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

이 절차의 전반적인 목표는 다른 설정에 잠재적으로 적용할 수 있는 구성 요소 준비 및 비행 중 절차를 사용하여 감소된 중력 포물선 비행에서 소형 유세포 분석기를 작동하는 것입니다. 이는 먼저 기성품과 맞춤 제작된 구성 요소를 신중하게 선택하여 사용 편의성과 감소된 중력에서 안전을 확보함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 포물선 비행 테스트 장비 내에서 구성 요소를 조립하는 것인데, 여기에는 봉쇄, 보기 자동화 및 여러 시연의 촉진을 위한 추가 요소가 포함되어 있습니다.

다음으로, 팀은 세심한 계획, 프로토콜 개발 및 교육을 통해 성공적인 기내 실험을 준비합니다. 마지막 단계는 비행 중 다중 구성 요소 시연입니다. 궁극적으로 포물선 비행 테스트는 기술의 잠재적인 우주 응용 분야를 보여주고 무중력, 중력 변화 및 진동이 성능에 미치는 영향을 식별하는 데 사용됩니다.

이 방법은 유세포 분석 및 관련 기술에 적용할 수 있지만, 감소된 중력에서 다른 유형의 개별 진단 테스트, 특히 여러 데모 또는 트리거 절차가 있는 모든 것에 부분적으로 적용할 수도 있습니다. 그래서 우리는 NASA와 함께 포물선 비행을 준비할 때 실제로 실험을 가장 잘 준비하는 방법을 설명하는 비디오나 문헌이 많지 않았기 때문에 POLOBIC 비행 테스트에 대한 JO를 위해 이 비디오를 만들기로 결정했습니다. 우리는 실제로 여기에서 그 정보를 파헤치기 위해 NASA 내의 다양한 위치에 있는 적절한 사람들과 이야기하기 위해 매우 열심히 노력해야 했습니다.

이 경우 Joe의 독자층을 위해 이 정보를 공유하여 그들도 이러한 비행을 적절하게 준비할 수 있기를 바랍니다. 감소된 중력 조건에서 사용하기 위한 간단한 유세포 분석 시스템을 구성하려면 여러 유체학, 광학 및 전자 프로토타입 구성 요소가 필요합니다. 시스템을 구동하는 데 필요한 최소한의 무게와 전력으로 압력 시스템을 준비하는 것부터 시작하십시오.

유체 공학은 소형 공기 펌프를 차압 센서에 연결합니다. 다음으로, 에어 핏을 가두지 않고 적재할 수 있는 유체 소스 용기를 조립합니다. 탄성 고무 다이어프램이 있는 단단한 플라스틱 바이알, 단단히 고정 가능한 캡 및 바이알 바닥에 흡입 공기 튜브가 있습니다.

광학 접착제를 사용하여 흡입구 공기 튜브 연결부를 밀봉합니다. 임시 슬라이드 cl 배치amp 캡 삽입 중 및 캡 삽입 후에 유체 배출을 방지하기 위해 캡 출구 튜브 위에 놓습니다. 바이알을 로드하려면 공기 흡입구에 연결된 주사기로 다이어프램을 확장합니다.

액체를 위쪽으로 붓고 아래에 공기가 갇히지 않도록 비스듬히 캡을 삽입합니다. 슬라이드 cl을 간단히 제거하십시오.amp 출구 튜브를 프라이밍하고 다이어프램에 의해 가해지는 붕괴 압력을 해제합니다. 펌프가 공기나 유체 누출 없이 바이알을 가압하는지 확인하십시오.

캡 출구 튜브에서 유체 흐름을 유도하기 위해 다이어프램을 압축합니다. 필요한 세 번째 구성 요소는 흐름을 손상시킬 수 있는 배압을 형성하지 않고 폐기물을 수거하는 유체 폐기물 용기입니다. 이중 봉쇄를 위해 설계된 바이알 내에 접착된 바이알을 사용하십시오.

