Method Article

프로토 타입 소형 흐름 사이토와 동반자 미세 유체 혼합 기술의 감소 - 중력 환경 하드웨어 데모

DOI:

10.3791/51743

⸱

November 13th, 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1DNA Medicine Institute, 2Harvard Medical School, 3NASA Glenn Research Center, 4ZIN Technologies

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우주 비행 혈액 진단은 혁신이 필요합니다. 몇몇 시위, 기내 감소 중력 건강 진단 기술을 설명하는 발표되었다. 여기에서 우리는 구성 요소와 다른 설정에 적용 할 준비 전략과 프로토 타입 현장 진료 흐름 세포 계측법 설계를위한 포물선 비행 시험 장비의 건설 및 운영을위한 방법을 제시한다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

최근까지, 우주 비행사 혈액 샘플, 기내 수집 된 우주 왕복선에 지구로 전송하고, 지상 실험실에서 분석 하였다. 인간이 낮은 지구 궤도를 넘어 여행하는 경우, 공간 준비, 현장 진료으로 전환 (POC) 테스트가 필요합니다. 이러한 시험 발사 및 우주 비행의 스트레스에 의한 종합 감소 된 중력 환경에서 수행하기 쉽고, 영향을받지 할 필요가있다. 수많은 POC 장치는 실험실 규모 대응을 모방하기 위해 개발되었지만, 가장 좁은 애플리케이션을 가지고 거의 기내, 감소 된 중력 환경에서 사용이 입증. 사실, 감소 중력에서 생물 의학 진단의 시위는 새로운 기술을 테스트하고자 할 때 어려운 구성 요소의 선택과 특정 물류 도전에 접근 할 수있게, 모두 제한됩니다. 빈 공간을 채울 수 있도록하기 위해, 우리는 건설 및 운영 프로토 타입 혈액 진단 장치 및 그 관련 페이지에 대한 모듈 식 방법을 제시하고 있습니다포물선 비행 감소 중력 기내 비행 테스트를위한 기준을 충족 arabolic 비행 시험 장비입니다. 이 방법은 첫 번째 비행 감소 중력 유동 세포 계수기의 테스트 및 동반자 미세 유체 혼합 칩 장비의 조립에 초점을 맞추고있다. 구성 요소는 microvolume 샘플 로더로 다른 디자인 및 일부 사용자 지정 구성 요소에 적용 할 수 있으며 마이크로 믹서이 특히 관심의 대상이 될 수있다. 방법은 다음의 변화는 사용자 교육, 표준 운영 절차 (SOP)의 개발, 및 기타 문제와 관련하여 성공적인 비행 시험을 준비하기 위해 가이드 라인과 제안을 제공함으로써, 비행 준비에 초점을 맞추고있다. 마지막으로, 우리의 시위에 특정 비행 실험 절차가 설명되어 있습니다.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

현재의 공간을 준비 건강 진단의 무능력은 깊은 유인 우주 탐사에 대한 제한 요소를 제공합니다. 진단, 종합 감소 중력에서 사용하기 쉬운, 그리고 발사 및 우주 비행 (예를 들어, 높은 G-힘, 진동, 방사선, 온도 변화 및 기내 압력 변화)의 스트레스에 의해 상대적으로 영향을받지 않을 필요가있다. 현장 진료 검사 (POCT)의 발전은 작은 환자 표본 (예를 들어, 손가락 찌르기), 단순하고 작은 유체 공학 (즉, 미세 유체)의 사용을 통해 효과적인 우주 비행 솔루션 번역 및 기타 중, 전력 요구 사항을 줄일 수 있습니다 장점. 하나 매력적인 방식은 셀 카운팅과 바이오 마커 정량뿐만 아니라 상당한 소형화 전위 향해 포함한 때문에 기술의 광범위한 효용의 공간 POC 대해 유동 세포 계측법이다. 이전 공간 관련 유동 세포 계측기는 '핵 포장 effic 포함iency '동시 아크 램프 유도 형광 및 전자 볼륨 (풀 베는 볼륨) 측정 1-4 사용 (NPE) 악기, 대표 사이토 상대적으로 작은 벤치 탑 흐름'무중력 '5시 데이터 세포 계측법 실시간 흐름의 1 세대, '사이토 쉬스 마이크로 플로우'는 4 - 5 부분으로 백혈구 (WBC) 차....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 프로토콜에서 사용되는 사람의 혈액 샘플을 최소 침습 프로토콜 (사사 참조)을 사용 IRB 승인을 수집 하였다.

