדגימה נטענה בהצלחה והגיעה לבלוק האופטי לצורך גילוי. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לכם הבנה טובה יותר לגבי אופן ביצוע בדיקות למכשיר והפחתת כבידה במהלך טיסה פראבולית, ובמיוחד אילו סוגי פרוצדורות הן ישימות; תכנון קפדני, בחירת רכיבים ויישום הבדיקות, כולם מסייעים להבטיח תמורה גבוהה מהניסיון שלכם.