Name: Verlaagde zwaartekracht Milieu Hardware Demonstraties van een Prototype Geminiaturiseerde doorstroomcytometer en Companion Microfluïdische Mixing Technology (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 59 s
Description: Leer een miniaturiseerde flowcytometer te bedienen in verminderde zwaartekracht voor ruimtevaartdiagnostiek. Deze methode toont de haalbaarheid van gezondheidsdiagnostiek aan boord van parabolische vluchten.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Hardware-ontwikkeling werd ondersteund door de NASA SBIR-contracten NNX09CA44C en NNX10CA97C. Data-analyse voor de demonstraties van de optische blok en de monsterlader werd ondersteund door NASA Phase III Contract NNC11CA04C. De verzameling van menselijk bloed werd uitgevoerd volgens NASA IRB Protocol # SA-10-008. Controle-/acquisitiesoftware werd verstrekt via het National Instruments Medical Device Grant Program. Matrijzen voor de microchips werden gemaakt in de microfabricagefaciliteit van Johns Hopkins en het Harvard Center for Nanoscale Systems. Otto J. Briner en Luke Jaffe (DNA Medicine Institute) hielpen bij het samenstellen van het rack tijdens de zomer van 2010. NASA flight video personeel verzorgde videobeelden tijdens de vluchtwek. Carlos Barrientos (DNA Medicine Institute) zorgde voor foto- en figuurondersteuning. Speciale dank aan het Facilitated Access to the Space Environment for Technology 2010 Program, het NASA Reduced Gravity Office, de Human Adaptation and Countermeasures Division, NASA Glenn Research Center, ZIN Technologies en het Human Research Program.

The human blood samples used in this protocol were collected with IRB approval using minimally invasive protocols (see Acknowledgements).
1. Rig Assembly
<ol>
	<li>Assemble prototype components (fluidics, optical, control/data acquisition electronics) for a simple flow cytometry system to be used in reduced gravity conditions
	<ol>
		<li>Prepare a pressure system with minimal weight and power needs to drive system fluidics
		<ol>
			<li>Connect a miniaturized air pump to a differential pressure sensor.</li>
			<li>To maintain a constant driving pressure, control pump output using pulse-width-modulation and a duty cycle regulated using a proportional-integral-derivative controller in custom control software (step 1.1.7).</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Assemble a fluid source container that can be loaded without trapping air (see step 3.4)
		<ol>
			<li>Fit a rigid plastic vial (Figure 1A) with a latex diaphragm, firmly securable cap, and inlet air tubing at the vial base (sealed connection using optical adhesive).</li>
			<li>Ensure that the pump pressurizes the vial without air or fluid leaks, compressing the diaphragm to drive fluid flow out of the cap exit tubing.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Design a fluid waste container to collect waste without building a backpressure that will compromise flow
		<ol>
			<li>Use a vial-glued-within-a-vial design (Figure 1B) for double containment.</li>
			<li>Cap the vials with a secured foam sponge window that traps floating waste but allows air pressure equalization with the cabin environment.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Make a sample loader for use in reduced gravity
		<ol>
			<li>Machine and assemble a spring-loaded clamp design with guiderails (Figure 1C) such that it reliably clamps a sheath-fitted capillary between two O-rings in the fluid line. Ensure it preserves sample volume when loading, accommodates system priming when a sample is not inserted, and avoids errant bubble introduction.</li>
			<li>Ensure that in the absence of a capillary, the springs press the O-rings together to complete the fluid line and enable priming without leaking (Figure 1D, left).</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Design a micromixer that does not rely on powered mechanical subcomponents to function
		<ol>
			<li>Conceive a two-inlet spiral-vortex micromixer (Figure 1E) that achieves chaotic advection necessary to overcome laminar flow within the microfluidic channels. This design delivers all entering fluid downstream so that one sample run does not affect the next.</li>
			<li>For convenience, fabricate chosen design using the rapid-prototype polydimethylsiloxane (PDMS) method (Figure 1F). Utilize a two-dimensional computer-aided designed photomask printed at 20,000 dpi to fabricate the necessary SU-8 mold in a cleanroom facility 37. 
			NOTE: Use a modified 23 gauge fit to a vertical drilling mill to drill holes at the inlets, vortex, detection inlet, and detection outlet spots, and a hand magnifier to help aim the needle. Cut out the chips from the PDMS using a razorblade and fit the holes with 0.5” hollow steel pins sticking out of the non-molded back side of the chip. Connect the central spiral exit pin to the detection channel entrance pin using microbore tubing.</li>
			<li>Thoroughly clean chip with ethanol and dry molded surface with matte scotch tape. Use an empty syringe to blow ethanol out of the pins. Treat PDMS chip and a pristine cover glass inside plasma cleaner and bond them within 10 sec by applying light pressure, checking immediately by light microscopy that the chip is fully pressed without compromising channel patency.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Mount a palm-sized miniature optical block to detect individual flowing particles
		<ol>
			<li>The design in Figure 2AB is suitable for two-color epifluorescence laser illumination and detection, and utilizes a PDMS straight-channel (120 by 200 µm) flow cell for convenience.</li>
			<li>Mount block (Figure 2C) using commercially available optomechanical components and align fiber-coupled single photon counting modules.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Design electronics and software for device control and data acquisition
		<ol>
			<li>For convenience in early prototyping, utilize hand-soldered pieces connected to data acquisition (DAQ) cards (Figure 2D).</li>
			<li>Code and program a custom software (example in Figure 2E) to operate rig devices and synchronize all data.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Additional components (not formally part of prototype)
	<ol>
		<li>Incorporate a 3-dimensional accelerometer (Figure 2D, left) and a flow rate meter (not pictured). An accelerometer is present onboard the aircraft but (likely) cannot be directly synced to other recorded data.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Electrical power scheme
	<ol>
		<li>A mechanism for quick and complete electronics shutdown (required for safety reasons on reduced-gravity flights)
		<ol>
			<li>Connect a single power strip (with single I/O button) to the aircraft power distribution panel (120 VAC 60 Hz).</li>
			<li>Remove laptop battery and set laptop to operate through power cable alone.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Power for all devices
		<ol>
			<li>Directly power the laptop (battery removed), a light microscope, and two photon detectors using power strip.</li>
			<li>Power remaining devices via USB DAQ cards connected to the laptop or using batteries.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Flight-ready rig layout
	<ol>
		<li>Considerations for successful in-flight performance
		<ol>
			<li>Total space available is limited to a smaller area than provided for a similar demonstration on the ground (Figure 3A). Consider total space available and how that space will be divided between experimental rig space (including for components beyond those formally part of the prototype) and user space surrounding the rig. Experimental rigs vary in terms of forward or aft positioning, but this largely does not affect available operational space (or in-flight physics).</li>
			<li>Determine which components are more appropriately accessed at a standing, kneeling, or floor height, as well as considering which components will benefit most from the protection attained within a support structure.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Rig support structure
		<ol>
			<li>Obtain or construct a vertical equipment rack that meets considered layout needs, contains all components, enables different vertical levels for organization, withstands flight accelerations, and securely attaches to the intended aircraft cabin floor.</li>
			<li>Assign components to levels within the equipment rack (Figure 3B): a top level to place the laptop, a mid-rack level to contain prototype subcomponents and a floor level to contain extra wipes, gloves, and a miscellaneous waste container.</li>
			<li>Conceive additional structures within the rack to accommodate different desired levels. Implement support beams at ‘mid’-height to hold a 2 ft. by 2 ft. microscope breadboard plate for screwing down rig components, and support beams approximately 2 feet higher to support a flight-approved laptop trough.</li>
			<li>Within vertical levels, determine optimal component arrangement, taking into account accessibility limitations incurred due to the presence of other components as well as due to the potential position/orientation of the rig itself onboard a flight (e.g., 4th side of a square rig may be close to aircraft wall, leaving only 3 sides accessible). 
			NOTE: The leg straps to secure test operators are at a fixed distance from the rig and may not be available on all sides.</li>
			<li>Based on these determinations, divide the breadboard plate into 4 quadrants (Figure 3C), placing dedicated locations for electronics and optical block toward the aircraft wall, and the sample loader and microfluidic chip toward the cabin space.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Prototype securing, containment, and visualization setup
	<ol>
		<li>System electronics
		<ol>
			<li>

