1. Microchip Fabrication
De eerste stap is het maken of kopen van uw microchannel. Er zijn vele mogelijkheden voor microchip materiaal.
Een van de meest voorkomende materialen gekozen poly (dimethylsiloxaan) (PDMS). Er zijn vele publicaties over aanwijzingen voor PDMS fabricage door zachte lithografie 16,17,18.
Zodra de PDMS kanaal wordt vervaardigd, zijn er verschillende oppervlaktebehandelingen beschikbaar zijn natuurlijke hydrofobiciteit keren. Zuurstofrijk plasma behandeling is een veel voorkomende optie.
Zhou, Ellis, en Voelcker (2009) geven een overzicht van oppervlaktebehandelingen en hoe ze PDMS beïnvloeden. Deze resultaten zijn voor water echter, en bloed heeft verschillende eigenschappen. Een studie over wat dat betekent voor oppervlaktebehandeling bloed is gedaan door Pitts et al.. (2012a).
Voor de hier gepresenteerde resultaten, microchip oppervlakken en de glaasjes warengebonden aan beide werden blootgesteld aan zuurstof plasma gedurende 45 seconden en vervolgens samengeperst stevig resulteert in een permanente hechting.
2. Blood Bereiding
- Verzamelen bloedmonsters van een geaccrediteerde faciliteit. Bijvoorbeeld varkensbloed kan met ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) als antistollingsmiddel. Voeg 1 g EDTA met 4 ml water en voeg vervolgens de oplossing tot 1 liter volbloed, voorzichtig mengen 10x.
Bij het opzuigen van bloedmonsters, laat ze langzaam afkoelen tot kamertemperatuur. Bloedmonsters moet vers zijn, en idealiter gebruikt de dag dat zij worden verzameld om de reologische eigenschappen van het bloed te behouden.
Monsters kan eenmaal worden gekoeld op kamertemperatuur, maar bloed zonder antistollingsmiddel onbruikbaar na koeling zal zijn. Afhankelijk van het antistollingsmiddel, kan RBCs gekoeld bewaard tot 42 dagen, en volbloed koelkast nog 35 dagen bewaard, maar contaminatie in een niet-m mogelijkedische faciliteit 21.
Bovendien, wees voorzichtig van de methode voor het verzamelen van runderen of varkens monsters, en vervuiling door het beenmerg te voorkomen.
- Centrifugeer de bloedmonsters 3x bij 3000 rpm gedurende 10 minuten per keer. Na de eerste centrifugeren, verwijder het plasma en buffy coat, weggooien. Het is doorgaans handiger om het plasma eerst te verwijderen, en vervolgens weggooien of bewaren voor toekomstig gebruik, dan is het buffycoat alleen te verwijderen.
Steek de pipet langzaam, om niet de bufferlaag terug te mengen in het bloed. Nadat de bufferlaag wordt ongeveer 20 ml fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) en meng voorzichtig recentrifuge. Herhaal laatste stap. Na de derde centrifugeren, verwijder de PBS-en overige buffycoat, weggooien.
Het is ook mogelijk om het natieve plasma in plaats van PBS als u wenst te aggregeren eigenschappen van het bloed behouden. Zorg ervoor dat u alle buffycoat of wit door elkaarbloedcellen in het plasma.
- Neem schoongemaakt rode bloedcellen (RBC's) en schorten in PBS of plasma bij gewenste concentraties (hematocriet). Controleer hematocrietwaarden met een microcentrifuge (CritSpin FisherSci, USA).
Bloed bij 10 tot 20% hematocriet moeten gemakkelijker te visualiseren dan 40 of 50% (fysiologische hematocriet) zijn. In de microcirculatie, het bloed in het algemeen de helft van de hematocriet macro circulatie, zodat H = 20 voldoende 15.
- Voeg fluorescerende tracer deeltjes bij de gewenste concentratie bloedmonsters. Een algemene regel is tot en met 10 deeltjes in een correlatie venster, dat van tevoren kan worden berekend hebben.
Zo worden 30 pl deeltjes toegevoegd aan 1 ml bloed oplossing voor de set-up afgebeeld in de video. Als alternatief kan de RBC zelf fluorescent gelabeld worden.