바이알을 부유 액체를 가두는 안전한 폼 스폰지 창으로 덮고, 기내 환경과 공기압을 균등화하여 사용 및 중력 감소 기계용 샘플 로더를 만들고 유체 라인의 두 O-링 사이에 피복이 장착된 모세관으로 안정적으로 고정되도록 가이드 레일이 있는 스프링 장착 클램프 설계를 조립합니다. 모세관이 없는 경우 스프링이 O-링을 함께 눌러 유체 라인을 완성하고 누출 없이 프라이밍을 가능하게 합니다. 작동하기 위해 전원이 공급되는 기계적 하위 구성 요소에 의존하지 않는 마이크로 믹서를 설계합니다.

신속한 프로토 타입 Polymethyl soane 방법을 사용하여 2 개의 입구 나선형 와류 마이크로 믹서를 선택하고 제작하여 개별 유동 입자를 감지합니다. 상업적으로 이용 가능한 광기계 부품을 사용하여 맞춤형으로 제작된 손바닥 크기의 소형 광학 블록을 현미경 브레드보드 플레이트에 장착합니다. 프로토타입 조립의 마지막 단계는 장치 제어 및 데이터 수집을 위한 전자 장치 및 소프트웨어를 설계하는 것입니다.

편의성과 초기 프로토타이핑을 위해 상용 데이터 수집 카드, 코드 및 프로그램에 연결된 수작업 납땜 부품, 맞춤형 소프트웨어를 사용하여 리그 장치를 작동하고 모든 데이터를 동기화합니다. 노트북 배터리를 제거하고 전원 케이블만 통해 노트북이 작동하도록 설정합니다. 저중력 비행의 안전상의 이유로 모든 장치에 전력을 공급하기 위한 전력 계획에는 빠르고 완전한 전자 정지를 위한 메커니즘이 포함되어야 합니다.

비행 중. 단일 켜기 끄기 버튼이 있는 단일 멀티탭은 성공적인 비행 중 성능을 위해 항공기 배전 패널에 연결되며, 사용 가능한 총 공간과 실험 장비 공간과 리그를 둘러싼 사용자 공간 간의 분배 방법을 고려해야 합니다. 사용 가능한 총 공간은 지상에서 유사한 시연을 위해 제공되는 것보다 더 작은 영역으로 제한됩니다.

바닥, 무릎 꿇기 또는 서 있는 높이에서 어떤 구성 요소에 더 적절하게 접근할 수 있는지 결정합니다. 지지 구조 내에서 달성된 보호로부터 가장 많은 이점을 얻을 수 있는 구성 요소를 고려하는 것도 중요합니다. 여기서 굴착 장치 지원 구조는 비행 가속을 견딜 수 있고 의도한 항공기에 안전하게 부착할 수 있는 수직 장비 랙입니다.

캐빈 바닥은 랙 내의 레벨에 구성 요소를 할당하고, 맨 위는 노트북을 배치하고, 중간 랙 레벨은 프로토타입 하위 구성 요소를 포함하고, 바닥 레벨은 여분의 물티슈, 장갑 및 기타 폐기물 용기를 포함했습니다. 프로토타입을 고정 및 격리하고 샘플을 보려면 프로토타입이 아닌 다양한 구성 요소를 제작하거나 조정해야 합니다. 여기에는 전자 장치를 담을 수 있는 맞춤형 아크릴 상자와 암 액세스 구멍이 있는 맞춤형 아크릴 글로브 박스가 포함되어 있어 비행 객실의 오염 위험 없이 로더 시연을 수행할 수 있는 입방체 공간을 제공합니다.

마이크로 믹서 데모 볼트를 기록하기 위해 맞춤형 아크릴 칩 홀더 및 CCD 카메라가 장착된 브레드보드 플레이트에 스테레오 현미경을 사용합니다. 광학 블록을 안전하게 시연하려면 맞춤형 불투명 아크릴 상자를 사용하여 주변광을 차단하고 레이저 위험을 제어하십시오. 몇 가지 간단한 설계 전략을 사용하면 수동 튜빙, 비행 중 조정 또는 상당한 손재주가 필요한 기타 작업의 필요성을 제거할 수 있습니다.