1. 조작 조립

  1. 시스템 계측법 간단한 흐름 원형 요소 (유체 공학, 광학, 제어 / 데이터 수집 전자 기기)를 조립 저감 중력 환경에서도 사용될
    1. 최소의 중량 및 전력 압력 시스템을 준비하는 유체기구 시스템을 구동 할 필요
      1. 차동 압력 센서의 소형화 공기 펌프를 연결한다.
      2. 일정한 운전 압력을 유지 펄스 폭 변조 및 맞춤형 제어 소프트웨어에 비례 - 적분 - 미분 제어기 (단계 1.1.7)를 사용하여 조절 듀티 사이클을 이용하여 펌프 출력을 제어한다.
    2. 공기를 포획하지 않고로드 될 수 유체 공급원 용기를 조립 (단계 3.4 참조)
      1. 라텍스 diaphra와 단단한 플라스틱 병 (그림 1A)을 장착GM, 유리 병 기지에서 단단히 보안 개체 캡, 및 입구 공기 튜브 (광학 접착제를 사용하여 연결을 밀봉).
      2. 펌프 캡 출구 배관에서 유체 흐름을 구동 다이어프램을 압축 공기 나 유체 누출없이 병을 가압 있는지 확인합니다.
    3. 흐름을 손상하는 배압을....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

실체 현미경에 장착 된 CCD 카메라로 볼 때 마이크로 믹서의 데모 대표 결과, 그림 7에 나타납니다. 혈액 / 식염수와 파란색 / 노란색 염료 : 혼합은 시각적으로뿐만 아니라 유체의 두 세트를 포함하는 실험 종료 채널에 나선 어느 지점에서 평가 될 수있다. 출판물 38-40에 나타낸 바와 같이 2 차원 화상의 정량 분석은, 서로 다른 영역에서의 채널 폭에 걸쳐 균일 그늘의 결정을 포함 할 수있다. 자세한 내용은 보충 그림 1을 참조하십시오. 미세 유체 칩에 의해 거품 취급을 보여주는 보충 그림 2를 참조하십시오.

광학 블록 및 샘플 로더 시위의 입자 검출 결과는 각각 그림 7 (c) 및 D에 나타납니다. 형광 표지 백혈구의 광학 블록 검출 (FIgure 7C) .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에 설명 된 방법은 지상 시험 비교 결과, 2010 FAST 포물선 항공편 중 주요 기술 구성 요소 (샘플 로딩, 미세 유체 혼합 및 광 검출)을 효과적으로 시연 가능. 여기에 기술 교육 및 SOP 방법은 특히 효과적이었고, 포물선 비행 온보드 사용할 수없는 것입니다 연습 시위에 의존 도구와 다른 '목발'의 존재를 조명하는 데 도움이.

개선을위한 지역 봉쇄와 레이아웃을 포함한다. 사용자 정의 아크릴 구성 요소는 봉쇄 목적을 위해 충분히 강력하지 않을 수 있습니다. '글러브'상자가 중력 전환하는 동안 기내 승객 치고 이후 거친 비행기 착륙하는 동안 무너졌다. 미세 유체 칩에 연결된 튜브는 잠시 오두막 환경에 음식 염료 누출, 파랑 - 노랑 염료 혼합 데모 중 벗겨되었다. 이 중 고정 될 필요가마이크로 보어 튜브를 다시 연결하는 것은 손재주와 사용자의 안정성을 필요로하기 때문에 특히 어려웠다 고 g 간격. 레이아웃의 관점에서, 기립 높이에서 노트북.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

유진 Y. 찬, 캔디스 배, 줄리아 Z. 샤프는 DNA 의학 연구소, 상업 기업을 통해 신청 관련 기술 특허에 발명자이다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

