Name: Een microfluïdische Model van Biomimetically Breathing Pulmonary Acinaire Airways (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 39 s
Description: Leer een microfluïdische model van biomimetisch ademende pulmonale acinaire luchtwegen voor het bestuderen van aerosoldynamica en deeltjesdepositie. Deze techniek verbetert het begrip van geïnhaleerde geneesmiddelen.

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

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de Europese Commissie (FP7-programma) via een Career Integration Grant (PCIG09-GA-2011-293604), de Israel Science Foundation (subsidie nr. 990/12) en het Technion Center of Excellence in Environmental Health and Exposure Science (TCEEH). Microfabricage van microfluïdische chips werd uitgevoerd in de Micro-Nano Fabrication Unit (MNFU) van de Technion en ondersteund door een seed-subsidie van het Russel Berrie Institute of Nanotechnology (RBNI) aan de Technion. De auteurs danken Avshalom Shai voor de hulp tijdens deep reactive ion etching (DRIE) en Molly Mulligan en Philipp Hofemeier voor de nuttige discussies.

1. Master Fabrication <ol><li> Gebruik diepe reactief ionen etsen (DRIE) van een silicium op isolator (SOI) wafer om een master silicium wafer fabriceren, zoals beschreven in het voormalige werken 32, 33. OPMERKING: DRIE voorkeur standaard SU-8 micromachining vanwege de hoge aspectverhouding kenmerken (40 urn brede en 90 urn diepe geulen). </li></ol> 2. Gieten en afdichten van de microfluïdische apparaat <ol><li> PDMS mengen en verharder bij een 10: 1 gewichtsverhouding in een schone kleine houder, zoals een plastic weegschaal. </li><li> Ontgas het mengsel in een exsiccator onder vacuüm totdat alle luchtbellen worden verwijderd. OPMERKING: Bereid genoeg PDMS voor alle volgende stappen. Hieronder, de afkorting &quot;PDMS&quot; verwijst altijd naar de ontgaste 10: 1 PDMS: curing agent mengsel dat bereid is in stappen 2,1 en 2,2. </li><li> Giet het ontgaste mengsel een hoogte van ongeveer 1 mm boven de master wafer. Ontgas opnieuw minstens40 min om alle luchtbellen te verwijderen boven de wafel en de bellen onder de wafel te minimaliseren. OPMERKING: Controleer of de wafel zo dicht mogelijk bij de bodem van het schaaltje. Indien nodig drukt u op de wafer langzaam naar de bodem met behulp van 2 roeren sticks en ontgassen nogmaals. </li><li> Bakken bij 65 ° C gedurende 20 min in een natuurlijke convectie oven. LET OP: Na 20 min het PDMS is gehard en bijna volledig uitgehard. Terwijl een langere baktijd kan bakken voor 20 min bespaart tijd en verbetert de hechting van de tweede laag PDMS (zie hieronder) om de eerste. </li><li> File de sectie loop van een plastic 2 ml spuit met een fijn schuurpapier om de naleving van PDMS te verbeteren. Daarnaast maken de schuurpapier aan de basis van de injectiespuit te vlakken door het plaatsen van het schuurpapier op een vlak oppervlak en schuiven de onderzijde van de injectiespuitcilinder erbovenop. Maak de spuit met behulp van perslucht. </li><li> Plaats de vatsectie van de spuit bovenop de eerste laag PDMS de laRGE opening naar het oppervlak van het PDMS en giet een tweede laag van PDMS bovenop de eerste om een ​​hoogte van ~ 5 mm en ontgas de PDMS opnieuw in een exsiccator. OPMERKING: De tweede PDMS laag moet de kleine container rond het vat te gieten, en niet daarin voeren. </li><li> Bak de volledige setup bij 65 ° C gedurende ten minste 2 uur in een natuurlijke convectie oven. Opmerking: Het is niet nodig om het vat op zijn plaats te houden tijdens het uitharden processen aangezien het gewicht van de PDMS drukken tegen de brede basis van de cilinder houdt het vat vast. </li><li> Knip de PDMS schimmel rond het patroon gebied van de master wafer met behulp van een scalpel. Tijdens het snijden, moet de scalpel zwak raak het oppervlak van de wafer. Dan, voorzichtig plaatst u een dun voorwerp, zoals wafer tang in de inkeping gemaakt door de scalpel, en trek het werpen van de meester wafer PDMS. </li><li> Plaats de cast op een zacht oppervlak bedekt met aluminiumfolie aan de kant patroonomhoog (bijv. moet het vat hangen vanaf de rand van de tafel), en slaat een gat in het PDMS bij de Kamer inlaat en inlaat met een 1 mm biopsie punch. </li><li> Bekleed een schone glasplaatje met (ontgast) 10: 1 PDMS: curing agent mengsel met behulp van een spin coater geprogrammeerd 3000 rpm gedurende 30 seconden, en bak&gt; 1 uur bij 65 ° C. Dan, het reinigen van de glijbaan en PDMS gegoten met behulp van doorzichtige tape. </li><li> Behandel het oppervlak van