Name: Un modello di Microfluidic Biomimetically respirazione polmonare acinose Airways (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 39 s
Description: Scopri un modello microfluidico biomimetico delle vie aeree acinose polmonari per studiare la dinamica dei flussi e la deposizione di aerosol. Questa tecnica scala uno-a-uno migliora la comprensione dei fenomeni di trasporto acinare e delle terapie inalatorie.

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Questo lavoro è stato supportato in parte dalla Commissione Europea (Programma FP7) attraverso una sovvenzione per l'integrazione professionale (PCIG09-GA-2011-293604), dalla Israel Science Foundation (sovvenzione nr. 990/12) e dal Technion Center of Excellence in Environmental Health and Exposure Science (TCEEH). La microfabbricazione di chip microfluidici è stata condotta presso l'unità di fabbricazione Micro-Nano (MNFU) del Technion ed è supportata da una sovvenzione iniziale del Russel Berrie Institute of Nanotechnology (RBNI) del Technion. Gli autori ringraziano Avshalom Shai per l'assistenza durante l'incisione ionica reattiva profonda (DRIE) e Molly Mulligan e Philipp Hofemeier per le utili discussioni.

1. Maestro Fabrication <ol><li> Utilizzare profondo etching ioni reattivi (DRIE) di silicio su isolante (SOI) fetta per fabbricare un wafer di silicio maestro come descritto in lavori precedenti 32, 33. NOTA: DRIE si preferisce SU-8 micromachining di serie a causa delle caratteristiche di elevato rapporto di aspetto (40 micron di larghezza e 90 micron trincee profonde). </li></ol> 2. Fusione e di tenuta del dispositivo a microfluidi <ol><li> Mescolare PDMS e catalizzatore in un rapporto di 10: 1 peso all&#39;interno di un piccolo contenitore pulito, come un piatto di plastica di peso. </li><li> Degassare la miscela in un essiccatore sotto vuoto fino a quando tutte le bolle d&#39;aria vengono rimosse. NOTA: Preparare un numero sufficiente PDMS per tutte le fasi successive. Qui di seguito, l&#39;acronimo &quot;PDMS&quot; si riferisce sempre alle degassati 10: 1 PDMS: miscela indurimento-agent, che è stata preparata in passi 2.1 e 2.2. </li><li> Versare il miscuglio-degasata ad una altezza di circa 1 mm sopra il master wafer. Degas, ancora una volta per almeno40 min per rimuovere tutte le bolle d&#39;aria sopra il wafer e minimizzare le bolle sotto il wafer. NOTA: Assicurarsi che il wafer sia il più vicino possibile al fondo della piastra. Se necessario premere il wafer delicatamente verso il basso con 2 bastoni di agitazione e Degas, ancora una volta. </li><li> Cuocere in forno a 65 ° C per 20 minuti in un forno a convezione naturale. NOTA: Dopo 20 minuti il ​​PDMS è indurito e quasi completamente guarito. Mentre un tempo di cottura più lunga è possibile cottura per 20 min risparmiare tempo e migliora l&#39;aderenza del secondo strato PDMS (vedi sotto) per il primo. </li><li> File la sezione canna di una plastica siringa da 2 ml utilizzando una carta abrasiva fine per migliorare l&#39;aderenza al PDMS. Inoltre, utilizzare la carta vetrata per appiattire la base del corpo della siringa posizionando la carta abrasiva su una superficie piana e scorrimento della base del corpo della siringa su di esso. Pulire la siringa con aria pressurizzata. </li><li> Posizionare la sezione cilindro della siringa sopra il primo strato PDMS con laapertura rge affacciata alla superficie delle PDMS, e versare un secondo strato di PDMS sopra il primo ad un&#39;altezza di ~ 5 mm e degassare la PDMS nuovamente in un essiccatore. NOTA: Il secondo strato PDMS deve essere versato dal piccolo contenitore attorno alla canna, e non deve entrare in esso. </li><li> Cuocere la intera configurazione a 65 ° C per almeno 2 ore in un forno a convezione naturale. NOTA: Non è necessario tenere la canna in posizione durante i processi di polimerizzazione in quanto il peso dei PDMS premendo contro la base larga della canna tiene saldamente la canna in posizione. </li><li> Tagliare lo stampo PDMS intorno alla regione fantasia del wafer master utilizzando un bisturi. Durante il taglio, il bisturi dovrebbe debolmente toccare la superficie del wafer. Quindi, inserire delicatamente uno strumento sottile, come pinze wafer nella tacca creato dal bisturi, e staccare il PDMS espressi dal master wafer. </li><li> Posizionare il cast su una superficie morbida coperta con un foglio di alluminio con il lato modellatorivolta verso l&#39;alto (cioè., la canna dovrebbe appendere dal bordo del tavolo), e un buco nel PDMS all&#39;ingresso ingresso e camera di canale utilizzando una biopsia del punzone 1 mm. </li><li> Coat un vetrino pulito con un (degassificati) 10: 1 PDMS: miscela indurimento-agente utilizzando un dispositivo a