Tecnica di imaging frugale del flusso capillare attraverso polveri di stampa polimerica tridimensionale
4 ottobre 2022
La tecnica proposta fornirà un approccio nuovo, efficiente, frugale e non invasivo per l'imaging del flusso fluidico attraverso un letto di polvere imballato, producendo un'elevata risoluzione spaziale e temporale.
La tecnica proposta è un approccio nuovo, efficiente, frugale e non invasivo per l'imaging del flusso fluidico attraverso un letto di polvere impacchettato che produce un'elevata risoluzione spaziale e temporale. Questa tecnica è vantaggiosa in quanto le celle a flusso sono economiche, riutilizzabili, piccole e facilmente maneggevoli, illustrando l'aspetto dominante della scienza frugale. Toccare le polveri e confermare la compattazione della polvere è la chiave per produrre uno strumento diagnostico riproducibile.
Per iniziare preparare la cella di flusso microfluidica coprendo l'uscita con perafoam per sigillare un'estremità del canale in modo che la cella di flusso vuota possa essere imballata con polvere polimerica. Fissare il righello di carta metrica direttamente sotto il canale di flusso. Agitare la cella di flusso microfluidica con il perafoam e il righello collegati.
La massa della cella di flusso è la massa della cella di flusso non imballata. Utilizzare una pipetta di plastica per trasferire la polvere. Durante l'introduzione della polvere nel canale, toccare la cella di flusso almeno cinque volte per compattare la polvere.
Continuare l'imballaggio fino a quando la polvere raggiunge l'inizio dell'apertura del canale di flusso. Rimuovere la polvere presente sulla superficie esterna della cella di flusso con una salvietta imbevuta di alcool. Una volta imballate le polveri, ispezionare visivamente la cella di flusso per la presenza di polvere confezionata liberamente.
Se la polvere all'interno della cella di flusso appare imballata liberamente, toccare la cella di flusso altre cinque volte. Se l'imballaggio della polvere appare coerente e compatto, pesare la cella di flusso per misurare la massa della polvere polimerica. Per evitare di inondare il rilevatore della fotocamera con troppa luce, coprire il tavolo luminoso con un materiale opaco come una copertura stampata in 3D in un filamento di acido polilattico nero.
Assicurarsi che il materiale abbia un'apertura delle dimensioni del microcanale per consentire alla luce di illuminare la polvere. Per garantire che la fotocamera del dispositivo mobile sia in grado di catturare il contrasto tra la polvere bagnata e quella asciutta, utilizzare il tavolo luminoso a un'intensità luminosa da bassa a media. Allineare la fotocamera sul dispositivo mobile direttamente sopra il tavolo luminoso.
Verificare che la fotocamera sia perpendicolare alla parte superiore del tavolo luminoso. Dopo aver messo a fuoco la fotocamera sul dispositivo mobile, selezionare il pulsante di registrazione. Aggiungere 125 microlitri di fluido all'ingresso aperto del microcanale utilizzando una pipetta.
Registrare il flusso per due minuti o fino a quando tutta la polvere è bagnata visibilmente. Trasferire il file video dal dispositivo mobile al computer per un facile accesso. Una volta installato il software, apri il software tracker.
Dal menu file selezionare Apri file per caricare il file video trasferito sul desktop del computer. Per definire il fotogramma iniziale e la dimensione del passo, fate clic sull'icona delle impostazioni della clip. Quindi fare clic sullo strumento di calibrazione seguito da nuovo e selezionare bastone di calibrazione.
Per ingrandire il righello nel video, fai clic con il pulsante destro del mouse sull'area da ingrandire e seleziona zoom avanti dall'elenco. Una volta opportunamente ingrandito, definire l'inizio e la fine di un millimetro sul righello fissato al microcanale e digitare 1 mm per definire la distanza. Fare clic sullo strumento di accesso alle coordinate.
Impostate l'origine per gli assi x e y utilizzando il fotogramma iniziale durante l'esecuzione del passo. Per creare una massa puntiforme, fare clic su crea. Quindi selezionare punta il mouse.
Utilizzare Maiusc più controllo per modificare le dimensioni del rettangolo. Il punto iniziale è dove l'ingresso e il canale si connettono. Fare clic su Cerca un paio di volte per verificare che il software stia analizzando l'area corretta.
Se il software funziona correttamente, fare clic su Cerca e attendere che il software finisca di analizzare il video. I cerchi rossi aperti sulla trama rappresentano l'ora esatta e la distanza delle informazioni compilate. Nell'intervallo da uno a due secondi, la distanza percorsa dal fluido è raddoppiata.
Durante l'intervallo da due a cinque secondi, anche la distanza percorsa dal fluido è raddoppiata. Da cinque a 10 secondi, il fluido si muove ancora rapidamente. Tuttavia, dopo 15 secondi la portata rallenta a una velocità di circa due millimetri ogni cinque secondi.