<ol><li>Thomas, R. A., Krishan, A., Robinson, D. M., Sams, C., Costa, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NASA%2FAmerican+Cancer+Society+High-Resolution+Flow+Cytometry+Project-I%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry%22%5BJournal%5D)">NASA/American Cancer Society High-Resolution Flow Cytometry Project-I.</a> Cytometry. 43, 2-11 (2001).</li>
<li>Wen, J., Krishan, A., Thomas, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NASA%2FAmerican+Cancer+Society+High-Resolution+Flow+Cytometry+Project+-+II.+Effect+of+pH+and+DAPI+concentration+on+dual+parametric+analysis+of+DNA%2FDAPI+fluorescence+and+electronic+nuclear+volume%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry%22%5BJournal%5D)">NASA/American Cancer Society High-Resolution Flow Cytometry Project - II. Effect of pH and DAPI concentration on dual parametric analysis of DNA/DAPI fluorescence and electronic nuclear volume.</a> Cytometry. 43, 12-15 (2001).</li>
<li>Krishan, A., Wen, J., Thomas, R. A., Sridhar, K. S., Smith, W. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NASA%2FAmerican+Cancer+Society+High-Resolution+Flow+Cytometry+Project+-+III.+Multiparametric+analysis+of+DNA+content+and+electronic+nuclear+volume+in+human+solid+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry%22%5BJournal%5D)">NASA/American Cancer Society High-Resolution Flow Cytometry Project - III. Multiparametric analysis of DNA content and electronic nuclear volume in human solid tumors.</a> Cytometry. 43, 16-22 (2001).</li>
<li>Cram, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin-offs+from+the+NASA+space+program+for+tumor+diagnosis%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry%22%5BJournal%5D)">Spin-offs from the NASA space program for tumor diagnosis.</a> Cytometry. 43, 1(2001).</li>
<li>Crucian, B., Sams, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+gravity+evaluation+of+potential+spaceflight-compatible+flow+cytometer+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry+B+Clin.+Cytom%22%5BJournal%5D)">Reduced gravity evaluation of potential spaceflight-compatible flow cytometer technology.</a> Cytometry B Clin. Cytom. 66 (1), 1-9 (2005).</li>
<li>Shi, W., Kasdan, H. L., Fridge, A., Tai, Y. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four-part+differential+leukocyte+count+using+%CE%BCflow+cytometer%5BTitle%5D)+AND+%222010+IEEE+23rd+International+Conference+on+Micro+Electro+Mechanical+Systems%22%5BJournal%5D)">Four-part differential leukocyte count using μflow cytometer.</a> 2010 IEEE 23rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. 13 (7), 1019-1022 (2010).</li>
<li>Tai, Y. -C., Ho, C. -M., Kasdan, H. L. In-Flight Blood Analysis Technology for Astronaut Health Monitoring NASA Human Research Program Investigators’ Workshop. , Found at: 
 <a target="_blank" href="http://www.dsls.usra.edu/meetings/hrp2010/pdf/ExMC/1018Tai.pdf">http://www.dsls.usra.edu/meetings/hrp2010/pdf/ExMC/1018Tai.pdf</a> (2010).</li>
<li>Shi, W., Guo, L. W., Kasdan, H., Fridge, A., Tai, Y. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leukocyte+5-part+differential+count+using+a+microfluidic+cytometer%5BTitle%5D)+AND+%222011+16th+International+Solid-State+Sensors%2C+Actuators+and+Microsystems+Conference%22%5BJournal%5D)">Leukocyte 5-part differential count using a microfluidic cytometer.</a> 2011 16th International Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference. , 2956-2959 (2011).</li>
<li>Shi, W., Guo, L., Kasdan, H., Tai, Y. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four-part+leukocyte+differential+count+based+on+sheathless+microflow+cytometer+and+fluorescent+dye+assay%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Four-part leukocyte differential count based on sheathless microflow cytometer and fluorescent dye assay.</a> Lab Chip. 13 (7), 1257-1265 (2013).</li>
<li>Dubeau-Laramée, G., Rivière, C., Jean, I., Mermut, O., Cohen, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microflow1%2C+a+sheathless+fiber-optic+flow+cytometry+biomedical+platform%3A+Demonstration+onboard+the+international+space+station%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry+A%22%5BJournal%5D)">Microflow1, a sheathless fiber-optic flow cytometry biomedical platform: Demonstration onboard the international space station.</a> Cytometry A. , (2013).</li>
<li>NASA/JSC Aircraft Operations: C-9B Flight Trajectory. , Found at: 
 <a target="_blank" href="http://jsc-aircraft-ops.jsc.nasa.gov/Reduced_Gravity/trajectory.html">http://jsc-aircraft-ops.jsc.nasa.gov/Reduced_Gravity/trajectory.html</a> Forthcoming.</li>
<li>Crucian, B., Quiriarte, H., Guess, T., Ploutz-Snyder, R., McMonigal, K., Sams, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Miniaturized+Analyzer+Capable+of+White-Blood-Cell+and+Differential+Analyses+During+Spaceflight%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Medicine%22%5BJournal%5D)">A Miniaturized Analyzer Capable of White-Blood-Cell and Differential Analyses During Spaceflight.</a> Lab Medicine. 44 (4), 304-331 (2013).</li>
<li>Rehnberg, L., Russomano, T., Falcão, F., Campos, F., Everts, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+a+novel+basic+life+support+method+in+simulated+microgravity%5BTitle%5D)+AND+%22Aviat.+Space.+Environ.+Med%22%5BJournal%5D)">Evaluation of a novel basic life support method in simulated microgravity.</a> Aviat. Space. Environ. Med. 82 (2), 104-110 (2011).</li>
<li>Pump, B., Videbaek, R., Gabrielsen, A., Norsk, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arterial+pressure+in+humans+during+weightlessness+induced+by+parabolic+flights%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Arterial pressure in humans during weightlessness induced by parabolic flights.</a> J. Appl. Physiol. 87 (3), 928-932 (1999).</li>
<li>Strauch, S. M., Richter, P., Schuster, M., Häder, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+beating+pattern+of+the+flagellum+of+Euglena+gracilis+under+altered+gravity+during+parabolic+flights%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">The beating pattern of the flagellum of Euglena gracilis under altered gravity during parabolic flights.</a> J. Plant Physiol. 167 (1), 41-46 (2010).</li>
<li>Sams, C. F., Crucian, B. E., Clift, V. L., Meinelt, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+whole+blood+staining+device+for+use+during+space+shuttle+flights%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry%22%5BJournal%5D)">Development of a whole blood staining device for use during space shuttle flights.</a> Cytometry. 37 (1), 74-80 (1999).</li>
<li>Smith, S. M., Davis-Street, J. E., Fontenot, T. B., Lane, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+a+portable+clinical+blood+analyzer+during+space+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Chem%22%5BJournal%5D)">Assessment of a portable clinical blood analyzer during space flight.</a> Clin. Chem. 43, 1056-1065 (1997).</li>
<li>Weigl, B. H., Kriebel, J., Mayes, K. J., Bui, T., Yager, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole+Blood+Diagnostics+in+Standard+Gravity+and+Microgravity+by+Use+of+Microfluidic+Structures+%28T-Sensors%29%5BTitle%5D)+AND+%22Microchimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Whole Blood Diagnostics in Standard Gravity and Microgravity by Use of Microfluidic Structures (T-Sensors).</a> Microchimica Acta. 131 (1-2), 75-83 (1999).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Revolutionizing+Medical+Technology+for+Earth+and+Space%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+Space+Agency%22%5BJournal%5D)">Revolutionizing Medical Technology for Earth and Space.</a> Canadian Space Agency. , Found at: 
 <a target="_blank" href="
 http://www.asc-csa.gc.ca/eng/media/backgrounders/2012/0229.asp">
 http://www.asc-csa.gc.ca/eng/media/backgrounders/2012/0229.asp</a> (2012).</li>
<li>Peytavi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+device+for+rapid+%28%3C15+min%29+automated+microarray+hybridization%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Chem%22%5BJournal%5D)">Microfluidic device for rapid (<15 min) automated microarray hybridization.</a> Clin. Chem. 51, 1836-1844 (2005).</li>
