Velocimetria immagine Micro-particelle (μPIV) è usato per visualizzare le immagini appaiate di micro particelle seminate nei flussi di sangue, che sono cross-correlato per dare un profilo di velocità accurato. Shear rate, velocità massima, forma del profilo di velocità e portata, ognuno dei quali ha applicazioni cliniche, possono essere derivati da queste misurazioni.
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Articolo metodologico
Micro-Particle Image Velocimetry per Velocity Misure profilo dei flussi Micro sangue
In questo articolo
Sommario
Abstract
Velocimetria immagine Micro-particelle (μPIV) è usato per visualizzare le immagini appaiate di micro particelle seminate nei flussi sanguigni. Le immagini sono cross-correlata per dare un profilo di velocità accurato. Un protocollo è presentato per le misure μPIV di flussi sanguigni nei microcanali. Alla scala del microcircolo, il sangue non può essere considerato un fluido omogeneo, in quanto è una sospensione di particelle in sospensione flessibili nel plasma, un fluido Newtoniano. Gradiente di velocità, la velocità massima, forma del profilo di velocità e portata possono essere derivate da queste misurazioni. Diversi parametri chiave come la profondità focale, la concentrazione di particelle, e la conformità del sistema, vengono presentati in modo da garantire dati accurati e utili con esempi e risultati rappresentativi per le varie ematocrito e le condizioni di flusso.
Introduzione
Il corpo umano contiene numerosi vasi con diametro inferiore a 50 micron, che sono il principale sito di scambio tra sangue e tessuti. Lo studio del flusso sanguigno in questi vasi rappresenta una sfida considerevole sia per la scala delle misurazioni e le proprietà del fluido di sangue. Queste misure, tra cui il gradiente di pressione, il taglio alla parete, e profili di velocità in arteriole e venule, sono fattori chiave collegati con risposte fisiologiche. Ora ci sono opportunità senza precedenti per risolvere queste sfide di misura, grazie alle nuove tecniche sperimentali alla scala micro a studiare il microcircolo e risolvere questo problema multiscala.
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Protocollo
1. Microchip Fabrication
Il primo passo è quello di creare o acquistare il microcanali. Ci sono molte opzioni per il materiale di microchip.
Uno dei materiali più comuni scelti è poli (dimetilsiloxano) (PDMS). Ci sono molte pubblicazioni su indicazioni per PDMS fabbricazione mediante litografia soft 16,17,18.
Una volta che il canale PDMS è fabbricato, ci sono diversi trattamenti superficiali disponibili a invertire la sua idrofobicità naturale. Trattamento al plasma ossigenato è una scelta comune.
Zhou, Ellis, e Voelcker (2009) danno una revisi....
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Risultati
In tutte le figure, il flusso è da sinistra a destra nelle immagini crude, e verso l'alto in profili di velocità calcolati. Un esempio dei dati grezzi ottenuti con sangue a ematocrito H = 10 fluisce a 10 microlitri / hr è mostrato in Figura 2. I dati grezzi possono essere cross-correlati, senza alcuna elaborazione dei dati per ottenere profili di velocità. L'impatto dei metodi di pre-elaborazione ed elaborazione dati è discussa da Pitts, et al., (2012b). Un esempio di una risultante pro.......
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Discussione
Utilizzando μPIV per misure di flusso di sangue alla scala del microcircolo può dare visione in un gran numero di importanti processi di ingegneria biomedica, meccanica e chimica. Alcuni dei fattori chiave per spiegare sono la densità del RBC stessi, l'aggregazione e deformabilità del RBC, aggregazione o movimento delle micro particelle fluorescenti, e l'insediamento dei RBC nei canali. Tutti questi possono essere valutate se le linee guida generali di cui sopra sono seguiti. C'è una lista di controllo di ba.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare NSERC (scienze naturali e ingegneria del Consiglio del Canada) per il finanziamento, Catherine Pagiatikis per il suo aiuto nelle sequenze iniziali, Sura Abu-Mallouh e Federico Fahim per testare il protocollo, Richard Prevost di LaVision, Inc. per il supporto tecnico, e Guy Cloutier dell'Università di Montréal per il prestito della macchina fotografica ad alta velocità Dalsa.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| poli(dimetilsilossano) (PDMS), cioè Sylgard-184 | Dow-Corning | 3097358-1004 | |
| acido etilendiamminatetraacetico (EDTA) | Sigma Aldrich | E9884-100G | |
| soluzione salina tamponata con poshpate (PBS) | Sigma Aldrich | P5368-10PAK | |
| microparticelle fluorescenti | Microgenics/FisherSci | R900 | |
| glicerolo (OPZIONALE) | Sigma Aldrich | G6279-500 ml | |
| microcentrifuga, i.e. CritSpin | FisherSci | 22-269-291 | |
| siringa, i.e. 50 μ l Fotocamera a tenuta di gas | Hamilton | 80965 | |
| , i.e. Imager Intense, ad alta velocità | LaVision, Dalsa | Imager Microscopio intensivo | |
| , i.e. MITAS | LaVision | MITAS | |
| Nd:YAG pompa | New Wave Research | Solo-II | |
| , i.e. Nexus3000 | Chemyx, Inc. | Tubo flessibile Nexus-3000 | |
| , i.e. Tygon | FisherSci | 14-169-1A | |
| software di elaborazione dati, i.e. DaVis | LaVision | DaVis | |
| centrifuga, i.e. Thermo Scientific CL2 | Thermo Scientific | 004260F |
Riferimenti
- Santiago, J. G., Wereley, S. T., Meinhart, C. D. A particle image velocimetry system for microfluidics. Experiments in Fluids. 25, 316-319 (1998).
- Evaluation of Velocity Measurement in Micro Tube by Highly Accurate PIV Technique. Sugii, Y., Okamoto, K., Nishio, S., Nakano, A. 4th International Symposium on Particle Image Velocimetry (PIV '01), 17-19 Sept. 2001, , 1-5 (2001).
- Park, J. S., Choi, C. K., Kihm, K. D.
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Ristampe e permessi