induzione rotazione programmata a 3.000 rpm per 30 secondi, e cuocere per&gt; 1 ora a 65 ° C. Quindi, pulire la diapositiva e PDMS gettato utilizzando nastro adesivo trasparente. </li><li> Trattare la superficie dello stampo e PDMS rivestita vetrino PDMS con O 2 al plasma (per esempio, utilizzando un portatile corona treater) per 1 min, e quindi premere delicatamente le superfici insieme e cuocere in forno a 65 ° C per una notte (O / N) . </li></ol> 3. riempimento del dispositivo e di azionamento <ol><li> Mescolare particelle di polistirene fluorescenti acqua in sospensione con acqua e glicerolo in una fiala di vetro per ottenere un (v / v) miscela di glicerolo / acqua 64/36 con 0,25% (w / w) particelle .. </li><li> Mettere una goccia della soluzione di glicerolo sopra l&#39;entrata del canale e una goccia di DI water sull&#39;ingresso camera, quindi posizionare l&#39;apparecchio in un essiccatore e vuoto per ~ 5 min. NOTA: Prima di rilasciare il vuoto attesa per le bolle che si formano nelle gocce di soluzione di glicerolo e acqua deionizzata al pop. Al momento del rilascio del vuoto i liquidi vengano risucchiati i vuoti all&#39;interno del dispositivo. Se l&#39;aria residua rimane all&#39;interno dei canali, eliminarla applicando pressione esterna sui fluidi (ad es., Usando una siringa) e consentendo all&#39;aria di diffondere nel PDMS. </li><li> Iniettare ~ 2 ml di acqua deionizzata nella camera superiore (cioè, il corpo della siringa, Fig. 2b) finché non è completamente riempito di acqua. Poi coprire la camera superiore con un 19 calibro punta smussata della siringa, tagliare la punta di un altro 19 a scartamento smussato punta della siringa e inserire questo suggerimento per l&#39;ingresso camera laterale. Collegare entrambe le punte siringa ad una siringa da 1 ml con sottili tubi in Teflon e un connettore a forma di T. NOTA: Assicurarsi che la siringa da 1 ml, tubi in Teflon, connettore a T e camera superiore (siringa da 2 ml barrEL) sono tutti pieni di acqua senza bolle. Ciò può essere ottenuto aprendo punti di connessione, spingendo l&#39;acqua attraverso sezioni vuote di tubi e ricollegare i punti di collegamento. </li><li> Collegare la siringa da 1 ml di una pompa a siringa pre-programmati per simulare, ad esempio una tranquilla ciclo di respirazione di marea (con un periodo di T = 4 sec) costruito con rampe lineari, vale a dire, da zero a 1,8 ml / min in 1 sec, da 1,8 ml / min a -1.8 ml / min a 2 sec e da -1.8 ml / min torna a zero in 1 sec. </li></ol> 4. Flusso di visualizzazione Esperimenti: Micro-Particle Image Velocimetry (μPIV) <ol><li> Mentre il dispositivo viene azionato, ottenere una serie di 9 - 12, immagini doppio telaio ad aggancio di fase del flusso di particelle testa di serie usando un sistema (μPIV) micro-particelle immagine velocimetry costituito ad esempio da un doppio CCD esposizione frame-multipla fotocamera (ad es., 1.600 × 1.200 pixel per ottenere una risoluzione sufficiente), un doppio pulsato laser Nd-YAG (Lunghezza d&#39;onda: 532 nm, energia di uscita: 400 mJ, durata dell&#39;impulso: 4 nsec), e un microscopio invertito. NOTA: Tale sistema è in grado di ottenere coppie telaio con un ritardo di fino a pochi microsecondi tra il primo e secondo telaio. Per ottenere immagini doppio telaio phase-locked, è utile acquisire una serie doppia cornice a es., 10 Hz (coppie telaio sono separati da 0.1 sec l&#39;uno dall&#39;altro). Poi, i dati possono essere riorganizzati in modo che tutte le coppie di frame che sono separati da un tempo di ciclo completo (qui T = 4 sec) formano una nuova serie temporale. Acquisizione immagine deve essere ripetuta più volte durante la modifica il tempo di ritardo tra il primo e il secondo telaio di ciascuna coppia fotogramma (es., 100 msec a 0,1 sec) per risolvere diverse regioni di flusso all&#39;interno della cavità alveolare. Nota: configurazioni alternative per quanto riguarda migliori combinazioni di sistemi di acquisizione di immagini (. Cioè, fotocamera) e illuminazione fonti (ad esempio, laser) a un&#39;immagine cosìmicroflussi Sono disponibili anche 34, 35. </li><li> Utilizzare un algoritmo di somma di correlazione per calcolare mappe vettore velocità del campo di moto risultante phase-locked dalla serie di immagini per ogni intervallo di tempo utilizzato. Ripetere questa operazione più volte con diversi tempi di ritardo tra il primo e secondo telaio in ciascuna coppia cornice per risolvere diverse regioni di flusso all&#39;interno della cavità alveolare. Successivamente, utilizzare un programma di analisi dei dati per cucire insieme le singole mappe di flusso in una mappa completa e dettagliata alta dei modelli di flusso facendo la media sovrapposti punti dati 33. </li></ol>

