Ridotto gravità ambiente hardware Dimostrazioni di un prototipo miniaturizzato Citofluorimetro e Companion Microfluidic tecnologia di miscelazione

Summary

Diagnostica del sangue di volo spaziale hanno bisogno di innovazione. Poche manifestazioni sono stati pubblicati illustrando in volo, tecnologia diagnostica sanitaria ridotta gravità. Qui vi presentiamo un metodo per la costruzione e l'esercizio di un impianto parabolica test di volo di un prototipo di design point-of-care citometria a flusso, con componenti e strategie di preparazione adattabili ad altre impostazioni.

Abstract

Fino a poco tempo, i campioni di sangue sono stati raccolti astronauti in volo, trasportati a terra sullo Space Shuttle, e analizzati nei laboratori terrestri. Se gli esseri umani devono viaggiare oltre l'orbita terrestre bassa, una transizione verso lo spazio-ready, point-of-care è richiesto (POC) test. Tale test deve essere completo, facile da eseguire in un ambiente a gravità ridotta, e non influenzata dalle sollecitazioni di lancio e il volo spaziale. Innumerevoli dispositivi POC sono stati sviluppati per imitare controparti scala di laboratorio, ma la maggior parte hanno le applicazioni strette e pochi hanno l'uso dimostrabile in un ambiente a gravità ridotta in volo. In realtà, dimostrazioni di diagnostica biomedica in gravità ridotta sono limitati del tutto, rendendo la scelta dei componenti e di alcuni problemi logistici difficile avvicinarsi quando si cerca di testare nuove tecnologie. Per contribuire a colmare il vuoto, vi presentiamo un metodo modulare per la costruzione e il funzionamento di un dispositivo diagnostico prototipo di sangue e il suo p associatoarabolic banco di prova di volo che soddisfano gli standard per prove di volo a bordo di un volo parabolico, aerei ridotta gravità. Il metodo si concentra sulla prima assemblea rig per in-volo, test ridotta gravità di un citofluorimetro e un compagno microfluidica chip di miscelazione. I componenti sono adattabili ad altri disegni e alcuni componenti personalizzati, come ad esempio una pala campione microvolumi e micromixer possono essere di particolare interesse. Il metodo quindi attenzione si sposta alla preparazione del volo, offrendo linee guida e suggerimenti per la preparazione per un test di volo di successo per quanto riguarda la formazione degli utenti, lo sviluppo di una procedura operativa standard (SOP), e altre questioni. Infine, sono descritti in volo procedure sperimentali specifiche per le nostre manifestazioni.

Introduction

L'inadeguatezza della diagnostica attuali di salute spazio-ready presenta un fattore limitante per una più profonda esplorazione spaziale con equipaggio. Diagnostica devono essere completo, facile da usare in gravità ridotta, e relativamente inalterata alle sollecitazioni di lancio e il volo spaziale (ad esempio, g-forze elevate, vibrazioni, radiazioni, sbalzi di temperatura, e pressione cabina modifiche). Gli sviluppi nei test point-of-care (POCT) possono tradursi in soluzioni efficaci volo spaziale attraverso l'uso di campioni dei pazienti più piccoli (ad esempio, una puntura dito), fluidica più semplici e più piccole (ad esempio,....

Protocol

I campioni di sangue umano utilizzato in questo protocollo sono stati raccolti con l'approvazione IRB utilizzando protocolli mini-invasivi (vedi Ringraziamenti).

1. Rig Assemblea

1. Montare i componenti prototipo (fluidici, ottici, elettronici di controllo / acquisizione dati) per una semplice citometria a flusso del sistema da utilizzare in condizioni di gravità ridotta
   1. Preparare un sistema di pressione con il minimo peso e il potere ha bisogno di guidare fluidica del sistema
      1. Collegare una pompa dell'aria miniaturizzato ad un sensore di pressione differenziale.
      2. Per mantenere una pressione costa....