- Daarnaast maakt een kalibratie-oplossing met water en grieporescing deeltjes. Het zal nodig zijn om het systeem te kalibreren met een Newtoniaanse oplossing.
Bijvoorbeeld, bij gebruik van een 10x objectief met een kanaal op de schaal van 100 urn, een geschikte concentratie is 300 gl deeltjes gemengd met 15 ml gedestilleerd water. Een andere optie is om glycerol verdund met gedestilleerd water tot een viscositeit van 3cP, die dichter bij bloed macro viscositeit te gebruiken.
3. μPIV Metingen
- Laserveiligheid: Controleer de temperatuur en vochtigheid. Draag geschikte laser veiligheidsbril. Sluit de laser gordijn of schakel de laser bordje op de deur lab op om mensen niet beschermd tegen blootstelling te voorkomen.
- Procedure met Davis software wordt in beeld. Voor meer details, zie de handleiding van een specifiek systeem.
- Alvorens de gegevens, moet de schaal camera te worden gekalibreerd met behulp van een micrometer.
- Om de naleving van het systeem te verminderen, gebruikt u de kortste buis eend de kleinste stijve spuit mogelijk is, zoals een 15 of 50 ul Hamilton Gasdichte spuit. Om lekkage van bloed of lucht in het systeem te verminderen, sluit de slang aan de injectiespuit en de chip. Dit kan gedaan worden met lijm, PDMS of vaseline (en let niet om het bloed te besmetten).
Om de micro-injectiespuit te vullen met water geregen met tracer deeltjes gebruikt terugstroming methode omdat het volume van de micro-injectiespuit is meestal veel kleiner dan het volume te vullen.
De terugstroom methode bestaat de micro-injectiespuit en kanalen tezamen vullen via de uitgang van het kanaal een secundaire plastic spuit. Voor dat, eerst de micro-zuiger te verwijderen, druk de vloeistof met behulp van de klassieke plastic spuit bevestigd aan de uitlaat van het kanaal, laat de vloeistofstroom uit de micro-injectiespuit totdat alle microbellen zijn uit de micro-injectiespuit, slang of chip, eindelijk de zuiger terug en haal de plastic spuit. De aanwezigheid or afwezigheid van microbellen kan worden gecontroleerd met een microscoop.
- Niveau van de injectiepomp op horizontale leidingen te bereiken. Programmeer de spuit pomp naar de gewenste debiet.
Wees bewust van de mogelijke tijdelijke effecten, zoals de "bottleneck effect", te rigide systeem of de conformiteit van het systeem dat de werkelijke debiet te wijzigen. Karakteristiek tijden van een systeem kan worden geschat als een functie van de materialen en afmetingen van het systeem. (Hoofdstuk 2, pp 77-81, Tabeling, 2005)
- Plaats microchip op microscoop podium en start de pomp. Gebruik het water met deeltjes om het systeem te kalibreren naar het midden snelheidsprofiel en kalibreren de dT (de tijd tussen gepulste afbeeldingen).
De deeltjes moeten bewegen tussen 5 en 10 pixels tussen de frames voor een goede correlatie 11. Bij het kalibreren, wees voorzichtig om te meten in het midden van het kanaal. De focus vliegtuig in het midden heeft de hoogstesnelheid 8.
Bij gebruik van een rond kanaal, wees voorzichtig van schaduweffecten.
Een afbeelding monster wordt getoond in figuur 2, met een gepulseerde camera, terwijl de bovenkant van de eerste puls en de onderste afbeelding is de tweede puls. Het kan worden gezien in de figuur dat de helderste punten (fluorescerende deeltjes) zijn de in-focus.
- OPTIONEEL: Door het nemen van de gegevens op verschillende hoogtes een 3D snelheidsprofiel kan worden gereconstrueerd door het toevoegen van de verschillende vectoren in een enkel beeld. De video toont een routine die is ontwikkeld voor het automatiseren van het proces.
