Name: 마이크로 혈액 흐름의 속도 분포 측정을위한 마이크로 입자 이미지 유속계 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-25T12:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 53 s
Description: 학습하세요 마이크로 입자 이미지 유속계(μPIV)를 활용하여 미세 채널 내 혈액 흐름의 속도 분포를 측정하는 방법을. 교차 상관 분석을 통해 전단율, 최대 속도 및 유량을 도출하여 생체 유동학 연구에 활용할 수 있습니다.

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저자는 초기 실행, 그녀의 도움 자금, 캐서린 Pagiatikis에 대한 NSERC을 (자연 과학 및 캐나다 공학 협의회)에 감사드립니다 수라 아부 Mallouh 및 프로토콜 LaVision의 리처드 Prevost에서, 기술 지원 Inc에 의해 테스트 프레드릭 파힘 그리고 DALSA 고속 카메라의 대출 몬트리올 대학의 가이 Cloutier.

1. 마이크로 칩 제작 첫 번째 단계는 마이크로을 만들거나 구입하는 것입니다. 마이크로 칩 물자를위한 많은 옵션이 있습니다. 선택한 가장 일반적인 재료 중 하나는 (PDMS) (디메틸 실록산) 폴리. 소프트 리소그래피 16,17,18를 통해 PDMS 제작에 방향에 많은 출판물이있다. PDMS 채널이 제작되면, 여러 가지 표면 처리 자연의 소수성을 취소 할 수있다. 산소 플라즈마 처리는 일반적인 옵션입니다. 저우, 엘리스, 그리고 Voelcker (2009) 표면 처리의 검토를주고 그들이 PDMS에 영향을 미치는 방법에 대해 설명합니다. 이러한 결과는 그러나 물이며, 혈액은 서로 다른 속성이 있습니다. 그 표면 처리 혈액 무엇을 의미하는지에 대한 연구는 피츠 등. (2012A)에 의해 수행되었습니다. 결과는 여기에 제시된 내용은 마이크로 칩의 표면과 유리 슬라이드 그들이 있었다45초에 대한 산소 플라즈마에 노출 된 후 단단히 영구 채권의 결과 함께 눌렀는지 모두에 결합. 2. 혈액 준비 <ol><li> 공인 시설에서 혈액 샘플을 수집합니다. 예를 들어 돼지 혈액 항응고제로 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 (EDTA)를 사용할 수 있습니다. 물을 4 ml의 1g EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산)를 추가하고 부드럽게 배 혼합, 전체 혈액의 1 L에 대한 솔루션을 추가합니다. </li></ol> 혈액 샘플을 채취 할 때, 그들이 RT 천천히 냉각 할 수 있습니다. 혈액 샘플은 신선하고, 이상적으로 그들은 혈액의 유변학 적 특성을 보존하기 위해 수집하는 하루 사용합니다. 샘플은 RT 한 번 냉동 될 수 있으며 항응고제없이하지만 전체 혈액은 냉장 후 사용할 수 없게됩니다. 항응고제에 따라 최대 사십이일에 대한 적혈구는 냉장 보관 할 수 있고, 전체 혈액 삼십오일에 대한 냉장 보관 할 수 있지만, 오염되지 않은 M에서 가능할 것이다edical 시설 21. 또한, 소 또는 돼지의 샘플 수집 방법에주의하고, 골수에 의한 오염을 방지. <ol start="2"><li> 10 분마다 3,000 rpm에서 3 배 혈액 샘플을 원심 분리기. 처음으로 원심 분리 한 후, 혈장과 버피 코트를 제거 버린다. 먼저 플라즈마를 제거하기 위해 일반적으로 가장 쉬운 방법입니다, 그리고 혼자 버피 코트를 제거하려면 다음 폐기 또는 향후 사용을 위해 보관하십시오. </li></ol> 혈액으로 다시 버피 코트를 혼합하지 않는만큼, 천천히 피펫을 소개합니다. 버피 코트를 제거한 후, 인산 20 mL를 넣어 (PBS) 식염수 버퍼와, 부드럽게 recentrifuge을 섞는다. 마지막 단계를 반복합니다. 세 번째 원심 분리 한 후, PBS 및 나머지 버피 코트를 제거 버린다. 그것은 당신이 혈액의 응집 특성을 유지하고자하는 경우 대신 PBS의 기본 플라즈마를 사용하는 것도 가능하다. 