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

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di far funzionare un citometro a flusso miniaturizzato a bordo di un volo parabolico a gravità ridotta utilizzando la preparazione dei componenti e le procedure in volo potenzialmente adattabili ad altre configurazioni. Ciò si ottiene selezionando prima attentamente i componenti pronti all'uso e fabbricati su misura per facilità d'uso e sicurezza in condizioni di gravità ridotta. Il secondo passo consiste nell'assemblare i componenti all'interno di un banco di prova di volo parabolico contenente elementi aggiuntivi per il contenimento, l'automazione della visualizzazione e la facilitazione di dimostrazioni multiple.

Successivamente, il team si prepara per una sperimentazione in volo di successo attraverso una pianificazione meticolosa, lo sviluppo del protocollo e l'addestramento. La fase finale è costituita da dimostrazioni multicomponente in volo. In definitiva, i test di volo parabolico vengono utilizzati per mostrare le potenziali applicazioni spaziali della tecnologia e per identificare gli effetti dell'assenza di gravità, delle variazioni di gravità e delle vibrazioni sulle prestazioni.

Sebbene questo metodo possa essere applicato alla citometria a flusso e alla tecnologia correlata, può essere applicato in parti anche ad altri tipi di test diagnostici individuali in gravità ridotta, in particolare qualsiasi cosa con più dimostrazioni o procedure di trigger. Così abbiamo deciso di fare questo video per JO sui test di volo parabolico perché quando ci stavamo preparando per i nostri voli parabolici con la NASA, essenzialmente non c'erano molti video o anche letteratura che descriveva come prepararsi al meglio per gli esperimenti. In realtà abbiamo dovuto cercare molto, molto duramente di parlare con le persone giuste in varie località all'interno della NASA per scavare quelle informazioni qui.

In questo caso, vogliamo essere in grado di condividere queste informazioni per i lettori di Joe in modo che anche loro possano prepararsi per questi voli in modo appropriato. La costruzione di un semplice sistema di citometria a flusso per l'uso in condizioni di gravità ridotta richiede più componenti di prototipi fluidici, ottici ed elettronici. Inizia preparando un sistema di pressione con un peso e una potenza minimi necessari per azionare il sistema.

Fluidics collega una pompa dell'aria miniaturizzata a un sensore di pressione differenziale. Quindi, assemblare un contenitore della sorgente del fluido che può essere caricato senza intrappolare l'aria. Una fiala di plastica rigida con un diaframma in gomma elastica, un tappo saldamente sicuro e un tubo di ingresso dell'aria alla base della fiala.

Sigillare il collegamento del tubo dell'aria di ingresso utilizzando adesivo ottico. Posizionare un morsetto scorrevole temporaneo sul tubo di uscita del tappo per evitare l'espulsione del fluido durante e dopo l'inserimento del tappo. Per caricare il flaconcino, espandere il diaframma con una siringa collegata alla presa d'aria.

Versare il liquido verso l'alto e inserire il tappo ad angolo in modo che l'aria non rimanga intrappolata al di sotto. Rimuovere brevemente il morsetto scorrevole per adescare il tubo di uscita e rilasciare la pressione di collasso esercitata dal diaframma. Assicurarsi che la pompa pressurizzi la fiala senza perdite d'aria o di fluido.

Comprimere il diaframma per far uscire il flusso del fluido dal tubo di uscita del tappo. Il terzo componente necessario è un contenitore per rifiuti fluidi per raccogliere i rifiuti senza creare una contropressione che comprometterà il flusso. Utilizzare una fiala incollata all'interno di una fiala progettata per il doppio contenimento.

Tappare le fiale con una finestra di spugna in schiuma sicura che intrappola i liquidi galleggianti, ma consente l'equalizzazione della pressione dell'aria con l'ambiente della cabina per realizzare un caricatore di campioni per l'uso e una macchina a gravità ridotta e assemblare un design di morsetto caricato a molla con binari di guida in modo tale da bloccarsi in modo affidabile come guaina montata capillarmente tra due O-ring nella linea del fluido. Assicurarsi che, in assenza di un capillare, le molle premano insieme gli O-ring per completare la linea del fluido e consentire l'adescamento senza perdite. Progetta un micro miscelatore che non si basi su sottocomponenti meccanici alimentati per funzionare.

Utilizzando il metodo del prototipo rapido di polimetilsoano, viene scelto e fabbricato un micro miscelatore a vortice a spirale a due ingressi per rilevare le singole particelle che scorrono . Monta un blocco ottico miniaturizzato delle dimensioni di un palmo fabbricato su misura su una piastra breadboard per microscopio utilizzando componenti optomeccanici disponibili in commercio. La fase finale dell'assemblaggio del prototipo consiste nella progettazione dell'elettronica e del software per il controllo dei dispositivi e l'acquisizione dei dati.