<li>Groemer, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+feasibility+of+laryngoscope-guided+tracheal+intubation+in+microgravity+during+parabolic+flight%3A+a+comparison+of+two+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesia+and+analgesia%22%5BJournal%5D)">The feasibility of laryngoscope-guided tracheal intubation in microgravity during parabolic flight: a comparison of two techniques.</a> Anesthesia and analgesia. 101 (5), 1533-1535 (2005).</li>
<li>Johnston, S. L., Campbell, M. R., Billica, R. D., Gilmore, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiopulmonary+resuscitation+in+microgravity%3A+efficacy+in+the+swine+during+parabolic+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Aviat.+Space+Environ.+Med%22%5BJournal%5D)">Cardiopulmonary resuscitation in microgravity: efficacy in the swine during parabolic flight.</a> Aviat. Space Environ. Med. 75 (6), 546-550 (2004).</li>
<li>Panait, L., Broderick, T., Rafiq, A., Speich, J., Doarn, C. R., Merrell, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+laparoscopic+skills+in+microgravity+anticipates+the+space+surgeon%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Surg%22%5BJournal%5D)">Measurement of laparoscopic skills in microgravity anticipates the space surgeon.</a> Am. J. Surg. 188 (5), 549-552 (2004).</li>
<li>Kirkpatrick, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraperitoneal+gas+insufflation+will+be+required+for+laparoscopic+visualization+in+space%3A+a+comparison+of+laparoscopic+techniques+in+weightlessness%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Coll.+Surg%22%5BJournal%5D)">Intraperitoneal gas insufflation will be required for laparoscopic visualization in space: a comparison of laparoscopic techniques in weightlessness.</a> J. Am. Coll. Surg. 209 (2), 233-241 (2009).</li>
<li>Campbell, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endoscopic+surgery+in+weightlessness%3A+the+investigation+of+basic+principles+for+surgery+in+space%5BTitle%5D)+AND+%22Surg.+Endosc%22%5BJournal%5D)">Endoscopic surgery in weightlessness: the investigation of basic principles for surgery in space.</a> Surg. Endosc. 15 (12), 1413-1418 (2001).</li>
<li>Caiani, E. G., Sugeng, L., Weinert, L., Capderou, A., Lang, R. M., Vaïda, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Objective+evaluation+of+changes+in+left+ventricular+and+atrial+volumes+during+parabolic+flight+using+real-time+three-dimensional+echocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Objective evaluation of changes in left ventricular and atrial volumes during parabolic flight using real-time three-dimensional echocardiography.</a> J. Appl. Physiol. 101 (2), 460-468 (2006).</li>
<li>Ansari, R., Manuel, F. K., Geiser, M., Moret, F., Messer, R. K., King, J. F., Suh, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+choroidal+blood+flow+in+zero+gravity%5BTitle%5D)+AND+%22Ophthalmic+technologies+XII+%3A+19-20+January+2002%2C+San+Jose%2C+USA%22%5BJournal%5D)">Measurement of choroidal blood flow in zero gravity.</a> Ophthalmic technologies XII : 19-20 January 2002, San Jose, USA. Manns, F., S derberg, P. G., Ho, A. , SPIE. Bellingham, Wash. 177-184 (2002).</li>
<li>Foldager, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Central+venous+pressure+in+humans+during+microgravity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Central venous pressure in humans during microgravity.</a> J. Appl. Physiol. 81 (1), 408-412 (1996).</li>
<li>Hausmann, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cytosolic+calcium%2C+hydrogen+peroxide+and+related+gene+expression+and+protein+modulation+in+Arabidopsis+thaliana+cell+cultures+respond+immediately+to+altered+gravitation%3A+parabolic+flight+data%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biol.+%28Stuttg%29%22%5BJournal%5D)">Cytosolic calcium, hydrogen peroxide and related gene expression and protein modulation in Arabidopsis thaliana cell cultures respond immediately to altered gravitation: parabolic flight data.</a> Plant Biol. (Stuttg). 16 (1), 120-128 (2014).</li>
<li>Thiel, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+alterations+of+cell+cycle+control+proteins+in+human+T+lymphocytes+in+microgravity%29%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Commun.+Signal%22%5BJournal%5D)">Rapid alterations of cell cycle control proteins in human T lymphocytes in microgravity).</a> Cell Commun. Signal. 10 (1), 1(2012).</li>
<li>Tsuda, T., Kitagawa, S., Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+electrophoretic+mobilities+of+red+blood+cells+in+1-G+and+microgravity+using+a+miniature+capillary+electrophoresis+unit%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Estimation of electrophoretic mobilities of red blood cells in 1-G and microgravity using a miniature capillary electrophoresis unit.</a> Electrophoresis. 23, 2035-2039 (2002).</li>
<li>Paul, A. -L., Manak, M. S., Mayfield, J. D., Reyes, M. F., Gurley, W. B., Ferl, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parabolic+flight+induces+changes+in+gene+expression+patterns+in+Arabidopsis+thaliana%5BTitle%5D)+AND+%22Astrobiology%22%5BJournal%5D)">Parabolic flight induces changes in gene expression patterns in Arabidopsis thaliana.</a> Astrobiology. 11 (8), 743-758 (2011).</li>
<li>Zeredo, J. L., Toda, K., Matsuura, M., Kumei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+responses+to+partial-gravity+conditions+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci.+Lett%22%5BJournal%5D)">Behavioral responses to partial-gravity conditions in rats.</a> Neurosci. Lett. 529 (2), 108-111 (2012).</li>
<li>Taube, J. S., Stackman, R. W., Calton, J. L., Oman, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rat+head+direction+cell+responses+in+zero-gravity+parabolic+flight%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Rat head direction cell responses in zero-gravity parabolic flight.</a> J. Neurophysiol. 92 (5), 2887-2897 (2004).</li>
<li>Hilbig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+altered+gravity+on+the+swimming+behaviour+of+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Space+Res%22%5BJournal%5D)">Effects of altered gravity on the swimming behaviour of fish.</a> Adv. Space Res. 30 (4), 835-841 (2002).</li>
<li>FAST Flight Week. Nasa.gov: Office of the Chief Technologist. , Found at: http://www.nasa.gov/offices/oct/crosscutting_capability/flight_opportunities/fast/09_27_10_flight_week_feature.html Forthcoming.</li>
<li>Deng, J. Harvard Center for Nanoscale Systems Standard Operating Procedure: SOP031 (SU-8 Photolithography Process). , Vers. 2.6, Found at: <a target="_blank" href="http://www.cns.fas.harvard.edu/facilities/docs/SOP031_r2_6_SU-8%20photolithography%20process.pdf">http://www.cns.fas.harvard.edu/facilities/docs/SOP031_r2_6_SU-8%20photolithography%20process.pdf</a> (2010).</li>
<li>Yang, J., Qi, L., Chen, Y., Ma, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+Fabrication+of+a+Three+Dimensional+Spiral+Micromixer%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+J.+Chem%22%5BJournal%5D)">Design and Fabrication of a Three Dimensional Spiral Micromixer.</a> Chinese J. Chem. 31, 209-214 (2013).</li>
<li>Zhang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+planar+mixing+by+chaotic+velocity+in+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectron.+Eng%22%5BJournal%5D)">Realization of planar mixing by chaotic velocity in microfluidics.</a> Microelectron. Eng. 88, 959-963 (2011).</li>
<li>Liu, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Passive+mixing+in+a+three-dimensional+serpentine+microchannel%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microelectromechanical+Syst%22%5BJournal%5D)">Passive mixing in a three-dimensional serpentine microchannel.</a> J. Microelectromechanical Syst. 9, 190-197 (2000).</li>
<li>Improved Whole-Blood-Staining Device. NASA Tech Briefs. , Found at: <a target="_blank" href="http://www.techbriefs.com/component/content/article/10-ntb/tech-briefs/bio-medical/13574">http://www.techbriefs.com/component/content/article/10-ntb/tech-briefs/bio-medical/13574</a> Forthcoming.</li>
</ol>