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<li>Bruus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+Microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Oxford+Master+Series+in+Condensed+Matter+Physics%22%5BJournal%5D)">Theoretical Microfluidics.</a> Oxford Master Series in Condensed Matter Physics. , (2008).</li>
<li>Haefeli-Bleuer, B., Weibel, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphometry+of+the+human+pulmonary+acinus%5BTitle%5D)+AND+%22Anat.+Rec%22%5BJournal%5D)">Morphometry of the human pulmonary acinus.</a> Anat. Rec. 220 (4), 401-414 (1988).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

<html> Una caratteristica fondamentale della piattaforma acinare microfluidica qui presentata è la sua capacità di riprodurre i movimenti di respirazione fisiologicamente-realistici che danno origine a profili di flusso fisiologico e velocità nei condotti acinar e all&#39;interno di alveoli. Poiché i canali microfluidica sono prodotti con un rapporto relativamente basso aspetto (es., W d / h ≈ 3,9, dove w d è la larghezza del condotto ed h</e...

Una quantificazione dettagliata delle dinamiche di flusso respiratorio nel distale, regioni alveolati dei polmoni è di primaria importanza per comprendere il flusso d&#39;aria di miscelazione in acini polmonare e predire il destino di aerosol per via inalatoria nel più profondo vie aeree 1-3. Quest&#39;ultimo aspetto è di particolare importanza quando si affronta un lato i rischi di particelle inquinanti inalate o viceversa nel cercare nuove strategie per una migliore e mirata drug delivery di terapie per via inalatoria a siti localizzati polmone 4, 5 e per la consegna sistemica. Fino ad oggi, i flussi respiratori nelle regioni profonde acinari polmonari sono stati generalmente indagato in silico utilizzando fluidodinamica computazionale (CFD) o in alternativa in vitro con modelli sperimentali in scala-up seguenti corrispondenza similitudine idrodinamica. Negli ultimi decenni, i metodi CFD sono stati sempre applicati per studiare i fenomeni di flusso acinare, da single modelli alveolari 6, 7 e alveolati condotti 8-12 al più elaborato modelli in silico che cattura anatomicamente-realistica strutture ad albero acinare con più generazioni di dotti alveolati e fino a diverse centinaia di singoli alveoli 13-15. Insieme, gli sforzi numerici sono stati fondamentale nel mettere in luce il ruolo e l&#39;influenza del movimento della parete durante i movimenti di respirazione sul conseguente modelli acinare flusso d&#39;aria. In assenza di movimento respirazione, statico alveoli funzione ricircolo scorre in loro cavità che presentano alcuno scambio convettivo di aria tra il condotto acinose e l&#39;alveolo 6, 7; in altre parole, flussi alveolari sarebbero completamente isolate dai flussi tra gli alberi acinose e scambio dell&#39;aria comporterebbe esclusivamente da meccanismi diffusivi. Con l&#39;esistenza di espansioni cicliche del dominio alveolari, tuttavia, topologie flusso alveolari sono drasticamente modificati e la resulting modelli di flusso all&#39;interno alveoli sono intimamente legati alla posizione di un alveolo lungo l&#39;albero acinose (ad es., prossimale vs. generazioni distali). In particolare, è stato ipotizzato nelle simulazioni che i modelli di flusso alveolari sono fortemente influenzate dal rapporto tra alveolare duttale portate tali che generazioni prossimale dell&#39;albero acinari polmonare, dove tale rapporto è relativamente grande seguente conservazione della massa attraverso una struttura ad albero, caratteristica ricircolo complesso scorre all&#39;interno delle cavità alveolari con pathlines fluido irreversibili. Con ogni generazione acinare più profondo, il rapporto tra alveolare portate duttale diminuisce gradualmente in modo che le generazioni acinar distali presentano linee di corrente più radiali simili che ricordano inflazioni semplici e deflazione di un palloncino. Con i progressi nelle moderne tecniche di imaging, i dati di imaging del polmone 16, 17 dei roditori, tra ratto e nel topo, hanno dato origine ad alcuni dei primi simul CFDzioni di flussi acinar anatomicamente-ricostruiti in alveoli ricostruiti. Nonostante tali progressi promettenti, questi studi recenti