- Bij het nemen van gegevens van het bloed, vul spuit met de gewenste hoeveelheid bloed in dezelfde werkwijze als het water. Programmeer de spuit pomp naar de gewenste debiet, en neem de gewenste gegevens. Een voorbeeld van rauwe beelden verkregen wordt gepresenteerd Figuur 2. Wees voorzichtig van RBC sedimentatie ook. Bijvullen van de spuit elke run of elkeandere termijn zal de afwikkeling van de RBC verminderen.
- Na het ophalen van afbeeldingen, wordt kruis correlatie uitgevoerd op de afbeelding paren om snelheidsvector velden te verkrijgen tussen de beelden. Het is belangrijk om goede beelden hebben een goede correlatie hebben. Voordat correleren, kan pre-processing worden gedaan om achtergrondruis te verwijderen.
Kruiscorrelatie wordt uitgevoerd tussen vensters in de aangrenzende beelden, die kunnen worden gevarieerd in grootte en vorm aan de correlatie beïnvloeden. Na het kruis correlatie, kan afbeelding nabewerking gedaan worden om foutieve vectoren of uitschieters te verwijderen.
Een gedetailleerde beschrijving van de verschillende beschikbare opties en hun nauwkeurigheden zijn te vinden in Pitts et al.. (2012b), waar de beste behandeling voor het bloed werd gevonden op de methode van de "image overlappende" met ramen uitgebreid in lengte zijn en in lijn met de stroom . Deze handelingen kunnen handmatig worden gedaan in een programma zoals MATLAB, of binnen het softwarepakket met uw systeem. De software is niet belangrijk, de wiskunde achter de verrichtingen belangrijker en elke activiteit kan de nauwkeurigheid van de uiteindelijke snelheidsprofiel beïnvloeden.
De resulterende vectoren kan worden gemiddeld in de ruimte over het kanaal naar instantane snelheid profielen te verkrijgen, en vervolgens gemiddeld weer in de tijd naar een gemiddelde, representatieve snelheid profiel te verkrijgen. Kloosterman et al.. (2011) geven een toelichting op de fout in μPIV metingen waarbij de scherptediepte is groot. Discussies over de fout van de gegevensverwerking hier gepresenteerde is te vinden in Pitts et al.. (2012b) voor de gepulste metingen en Chayer et al.. (2012) voor de hoge snelheid metingen.
Voorbeelden van snelheidsprofielen zijn weergegeven in figuren 3 en 4. Figuur 3 toont een enkel profiel velocity de middellijn van 10 ul / uur stroom van RBC bij H = 10 in een 140 urn breed kanaal.
tent "> Deze ene profiel is gerealiseerd door het gemiddelde van de gecorreleerde vectoren over het kanaal naar een snelheidsprofiel te krijgen, en dan gemiddeld in de tijd om een representatieve meting te krijgen. In dit geval werden 100 paren gemiddeld in de tijd over het gezichtsveld.
Een voorbeeld van de 3D gereconstrueerde profiel genomen voor een water kalibratiestroomplaat in een 100 urn vierkante kanalen met een geprogrammeerde stroomsnelheid van 30 ul / uur wordt gevonden in figuur 4. In figuur 4 zijn de profielen gemeten bij 1 um intervallen.
- OPTIE: In de afgebeelde set-up high speed beelden op dezelfde voorwaarden kan worden genomen door over te schakelen camera's (en data-acquisitie systemen). Dit kan nuttig zijn voor het visualiseren van de celvrije laag in het kanaal en voor het kwantificeren van aggregatie. De gegevensanalyse iets anders (Chayer et al.., 2012).
Voorbeelden van wit licht beelden met en zonder RBC aggregatie zijn presented in figuur 5 bij H = 20. De bovenste beelden toont H = 20 in PBS, die het vermogen van de RBC te aggregeren verwijdert op 1 ul / uur. De onderste afbeelding is H = 20 in de moedertaal van het plasma bij 0,5 pl / uur. Afbeelding van de bodem in, aggregatie zichtbaar.
- Schakel het systeem op een veilige manier bij de metingen zijn voltooid. Gebruik de juiste laserveiligheidsprocedures totdat laserkrachtbron volledig is stilgelegd.