예를 들어, 여러 소스 파일을 동시에 가압하려면 유체 흐름의 방향을 제어하기 위해 입구 바늘과 여러 출구 튜브에 맞게 조정된 속이 빈 실린더로 구성된 사용자 정의 기계를 사용하여 매니폴드를 가압합니다. 컴퓨터를 사용하여 3방향 솔레노이드 밸브 패널을 조립합니다. DAQ 카드에 연결된 탠덤 MOSFET 스위치로 제어됩니다.

3방향 솔레노이드 밸브에는 기본 오프 포트 또는 온 포트에 항상 연결되는 공통 포트가 있습니다. 켜짐 상태로의 스위치는 5볼트 신호로 트리거됩니다. 노트북을 한 번 클릭하는 것과 같은 단일 버튼 개입을 사용하여 밸브 상태를 전환하거나 펌프 구동 압력을 변경하도록 소프트웨어를 프로그래밍했습니다.

이를 통해 환경으로의 누출과 혼란스러운 환경에서 실험 시간 손실을 초래할 수 있는 수동 튜빙 조정의 필요성을 피할 수 있습니다. Sample loader 시연에는 샘플을 로드하고 검출을 위해 샘플을 광학 블록 또는 OB로 구동하는 것이 포함됩니다. 이 설정은 로더 앞과 뒤에 하나씩 두 개의 밸브를 사용합니다.

적재하는 동안 두 밸브가 모두 꺼지도록 설정되어 로더가 사용됨에 따라 유체 이동을 방지하고 밸브를 켜면 식염수 바이알에서 폐기물 바이알까지 확장되는 유체 X 경로가 열려 펌프가 분석을 위해 샘플을 구동할 수 있습니다. 광학 블록 시연에는 세 가지 다른 샘플 유형의 순차적 검출이 포함됩니다.튜브 연결을 수동으로 변경할 필요 없이 식염수는 샘플 간에 시스템을 플러시할 수 있습니다. 마이크로 믹서 시연에는 혈액 식염수 혼합과 청색 노란색 염료 혼합 세그먼트가 포함됩니다.

이 설정은 두 개의 밸브를 사용하여 혈액 및 식염수 바이알 또는 염료 바이알에 압력을 유도하여 한 번에 하나의 혼합 데모만 활성화되도록 합니다. 추가 밸브를 사용하면 혈액 식염수 혼합 칩에 기포를 주입할 수 있습니다. 시스템은 비행 중 갑작스러운 충격, 진동, 진동 또는 승객 충돌에 대비해야 합니다.

정렬 안정화를 위해 쉽게 잘못 조정되는 정렬된 구성 요소, 특히 광학 구성 요소에 속건성 에폭시를 적용하십시오. 속건 에폭시 위에 산업용 에폭시를 바르고 물리적 장애 테스트를 위해 현미경 I에 부착하는 CCD 카메라를 포함하여 필요에 따라 다른 구성 요소를 고정합니다. 모든 구성 요소가 제자리에 있는 상태에서 리그 지지 구조를 흔듭니다.

리그에 교란을 가한 후 개별 구성 요소의 기능을 점검하고, 특히 실험 도중 비행기가 갑자기 수평을 유지하거나 리그에 갑작스런 힘이 부딪히는 등 비행 중 예기치 않은 발생에 대해 훈련된 정렬된 광학 구성 요소를 확인합니다. 랙에 패딩을 추가하여 떠 있는 승객을 보호하십시오. 코너는 비행 중에 장치를 전문적으로 조작할 수 있도록 여러 개인을 기본 작업자로 교육합니다.