Per comodità e prototipazione precoce, utilizzare pezzi saldati a mano collegati a schede di acquisizione dati disponibili in commercio, codificare e programmare, un software personalizzato per azionare i dispositivi di perforazione e sincronizzare tutti i dati. Rimuovere la batteria del laptop e impostare il laptop in modo che funzioni solo tramite il cavo di alimentazione. Per motivi di sicurezza nei voli a gravità ridotta, lo schema di alimentazione elettrica per l'alimentazione di tutti i dispositivi deve includere un meccanismo per lo spegnimento elettronico rapido e completo.

In volo. Una singola ciabatta con un singolo pulsante di accensione e spegnimento è collegata al pannello di distribuzione dell'alimentazione dell'aeromobile per prestazioni di successo in volo, è necessario considerare lo spazio totale disponibile e il modo in cui verrà suddiviso tra lo spazio del banco sperimentale e lo spazio utente che circonda il rig. Lo spazio totale a disposizione è limitato ad un'area più piccola di quella prevista per una dimostrazione analoga a terra.

Determinare quali componenti sono più appropriati per l'accesso a pavimento, in ginocchio o in piedi. È anche importante considerare quali componenti beneficeranno maggiormente della protezione ottenuta all'interno di una struttura di supporto. La struttura di supporto del rig qui è un rack verticale per apparecchiature in grado di resistere alle accelerazioni di volo ed essere fissato saldamente all'aeromobile previsto.

Il pavimento della cabina assegnava i componenti ai livelli all'interno del rack, un livello superiore per posizionare il laptop, un livello centrale del rack per contenere i componenti secondari del prototipo e un livello del pavimento per contenere salviette extra, guanti e un contenitore per rifiuti vari. Per fissare e contenere il prototipo e per visualizzare i campioni, vari componenti non prototipo devono essere fabbricati o adattati. Questi includono una scatola in acrilico personalizzata per contenere l'elettronica e una scatola a guanti in acrilico personalizzata con fori di accesso al braccio per fornire uno spazio cubico in cui eseguire una dimostrazione del caricatore senza rischiare la contaminazione della cabina di volo.

Per registrare un bullone dimostrativo del micro mixer, uno stereomicroscopio sulla piastra della breadboard dotata di un portachip in acrilico personalizzato e di una telecamera CCD. Per consentire una dimostrazione sicura del blocco ottico, utilizzare una scatola in acrilico opaco personalizzata per bloccare la luce ambientale e controllare i rischi del laser. Alcune semplici strategie di progettazione possono eliminare la necessità di tubi manuali, regolazioni in volo o altre azioni che richiedono una notevole destrezza.

Ad esempio, per pressurizzare più file sorgente contemporaneamente, utilizzare una macchina personalizzata per pressare il collettore costituito da un cilindro scavato, adattato a un ago di ingresso e tubi di uscita multipli per controllare la direzione del flusso del fluido. Utilizzando il computer, assemblare un pannello di elettrovalvole a tre vie. Controllato da interruttori MOSFET tandem collegati a una scheda DAQ.

Le elettrovalvole a tre vie hanno una porta comune che è sempre collegata alla porta di spegnimento predefinita o alla porta di accensione. Il passaggio allo stato di accensione viene attivato con un segnale a cinque volt. Programmato il software per procedere con le dimostrazioni utilizzando interventi con un solo pulsante, come un singolo clic sul laptop per cambiare lo stato della valvola o modificare la pressione di azionamento della pompa.

In questo modo si evita la necessità di regolazioni manuali dei tubi che possono causare perdite nell'ambiente e la perdita di tempo per l'esperimento in un ambiente caotico. La dimostrazione del caricatore di campioni include il caricamento di un campione e il passaggio del campione al blocco ottico o all'OB per il rilevamento. La configurazione utilizza due valvole, una prima e una dopo il caricatore.

Durante il caricamento, entrambe le valvole sono impostate su off impedendo il movimento del fluido durante l'utilizzo del caricatore, l'attivazione delle valvole apre il percorso X del fluido che si estende dalla fiala di soluzione salina alla fiala di scarto, consentendo alla pompa di guidare il campione per l'analisi. La dimostrazione del blocco ottico include il rilevamento sequenziale di tre diversi tipi di campioni Senza la necessità di modificare manualmente i collegamenti dei tubi, la soluzione salina è in grado di lavare il sistema tra i campioni. La dimostrazione del micro miscelatore include la miscelazione di soluzione salina per il sangue e segmenti di miscelazione del colorante giallo blu.

La configurazione utilizza due valvole per guidare la pressione verso le fiale di sangue e soluzione salina o le fiale di colorante in modo che sia attiva una sola dimostrazione di miscelazione alla volta. Una valvola aggiuntiva consente l'iniezione di bolle d'aria nel chip di miscelazione della soluzione salina del sangue. Il sistema deve essere preparato per forze di sobbalzo improvvise, vibrazioni o collisione di passeggeri in volo.