모든 버피 코트 또는 흰색을 혼합하지 있는지 확인플라즈마로 혈액 세포. <ol start="3"><li> 세척 적혈구 (적혈구) 가지고 원하는 농도 (hematocrits)에서 PBS 또는 플라즈마 일시 중지합니다. 의 microcentrifuge (CritSpin FisherSci, USA)와 hematocrits을 확인합니다. </li></ol> 10-20% 혈소판의 혈액이 40 75 % (생리 용적률)보다 더 쉽게 시각화 할 수 있어야한다. 미세 혈관에서 혈액은 일반적으로 매크로 순환의 절반 적혈구이므로, H = 20 15 적합합니다. <ol start="4"><li> 혈액 샘플에 원하는 농도에서 추적 입자를 형광 추가합니다. 일반적인 규칙은 미리 계산 될 수있다 상관 관계 창에서 10 입자를 가지고있다. </li></ol> 예를 들어, 입자의 30 μL는 비디오에서 묘사 셋업위한 혈액 용액 1 ㎖에 추가됩니다. 또한, 적혈구 자체는 찬란 태그 할 수 있습니다. <ol start="5"><li> 또한, 물과 독감 보정 용액을입자를 orescing. 그것은 뉴턴의 솔루션으로 시스템을 보정 할 필요가있을 것이다. </li></ol> 예를 들어, 100 μM의 규모에 채널 10X 목표를 사용하는 경우, 적절한 농도는 증류수 15 ml의 혼합 입자의 300 μL입니다. 또 다른 옵션은 혈액의 매크로 점도에 가까운 3CP의 점도 증류수로 희석 글리세롤을 사용하는 것입니다. 3. μPIV 측정 <ol><li> 레이저 안전 : 온도와 습도를 확인하십시오. 적절한 레이저 안전 안경을 착용 할 것. 레이저 커튼을 닫거나 실험실 문 노출되지 않도록 보호되지 않는 사람들을 방지하는 방법에 대한에 레이저 기호를 켭니다. </li><li> 데이비스 소프트웨어와 절차는 비디오에 표시됩니다. 특정 시스템의 사용자 설명서를 참조하십시오 자세한 내용은합니다. </li><li> 데이터를 복용하기 전에, 카메라의 스케일 마이크로 미터를 사용하여 보정해야합니다. </li><li> 시스템의 적합성을 줄이기 위해 튜브의 최단를 사용D와 같은 15 또는 50 μL 해밀턴 기밀 주사기 가능한 작은 단단한 주사기. 시스템에 혈액이나 공기 흡입구의 누출을 줄이기 위해 주사기와 칩 튜브를 밀봉하십시오. 이것은 접착제, PDMS 또는 바셀린 (혈액을 오염되지 않도록주의)을 수행 할 수 있습니다. </li></ol> 마이크로 주사기의 양이 일반적으로 채울 양보다 훨씬 작기 때문에 추적 입자로 묶여 물을 마이크로 주사기를 채우려면 역류 메서드를 사용합니다. 우리 역류 방법은 보조 플라스틱 주사기를 사용하여 채널의 출력을 통해 함께 마이크로 주사기와 채널을 채우기 위해 구성되어 있습니다. 모든 미세 기포가 마이크로 주사기, 튜브 또는 아웃 될 때까지이를 위해 우선 마이크로 주사기 플런저를 제거한 다음 채널의 출구에 부착 된 고전적인 플라스틱 주사기를 사용하여 액체를 밀어 마이크로 주사기 밖으로 액체 흐름을 보자 칩은, 결국 플런저를 다시 넣어 플라스틱 주사기를 뺍니다. 존재 O미세 기포의 R 부재는 현미경으로 확인할 수 있습니다. <ol start="5"><li> 수평 배관을 달성하기 위해 주사기 펌프 수준입니다. 원하는 유량을 주사기 펌프를 프로그램입니다. </li></ol> 견고한 시스템이나 실제 유량을 수정하는 시스템의 준수 &quot;병목 효과&quot;와 같은 가능한 일시적인 효과를 인식해야합니다. 시스템의 특성 시간은 시스템의 재료와 크기의 함수로 추정 할 수있다. (제 2 호, pp 77-81, Tabeling, 2005) <ol start="6"><li> 현미경 스테이지에 마이크로 칩을 배치하고 펌프를 시작합니다. 중간 속도 프로파일에 시스템을 보정하고 DT의를 (펄스 이미지 사이의 시간) 보정 입자로 물을 사용합니다. </li></ol> 입자는 좋은 상관 관계를 11 프레임 사이의 5 ~ 10 픽셀을 이동해야합니다. 교정 할 때, 채널의 중간에 측정에주의해야합니다. 중간에 초점 평면은 가장가속도 8. 라운드 채널을 사용하는 경우 효과를 미행주의해야합니다. 