Eugene Y. Chan, Candice Bae en Julia Z. Sharpe zijn uitvinders op gerelateerde technologiepatenten die zijn ingediend via het DNA Medicine Institute, een commerciële entiteit.

De hier beschreven methode maakte een effectieve demonstratie mogelijk van de belangrijkste technologiecomponenten (monsterladen, microfluïdische menging en optische detectie) tijdens de FAST-parabolische vluchten in 2010, met vergelijkbare resultaten als bij grondtesten. De hier beschreven trainings- en SOP-methoden waren bijzonder effectief en hielpen om hulpmiddelen en andere ‘krukjes’ te verlichten waarop werd vertrouwd voor oefendemonstraties die aan boord van de parabolische vlucht niet beschikbaar zouden zijn....

De ontoereikendheid van huidige ruimtewaardige gezondheidsdiagnostiek vormt een beperkende factor voor diepere bemande ruimtevaart. Diagnostiek moet uitgebreid zijn, gemakkelijk te gebruiken in verminderde zwaartekracht en relatief onaangetast zijn door de stress van lancering en ruimtevaart (bijv. hoge g-krachten, vibratie, straling, temperatuurveranderingen en cabinedrukveranderingen). Ontwikkelingen in point-of-care testing (POCT) kunnen zich vertalen naar effectieve ruimtevaartoplossingen door het gebruik van kleinere patiëntspecimens (bijv. een vingerprik), eenvoudigere en kleinere fluidica (d.w.z. microfluidica) en verminderde elektrische stroombehoeften, naast andere voordelen. Flowcytometrie is een aantrekkelijke aanpak voor in-space POC vanwege de brede bruikbaarheid van de technologie, inclusief voor celtelling en biomarker kwantificering, evenals significant miniaturisatiepotentieel. Eerdere ruimterelevante flowcytometers omvatten het ‘nucleaire verpakkingsefficiëntie’ (NPE) instrument dat gelijktijdige booginducieerde fluorescentie en elektronische volume (Coulter volume) meting gebruikte 1-4, een relatief kleine tafelflowcytometer die de ‘eerste generatie real-time flowcytometrie gegevens tijdens nulzwaartekracht’ vertegenwoordigt 5, een ‘sheathless microflow cytometer’ in staat tot 4- en 5-delige witte bloedcel (WBC) differentiële telling met behulp van voorbehandelde 5 µl volledige bloedmonsters 6-9, en een ‘vezel-optisch-gebaseerde’ flowcytometer recent getest aan boord in het International Space Station 10.
De evaluatie van diagnostische technologie voor potentiële ruimtetoepassingen wordt typisch uitgevoerd aan boord van vliegtuigen met verminderde zwaartekracht die een ongeveer parabolische vliegtraject gebruiken om een gekozen niveau van gewichtloosheid te simuleren (bijv. nulzwaartekracht, martianse zwaartekracht) 11. Evaluatie is uitdagend omdat vliegkansen beperkt zijn, herhaalde korte vensters van microzwaartekracht kunnen het moeilijk maken om methodologieën of processen te beoordelen die normaal gesproken ononderbroken perioden langer dan 20-40 sec vereisen, en demonstraties kunnen extra apparatuur vereisen die niet gemakkelijk tijdens de vlucht kan worden gebruikt 12-15. Bovendien zijn eerdere demonstraties van in vitro diagnostische (IVD) technologieën die in of ontworpen zijn voor verminderde zwaartekracht beperkt en veel werk blijft ongepubliceerd. Naast de bovenstaande flowcytometers omvatten andere ruimterelevante IVD-technologieën beschreven in de literatuur een geheel bloedkleuringsapparaat voor immunofenotypering toepassingen 16, een geautomatiseerde camera-gebaseerde cytometer 12, een handbediende klinische analyzer voor geïntegreerde potentiometrie, amperometrie en conductometrie 12,17, een microfluïdische ‘T-sensor’ apparaat voor analyt kwantificering dat vertrouwt op diffusie-gebaseerde menging en scheiding 18, en een roterende ‘lab op een CD’ diagnostiekplatform 19,20. Nieuwkomers bij het testen van verminderde zwaartekracht kunnen ook kijken naar parabolische vliegdemonstraties ongerelateerd aan in vitro diagnostiek wanneer ze proberen apparaatevaluatie mogelijk te maken (of uit te zoeken wat is mogelijk). Demonstraties van andere eerdere medische of biologische experimenten met goed gedocumenteerde vliegvoorbereiding, in-flight strategieën en vliegtestapparatuur zijn opgenomen in Tabel 115, 21-35. Deze kunnen informatief zijn vanwege de inbedding van handmatige in-flight taken, gebruik van gespecialiseerde apparatuur en experimentele insluiting.
<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:133px;">Categorie</td>
			<td style="width:497px;">Voorbeelden</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:133px;">Noodmedische zorg</td>
			<td style="width:497px;">Tracheal intubatie (geleid door laryngoscoop, op mannequin) 21, hartlevensondersteuning (anesthesievarkens) 22</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:133px;">Chirurgische zorg</td>
			<td style="width:497px;">Laparoscopische chirurgie (gesimuleerd op video 23, op geanesthetiseerde varkens 24,25)</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:133px;">Medische beeldvorming of fysiologische beoordeling</td>
			<td style="width:497px;">Ultrasound met lager lichaam negatief druk kamer 26, Doppler flowmeter (op hoofd gemonteerd) 27, centrale veneuze druk monitor 28</td>
		</tr>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:65px;width:133px;">Gespecialiseerde biologische apparatuur</td>
			<td style="width:497px;">Microplaatlezer (en in-flight handschoenenbox) 29, temperatuurregelsysteem voor celcyclusexperimenten 30, microscoop (helder veld, fase contrast en multi-kanaals fluorescentie mogelijk) 15, capillaire elektroforese unit gekoppeld aan video microscoop 31</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:133px;">Anders</td>
			<td style="width:497px;">Plant oogsten met pincet 32, bevatte ratten 33,34 en vissen 35 voor observatie</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabel 1. Parabolische Vliegdemonstratie Voorbeelden met Goed Beschreven Methoden/Experimenten
<p class="jove