sono ancora limitati ad affrontare fenomeni di flusso d&#39;aria in sacchi alveolari terminali solo il 18, 19 o pochi alveoli che circondano un unico condotto 20. Di conseguenza, state-of-the-art indagini su fenomeni di flusso respiratorio nei acini rimangono dominate da studi incentrati sulla generici geometrie anatomicamente ispirazione dell&#39;ambiente acinare 2. Sul lato sperimentale, varie configurazioni caratterizzano una via aerea con uno o più alveoli sono stati sviluppati negli anni 21-24. Tuttavia, non esiste un modello sperimentale di biforcano vie aeree alveolati che sono in grado di mimare la respirazione fisiologica da espandendosi e contraendosi in modo respirazione simile. Data una mancanza di piattaforme sperimentali interessanti a portata di mano, lo studio dei fenomeni di trasporto acinari rimane limitata per quanto riguarda validating studi computazionali e criticamente, ci rimane una carenza di dati sperimentali disponibili. . Negli ultimi anni, Ma et al (2009) hanno costruito un modello rigido parete scala ingrandita di un acinus costituito da tre generazioni acinose; Tuttavia, la mancanza di movimento della parete in questo modello limitato la sua capacità di catturare realistiche schemi di flusso alveolare in condizioni di respirazione. Altri esperimenti in scala-up, tra cui un modello a parete in movimento sulla base di dati anatomici in ghisa replica sono stati recentemente introdotti 25; tuttavia, dal momento che il modello catturato solo le ultime due generazioni acinar (es., sacche terminali), non è riuscito a catturare i flussi di ricircolo complesse che caratterizzano le generazioni acinari più prossimale. Questi ultimi esempi di esperimenti in scala-up sottolineano ulteriormente le limitazioni in corso con tali approcci. Specificamente, nessun esperimento esistente è finora dimostrato la transizione ipotizzato dal ricircolo di radiale scorre lungoacini e, quindi, confermano le previsioni numeriche di topologie di flusso ipotizzate ad esistere in veri e propri alberi acinar polmonari 7, 15. Forse ancora più critica, esperimenti in scala-up sono estremamente limitate nelle indagini inalato particelle di trasporto e deposito dinamiche 26 a causa di difficoltà di corrispondenza tutto non rilevante parametri -dimensionale (ad es., la diffusione delle particelle, un meccanismo di trasporto critico per particelle sub-micron, è completamente trascurata). Con sfide sperimentali in corso, nuove piattaforme sperimentali che consentono indagini respiratorio flussi d&#39;aria e le dinamiche delle particelle in pareti mobili complesse sono ricercati reti acinar. Qui, un anatomicamente ispirazione nel modello acinare vitro è introdotto. Questo acinare polmonare microfluidica imita piattaforma fluisce direttamente alla scala rappresentante acinare, e amplia la crescente gamma di modelli microfluidica polmonari 27, tra cui bronchiale liquido plug-floWS 28-30 e la barriera alveolo-capillare 31. Vale a dire, la presente disegno presenta un albero vie aeree alveolato cinque generazione semplificata con ciclicamente espansione e contrazione pareti, dove movimenti ciclici sono conseguiti dalla pressione di controllo all&#39;interno di una camera di acqua che circonda le pareti laterali PDMS sottili e dove la parete superiore è deformata da un ulteriore acqua camera seduto direttamente sopra la struttura acinare. A differenza dei dispositivi microfluidici multistrato comuni, tale camera viene semplicemente formata incorporando la sezione canna di una siringa all&#39;interno del dispositivo PDMS, e non richiede la preparazione di uno stampo PDMS aggiuntivo. L&#39;approccio miniaturizzato qui presentata offre un mezzo semplice e versatile per la riproduzione di strutture acinar complesse con pareti in movimento rispetto ai modelli in scala-up durante la cattura le caratteristiche di fondo dell&#39;ambiente flusso acinare. Questa piattaforma può essere utilizzata per flow visualizzazione utilizzando particelle fluide in sospensione all&#39;interno delle vie aeree (vedi Rappresentante dei risultati qui sotto). Nel prossimo futuro, il modello verrà utilizzato con particelle in aria per lo studio delle dinamiche delle particelle acinar per via inalatoria.