La cosa più importante da ricordare quando si partecipa a questa procedura è compattare le polveri. La procedura può essere eseguita per polveri ceramiche e metalliche e ha un alto potenziale per studi geologici sul campo per tracciare il flusso nei sistemi di pattern pack. Questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori per esplorare superfici chimicamente modificate e fluidi carichi di nanoparticelle per osservare l'attaccamento delle particelle.
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Panoramica
La tecnica proposta è un approccio innovativo, efficiente, economico e non invasivo per l'imaging del flusso fluidico attraverso un letto di polvere compresso. Questo metodo offre un'alta risoluzione spaziale e temporale, rendendolo vantaggioso per varie applicazioni.
Componenti principali dello studio
Area della scienza
- Dinamiche dei fluidi
- Microfluidica
- Tecniche di imaging
Contesto
- La tecnica si concentra sull'imaging del flusso fluidico in letti di polvere compressi.
- Enfatizza la convenienza economica e la riutilizzabilità delle celle di flusso.
- I principi della scienza frugale sono evidenziati nella progettazione del metodo.
- I passaggi chiave includono la compattazione della polvere per la riproducibilità.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare una tecnica di imaging non invasiva per il flusso fluidico.
- Migliorare la risoluzione spaziale e temporale nell'imaging.
- Fornire una soluzione conveniente per i ricercatori.
Metodi utilizzati
- Preparazione della cella di flusso microfluidico.
- Sigillare l'uscita con perafoam.
- Riempire la cella di flusso con polvere polimerica.
- Utilizzare un righello metrico di carta per la misurazione durante l'imaging.
Risultati principali
- La tecnica dimostra un'alta risoluzione spaziale.
- La risoluzione temporale è significativamente migliorata.
- Le celle di flusso si dimostrano riutilizzabili e facili da maneggiare.
- La riproducibilità dei risultati è confermata attraverso una corretta compattazione della polvere.
Conclusioni
- La tecnica di imaging proposta è efficace ed efficiente.
- Si allinea con i principi della scienza frugale.
- Questo metodo può essere vantaggioso per varie applicazioni di ricerca.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Rapid, cost-effective imaging of capillary flow in 3D-printed polymeric powders addresses a critical need for high-throughput material screening in early-stage pharmaceutical and biotechnological R&D. This frugal technique enables precise, quantitative assessment of fluid transport properties in novel powder systems, supporting material selection and formulation optimization. Its accessibility and reproducibility facilitate broader adoption across discovery and preclinical workflows, enhancing portfolio decision-making.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative interrogation of fluid transport in candidate polymeric materials.
- Supports functional validation of powder compaction and flow properties relevant to drug delivery systems.
- Facilitates rapid screening and triage of new material formulations for downstream development.
Screening & Assay Development
- Provides a reproducible, standardized platform for evaluating fluid-powder interactions.
- Delivers high spatial and temporal resolution for quantitative assay outputs.
- Reduces assay costs and increases throughput by leveraging mobile device imaging.
- Enables reliable comparison of multiple powder-fluid combinations for formulation development.
Translational & Preclinical Research
- Supports continuity from material discovery to preclinical evaluation by characterizing transport properties under relevant conditions.
- Allows for assessment of nanoparticle and colloidal transport in disease-relevant model systems when applicable.
- Provides mechanistic insight into material-fluid interactions that inform risk-adjusted advancement decisions.
Pipeline & Workflow Integration
This imaging protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling rapid, quantitative assessment of material transport properties, supporting both early screening and translational research needs.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on material-fluid compatibility and transport mechanisms.
- Screening: Standardizes assay conditions for reproducible, quantitative comparison of powder formulations.
- Analytics: Generates time-resolved, spatially calibrated flow data for robust statistical analysis.
- Translational Research: Bridges material characterization with preclinical model requirements for fluid transport.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, low-cost platform adaptable to diverse material and fluid systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material selection and de-risks formulation development.
- Operational Value: Enhances reproducibility, standardization, and scalability of material screening workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling rapid, low-cost evaluation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of novel materials for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidics, powder handling, and quantitative image analysis.
- Needs basic laboratory infrastructure and access to mobile device imaging and analysis software.
- Demands strict standardization of powder compaction and flow cell preparation for reproducibility.
- Adaptable to various powder types, including polymeric, ceramic, and metallic systems.
- Limited to systems where optical contrast between wet and dry powder is sufficient for imaging.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:38
Preparing the Microfluidic Flow Cell
1:08
Packing the Powder into the Channel
1:55
Preparing the Solvent and the White Light Table
2:39
Starting the Experiment and Analyzing the Data
4:42
Results: Quantitative Representation of the Average Distance of Propagation (Δl) Versus Time (t)
5:21
Conclusion