샘플 이미지는 상단 이미지가 첫 번째 펄스이며 하단 이미지가 두 번째 펄스 반면, 펄스 카메라를 사용하여 그림 2에 표시됩니다. 그것은 밝은 점 (입자를 형광) 초점에서 가장이라는 그림에서 볼 수 있습니다. <ol start="7"><li> 선택 사항 : 다른 높이로 데이터를 취함으로써 3D 속도 프로파일은 하나의 이미지에 다른 벡터를 추가하여 재구성 할 수 있습니다. 비디오 프로세스의 자동화를 위해 개발 된 루틴을 제공합니다. </li><li> 피와 데이터를 찍을 때, 물과 동일한 방법으로 혈액의 원하는 수량과 주사기를 채우십시오. 원하는 유량을 주사기 펌프를 프로그램 및 원하는 데이터를 가져 가라. 획득 RAW 이미지의 예제는 그림 2 표시됩니다. 뿐만 아니라 적혈구 침강주의하십시오. 주사기를 채우는 모든 실행하거나 모든다른 실행은 RBC의 정착을 줄일 수 있습니다. </li><li> 영상을 획득 한 후, 교차 상관 관계 이미지 사이의 속도 벡터 필드를 얻기 위해 이미지 쌍에서 수행됩니다. 그것은 좋은 상관 관계를 가지고 좋은 이미지를 가지고하는 것이 중요합니다. 연관 전에 사전 처리는 배경 잡음을 제거 할 수 있습니다. </li></ol> 교차 상관 관계의 크기와의 상관 관계에 영향을 미치는 형태로 변화 될 수있다 인접한 이미지에서 창 사이를 수행합니다. 교차 상관 관계 후 이미지 후 처리는 오류 벡터 또는 이상 값을 제거 할 수 있습니다. 사용 가능한 다른 옵션과 정확도에 대한 자세한 설명은 피츠 등에서 찾을 수 있습니다. (2012b), 혈액 최적의 처리가 창 길이 연장과 &quot;이미지 중복&quot;의 방법을 발견하고 흐름에 부합 된 곳 . 이러한 작업은 MATLAB과 같은, 또는 시스템의 소프트웨어 패키지 내 프로그램에서 수동으로 수행 할 수 있습니다.<html> 소프트웨어가 중요하지 않습니다, 작업 뒤에 수학보다 중요하며, 각 작업은 최종 속도 프로파일의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 결과 벡터는 평균, 대표 속도 프로파일을 얻기 위해 순간 속도 분포를 구하여 시간에 다시 평균 할 채널을 통해 공간을 평균 할 수 있습니다. Kloosterman 등. (2011) 피사계 심도가 큰 μPIV 측정의 오류에 대한 설명을 제공합니다. 여기에 제시된 데이터 처리의 오류에 대한 논의는 고속 측정을 위해 펄스 측정 및 Chayer 등. (2012)에 대한 피츠 하였다. (2012b)에서 찾을 수 있습니다. 속도 프로파일의 예는 그림 3과 그림 4에 제시되어있다. 그림 3은 H에서 RBC의 10 μL / 시간 흐름의 중심선에 대해 하나의 속도 프로파일 140 μm의 폭 넓은 채널 = 10을 제공합니다. 십t &quot;&gt;이 단일 프로파일이 속도 프로파일을 얻을 수있는 채널을 통해 상호 벡터를 평균하여 달성하고 대표적인 측정을 얻으려면 시간 평균입니다.이 경우에는 100 쌍의 시야에 걸쳐 시간을 평균 하였다. 30 μL / HR의 프로그램 유량 100 μm의 사각 채널에서 물 교정 흐름 찍은 3D 복원 프로필의 예는 그림 4에서 발견된다. 그림 4에서, 프로파일은 1 ㎛ 간격으로 측정됩니다. <ol start="10"><li> 선택 사항 : 셋업 묘사 고속 이미지를 전환 카메라 (및 데이터 수집 시스템)에 의해 동일한 조건에서 수행 할 수 있습니다. 이 채널의 세포가없는 층을 시각화 및 집계를 정량화하는 데 유용 할 수 있습니다. 데이터 분석 (Chayer 외., 2012) 약간 다릅니다. </li></ol> 과 및 RBC 집계없이 흰색 빛 이미지의 예는 prese입니다H = 20 그림 5 nted. 상단 이미지를 집계 RBC의 능력을 제거하는 PBS,에 H = 20 1 μL / 시간에 보여줍니다. 아래 이미지는 0.5 μL / HR에서 기본 플라즈마 H = 20입니다. 아래 그림에서 집합이 표시됩니다. <ol start="11"><li> 측정이 완료되었을 때 안전하게 시스템을 종료합니다. 레이저 전원이 완전히 종료 될 때까지 적절한 레이저 안전 절차를 사용합니다. </li></ol>