<table><tbody><tr><td>Micro air pump</td><td>Smart Products, Inc.</td><td>AP-2P02A</td><td>Max pressure = 6.76 psi; 1.301&rdquo; x 0.394&rdquo; x 0.650&rdquo;, 0.28 oz (8 g); verkrijgbaar direct bij Smart Products</td></tr><tr><td>Differential pressure sensor</td><td>Honeywell International, Inc.</td><td>ASDX015D44R</td><td>Bereik&nbsp; van&nbsp; 0-15 psi; 0.974" x 0.550" x 0.440", 0.09 oz (2.565 g); leveranciers zijn Digi-Key en Mouser Electronics</td></tr><tr><td>Rigid plastic vial (small size)</td><td>Loritz &amp; Associates, Inc.</td><td>55-05</td><td>Polystyrene; ID 0.81" (20.6 mm), IH 2.06" (52.4 mm); verkrijgbaar direct bij LA Container Inc.; soortgelijk product verkrijgbaar bij Dynalab Corp.</td></tr><tr><td>latex examination gloves</td><td>dynarex corporation</td><td>2337</td><td>Middenvinger gebruikt voor latex diafragma in vloeistofbronflesje.&nbsp; Andere merken (bijv., Aurelia &reg;&nbsp; Vibrant &trade;) acceptabel.</td></tr><tr><td>Optical glue</td><td>Norland Products</td><td>NOA 88</td><td>Laag uitgassend kleefmiddel; verkrijgbaar direct bij Norland; Ook verkrijgbaar bij Edmund Optics Inc.</td></tr><tr><td>3-way solenoid valves</td><td>The LEE Company</td><td>LHDA0531115H</td><td>Gaskleppen, maar kan functioneren met vloeistof; 1.29" L, 0.28" D.&nbsp; Gediscontinueerd product.&nbsp; Soortgelijke producten verkrijgbaar bij The LEE Company.</td></tr><tr><td>Volumetric water flowmeter</td><td>OMEGA Engineering inc.&nbsp;</td><td>FLR-1602A</td><td>Niet-contacthoudende stroommeter sterk voorkeur.&nbsp; Wij bevelen SENSIRION LG16 OEM Liquid Flow Sensor aan voor stroomwaarden van nl/min tot 5 ml/min.</td></tr><tr><td>PCD-mini photon detector&nbsp;</td><td>Sensl</td><td>PCDMini-00100</td><td>Voor fluorescentiedetectie; verkrijgbaar direct bij Sensl</td></tr><tr><td>Accelerometer</td><td>Crossbow Technology, Inc.</td><td>CXL02LF3</td><td>3-dimensionele krachtdetectie.&nbsp; Geleverd aan DMI door NASA.&nbsp; Soortgelijk product verkrijgbaar bij Vernier Software &amp; Technology, LLC.&nbsp;</td></tr><tr><td>Stereomicroscope</td><td>AmScope</td><td>SE305R-AZ-E</td><td></td></tr><tr><td>CCD Camera</td><td>Thorlabs</td><td>DCU223C</td><td>1,024 x 768 Resolutie, Kleur, USB 2.0; verkrijgbaar direct bij Thorlabs</td></tr><tr><td>USB and Trigger Cable (In/Out) for CCD Camera</td><td>Thorlabs</td><td>CAB-DCU-T1</td><td>Verkrijgbaar direct bij Thorlabs</td></tr><tr><td>Microbore tubing</td><td>Saint-Gobain Corporation</td><td>AAD04103</td><td>Tygon&reg;; ID 0.02", OD 0.06", 500 ft, 0.02" wand. Leveranciers: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.</td></tr><tr><td>Hollow steel pins</td><td>New England Small Tube</td><td>(Custom)</td><td>0.025" OD, 0.017" ID, 0.500&rdquo; L, roestvrij stalen buis, type 304, gesneden, ontbraamd, gepassiveerd; maakt microbore buisverbindingen mogelijk, chipbuisverbindingen</td></tr><tr><td>Slide clamp</td><td>World Precision Instruments, Inc.</td><td>14042</td><td>Verkrijgbaar direct bij World Precision Instruments</td></tr><tr><td>Leur adaptor pieces</td><td>World Precision Instruments, Inc.</td><td>14011</td><td>Verkrijgbaar direct bij World Precision Instruments</td></tr><tr><td>Silicon wafer</td><td>Addison Engineering, Inc.</td><td></td><td>6" diameter; voor SU-8 malfabricage</td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer curing agent</td><td>Dow Corning</td><td>3097358-1004</td><td>Leverancier: Global Industrial SLP, LLC</td></tr><tr><td>Needle (23 gauge), bevel tip</td><td>Terumo Medical Corporation</td><td>NN-2338R</td><td>Ultradunne wand; 23 G x 1.5"; 22 G ook bruikbaar; leveranciers: Careforde, Inc.,&nbsp; Port City Medical</td></tr><tr><td>Dispensing needle (23 gauge), blunt tip</td><td>CML Supply</td><td>901-23-100</td><td>23 G x 1";&nbsp; verkrijgbaar bij CML Supply</td></tr><tr><td>Cover glass</td><td>Thermo Fisher Scientific, Inc.</td><td>12-518-105E</td><td>Gold Seal&trade; niet-corroderend borosilicaat glas; voor PDMS chip cover; 24 x 60 mm; verkrijgbaar bij Thermo Fisher Scientific, Inc.</td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>Mountain</td><td>MTN8407</td><td>Voor het ontgassen van PDMS; leverancier:&nbsp; Ryder System, Inc.&nbsp;</td></tr><tr><td>Vacuum chamber</td><td>Thermo Fisher Scientific, Inc.</td><td>5311-0250</td><td>Nalgene&trade; Transparant Polycarbonaat; verkrijgbaar bij Thermo Fisher Scientific, Inc.</td></tr><tr><td>Plasma cleaner</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td></td></tr><tr><td>Hand magnifier</td><td>Mitutoyo</td><td>183-131</td><td>Gebruik in omgekeerde richting om te kunnen bekijken op ~15".</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>CAROLINA</td><td>861283</td><td>Voor chipreiniging. Verdun tot 70% met millipore water.</td></tr><tr><td>Water purification system</td><td>Thermo Fisher Scientific, Inc.</td><td>D11901</td><td>Verkrijgbaar direct bij Thermo Fisher Scientific, Inc.</td></tr><tr><td>Optomechanical translation mounts</td><td>Thorlabs</td><td>K6X</td><td>6-Axis Kinematische Optic Mount; gediscontinueerd product; nieuw product (K6XS) verkrijgbaar direct bij Thorlabs</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Hewlett-Packard</td><td>VP209AV</td><td>HP Pavilion Laptop met Windows 7</td></tr><tr><td>Laptop tray (spring loaded)</td><td>National Products, INC.</td><td>RAM-234-3&nbsp;</td><td>RAM Tough-Tray&trade;. Kan 10 tot 16 inch brede laptops bergen.</td></tr><tr><td>USB splitter</td><td>Connectland Technology Limited</td><td>3401167</td><td></td></tr><tr><td>USB Data Acquisition Cards (8 analog input, 12 digital I/O)</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6008</td><td>12-Bit, 10 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ</td></tr><tr><td>USB Data Acquisition Cards (16 analog input, 32 digital I/O)</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6216</td><td>16-Bit, 400 kS/s Isolated M Series MIO DAQ, Bus-Powered</td></tr><tr><td>Control/acquisition Software</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2009</td><td>Op maat gemaakte National Instruments (NI) LabVIEW&nbsp;</td></tr><tr><td>3D Solid Modeling Software</td><td>Dassault Syst&egrave;mes SolidWorks Corp.</td><td>SolidWorks 2011</td><td></td></tr><tr><td>2D Modeling Software</td><td>AUTODESK</td><td>AutoCAD LT 2008</td><td></td></tr><tr><td>Vertical equipment rack</td><td>(NASA provided)</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Solid aluminum optical breadboard</td><td>Thorlabs</td><td>MB2424</td>

verlaagde zwaartekracht milieu hardware demonstraties van een prototype geminiaturiseerde doorstroomcytometer en companion microfluïdische mixing technology

Reduced-gravity Environment Hardware Demonstrations of a Prototype Miniaturized Flow Cytometer and Companion Microfluidic Mixing Technology