<table><tbody><tr><td>Polidimetilsilossano (PDMS) e agente indurente</td><td>Dow Corning</td><td>(240)4019862</td><td>Sylgard® 184 Kit di elastomeri siliconici</td></tr><tr><td>Plastipak Siringa da 2 ml</td><td>BD</td><td>300185</td><td></td></tr><tr><td>Norm-Ject Luer slip Siringa da 1 ml</td><td>Henke Sass Wolf </td><td>4010-200V0</td><td></td></tr><tr><td>Punzone per biopsia da 1 mm</td><td>Kai Medical</td><td>BP-10F</td><td></td></tr><tr><td>Laboratorio Corona Treater</td><td>Prodotti Electro-Technic</td><td>BD-20AC</td><td></td></tr><tr><td>PHD Ultra Pompa a siringa</td><td>Apparecchio Harvard</td><td>703006</td><td></td></tr><tr><td>Particelle fluorescenti rquee rosse colorate</td><td>Termo-Scientifico</td><td></td><td>Non cataltato 0,86 &; m sono state utilizzate perle</td></tr><tr><td>Glycerin AR</td><td>Gadot</td><td>830131320</td><td></td></tr><tr><td>FlowMaster MITAS micro-particella di immagine velocimetria (&micro; PIV) sistema </td><td>LaVision</td><td>1108630</td><td></td></tr></tbody></table>