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</ol>

저자는 공개 아무것도 없어.

미세 혈관의 규모 혈류 측정 μPIV를 사용하여 관련 생물 의학 기계 및 화학 공학 프로세스의 큰 숫자에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 에 대한 계정에 핵심 요소 중 일부는 RBC 자체 형광 마이크로 입자의 RBC, 집계 또는 운동의 집계 및 변형성, 그리고 채널 RBC의 정착의 밀도이다. 이들 모두는 위에 뻗어 일반적인 지침을 준수하는 경우에 대해 설명 할 수 있습니다. 이 시스템을 사용하는 좋은 측정을 위해 지켜야 할 기본적인 점검 목록이 있습니다. 첫째로 모두의, 준수 시스템 또는 제안 된 시스템에 얼마나 많이 결정합니다. 준수가 가능한 튜브의 짧은 금액과 가장 작은 주사기를 사용하여 최소화 할 수 있습니다. 엄밀한 시스템은 적은 준수를 가지고 있지만, 병목 현상을 초래할 수 있습니다. 측정의 작은 규모에도 불구하고, 중력 RBC에 영향을 미칠 것입니다. 같은 높이에서 주사기, 튜브 및 채널을 유지 전님의 이상적입니다. 둘째, 현탁액의 농도를 결정한다. 충분한 솔루션 추적 입자를 형광 및 RBC의 농도가 너무 높은...