하드웨어 개발은​​ NASA SBIR 계약의 NNX09CA44C 및 NNX10CA97C에 의해 지원되었다. 광학 블록 및 샘플 로더 시위에 대한 데이터 분석은 NASA 단계 III 계약 NNC11CA04C에 의해 지원되었다. 인간 혈액 수집은 NASA IRB 프로토콜 # SA-10-008를 사용하여 수행 하였다. 내쇼날 인스트루먼트의 의료 기기 그랜트 프로그램을 통해 제공되는 제어 / 수집 소프트웨어. 마이크로 칩에 대한 금형은 존스 홉킨스 미세 시설 및 나노 시스템에 대한 하버드 센터에서 이루어졌다. 오토 J. Briner 복음과 누가 복음 제피 (DNA 의학 연구소) 비행 주 동안 2010 년 여름 NASA 비행 영상 직원이 제공하는 비디오 영상 중에 랙 어셈블리에 도움. 카를로스 바리 (DNA 의학 연구소) 사진과 그림 도움을 제공했다. 기술 2010 프로그램에 대한 공간 환경으로의 촉진 액세스, NASA 감소 중력 사무실, 인간의 적응 및 대책 부, NASA 글렌 연구 센터에 대한 특별 감사,ZIN 기술, 및 인간 연구 프로그램.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
마이크로 에어 펌프스마트 제품, Inc.AP-2P02A최대 압력 = 6.76psi, 1.301" x 0.394" x 0.650", 0.28oz(8g), Smart Products
차압 센서Honeywell International, Inc.ASDX015D44R범위  0-15psi; 0.974" x 0.550" x 0.440", 0.09oz(2.565g); 공급업체: Digi-Key 및 Mouser Electronics
경질 플라스틱 바이알(소형 크기)Loritz & 어소시에이츠, Inc.55-05폴리스티렌; ID 0.81"(20.6mm), IH 2.06"(52.4mm); LA Container Inc.에서 직접 구매 가능; Dynalab Corp.에서 제공하는 유사한 제품
라텍스 검사 장갑Dynarex Corporation2337가운데 손가락은 유체 소스 바이알의 라텍스 다이어프램에 사용됩니다.  기타 브랜드(예: , Aurelia ®>
광학 접착제Norland 제품NOA 88저가스 방출 접착제; Norland에서 직접 사용 가능; Edmund Optics Inc.에서도 입수
3-방향 솔레노이드 밸브LEE Company를 LHDA0531115H하지만, 액체와 함께 작동할 수 있습니다; 1.29" L, 0.28" D.  단종되었습니다.  The LEE Company에서 유사한 제품을 구입할 수 있습니다.
체적 유량계OMEGA Engineering inc. FLR-1602A비접촉식 유량계를 강력히 선호합니다.  nl/min에서 최대 5ml/min의 유량을 위해 SENSIRION LG16 OEM 액체 유량 센서를 권장합니다.
PCD-mini 광자 검출기 SenslPCDMini-00100형광 검출용, Sensl
AccelerometerCrossbow Technology, Inc.에서CXL02LF33-demensional 힘 감지.  NASA가 DMI에 공급했습니다. Vernier Software & 에서 사용 가능한 유사한 제품 테크놀로지, LLC. 
실체현미경AmScopeSE305R-AZ-E
CCD 카메라ThorlabsDCU223C 1,024 x 768 해상도, 컬러, USB 2.0; Thorlabs
USB 및 CCD 카메라용 트리거 케이블(입력/출력)에서ThorlabsCAB-DCU-T1Thorlabs
Microbore 튜빙Saint-Gobain Corporation가능AAD04103타이곤®; ID 0.02", OD 0.06", 500피트, 0.02인치 벽. 공급업체: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
중공 강철 핀뉴잉글랜드 소형 튜브(맞춤형)0.025" OD, 0.017" ID, 0.500" L, 스테인레스 스틸 튜브, 유형 304, 절단, 디버링, 부동태화; 마이크로보어 튜빙 연결, 칩 튜빙 연결
가능 슬라이드 클램프World Precision Instruments, Inc.14042World Precision Instruments
Leur 어댑터 피스World Precision Instruments, Inc.14011World Precision Instruments
Silicon waferAddison Engineering, Inc.6" 지름; SU-8 금형 제작
Polydimethylsiloxane (PDMS) 엘라스토머 경화제Dow Corning3097358-1004공급업체: Global Industrial SLP, LLC
Needle (23 게이지), 베벨 팁Terumo Medical CorporationNN-2338R초박형 벽; 23 G x 1.5"; 22 G도 사용 가능; 공급업체: Careforde, Inc.,  포트 시티 의료
디스펜싱 바늘 (23 게이지), 무딘 팁CML 공급901-23-10023 G x 1 ";   CML 공급
커버 유리Thermo Fisher Scientific, Inc.12-518-105EGold Seal™ 비부식성 붕규산 유리; PDMS 칩 커버용; 24 x 60 mm; Thermo Fisher Scientific, Inc.에서 구매 가능