un modello di microfluidic biomimetically respirazione polmonare acinose airways

A Microfluidic Model of Biomimetically Breathing Pulmonary Acinar Airways

Quantificare caratteristiche di flusso respiratorio nelle profondità acinar polmonari e come influenzano il trasporto di aerosol per via inalatoria è critico verso l&#39;ottimizzazione delle tecniche di inalazione droga, così come la previsione modelli di deposizione di particelle in aria potenzialmente tossici negli alveoli polmonari. Qui, le tecniche di soft-litografia vengono utilizzati per fabbricare strutture delle vie aeree acinar simili complessi ai veritiere anatomici lunghezza scale che riproducono fenomeni di flusso acinare fisiologici in un sistema otticamente accessibile. Il dispositivo di microfluidica dispone di 5 generazioni di biforcano condotti alveolati con periodicamente in espansione e le pareti contraenti. azionamento parete è ottenuta modificando la pressione all&#39;interno di camere piene d&#39;acqua che circondano le sottili pareti del canale PDMS acinose sia dai lati e la parte superiore del dispositivo. In contrasto con dispositivi microfluidici multistrato comuni, dove è richiesta la sovrapposizione di diversi PDMS stampi, un metodo semplice è presentato per fabbricare la parte superiorecamera incorporando la sezione canna di una siringa nello stampo PDMS. Questo romanzo impostazione microfluidica garantisce movimenti respiratori fisiologici che a loro volta danno origine a caratteristici acinar flussi d&#39;aria. Nel corso di studio, micro particelle immagine velocimetria (μPIV) con liquidi in sospensione particelle è stato utilizzato per quantificare tale aria flussi sulla base di corrispondenza similitudine idrodinamica. Il buon accordo tra μPIV risultati e fenomeni di flusso acinare attesi suggeriscono che la piattaforma microfluidica può servire in un prossimo futuro, come un interessante strumento in vitro per studiare il trasporto di particelle rappresentante direttamente in volo e la deposizione nelle regioni acinari dei polmoni.

Computer-aided design (CAD) e microscopio immagini della piattaforma acinare in vitro sono presentati in Fig. 1. Il modello biomimetico acinare dispone di cinque generazioni di ramificazione canali rettangolari piene di cavità cilindriche alveolari-simile (Fig. 1). Qui, le generazioni di modelli sono numerati da 1 generazione (per la generazione più prossimale) in generazione 5 (per la generazione più distale). Si noti che solo l&#39;imbocco del canale che porta alla generazion...

La litografia morbida è stata utilizzata per produrre un modello rappresentativo in scala reale delle vie aeree alveolate polmonari che si espandono e si contraggono periodicamente, imitando il movimento respiratorio fisiologico. Questa piattaforma ricrea i flussi acinari respiratori su un chip e si prevede che faciliterà l'indagine sperimentale sulla dinamica dell'aerosol inalato e sulla deposizione nell'acino polmonare.

Un modello di Microfluidic Biomimetically respirazione polmonare acinose Airways

Quantifying respiratory flow characteristics in the pulmonary acinar depths and how they influence inhaled aerosol transport is critical towards ...