인간의 몸은 혈액과 조직 사이의 주요 교류 사이트입니다 직경이 50 μm의와 많은 혈관을 포함하고 있습니다. 이러한 혈관에서 혈액 흐름의 연구는 측정의 규모와 혈액의 유체 속성을 모두에 의해 상당한 도전을 나타냅니다. 압력 구배, 벽에서의 전단 및 소동맥과 소정맥의 속도 프로파일 등이 측정은 생리적 반응과 연결된 중요한 요소입니다. 이러한 측정 문제를 해결하기 위해 전례없는 기회를, 미세 혈관을 공부하고이 다중 스케일 문제를 해결하기 위해 마이크로 스케일에서 새로운 실험 기술 덕분에 지금있다. 마이크로 입자 영상 속도계 (μPIV)은 상호 관계를 통해 마이크로 혈액 흐름의 속도 프로파일을 평가하는 데 사용되는 입자 기반 유동 가시화 기술입니다. 첫 번째 산티아고 등.에 의해 개발 μPIV는, hemorheology와 함께 사용되었습니다Sugii 등 이후 연구. 2001 년에 100 μm의 라운드 유리 튜브 1,2 혈액 흐름을 측정하는 기법을 사용합니다. μPIV 존재하는 다양한 방법. 고속 카메라는 적혈구 (적혈구)의 움직임을 연관하는 데 사용될 수 있으며, 펄스 이미지는 추적 입자의 움직임을 연관하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 옵션 중 하나는 응용 프로그램에 따라 수직 또는 거꾸로 현미경과 결합 할 수 있습니다. 두 경우 모두 결과는 2D 속도 프로파일입니다. 또 다른 방법은 2D 및 3D 프로파일을 달성하기 위해 공 촛점 현미경을 사용하는 것입니다. 이 방법은 혈액 3,4,5에 적용되었습니다. 매크로 PIV와 비교할 때 마이크로 스케일 PIV는 여러 가지 합병증을 가지고 있습니다. 매크로 PIV에 데이터가 빛의 장을 통해 하나의 평면으로 제한 할 수 있지만, 마이크로 스케일 볼륨 조명에 필요합니다. 적혈구 자체가 C에 비해 큰만큼 볼륨 조명, 마이크로 혈액 흐름의 이미징을위한 더 큰 문제hannels 및 추적 입자로 적혈구를 사용하여 크게 교차 상관 관계 결과 6,7,8의 정확성을 줄일 수 상관의 깊이 (DOC)로 연결됩니다. 1 μm의 추적 입자와 DOC가 6.7 ㎛ 인 반면 추적기로 RBC와 40 μm의 높이 채널 Wereley 등. (1998) DOC에 이어, 8.8 μm의 수 있습니다. 채널 높이와 배율을 변경할 때이 차이는 더 두드러집니다. 또한, 적혈구는 불투명하고, 흐름 적혈구의 농도를 증가 시키면 영상의 어려움이 발생합니다. 가장 작은 입자를 사용하는 경우 첫 번째 산티아고 하였다. (1998)에 의해 사용되는 형광 추적 입자, 포커스 아웃 입자의 영향을 감소하는 도구로 주장되었다. 1 ㎛ 직경의 형광을 사용하여 레이저와 결합 된 미립자는 마이크로 혈류 영상 10 초점 문제의 깊이를 줄일 수있는 하나 방법입니다. μPIV 절반의 상태를 몇 가지 현재 리뷰가 있습니다혈액의 흐름 연구 11,12에 μPIV의 중요성을 강조 각각의 hnology는. 혈액 μPIV를 사용할 때 몇 가지 중요한 사항을 고려해야합니다. 마이크로 수준에서 미세 혈관의 규모는 혈액이 뉴턴 유체 (플라즈마)에 떠있는 유연한 적혈구 (적혈구), 대형 백혈구, 혈소판 및 다른 단백질의 현탁액이기 때문에, 균일 한 유체로 간주 할 수 없습니다 . 여기에서 측정 된 속도 프로파일은 마이크로 혈액 흐름의 특정 특성을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. microhemorheology에서 중요한 요인은 혈액의 흐름 속도, 속도 프로파일의 형태, 용기의 벽 전단 응력이다. 미세 혈관은 신체의 영양 교환을위한 사이트이기 때문에이 정보는 임상 적 의미를 가지고 있으며,이 교환은 전단에 따라 다릅니다. 미세 혈관 연구의 상태에 대한 몇 가지 현재 검토 연구뿐만 아니라, 13가14,15. 여기에 제시된 것은 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 마이크로 혈액의 흐름 μPIV 측정을위한 프로토콜입니다. PDMS 채널 프로토콜의 제 1의 소스에 따라 자체적으로 제작 하였다. 돼지의 혈액 샘플은 공인 도살장에서 얻은 프로토콜의 2 절에 따라 정리 하였다. 모든 데이터는 프로토콜의 3 항에 명시된 LaVision MITAS μPIV 시스템을 사용하여 얻은 것입니다. YAG 레이저 (뉴 웨이브 리서치, USA)와 CCD 카메라 (이미지 강렬한, Lavision) 프로그램 트리거 유닛, 3 축에서 이동 무대와 결합 형광 현미경, 컴퓨터에 의해 제어 : 셋업 다코타의 구성 고속 카메라 (DALSA 1M150, 네덜란드) 외에 적혈구 자체의 시각화를 위해 추가되었습니다. 두 카메라 2 포트에 광 상자 (혈구에 의해 정의, 독일)에 연결되어 있습니다. 혈액 흐름의 생체 측정에서 일반적으로 직립 현미경은 적혈구에게를 추적하는 데 사용됩니다mselves, 생체 응용 프로그램에서 일반적으로 거꾸로 현미경을 추적 입자를 추적하는 데 사용하는 동안. 셋업이 독특한 이중에서, 광학 상자는 두 추적기가 거꾸로 현미경을 사용하여 이미지를 만들 수 있습니다. 혈액 정밀 주사기 펌프 (Nexus3000, Chemyx 주식, USA)를 통해 마이크로 칩에 도입되었다. 시스템의 다이어그램은 그림의 상단 부분은 PDMS의 제조 40 μm의 사각 채널에서 140 μm의를 나타냅니다 그림 1과 같이하고 아래 부분은 모두 카메라, 레이저, 주사기 펌프 등 전체 시스템을 나타냅니다 현미경. 현재 μPIV 세트 업 가능, 일반적으로 독점 소프트웨어와 함께, TSI, DANTEC 역학 및 LaVision 있습니다. 표준 상호 상관 알고리즘은 MATLAB 등 다양한 소프트웨어 옵션을 통해 달성 될 수있다. 소프트웨어는 대화 상자가 수학적으로 사용 될 것입니다에 해당 무엇을 이해하는 열쇠 없습니다R 훨씬 더. 이 프로토콜 데이비스, LaVision의 독점 소프트웨어 나 MATLAB을 활용하고 있습니다. 프로토콜은 특정 소프트웨어 아니지만, 메뉴 옵션은 다른 소프트웨어 패키지에서 다른 장소에있을 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>폴리(디메틸실록산)(PDMS), i.e. Sylgard-184</td><td>Dow-Corning</td><td>3097358-1004</td><td></td></tr><tr><td>에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E9884-100G</td><td></td></tr><tr><td>포시페이트 완충 식염수(PBS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P5368-10PAK</td><td></td></tr><tr><td>형광 마이크로 입자</td><td>Microgenics/FisherSci</td><td>R900</td><td></td></tr><tr><td>글리세롤 (선택 사항)</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>G6279-500 ml</td><td></td></tr><tr><td>마이크로 원심 분리기, i.e. CritSpin</td><td>FisherSci</td><td>22-269-291</td><td></td></tr><tr><td>주사기, 즉 50 &mu; l 기밀</td><td>해밀턴</td><td>80965</td><td></td></tr><tr><td>카메라, i.e. 이미저 인텐스, 고속</td><td>LaVision, Dalsa</td><td>이미저 인텐스</td><td></td></tr><tr><td>현미경, i.e. MITAS</td><td>LaVision</td><td>MITAS</td><td></td></tr><tr><td>Nd:YAG 레이저</td><td>뉴웨이브 연구</td><td>Solo-II</td><td></td></tr><tr><td>주사기 펌프, i.e. Nexus3000</td><td>Chemyx, Inc.</td><td>Nexus-3000</td><td></td></tr><tr><td>플렉시블 튜빙, i.e. Tygon</td><td>FisherSci</td><td>14-169-1A</td><td></td></tr><tr><td>데이터 처리 소프트웨어, i.e. DaVis</td><td>LaVision</td><td>DaVis</td><td></td></tr><tr><td>원심분리기, i.e. Thermo Scientific CL2</td><td>Thermo Scientific</td><td>004260F</td><td></td></tr></tbody></table>