진공 펌프MountainMTN8407PDMS 탈기용; 공급 업체:  라이더 시스템, Inc. 
진공 챔버Thermo Fisher Scientific, Inc.5311-0250Nalgene™ 투명 폴리카보네이트; Thermo Fisher Scientific, Inc.에서 입수
플라즈마 클리너Harrick PlasmaPDC-32G
손 돋보기Mitutoyo183-131~15인치에서 볼 수 있도록 역방향으로 사용하십시오.
에탄올캐롤라이나861283칩 청소용. 밀리포어 물을 사용하여 70%로 희석합니다.
정수 시스템Thermo Fisher Scientific, Inc.D11901Thermo Fisher Scientific, Inc.에서 직접 구매 가능
광기계 변환 마운트ThorlabsK6X6-Axis Kinematic Optic Mount; 단종된 제품; 신제품(K6XS)은 Thorlabs
LaptopHewlett-PackardVP209AVHP Pavilion Laptop running Windows 7
Laptop tray (spring loaded)National Products, INC.램-234-3 RAM 터프 트레이&트레이드;. 10-16인치 너비의 노트북을 수용할 수 있습니다.
USB 스플리터Connectland Technology Limited3401167
USB 데이터 수집 카드 (8 아날로그 입력, 12 디지털 I/O)내쇼날인스트루먼트USB-600812-비트, 10 kS/s 저가형 다기능 DAQ
USB 데이터 수집 카드 (16 아날로그 입력, 32 디지털 I/O)내쇼날인스트루먼트USB-621616-비트, 400 kS/s 절연 M 시리즈 MIO DAQ, 버스 전원
컨트롤/ 취득 소프트웨어National InstrumentsLabVIEW 2009맞춤형 코드 내쇼날인스트루먼트(NI) LabVIEW 
3D 솔리드 모델링 소프트웨어Dassault Systè MES 솔리드 웍스 Corp.솔리드 웍스 2011
2D 모델링 소프트웨어오토 데스크오토 게이트 LT 2008
수직 장비 랙(NASA 제공)N / A
솔리드 알루미늄 광학 브레드 보드ThorlabsMB242424 "x 24"x 1/2", 1/4"-20 탭; Thorlabs
산업용 철강 및 경화제JB Weld CompanyJ-B 용접 강철 강화 에폭시 접착제
마이크로 헤마토크릿 캐필러리 Fisher Scientific22-362-574내부 직경 1.1 - 1.2 mm
1 ml 주사기Henke-Sass, Wolf4010.200V0NORM-JECT®; 공급업체: Grainger, Inc.
인간 적혈구혁신적인 연구IPLA-WB3공급업체에 의해 검사되고 음성으로 판명되었습니다: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag 또는 HIV 1-NAT, ALT, 그리고 FDA 승인 방법에 의한 매독. 어떤 테스트 방법도 감염원의 부재를 100% 확실하게 보장할 수 없기 때문에 인간 유래 제품은 잠재적으로 감염될 수 있는 인간 혈청 또는 혈액 표본에 대해 미생물 및 생물 의학 실험실의 생물 안전성에 대한 미국 보건 복지부 매뉴얼에 제안된 대로 처리해야 합니다.
산염 완충 식염수 농축액P5493SIGMA10x; 1x
TweenP9416SIGMA로 희석트윈® 20
원심분리기LW ScientificSTRAIGHT8-5K스윙 아웃 8개 원심분리기.  공인 대리점을 통해 구입할 수 있습니다.  다른 원심분리기는 LW Scientific에서 직접 구입할 수 있습니다.
HD 비디오 레코더SonyMHS-CM5
오렌지 형광 핵산 염색InvitrogenS-11364SYTO® 83 오렌지 형광 핵산 염색제.  DMSO 용매에 보관됩니다. 항상 권장되는 개인 보호 장비를 착용하십시오. 특별한 취급
조언이 필요하지 않습니다.
형광 계수 구슬InvitrogenMP 36950CountBright™ 절대 계수 구슬.  항상 권장되는 개인 보호 장비를 착용하십시오. 특별한 취급 조언이 필요하지 않습니다.
에서 직접 사용 가능 가능는 가스 밸브 직접 구매 가능 직접 사용 가능 에서 직접 사용 에서 직접 사용 가능에서 직접 사용 가능에서 사용 가능 가능에서 직접 구매 가능합니다.NI NI 에서 직접 사용 가능 인제

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Thomas, R. A., Krishan, A., Robinson, D. M., Sams, C., Costa, F. NASA/American Cancer Society High-Resolution Flow Cytometry Project-I. Cytometry. 43, 2-11 (2001).
  2. Wen, J., Krishan, A., Thomas, R. A.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Reduced Gravity TestingParabolic FlightMiniaturized Flow CytometerMicrofluidic MixingFluidics SystemOptical Block DetectionSample Loader DemonstrationRig Support StructureElectronic Shutdown MechanismValve Control System

Related Articles