Per la stabilizzazione dell'allineamento, applicare resina epossidica ad asciugatura rapida ai componenti allineati che possono essere facilmente regolati in modo errato, in particolare i componenti ottici. Applicare resina epossidica di grado industriale anche sulla resina epossidica ad asciugatura rapida per fissare altri componenti, se necessario, incluso l'attacco della telecamera CCD al microscopio per i test di disturbo fisico. Scuotere la struttura di supporto del rig con tutti i componenti in posizione.

Controllare la funzionalità dei singoli componenti dopo aver sottoposto il carro al disturbo, in particolare i componenti ottici allineati addestrati per eventi imprevisti in volo, tra cui l'aereo che si livella improvvisamente nel bel mezzo di un esperimento o forze improvvise che colpiscono il rig. Proteggi i passeggeri galleggianti aggiungendo un'imbottitura al rack. Gli angoli addestrano più individui come operatori primari a utilizzare sapientemente il dispositivo in volo.

È imprevedibile chi si ammalerà durante il parais e un determinato utente potrebbe non essere interessato su un volo e ammalarsi su un altro. Controllare il rig dopo il trasporto al luogo di volo, apportando le correzioni necessarie e impostando i collegamenti dei tubi prima di caricarlo sull'aeromobile. In ogni giorno di volo, preparare e agganciare fiale campione corrispondenti alle dimostrazioni del giorno.

Preparati a intervalli possibilmente lunghi tra la configurazione e la sperimentazione, nonché a temperature ambiente elevate a seconda della posizione di volo. Evita la malattia in volo assumendo i farmaci forniti come la scopolamina con l'anfetamina e usa diverse parabole precoci per adattarti alle transizioni di gravità salendo lentamente parallelamente al pavimento e sdraiandoti durante l'alta gravità. Una volta in posizione di volo, gli operatori della piattaforma quando si avvicinano allo spazio aereo dedicato della parabola forniscono spazio sufficiente per consentire agli operatori della piattaforma di sdraiarsi durante gli intervalli di gravitazione elevata e consentire l'accesso alle cinghie per le gambe una volta iniziata la parabola.

Non applicare forti forze sul corpo durante la gravità ridotta. Poiché ciò potrebbe inviare il corpo verso l'alto troppo rapidamente e in modo un po' pericoloso per eseguire la dimostrazione del caricatore di campioni. Quando il piano entra in modalità di gravità ridotta, utilizzare la siringa per posizionare una goccia della miscela di colorante per microsfere di conteggio su un polpastrello Per simulare un campione di puntura del dito, utilizzare un materiale di consumo capillare per prelevare il campione dal dito e caricare il campione nel caricatore capillare.

Inserire il campione nel sistema ottico per il rilevamento. Eseguire la dimostrazione del miscelatore microfluidico allestito sotto il microscopio. Mescolare sangue e soluzione salina in un rapporto uno a uno a 1,52345 e sei PSI per almeno due parabole ciascuna.

Registrazione di dati video sincronizzati con altre letture. Qui vengono mostrati filmati reali in volo di una dimostrazione di miscelatore. Iniettare aria nell'ingresso salino per verificare se l'architettura del canale intrappolerà una bolla che potrebbe impedire una miscelazione ottimale. Mescolare.

Il cibo blu e giallo muore a 1,52345 e sei PSI per almeno due parabole ciascuno. Ancora una volta, la registrazione dei dati sincronizzati mostrata qui è un risultato rappresentativo per due dimostrazioni di micro mixer osservati da una telecamera CCD montata sul pannello dello stereomicroscopio. Il pannello A mostra la miscelazione di coloranti blu e gialli in condizioni di microgravità, mentre il pannello B mostra la miscelazione di sangue e soluzione salina in condizioni di gravità lunare.

La miscelazione può essere valutata visivamente in qualsiasi punto lungo la spirale e nel canale di uscita in una dimostrazione del rilevamento a blocco ottico di globuli bianchi marcati in fluorescenza durante il volo in microgravità. Le metriche critiche delle prestazioni per i dati della citometria a flusso includono il coefficiente di variazione dei rapporti segnale/rumore delle intensità di picco, le velocità di conteggio dei picchi e l'efficienza di rilevamento, come mostrato qui. Il rilevamento del blocco ottico sembra relativamente imperturbato da una transizione da circa 1,5 G a quasi zero G e continua durante la transizione di ritorno a 1,5 G.

Il rilevamento di perle di conteggio fluorescenti inserite in un campione caricato dopo la dimostrazione del caricatore in gravità lunare indica che il campione è stato caricato con successo e ha raggiunto il blocco ottico per il rilevamento. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una migliore comprensione di come eseguire i test dei dispositivi e ridurre la gravità a bordo di un volo parabolico, e in particolare quali tipi di procedure sono fattibili, un'attenta pianificazione, la selezione delle parti e l'implementazione dei test, tutti aiutano a garantire un alto rendimento dalla tua esperienza.