마이크로 혈액 흐름의 속도 분포 측정을위한 마이크로 입자 이미지 유속계

Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

마이크로 입자 영상 속도계 (μPIV)은 혈액 흐름에 파종 마이크로 입자의 쌍 이미지를 시각화하는 데 사용됩니다. 이미지는 정확한 속도 프로파일을 제공하는 교차 상관 관계이다. 프로토콜은 마이크로 혈액의 흐름 μPIV 측정에 표시됩니다. 미세 혈관의 규모, 혈액은 혈장, 뉴턴 유체에 떠있는 유연한 입자의 현탁액이기 때문에, 균일 한 유체로 간주 할 수 없습니다. 전단 속도, 최대 속도, 속도 프로파일 형태, 유량이 측정에서 파생 될 수 있습니다. 같은 초점 깊이 입자 농도 및 시스템 적합성과 같은 몇 가지 중요한 매개 변수는 다양한 hematocrits 및 유동 조건에 대한 예제와 대표 결과와 함께 정확하고 유용한 데이터를 보장하기 위해 제공됩니다.

모든 그림에서, 흐름은 원시 이미지 및 계산 된 속도 프로파일에서 위쪽 왼쪽에서 오른쪽으로있다. 혈소판 H = 10 10 μL / 시간에서 흐르는에서 혈액으로 얻은 원시 데이터의 예는 그림 2에 표시됩니다. 원시 데이터 속도 프로파일을 달성하기 위해 모든 데이터 처리를하지 않고 상호 연관 될 수 있습니다. 사전 처리 및 데이터 처리 방법의 영향 피츠, 외., (2012b)에 의해 설명되어 있습니다. hematorcrit H에서 그림 2와 유사한 데이터에서 결과 속도 프로파일의 예 = 10, 10 μL / 시간의 유량은 그림 3, 그림 4와 같이되는 물 교정에서 3D 프로파일에 표시됩니다. 그림 3과 4는 표준 포함 데이터 처리. 이러한 속도 프로파일은 이러한 채널의 중심에있는 최대 속도, 채널의 유량, 다양한 유량 조건에 벽에서의 전단 속도, 채널 콜로라도의 측정을 수행하는 데 사용할 수 있...

마이크로 입자 영상 속도계 (μPIV)의 정확한 속도 프로파일을주고 간 상관 관계 혈액 흐름에 파종 마이크로 입자의 쌍 이미지를 시각화하는 데 사용됩니다. 임상 응용을 가지고 각각의 전단 속도, 최대 속도, 속도 프로파일 형태, 유량, 이러한 측정에서 파생 될 수 있습니다.