파라이 기간 동안 누가 아플지 예측할 수 없으며 주어진 사용자는 한 비행에서 영향을 받지 않고 다른 비행에서 아플 수 있습니다. 비행 위치로 운송한 후 리그를 점검하고, 필요한 사항을 수정하고, 항공기에 적재하기 전에 튜빙 연결을 설정합니다. 각 비행 당일에는 그날의 시연에 해당하는 샘플 바이알을 준비하고 연결합니다.

설정과 실험 사이의 긴 간격과 비행 위치에 따라 높은 주변 온도에 대비하십시오. 텍스트 암페타민이 함유된 스코폴라민과 같은 제공된 약물을 복용하여 비행 중 질병을 피하고, 여러 개의 초기 포물선을 사용하여 바닥과 평행하게 천천히 올라가고 높은 중력 상태에서 평평하게 눕음으로써 중력 전환에 적응합니다. 일단 비행 위치에 있게 되면, 리그 운영자는 전용 포물선 공역에 근접할 때 리그 운영자가 높은 중력 간격 동안 누울 수 있고 포물선이 시작되면 다리 스트랩에 접근할 수 있도록 충분한 공간을 제공합니다.

중력이 감소하는 동안 몸에 강한 힘을 가하지 마십시오. 이렇게 하면 시체가 너무 빠르고 다소 위험하게 위로 올라가 샘플 로더 시연을 수행할 수 있습니다. 비행기가 감소된 중력에 들어가면 샘플 주사기를 사용하여 계수 비드 염료 혼합물을 손가락 끝에 한 방울 떨어뜨립니다.손가락 찌르기 샘플을 시뮬레이션하려면 모세관 소모품을 사용하여 손가락에서 샘플을 집어 들고 샘플을 모세관 로더에 로드합니다.

검출을 위해 샘플을 광학 시스템으로 유도합니다. 현미경 아래에서 설정된 미세유체 믹서 시연을 수행합니다. 혈액과 식염수를 1.52345에서 1:1 비율로 혼합하고 각각 최소 2개의 포물선에 대해 6PSI를 혼합합니다.

다른 판독값과 동기화된 비디오 데이터를 기록합니다. 믹서 시연의 실제 기내 영상이 여기에 표시됩니다. 식염수 주입구에 공기를 주입하여 채널 구조가 최적의 혼합을 방해할 수 있는 기포를 가두는지 테스트합니다. 섞다.

파란색과 노란색 음식은 각각 최소 2개의 포물선에 대해 1.52345 및 6PSI에서 죽습니다. 다시 말하지만, 여기에 표시된 동기화된 데이터를 기록하는 것은 실체 현미경 패널에 장착된 CCD 카메라로 볼 수 있는 두 개의 마이크로 믹서 시연에 대한 대표적인 결과입니다. A는 미세중력 조건에서 파란색과 노란색 염료가 혼합되는 것을 보여주고, 패널 B는 달의 중력 조건에서 혈액과 식염수가 혼합되는 것을 보여줍니다.

혼합은 미세중력 비행 중 형광 표지된 백혈구의 광학 블록 검출을 시연하기 위해 나선을 따라 어느 지점에서나 시각적으로 평가할 수 있습니다. 유세포 분석 데이터의 중요한 성능 지표에는 다음과 같이 피크 강도의 변동 계수, 신호 대 잡음비, 피크 계수율 및 검출 효율성이 포함됩니다. 광학 블록 검출은 약 1.5G에서 거의 0G로 전환될 때 상대적으로 동요되지 않는 것으로 보이며 1.5G로 다시 전환되는 동안 계속됩니다.

달 중력에서 로더를 시연한 후 적재된 시료에 스파이크된 형광 계수 비드의 검출은 샘플이 성공적으로 로드되어 검출을 위한 광학 블록에 도달했음을 나타냅니다. 이 비디오를 시청한 후에는 포물선 비행에서 장치 테스트를 수행하고 중력을 줄이는 방법, 특히 어떤 종류의 절차가 실현 가능한지, 신중한 계획, 부품 선택 및 테스트 구현이 모두 경험에서 높은 수율을 보장하는 데 도움이 되는지 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.