Tot voor kort werden bloedmonsters van astronauten tijdens de vlucht verzameld, naar de aarde getransporteerd via de Space Shuttle en geanalyseerd in laboratoria op aarde. Als mensen verder dan de lage baan om de aarde willen reizen, is een overgang naar ruimte-klare, point-of-care (POC) testen vereist. Dergelijke testen moeten uitgebreid zijn, gemakkelijk uit te voeren zijn in een omgeving met verminderde zwaartekracht en niet worden beïnvloed door de stress van lancering en ruimtevlucht. Talloze POC-apparaten zijn ontwikkeld om laboratoriumapparaten op schaal na te bootsen, maar de meeste hebben beperkte toepassingen en weinigen hebben een aantoonbaar gebruik in een omgeving met verminderde zwaartekracht tijdens de vlucht. In feite zijn demonstraties van biomedische diagnostiek in verminderde zwaartekracht beperkt, waardoor keuze van componenten en bepaalde logistieke uitdagingen moeilijk benaderen zijn bij het testen van nieuwe technologie. Om het gat te helpen vullen, presenteren we een modulaire methode voor de constructie en werking van een prototype bloeddiagnoseapparaat en het bijbehorende parabolische vliegtestapparaat dat voldoet aan de normen voor vliegtesten aan boord van een parabolisch vliegtuig met verminderde zwaartekracht. De methode richt zich eerst op de assemblage van het apparaat voor in-flight, verminderde zwaartekracht testen van een flowcytometer en een bijbehorende microfluïdische mengchip. Componenten zijn aanpasbaar aan andere ontwerpen en sommige aangepaste componenten, zoals een microvolumemonsterlader en de micromixer, kunnen van bijzonder belang zijn. De methode verlegd vervolgens de focus naar de voorbereiding op de vlucht, door richtlijnen en suggesties te bieden voor de voorbereiding op een succesvolle vliegtest met betrekking tot gebruikerstraining, ontwikkeling van een standaard werkprocedure (SOP) en andere kwesties. Ten slotte worden de specifieke experimentele procedures tijdens de vlucht beschreven die specifiek zijn voor onze demonstraties.

Representatieve resultaten voor de demonstratie van de micromixer zijn te zien in Figuur 7, zoals waargenomen door de CCD-camera die op het stereomicroscoop is bevestigd. Mengen kan visueel worden beoordeeld op elk punt langs de spiraal, evenals in het uitgangskanaal voor experimenten met twee sets vloeistoffen: bloed/zoutoplossing en blauwe/gele kleurstof. Kwantitatieve analyse van de tweedimensionale beelden kan onder meer de bepaling van de uniformiteit van de tint over de kanaalbreedte in verschillen...

Diagnostiek van bloed tijdens ruimtevluchten heeft innovatie nodig. Er zijn maar weinig demonstraties gepubliceerd die technologie voor gezondheidsdiagnostiek in vlucht, met verminderde zwaartekracht, illustreren. Hier presenteren we een methode voor de constructie en werking van een parabolische vliegtestopstelling voor een prototype point-of-care flow-cytometrie ontwerp, met componenten en voorbereidingsstrategieën die aanpasbaar zijn aan andere opstellingen.

Verlaagde zwaartekracht Milieu Hardware Demonstraties van een Prototype Geminiaturiseerde doorstroomcytometer en Companion Microfluïdische Mixing Technology

Until recently, astronaut blood samples were collected in-flight, transported to earth on the Space Shuttle, and analyzed in terrestrial laboratories. If ...