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

본 절차의 전반적인 목표는 마이크로입자 이미지 LOC 대칭법을 사용하여 마이크로채널 내 혈액 용액의 속도 프로파일을 측정하는 것입니다. 이는 먼저 마이크로채널 내에 뉴턴 용액을 사용하여 시스템을 보정함으로써 스케일을 설정하고, 이미지를 조정하며, 타이밍을 맞추고, 채널의 중심 평면을 찾는 방식으로 수행됩니다. 두 번째 단계는 채널 설정 내로 혈액 용액을 주입하고 마이크로 기포가 없는지 확인하는 것입니다.다음으로, 펄스 카메라의 이미지 쌍이나 고속 카메라의 비디오를 사용하여 채널 내 원하는 평면에서 혈류를 촬영합니다. 마지막 단계는 이미지 쌍 또는 비디오 시퀀스 간의 상호 상관 관계를 분석하여 채널 내 변위 벡터장을 구하는 것입니다. 최종적으로, 변위 벡터장을 채널 전체와 측정 시간 범위에 대해 평균하여 대표 속도 프로파일을 얻을 수 있습니다.이 프로파일은 추가로 분석하거나 계산에 활용할 수 있습니다. 이 방법은 속도 프로파일의 형태나 미세 혈관 벽에서의 전단율과 같이 생의학 및 생체 유체 분야의 핵심 질문들에 대한 답을 제시할 수 있습니다. 일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 사용자는 혈액과 같은 생물학적 시료 사용 시 발생하는 어려움과 정확한 측정치를 얻기 위한 복잡한 과정으로 인해 어려움을 겪습니다.첫 번째 단계는 Polymethyl SUBOXANE 또는 PDMS로 된 마이크로채널을 준비하는 것입니다. 본 실험에서 사용하는 마이크로채널의 깊이는 약 50 microns, 너비는 약 150 microns입니다. 유체와 접촉하는 PDMS 면과 결합될 유리 슬라이드를 산소 플라스마에 45초 동안 노출시키십시오.그 다음, 영구적인 결합이 이루어질 수 있도록 강하게 압착합니다. 본 실험에서는 갓 채취한 돼지 혈액을 사용합니다. 이를 준비하려면, 2 mL의 물에 0.5 g의 EDTA를 첨가하십시오.그런 다음 10회 정도 부드럽게 흔들어 섞은 1L의 따뜻한 전혈에 해당 용액을 첨가하고, 혈액이 상온일 때 상온까지 식힙니다. 50mL의 혈액 샘플을 3000 RPM에서 10분 동안 원심분리합니다. 원심분리가 완료되면 피펫을 사용하여 혈장 성분을 제거합니다.그 후, 제거된 버피코트(buffy coat)가 혈액과 다시 섞이지 않도록 피펫을 천천히 삽입하여 버피코트를 제거합니다. 약 20 milliliters의 인산완충생리식염수(phosphate buffered saline) 또는 PBS를 넣고 부드럽게 섞어줍니다. 원심분리, 혈장 및 버피코트 제거, PBS 첨가 과정을 두 번 더 반복합니다. 마지막 원심분리 후, 남은 버피코트와 함께 PBS를 제거합니다.세척된 적혈구를 취해 원하는 농도의 PBS 또는 혈장에 현탁합니다. 본 샘플의 경우 적혈구 농도는 10% 또는 헤마토크릿 10%입니다. 그런 다음 혈액 샘플에 1 µm 형광 추적 입자를 원하는 농도로 첨가하며, 이 시스템에서는 혈액 1 mL당 약 30 µL를 첨가합니다.또한, 이 시점에서 탈이온수와 형광 입자를 사용하여 교정 용액을 준비합니다. 본 실험의 데이터는 펄스 카메라가 장착된 lavis 레이저 이미징 시스템을 사용하여 수집하며, 이는 ND YAG 레이저와 결합되어 있습니다.데이터를 수집하기 전, 레이저 작업에 필요한 모든 안전 예방 조치를 취하십시오. 가능한 한 가장 작은 시린지(여기서는 50 µL)와 가장 짧은 길이의 튜빙을 사용하여 마이크로칩을 시린지 시스템에 부착함으로써 칩을 준비합니다. 액체 누출과 공기 유입을 줄이기 위해 PDMS 접착제나 바셀린으로 칩 내의 튜빙과 시린지 연결 부위를 밀봉하십시오.액체의 잠재적인 오염을 방지하도록 주의하십시오. 시스템을 먼저 보정하려면, 보정 용액을 사용하여 마이크로 시린지를 채우십시오. 우선, 물과 형광 입자 용액을 표준 시린지에 채웁니다. 마이크로 시린지에서 플런저를 제거하십시오.표준 주사기를 사용하여 보정 용액을 마이크로채널의 출력단에 주입합니다. 이렇게 하면 유체가 마이크로 주사기를 채우고 개방된 끝단으로 배출됩니다. 마이크로칩 튜빙이나 마이크로 주사기에 미세 기포가 없을 때까지 유체 주입을 계속합니다.마이크로버블이 없는지 확인하려면 마이크로 시린지 플런저를 다시 끼우고 현미경으로 시스템을 검사하십시오. 마이크로버블의 예시가 여기에 표시되어 있습니다. 시스템에 마이크로버블이 없으면 표준 시린지를 분리하고 유출물을 수집할 시린지로 교체하십시오. 다음으로, 보정액이 든 마이크로 시린지를 시린지 펌프에 부착하고 펌프의 수평을 맞추십시오.튜브가 수평이 되도록 배치합니다. 주입 펌프를 원하는 유속으로 설정합니다. 마이크로칩을 도립 현미경 스테이지 위에 올립니다.이제 시스템을 보정합니다. 먼저, 채널 중심의 속도 프로파일을 측정하십시오. 또한 펄스 이미지 간의 시간을 보정하십시오.입자는 프레임 간에 5에서 10픽셀 사이로 이동해야 합니다. 정확한 상관관계를 위해 채널의 중앙 부분에서 측정하도록 주의하십시오. 보정이 완료되면 마이크로 시린지, 플런저 및 유출 시린지를 제거하고 시스템을 깨끗한 물로 헹구십시오.그런 다음 표준 주사기를 사용하여 준비된 혈액을 마이크로 채널의 배출구로 주입하여 시스템을 채웁니다. 현미경으로 확인했을 때 마이크로 버블이 없을 때까지 이 과정을 계속합니다. 그 후 마이크로 주사기의 플런저를 다시 장착합니다.다음으로, 혈액이 담긴 마이크로 시린지를 시린지 펌프에 장착하고 수평을 맞춥니다. 펌프 설정은 그대로 유지합니다. 마이크로칩을 현미경 스테이지 위에 올리고 펌프를 작동시킵니다.적혈구가 주사기 내에서 침전되는 것을 방지하기 위해 데이터 수집을 시작하고, 한두 번의 실행마다 주사기를 다시 채우십시오. 모든 데이터 수집이 완료되면, 이미지는 여기에 표시된 것과 같습니다. 이는 적혈구 농도 10% 및 유량 10 microliters per hour에서 얻은 가공되지 않은 원시 데이터입니다.상단 이미지가 첫 번째 이미지입니다. 하단 이미지는 100분의 1초 후에 촬영되었습니다. 이 이미지들은 전처리를 통해 배경 노이즈를 제거했습니다.속도장을 얻기 위해 이미지 간의 상호 상관 분석을 수행합니다. 이는 적혈구 농도가 10%이고 유량이 10 µL/h인 시스템에서 얻은 속도 프로파일 결과의 예시입니다. 수직축은 속도를 나타냅니다.다양한 카메라와 데이터 획득 시스템을 사용하여 고속 영상을 촬영할 수 있습니다. 이는 채널 내의 무세포층(cell-free layer)을 시각화하고 응집 정도를 정량화하는 데 유용합니다. 상단 영상은 적혈구 함량이 20%인 시료의 이미지입니다.유속은 시간당 1 µL이며, 혈구는 응집 능력이 제거된 PBS에 현탁되어 있습니다. 하단 이미지의 경우, 유속은 시간당 0.5 µL이며 혈구는 천연 혈장(native plasma)에 현탁되어 있습니다.이 경우, 응집 현상이 관찰됩니다. 이 절차를 시도할 때, 초점이 정확히 맞아야 연속된 이미지 쌍 간의 최적의 상관관계를 얻을 수 있다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 이 영상을 시청한 후, 작업 유체로서 혈액이 갖는 본질적인 어려움에도 불구하고 혈액 미세 흐름에 마이크로입자 이미지 속도 대칭성을 적용하는 방법에 대해 더 잘 이해하게 될 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

pial 엑기스의 시간적 및 공간적 hemodynamic 및 염증성 이벤트를 따라 Intravital 현미경.