Results

Risultati rappresentativi per la dimostrazione micromixer appaiono in figura 7, come visto dalla telecamera CCD montato stereomicroscopio. Miscelazione può essere valutata visivamente in qualsiasi punto lungo la spirale, così come nel canale di uscita per esperimenti di due serie di fluidi: sangue / salini e blu / colorante giallo. Analisi quantitativa delle immagini bidimensionali può includere la determinazione di uniformità ombra su tutta la larghezza del canale in diverse regioni, come mostrato in a.......

Discussion

Il metodo qui descritto ha permesso efficace dimostrazione delle principali componenti della tecnologia (campione di carico, miscelazione microfluidica, e di rivelazione ottica) nel corso del 2010 voli parabolici veloce, con risultati paragonabili a prove a terra. Formazione e SOP metodi qui descritti sono stati particolarmente efficaci, e hanno contribuito a illuminare strumenti e delle altre 'stampelle' invocata per le dimostrazioni pratiche che non sarebbero disponibili a bordo del volo parabolico.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Micro pompa ad aria	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Pressione massima = 6,76 psi; 1,301" x 0,394" x 0,650", 0,28 once (8 g); disponibile direttamente da Smart Products
Sensore di pressione differenziale	Honeywell International, Inc.	Gamma ASDX015D44R	di  0-15 psi; 0,974" x 0,550" x 0,440", 0,09 oz (2,565 g); i fornitori includono Digi-Key e Mouser Electronics
Fiala in plastica rigida (dimensioni ridotte)	Loritz & Associati, Inc.	55-05	Polistirolo; ID 0,81" (20,6 mm), IH 2,06" (52,4 mm); disponibile direttamente da LA Container Inc.; prodotto simile disponibile da Dynalab Corp.
da esplorazione in lattice	dynarex corporation	2337	dito medio utilizzato per il diaframma in lattice in fiala di fonte fluida. Altre marche (es., Aurelia ®   Vivace ™) Accettabile.
Colla ottica	Norland Products	NOA 88	Adesivo a basso degassamento; disponibile direttamente da Norland; Disponibile anche da Edmund Optics Inc.
Elettrovalvole a 3 vie	La società LEE	LHDA0531115H	valvole del gas, ma può funzionare con il liquido; 1,29" L, 0,28" D. Prodotto fuori produzione. Prodotti simili disponibili presso The LEE Company.
Misuratore di portata volumetrico per acqua	OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Misuratore di portata senza contatto fortemente preferito. Consigliamo il sensore di flusso di liquidi OEM SENSIRION LG16 per portate da nl/min fino a 5 ml/min.
Rilevatore di fotoni PCD-mini	Sensl	PCDMini-00100	Per il rilevamento della fluorescenza; disponibile direttamente da Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	Rilevamento della forza 3-demensionale. Fornito a DMI dalla NASA. Prodotto simile disponibile da Vernier Software & Tecnologia, LLC.
Stereomicroscopio	AmScope	SE305R-AZ-E
CCD Camera	Thorlabs	DCU223C	Risoluzione 1.024 x 768, colore, USB 2.0; disponibile direttamente da Thorlabs
USB e cavo trigger (ingresso/uscita) per telecamera CCD	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Disponibile direttamente da Thorlabs
Microbore tubing	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon®; ID 0,02", OD 0,06", 500 piedi, 0,02" parete. Fornitori: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Perni in acciaio cavi	New England Small Tube	(Custom)	0.025 "OD, 0.017" ID, 0.500 " L, tubo in acciaio inox, tipo 304, tagliato, sbavato, passivato; abilitare le connessioni dei tubi microbore, le connessioni dei tubi del chip
Morsetto a scorrimento	World Precision Instruments, Inc.	14042	Disponibile direttamente da World Precision Instruments
Pezzi adattatori Leur	World Precision Instruments, Inc.	14011	Disponibile direttamente da World Precision Instruments
Wafer di silicio	Addison Engineering, Inc.		6 "diametro; per la fabbricazione di stampi SU-8
Polidimetilsilossano (PDMS) elastomero agente indurente	Dow Corning	3097358-1004	Fornitore: Global Industrial SLP, LLC