L'obiettivo generale di questo sistema modello è riprodurre la geometria e il movimento respiratorio dell'Acino polmonare per lo studio dei modelli di flusso aereo nell'acino e delle traiettorie delle micro-particelle aerodisperse. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande fondamentali nel campo dei fenomeni di trasporto acinare, come gli effetti della gravità, del farmaco e della diffusione sugli esiti del deposito delle particelle.Il vantaggio principale di questa tecnica è che gli esperimenti vengono condotti all'interno di un modello in scala uno a uno, piuttosto che in un modello in scala ridotta. Ciò permette un'osservazione accurata del moto browniano delle particelle. Le implicazioni di questa tecnica riguardano la terapia per inalazione, poiché è possibile ottenere una migliore comprensione del deposito di farmaci aerosolizzati.Per iniziare, utilizzare l'incisione ionica reattiva profonda di un wafer in silicio su isolante per fabbricare un wafer di silicio master come descritto in precedenza. Successivamente, mescolare il PDMS e l'agente indurente in rapporto ponderale di dieci a uno all'interno di un contenitore piccolo e pulito. Sottoporre la miscela a degasaggio in un essiccatore sotto vuoto fino a quando tutte le bolle d'aria sono state rimosse.Posizionare la wafer master in una piastra di Petri e versare la miscela di PDMS disaerata fino a un'altezza di circa un millimetro sopra la wafer master. Disaerare nuovamente il PDMS versato per almeno 40 minuti, fino a quando tutte le bolle d'aria sopra la wafer sono state rimosse e le bolle al di sotto della wafer sono ridotte al minimo. Assicurarsi che la wafer sia il più vicino possibile al fondo della piastra.Se necessario, premere delicatamente la wafer sul fondo utilizzando due bastoncini da agitazione ed effettuare nuovamente la degasificazione. Quindi, cuocere il PDMS a 65 gradi Celsius per 20 minuti in un forno a convezione naturale. Mentre il PDMS è in cottura, limare la sezione cilindrica di una siringa di plastica da due millilitri, utilizzando carta vetrata fine per migliorarne l'adesione al PDMS.Inoltre, utilizzare la carta vetrata per appiattire la base del corpo della siringa posizionando la carta vetrata su una superficie piana e facendo scorrere la base del corpo della siringa sulla sua superficie. Rimuovere ogni residuo dalla siringa utilizzando aria compressa. Successivamente, posizionare la sezione del corpo della siringa sulla prima strato di PDMS con l'apertura più grande rivolta verso la superficie del PDMS.Versare un secondo strato di PDMS sopra il primo, fino a un'altezza di circa cinque millimetri, assicurandosi che il PDMS non entri nel corpo della siringa. Successivamente, sottoporre nuovamente il PDMS a degasaggio. Cuocere l'intero apparato a 65 gradi Celsius per almeno due ore in un forno a convezione naturale per indurire il PDMS.Tagliare il mold in PDMS attorno alla regione strutturata della wafer master utilizzando un bisturi. Durante il taglio, la lama del bisturi deve toccare leggermente la superficie della wafer. Successivamente, inserire delicatamente uno strumento sottile, come pinzette per wafer, nella fessura creata dal bisturi ed esfoliare il calco in PDMS dalla wafer master.Posizionare il calco su una superficie morbida ricoperta con foglio di alluminio, in modo che il lato strutturato sia rivolto verso l'alto, quindi praticare un foro nel PDMS all'ingresso della camera e all'ingresso del canale, utilizzando un punch per biopsia da un millimetro. Successivamente, aggiungere una quantità di PDMS con agente indurente su un vetrino pulito e stendere uno strato sottile mediante spin-coating a 3.000 giri al minuto per 30 secondi. Quindi, cuocere il vetrino a 65 gradi Celsius per almeno un'ora.Pulire il vetrino e il cast in PDMS utilizzando nastro adesivo. Trattare le superfici del vetrino rivestito e del PDMS stampato con plasma di ossigeno utilizzando un trattatore a corona. Si noti che ciascuna superficie deve essere trattata per almeno un minuto.Quindi, premere delicatamente le superfici tra loro e cuocerle tutta la notte a 65 gradi Celsius. Mescolare particelle fluorescenti di polistirene sospese in acqua con acqua e glicerolo in un contenitore di vetro per ottenere un rapporto volumetrico di 64 a 36 di glicerolo rispetto all'acqua, contenente lo 0,25% di particelle in peso. Successivamente, posizionare una goccia della soluzione di glicerolo sopra l'ingresso del