휴일 두개골 윈도우를 사용하여 마우스 뇌 엑기스의 Intravital 현미경

광학 불투명 유체 또는 광학적으로 불투명 한 형상을 통해 속도의 2 차원 필드를 습득 할 수있는 에코 입자 이미지 velocimetry (EPIV) 시스템이 설명되어 있으며, 파이프 흐름 검증 측정은보고됩니다.

입자 이미지 Velocimetry 에코

고해상도, 고속 입자 영상 유속계 (PIV)를 사용하여 경계 근처에 과도 흐름을 연구하는 절차는 여기에 설명되어 있습니다. PIV는 이미지와 기록 특성, 레이저 시트 속성 및 분석 알고리즘과 같은 여러 매개 변수 제약 조건을 최적화하여 모든 광학적 접근이 흐름에 적용 할 수있는 비 간섭 측정 기술입니다.

표면 근처 고속 입자 이미지 유속계

Intravital 현미경 검사는 동물에서 망막 혈관 직경, 혈류 속도 및 총 망막 혈류를 시각화하고 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

생쥐의 망막 혈류에 대한 Intravital Video Microscopy 측정

프로토콜은 화상 처리 기술에 기초하여 상세를 제어하고 일정한 전단 속도 하에서 적혈구 (RBC) 응집체 정량화 실험 방법을 설명했다. 이 프로토콜의 목적은 제어 된 미세 환경에서 대응하는 전단 속도로 RBC 집합체 크기를 관련시키는 것이다.

적혈구 집계 동적 조사를위한 미세 유체 제어 환경

이 연구 측정 및 레이저 반점 대비 영상 장치를 사용 하 여 단일 실험에서 미세 혈관 혈액의 속도 번갈아의 분석에 대 한 새로운 기술을 소개 합니다.

레이저 반점 대비 미세 혈액의 속도 번갈아 위한 이미징 시스템을 사용 하는 경우 운동 유물을 극복 하는 새로운 접근 방식

조밀한 액체의 분자 유체 프로세스를 공부에 대 한 실험적으로 접근 가능한 아날로그 방식 제공 됩니다. 기술은 진동, 높은 회복 곡 식 더미의 입자 이미지 velocimetry를 사용 하 고 동적 프로세스 알려지고 강력 하 게 상호 작용, 높은 밀도 가스 및 액체에 예측의 직접적이 고 거시적인 관찰을 수 있습니다.

조밀한 가스 및 액체 분자 유체 프로세스를 공부에 대 한 아날로그 거시적인 기술

여기에 설명 된 기술을 동시에 입자 운동학 및 낮은 입자 농도와 흐름에 난 기류를 측정 하는 저렴 한 가격과 상대적으로 간단한 방법을 제공 합니다. 기류 입자 이미지 velocimetry (PIV)을 사용 하 여 측정 되 고 입자 운동학 겹치는 분야-중-보기에서 고속 카메라로 얻은 이미지에서 계산 됩니다.

난 류와 흐름 이미징 기술을 사용 하 여 입자 운동학의 동시 측정

여기 우리가 투명 neurovascular 유령 조작 및 거기에 흐름에 대 한 단순화 된 방법을 제시. 우리 여러 중요 한 매개 변수를 선택 하 고 필드 정확도에 그들의 관계를 보여 줍니다.

Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry 혈관 흐름에서 체 외에서 의 연구

고속 모세관 유동 이미지 시퀀스에서 미세 혈관 흐름을 정량화하기 위해 STAFF(필드와이즈 흐름의 공간 시간 분석) 소프트웨어를 개발했습니다. 전체 이미지 필드와 시간이 지남에 따라 STAFF는 유속을 평가하고 정량분석을 위한 시각화 및 표 출력을 위해 색상으로 구분된 공간 맵 시퀀스를 생성합니다.

마이크로 혈관 구조에서 필드 와이즈 흐름의 공간 시간 분석

본 프로토콜은 경피적 대동맥 판막(TAV)의 시험관내 셋업을 통한 부비동 유동을 조사하기 위해 수행된 입자 이미지 속도측정법(PIV) 측정을 기술한다. 속도에 기초한 혈역학적 파라미터도 결정된다.

대동맥 팬텀을 통한 혈역학의 입자 이미지 Velocimetry 조사

학습하세요 마이크로 입자 이미지 유속계(μPIV)를 활용하여 미세 채널 내 혈액 흐름의 속도 분포를 측정하는 방법을. 교차 상관 분석을 통해 전단율, 최대 속도 및 유량을 도출하여 생체 유동학 연구에 활용할 수 있습니다.

마이크로 혈액 흐름의 속도 분포 측정을위한 마이크로 입자 이미지 유속계

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