Ago (23 gauge), punta smussata	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Parete ultra sottile; 23 G x 1,5"; 22 G anche utilizzabile; fornitori: Careforde, Inc.,   Ago
l'erogazione medica di Port City (calibro 23), punta smussata	CML Supply	901-23-100	23 G x 1";   disponibile presso il vetro di copertura CML Supply
	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ vetro borosilicato non corrosivo; per coperchio chip PDMS; 24 x 60 mm; disponibile presso Thermo Fisher Scientific, Inc.
Pompa a vuoto	Mountain	MTN8407	per il degasaggio PDMS; fornitore:  Sistema Ryder, Inc.
Camera a vuoto	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene&commercio; Policarbonato trasparente; disponibile presso Thermo Fisher Scientific, Inc.
Pulitore al plasma	Harrick Plasma	PDC-32G
Lente d'ingrandimento manuale	Mitutoyo	183-131	Utilizzare in senso inverso per consentire la visualizzazione a ~15".
Etanolo	CAROLINA	861283	Per la pulizia dei trucioli. Diluire al 70% con acqua millipore.
Sistema di depurazione dell'acqua	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Disponibile direttamente da Thermo Fisher Scientific, Inc.
Montature ottiche	Thorlabs	K6X	; prodotto fuori produzione; nuovo prodotto (K6XS) disponibile direttamente da Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop con vassoio per laptop Windows 7
(caricato a molla)	National Products, INC.	RAM-234-3	RAM Tough-Tray™. Può ospitare laptop larghi da 10 a 16 pollici.
Schede		Connectland Technology Limited
8 input analogici, 12 I/O digitali)	National Instruments	NI USB-6008	12-Bit, 10 kS/s DAQ multifunzione a basso costo
Schede di acquisizione dati USB (16 input analogico, 32 I/O digitali)	National Instruments	NI USB-6216	16-Bit, 400 kS/s Isolato MIO DAQ Serie M, controllo alimentato da bus
/ National	Instruments	LabVIEW 2009	National Instruments (NI) con codifica personalizzata LabVIEW
Software di modellazione solida 3D	Dassault Systè mes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Rack per apparecchiature verticale	(fornito dalla NASA)	N/A
Breadboard ottica in alluminio solido	Thorlabs	MB2424	24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Rubinetti; disponibile direttamente da Thorlabs
Acciaio e indurente di grado industriale	The J-B Weld Company		J-B Weld Steel Reinforced Epoxy Glue
Micro-hematocrit capillare	Fisher Scientific	22-362-574	diametro interno da 1,1 a 1,2 mm
siringhe da 1 ml	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; fornitore: Grainger, Inc.
Globuli rossi umani	Ricerca innovativa	IPLA-WB3	Testato e trovato negativo dal fornitore per: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag o HIV 1-NAT, ALT e sifilide con metodi approvati dalla FDA. Poiché nessun metodo di prova può garantire con certezza al 100% l'assenza di un agente infettivo, i prodotti di origine umana devono essere maneggiati come suggerito nel Manuale del Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani degli Stati Uniti sulla BIOSICUREZZA NEI LABORATORI MICROBIOLOGICI E BIOMEDICI, PER CAMPIONI DI SIERO O SANGUE UMANO POTENZIALMENTE INFETTIVI
Concentrato salino tamponato con fosfato	P5493	SIGMA	10x; diluito a 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Centrifuga	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Centrifuga oscillante a 8 posti. Disponibile presso i rivenditori autorizzati. Altre centrifughe disponibili direttamente da LW Scientific.
Videoregistratore HD	Sony	MHS-CM5
Colorazione fluorescente arancione dell'acido nucleico	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Colorazione fluorescente arancione dell'acido nucleico. Conservato in solvente DMSO. Indossare sempre i dispositivi di protezione individuale consigliati. Non sono necessari consigli speciali per la manipolazione .
Perle contapezzi fluorescenti	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Perline di conteggio assoluto. Indossare sempre i dispositivi di protezione individuale consigliati. Non sono necessari consigli speciali per l'uso.