Het algemene doel van deze procedure is het bedienen van een geminiaturiseerde flowcytometer aan boord van een parabolische vlucht met gereduceerde zwaartekracht, gebruikmakend van componentenvoorbereidingen en in-vluchtprocedures die potentieel aanpasbaar zijn voor andere opstellingen. Dit wordt bereikt door eerst zorgvuldig standaardcomponenten en op maat vervaardigde onderdelen te selecteren voor gebruiksgemak en veiligheid bij gereduceerde zwaartekracht. De tweede stap is het assembleren van de componenten in een testopstelling voor parabolische vluchten die aanvullende elementen bevat voor insluiting, automatische observatie en het faciliteren van meerdere demonstraties.Vervolgens bereidt het team zich voor op succesvolle experimenten tijdens de vlucht door middel van zorgvuldige planning, protocolontwikkeling en training. De laatste stap bestaat uit demonstraties met meerdere componenten tijdens de vlucht. Uiteindelijk wordt testen in parabolische vluchten gebruikt om de potentiële ruimteapplicaties van technologie te tonen en om de effecten van gewichtloosheid, zwaartekrachtveranderingen en trillingen op de prestaties te identificeren.Hoewel deze methode kan worden toegepast op flowcytometrie en aanverwante technologie, kan deze gedeeltelijk ook worden toegepast op andere typen individuele diagnostische tests in verminderde zwaartekracht, in het bijzonder alles met meerdere demonstraties of triggerprocedures. Daarom hebben we besloten deze video voor JO te maken over testen tijdens parabolische vluchten, omdat er bij de voorbereiding op onze parabolische vluchten met NASA in wezen niet veel video's of literatuur waren die beschreven hoe men zich het beste op de experimenten kon voorbereiden. We moesten er echt zeer hard voor werken om met de juiste mensen op verschillende locaties binnen NASA te spreken om deze informatie hier boven water te halen.In dit geval willen we deze informatie kunnen delen met de lezers van Joe, zodat zij zich ook op de juiste wijze kunnen voorbereiden op deze vluchten. Het construeren van een eenvoudig flowcytometrie-systeem voor gebruik onder omstandigheden van gereduceerde zwaartekracht vereist meerdere prototypecomponenten voor de vloeistofdynamica, optica en elektronica. Begin met het voorbereiden van een drukregelsysteem met een minimaal gewicht en een gering energieverbruik om het systeem aan te sturen.De vloeistofleidingen verbinden een geminiaturiseerde luchtpomp met een differentiële druksensor. Stel vervolgens een vloeistofbroncontainer samen die gevuld kan worden zonder dat er luchtbellen insluiten. Gebruik hiervoor een stevig plastic vials met een elastisch rubberen diafragma, een stevig sluitbare dop en een luchtinlaatslang aan de onderzijde van het vial.Afdicht de verbinding van de luchtinlaatslang met optische lijm. Plaats een tijdelijke objectglaasklem over de uitlaatslang van de dop om te voorkomen dat er vloeistof ontsnapt tijdens en na het inbrengen van de dop. Om het flacon te vullen, wordt het diafragma uitgezet met een spuit die is aangesloten op de luchtinlaat.Vul de vloeistof tot aan de rand en plaats de dop onder een hoek, zodat er geen lucht eronder gevangen raakt. Verwijder kortstondig de schuifklem om de uitlaatslang te vullen en de inklapdruk van het diafragma op te heffen. Controleer of de pomp het vial onder druk zet zonder lucht- of vloeistoflekkages.Het samenpersen van het diafragma om de vloeistofstroom uit de uitlaatbuis van de dop te drijven. De derde benodigde component is een afvalcontainer voor vloeistoffen om afval op te vangen zonder dat er een tegendruk ontstaat die de stroming in gevaar brengt. Gebruik hiervoor een vial die is vastgelijmd in een vial die is ontworpen voor dubbele insluiting.Sluit de vials af met een stevig gemonteerd schuimrubberen venster dat zwevende vloeistoffen vasthoudt, maar drukvereffening met de cabineomgeving mogelijk maakt om een monsterlader te maken voor gebruik in een machine voor verminderde zwaartekracht, en assembleer een veerbelaste klemconstructie met geleiderails zodat deze een met een mantel voorziene capillaire betrouwbaar tussen twee O-ringen in de vloeistoflijn klemmet. Zorg ervoor dat bij afwezigheid van een capillaire de veren de O-ringen tegen elkaar drukken om de vloeistoflijn te voltooien en priming zonder lekken mogelijk te maken. Ontwerp een micromixer die voor de werking niet afhankelijk is van aangedreven mechanische subcomponenten.Met behulp van de rapid prototype Polymethyl methacrylaat-methode is een spiraalvormige vortex-micromenger met twee inlaatopeningen gekozen en gefabriceerd om individuele stromende deeltjes te detecteren. Bevestig een op maat gemaakte, handpalmformaat miniatuur optisch blok op een microscoop-breadboardplaat met behulp van commercieel verkrijgbare optomechanische componenten. De laatste stap in de assemblage van het prototype is het ontwerpen van de elektronica en software voor de besturing van het apparaat en de gegevensverwerving.Voor het gemak en vroege prototyping kunnen handgesoldeerde onderdelen worden gebruikt die zijn verbonden met commercieel verkrijgbare datavisualisatiekaarten, code en programma's, en aangepaste software om de apparaten van de opstelling aan te sturen en alle gegevens te synchroniseren. Verwijder de laptopbatterij en stel de laptop zo in dat deze uitsluitend via de voedingskabel werkt. Om veiligheidsredenen tijdens vluchten met gereduceerde zwaartekracht moet het elektrische voedingsschema voor de stroomvoorziening van alle apparaten een mechanisme bevatten voor een snelle en volledige elektronische uitschakeling.Tijdens de vlucht. Een enkele stekkerdoos met één aan/uit-schakelaar is aangesloten op het stroomverdeelpaneel van het vliegtuig voor een succesvolle prestatie tijdens de vlucht; de totale beschikbare ruimte en de verdeling hiervan tussen de ruimte voor de experimentele opstelling en de gebruikersruimte rondom de opstelling moeten worden overwogen. De totale beschikbare ruimte is beperkt tot een kleiner gebied dan dat beschikbaar is voor een soortgelijke demonstratie op de grond.Bepaal welke componenten het meest geschikt zijn voor toegang op kniehoogte op de vloer of op staand hoogte. Het is daarnaast belangrijk om te overwegen welke componenten het meest profiteren van de bescherming die een ondersteuningsstructuur biedt. De ondersteuningsstructuur van de opstelling is hier een verticaal apparatuurrek dat bestand is tegen vliegversnellingen en stevig aan het beoogde vliegtuig kan worden bevestigd.De vloer van de cabine is ingedeeld in niveaus binnen het rek: een bovenste niveau om de laptop te plaatsen, een middelste rekpermanent niveau voor de prototype-subcomponenten en een vloerniveau voor extra doekjes, handschoenen en een container voor divers afval. Om het prototype te beveiligen en te bevatten en om monsters te kunnen bekijken, moeten verschillende niet-prototype componenten worden gefabriceerd of aangepast. Deze omvatten een op maat gemaakte acrylbehuizing voor de elektronica en een op maat gemaakte acryl-handschoenenkast met armtoegangsgaten om een kubieke ruimte te creëren waarin een demonstratie van de lader kan worden uitgevoerd zonder risico op contaminatie van de vliegcabine.Om een demonstratie van een micromixer vast te leggen, wordt een stereomicroscoop boven de breadboardplaat geplaatst, die is uitgerust met een op maat gemaakte acryl chiphouder en een CCD-camera. Om een veilige demonstratie van het optische blok mogelijk te maken, wordt een op maat gemaakte ondoorzichtige acrylbehuizing gebruikt om omgevingslicht te blokkeren en lasergevaren te beheersen. Enkele eenvoudige ontwerpstrategieën kunnen de noodzaak voor handmatige slangverbindingen, aanpassingen tijdens het proces of andere handelingen die aanzienlijke behendigheid vereisen, elimineren.Om bijvoorbeeld meerdere bronbestanden gelijktijdig onder druk te zetten, gebruikt u een op maat gemaakte drukverdeler bestaande uit een uitgeholde cilinder, aangepast aan een inlaatnaald en meerdere uitlaatslangen om de richting van de vloeistofstroom te regelen. Stel via de computer een paneel van drieweg-solenoïdekleppen samen. Deze worden aangestuurd door tandem MOSFET-schakelaars die zijn aangesloten op een DAQ-kaart.De driewegmagneetventielen hebben een gemeenschappelijke poort die altijd verbonden is met ofwel de standaard uit-poort of de aan-poort. De overschakeling naar de aan-stand wordt geactiveerd door een signaal van vijf volt. De software is zo geprogrammeerd dat de demonstraties kunnen worden doorlopen met behulp van eenvoudige knopinterventies, zoals een enkele klik op de laptop om de status van de ventielen te wijzigen of de aandrijfdruk van de pomp aan te passen.Dit voorkomt de noodzaak voor handmatige aanpassingen aan de leidingen, wat kan leiden tot lekkages in de omgeving en tijdverlies tijdens het experiment in een chaotische omgeving. De demonstratie van de monsterlader omvat het laden van een monster en het transporteren van het monster naar het optische blok (OB) voor detectie. De opstelling maakt gebruik van twee kleppen, één vóór en één na de lader.Tijdens het laden staan beide kleppen uit om vloeistofverplaatsing te voorkomen terwijl de lader wordt gebruikt; door de kleppen open te zetten wordt het pad voor vloeistof X geopend, dat zich uitstrekt van het zoutoplossingflesje naar het afvalflesje, waardoor de pomp het monster voor analyse kan voortstuwen. De demonstratie van het optische blok omvat de sequentiële detectie van drie verschillende monstertypes zonder dat handmatige wijzigingen van de slangverbindingen nodig zijn, waarbij zoutoplossing het systeem tussen de monsters door kan spoelen. De demonstratie van de micromixer bevat segmenten voor het mengen van bloed met zoutoplossing en het mengen van blauwe en gele kleurstof.De opstelling maakt gebruik van twee kleppen om de druk naar ofwel de bloed- en zoutoplossingsflesjes of de kleurstofvlesjes te leiden, zodat slechts één mengdemonstratie tegelijk actief is. Een extra klep maakt de injectie van luchtbellen in de bloed-zoutoplossingsmengchip mogelijk. Het systeem moet worden voorbereid op plotselinge schokkrachten, trillingen of botsingen met passagiers tijdens de vlucht.Breng voor de stabilisatie van de uitlijning sneldrogende epoxy aan op de uitgelijnde componenten die gemakkelijk verschuiven, in het bijzonder de optische componenten. Breng indien nodig ook industriële epoxy aan over de sneldrogende epoxy om andere componenten te fixeren, inclusief de bevestiging van de CCD-camera aan het microscoop-I-stuk voor tests op fysieke verstoringen. Schud de ondersteuningsstructuur van de opstelling terwijl alle componenten op hun plaats zitten.Controleer de functionaliteit van individuele componenten nadat de opstelling is blootgesteld aan verstoringen, in het bijzonder de uitgelijnde optische componenten die zijn voorbereid op onverwachte incidenten tijdens de vlucht, zoals het plotseling waterpas worden van het vliegtuig midden in een experiment of plotselinge krachten die op de opstelling inwerken. Bescherm zwevende passagiers door vulling aan het rek toe te voegen. In de hoeken worden meerdere personen opgeleid als primaire operators om het apparaat tijdens de vlucht deskundig te bedienen.Het is onvoorspelbaar wie er tijdens de parais ziek zal worden en een bepaalde gebruiker kan onbeïnvloed blijven tijdens de ene vlucht en ziek worden tijdens een andere. Controleer de opstelling na transport naar de vlieglocatie, voer eventuele noodzakelijke reparaties uit en stel de slangverbindingen in voordat deze aan boord van het vliegtuig wordt geladen. Bereid op elke vliegdag de monsterbuisjes voor die horen bij de demonstraties van die dag en sluit deze aan.Houd rekening met mogelijk lange intervallen tussen de installatie en de experimenten, evenals hoge omgevingstemperaturen, afhankelijk van de locatie van de vlucht. Voorkom vliegziekte door de verstrekte medicatie te nemen, zoals scopolamine met text amphetamine, en gebruik de eerste paar parabolen om te wennen aan de zwaartekrachtovergangen door langzaam parallel aan de vloer omhoog te komen en plat te liggen tijdens de perioden van hoge zwaartekracht. Zodra de vliegpositie is ingenomen, moeten operators van de opstelling, wanneer zij het specifieke paraboolluchtruim naderen, voldoende ruimte hebben om kunnen liggen tijdens de intervallen van hoge zwaartekracht en toegang hebben tot de beenbanden zodra de parabolen beginnen.Oefen geen sterke krachten uit op het lichaam tijdens de gereduceerde zwaartekracht. Dit kan er namelijk toe leiden dat het lichaam te snel en op een potentieel gevaarlijke manier omhoog gaat om de demonstratie van de monsterlader uit te voeren. Wanneer het vliegtuig de gereduceerde zwaartekracht betreedt, gebruik dan de monsterspuit om een druppel van het mengsel van telkraalkleurstof op een vingertop te plaatsen. Om een vingerprikmonster te simuleren, gebruikt u een capillair verbruiksartikel om het monster van de vinger op te nemen en het monster in de capillaire lader te laden.Voer het monster het optische systeem in voor detectie. Voer de demonstratie van de microfluïdische menger uit onder de microscoop. Meng bloed en zoutoplossing in een verhouding van één-op-één bij 1,52345 en zes PSI gedurende ten minste twee parabolen per onderdeel.Opnemen van videodata gesynchroniseerd met andere metingen. Hier wordt actuele beelden getoond van een demonstratie van een mengmodule tijdens de vlucht. Injecteer lucht in de zoutoplossing-inlaat om te testen of de kanaalarchitectuur een luchtbel zal vangen die een optimale menging kan belemmeren. Mengen.Blauwe en gele voedselkleurstoffen bij 1.52345 en zes PSI gedurende ten minste twee parabolen per kleur. De hier getoonde synchrone gegevensopnamen zijn representatieve resultaten voor twee micro-mixer-demonstraties, waargenomen met een CCD-camera die op het paneel van de stereomicroscoop is gemonteerd. Paneel A toont het mengen van blauwe en gele kleurstof onder microzwaartekrachtomstandigheden, en paneel B toont het mengen van bloed en zoutoplossing onder maan-zwaartekrachtomstandigheden.Het mengen kan op elk punt langs de spiraal worden visueel beoordeeld, evenals in het uitlaatkanaal, in een demonstratie van optische blokdetectie van fluorescentie-gelabelde witte bloedcellen tijdens een vlucht in microzwaartekracht. De kritische prestatiegegevens voor de flowcytometrie-data omvatten de variatiecoëfficiënt van de piekintensiteiten, signaal-ruisverhoudingen, piektellingssnelheden en detectie-efficiëntie, zoals hier getoond. Optische blokdetectie lijkt relatief ongevoelig voor een overgang van ongeveer 1.5 G naar bijna nul G en gaat door tijdens de overgang terug naar 1.5 g.De detectie van fluorescerende telkralen die aan een geladen monster zijn toegevoegd na de demonstratie van de lader in maan-zwaartekracht geeft aan dat het monster succesvol is geladen en het optische blok voor detectie heeft bereikt. Na het bekijken van deze video zou u een beter inzicht hebben in hoe u apparaattesten en zwaartekrachtreductie uitvoert tijdens een parabolische vlucht, en in het bijzonder welke soorten procedures haalbaar zijn; zorgvuldige planning, onderdeelselectie en de implementatie van testen helpen allemaal om een maximaal rendement uit uw ervaring te halen.