canale e una goccia di acqua deionizzata sull'ingresso della camera.Successivamente, posizionare l'apparato all'interno di un essiccatore e applicare il vuoto per circa cinque minuti. Prima di rilasciare il vuoto, attendere che le bolle formatesi nelle gocce di soluzione di glicerolo e acqua deionizzata si rompano. Una volta rilasciato il vuoto, i liquidi vengono aspirati all'interno delle cavità del dispositivo.Se nell'interno dei canali rimane aria residua, eliminarla applicando una pressione esterna sui fluidi mediante una siringa e permettendo all'aria di diffondere nel PDMS. Successivamente, iniettare circa due millimetri di acqua deionizzata nella camera superiore fino a quando non sarà completamente riempita d'acqua. Quindi, coprire la camera con la punta smussata di una siringa da 19 gauge.Tagliare la punta di un altro ago da siringa da 19 gauge arrotondato e inserire questa punta nell'ingresso della camera laterale. Collegare entrambe le punte delle siringhe a una siringa da un millilitro utilizzando un tubo sottile in teflon e un connettore a forma di T. Assicurarsi che la siringa da un millilitro, il tubo in teflon, il connettore a T e la camera superiore siano completamente riempiti di acqua, senza bolle d'aria.Quindi, collegare la siringa da un millilitro a una pompa per siringa e programmarla per simulare un ciclo respiratorio tranquillo, come descritto nel protocollo di testo allegato. Per ottenere immagini di simmetria dei micro-particelle, posizionare il dispositivo sul palco di un microscopio invertito. Successivamente, accendere il laser Nd:YAG a doppio impulso e caricare il software di analisi delle immagini sul computer.Mentre il dispositivo è in funzione, acquisire una serie di nove-dodici immagini a doppio fotogramma sincronizzate per fase del flusso seminato con particelle, utilizzando un sistema microscopico di velocimetria a immagine di particelle in conformità alle specifiche del produttore. Per ottenere immagini a doppio fotogramma sincronizzate per fase, acquisire una serie a doppio fotogramma a 10 hertz. Successivamente, riorganizzare i dati in modo che tutte le coppie di fotogrammi separate da un tempo pari a un intero ciclo formino una nuova serie temporale.Utilizzare l'algoritmo della somma della correlazione per calcolare la mappa vettoriale di velocità a fase bloccata, ottenendo così il campo di flusso risultante dalla serie di immagini. Ripetere questo processo più volte con tempi di ritardo variabili tra il primo e il secondo fotogramma di ogni coppia di fotogrammi, al fine di risolvere diverse regioni di flusso all'interno della cavità alveolare. Successivamente, utilizzare un programma di analisi dati per unire insieme le singole mappe di flusso in una mappa completa e ad alta definizione dei modelli di flusso, mediando i punti dati sovrapposti.Una caratteristica fondamentale della piattaforma microfluidica acinare qui presentata è la sua capacità di riprodurre movimenti respiratori fisiologicamente realistici, che generano profili e velocità di flusso fisiologici all'interno dei dotti acinari e degli alveoli. I profili di velocità del flusso lungo la larghezza dei canali mostrano una riduzione costante delle portate verso le generazioni acinarie più profonde. I profili di flusso in prossimità e all'interno delle cavità alveolari mostrano che l'intensità del flusso diminuisce bruscamente lungo l'apertura degli alveoli.Ciò determina velocità di flusso che sono due o tre ordini di grandezza più lente all'interno degli alveoli rispetto ai dotti. Inoltre, i modelli di flusso cambiano notevolmente con l'aumentare della generazione acinare. Mentre la prima generazione presenta una zona di ricircolazione, che sostanzialmente coincide con il centro degli alveoli, la terza generazione è caratterizzata da una zona di ricircolazione spostata verso il lato prossimale degli alveoli, con un modello di linee di flusso più aperto.Infine, nelle linee di flusso radiali della quinta generazione del dispositivo non si osserva alcuna zona di ricircolazione. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in poche ore se effettuata correttamente. Dopo aver seguito questa procedura, che permette la visualizzazione del flusso in geometrie acinari, la piattaforma può essere utilizzata per tracciare singole particelle aerodisperse al fine di esplorare la dinamica e la posizione delle particelle inalate.

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