reduced-gravity-environment-hardware-demonstrations-prototype

Research

JoVE Journal

Biology

Biologie

Tonen we protocollen voor de productie en het automatiseren van elastomeer polydimethylsiloxaan (PDMS) op basis van microklep arrays dat er geen extra energie nodig te sluiten en zijn voorzien van photolithographically gedefinieerd precieze volumes. Een parallel subnanoliter-volume mixer en een geïntegreerd microfluïdische perfusie-systeem worden gepresenteerd.

Microfluïdische Chips Gecontroleerde met elastomeer microklep Arrays

Microfluïdische apparaten kunnen worden gebruikt om complexe natuurlijke processen in real-time en op het juiste fysieke schalen te visualiseren. We hebben een eenvoudige microfluïdische apparaat dat de belangrijkste functies van de natuurlijke poreuze media nabootst voor het bestuderen van de groei en het transport van bacteriën in de ondergrond.

Venster op een Microworld: Eenvoudig Microfluïdische Systemen voor het bestuderen van microbiële transport in poreuze media

In dit werk leggen we de fabricage en het gebruik van een microfluïdische mixer voor het mengen van twee oplossingen in ~ 8 ps. We tonen ook aan het gebruik van deze mixers met spectroscopische detectie met behulp van UV-fluorescentie en fluorescentie resonantie energie overdracht (FRET).

Microfluïdische Mixers voor het bestuderen van eiwitten vouwen

Dit protocol beschrijft een systeemarchitectuur voor het uitvoeren van geautomatiseerde scheidingen van kleine volumes (0,15–1,5 ml) deeltjes met behulp van een microfluïdisch apparaat, en bespreekt methoden om de prestaties en werking van acoustofluïdische apparaten te optimaliseren.

Een microfluïdische platform voor Precision Small-volume monster verwerking en het gebruik ervan te Grootte Aparte Biologische Deeltjes met een akoestische microdevice

We tonen een microfluïdische platform met een geïntegreerde oppervlakte-elektrode netwerk resistieve pulse sensing (RPS) met code division multiple access (CDMA) combineert, om detectie en afmeting van deeltjes in meerdere microkanalen multiplexen.

Microfluïdische Platform met multiplexverzending elektronische detectie voor ruimtelijke Tracking van Deeltjes

Gedetailleerde hierin zijn de werking en vergadering protocollen van een modulaire microfluidic screening platform voor de systematische karakterisering van colloïdale semiconductor nanocrystal syntheses. Door middel van volledig aanpasbare systeem regeling kan hoogefficiënte spectra verzamelen over 4 ordes van grootte reactietijd schalen binnen een ruimte die massa overdracht-gecontroleerde steekproeven worden uitgevoerd.

Een modulaire Microfluidic technologie voor systematische Studies van colloïdale Semiconductor nanokristallen

Hier presenteren we een protocol voor het ontwerpen en fabriceren van aangepaste microfluïdische apparaten met minimale financiële en tijd investeringen. Het doel is het faciliteren van de invoering van microfluïdische technologieën in biomedische onderzoekslaboratoria en onderwijsinstellingen.

Snelle fabricage van aangepaste Microfluïdische apparaten voor onderzoeks-en educatieve toepassingen

We presenteren een microfluïdisch systeem voor studies met hoge doorvoer op complexe levensmachines, dat bestaat uit 1500 kweekeenheden, een reeks verbeterde peristaltische pompen en een on-site mengmodulus. De microfluïdische chip maakt de analyse van de zeer complexe en dynamische micromilieuomstandigheden in vivo mogelijk.

Generatie van dynamische omgevingsomstandigheden met behulp van een microfluïdisch apparaat met hoge doorvoer

Dit protocol beschrijft een herconfigureerbaar, op membraan gebaseerd celkweekplatform dat het open-well-formaat integreert met vloeistofstroommogelijkheden. Dit platform is compatibel met standaardprotocollen en maakt omkeerbare overgangen mogelijk tussen open-well en microfluïdische kweekmodi, om tegemoet te komen aan de behoeften van zowel technische als biowetenschappelijke laboratoria.

Statische barrièreweefselmodellen transformeren in dynamische microfysiologische systemen

Dit protocol beschrijft het ontwerp en de fabricage van een microfluïdisch apparaat dat geschikt is voor het onderzoeken van de mechanica van microtubuli-polymeren. De synthese van microfabricage, geautomatiseerde stroomregeling en computationele modelleringstechnieken maakt een flexibel systeem mogelijk dat bij uitstek geschikt is om het cellulaire cytoskelet in vitro te onderzoeken.

Ontwikkeling van een op microfluïdica gebaseerde benadering voor het onderzoeken van de mechanica van microtubuli-polymeren

Leer een miniaturiseerde flowcytometer te bedienen in verminderde zwaartekracht voor ruimtevaartdiagnostiek. Deze methode toont de haalbaarheid van gezondheidsdiagnostiek aan boord van parabolische vluchten.

Verlaagde zwaartekracht Milieu Hardware Demonstraties van een Prototype Geminiaturiseerde doorstroomcytometer en Companion Microfluïdische Mixing Technology (Video) | JoVE Journal

Verlaagde zwaartekracht Milieu Hardware Demonstraties van een Prototype Geminiaturiseerde doorstroomcytometer en Companion Microfluïdische Mixing Technology

Meer video's verkennen