het PDMS schimmel en PDMS gecoat glasplaatje met O2 plasma (bijvoorbeeld met behulp van een handbediende corona treater) gedurende 1 min, en vervolgens voorzichtig op de oppervlakken elkaar en bakken bij 65 ° C gedurende de nacht (O / N) . </li></ol> 3. Inrichting Vullen en Aandrijving <ol><li> Meng water gesuspendeerd fluorescerende polystyreen deeltjes met water en glycerol in een glazen flacon op een 64/36 (v / v) glycerol / water mengsel te verkrijgen met 0,25% (w / w) deeltjes .. </li><li> Een druppel van de glycerol oplossing bovenop de kanaal inlaat en een druppel DI water op de kamer inlaat, dan plaatst u het apparaat in een exsiccator en vacuüm voor ~ 5 min. LET OP: Voor het vrijgeven van de vacuüm wachten op de belletjes die zich vormen in de dalingen van glycerol-oplossing en DI water tot pop. Bij het vacuüm de release van de vloeistoffen worden meegezogen in de holtes in het apparaat. Als resterende lucht in de kanalen blijft elimineren door het toepassen van uitwendige druk op de vloeistof (bijv., Met een injectiespuit) en waardoor de lucht diffunderen in de PDMS. </li><li> Injecteren ~ 2 ml van DI water in de bovenste kamer (dat wil zeggen, de spuit vat, Fig. 2b), totdat het is volledig gevuld met water. Bedek de bovenste kamer met een 19 gauge stompe spuit tip, snijd de tip van een andere stompe 19 gauge spuit en steek deze tip naar de zijkamer inlaat. Sluit beide spuit tips om een ​​1 ml spuit via dunne Teflon slang en een T-vormige connector. LET OP: Zorg ervoor dat de 1 ml spuit, teflon slangen, T-vormige connector en de bovenste kamer (2 ml spuit barrel) zijn allemaal gevuld met water zonder bubbels. Dit kan worden bereikt door het openen aansluitpunten, waardoor water door de lege buissegmenten en opnieuw aansluiten van de aansluitpunten. </li><li> Sluit de spuit 1 ml van een spuitpomp voorgeprogrammeerd te bootsen bijvoorbeeld een rustige ademhalingscyclus cyclus (met een periode van T = 4 sec) geconstrueerd uit lineaire hellingen, dwz van nul tot 1,8 ml / min in 1 sec, uit 1,8 ml / min op -1,8 ml / min bij 2 sec en van -1,8 ml / min weer op nul in 1 sec. </li></ol> 4. Flow Visualisatie Experimenten: Micro-deeltje Image Velocimetry (μPIV) <ol><li> Terwijl het apparaat wordt bediend, het verkrijgen van een reeks van 9-12 fasevergrendelde, dubbele framebeelden van het deeltje geplaatste stroming behulp van een micro-particle image velocimetry (μPIV) bestaande bijvoorbeeld uit een dubbel frame meervoudige belichting CCD camera (bijv., 1600 × 1200 pixels om voldoende resolutie te bereiken), een dubbel gepulseerde Nd-YAG laser (golflengte: 532 nm, uitgangsenergie: 400 mJ, pulsduur: 4 nsec) en een omgekeerde microscoop. Opmerking dergelijk systeem kan verkrijgen montuur paren met een vertraging van tot een paar microseconden tussen de eerste en tweede frames. Om te bereiken fasevergrendelde dubbel frame beelden, is het nuttig om een dubbel frame reeks in bijvoorbeeld verwerven., 10 Hz (frame paren zijn gescheiden door 0,1 sec van elkaar). Vervolgens kunnen de gegevens worden gereorganiseerd zodat alle frame-paren die gescheiden worden door een cyclustijd (here T = 4 sec) een nieuwe tijdreeks. Beeldacquisitie moet meerdere malen worden herhaald bij het ​​aanpassen van de vertraging tussen de eerste en tweede frames in elk frame paren (bijv., 100 psec tot 0,1 sec) voor het oplossen van verschillende stroomgebieden in de alveolaire holte. Opmerking: alternatieve opstellingen met betrekking tot de beste combinaties van beeld acquisitie systemen (. Dwz camera) en de verlichting bronnen (dwz, lasers) om de afbeelding zodanigmicroflows zijn ook beschikbaar 34, 35. </li><li> Gebruik een som-van-correlatie algoritme om fasevergrendelde snelheidsvector kaarten van het resulterende stromingsveld van de beeldreeks voor elke vertraging gebruikt. Herhaal dit proces meerdere malen met verschillende vertraging tijd tussen de eerste en tweede frames in elk frame paar voor het oplossen van verschillende stroomgebieden in de alveolaire holte. Gebruik vervolgens een data-analyse programma om de individuele stroom kaarten in een compleet en high-gedetailleerde kaart van stromingspatronen samenvoegen door het gemiddelde overlappende datapunten 33. </li></ol>

<ol><li>Kleinstreuer, C., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Airflow+and+Particle+Transport+in+the+Human+Respiratory+System%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Airflow and Particle Transport in the Human Respiratory System.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 42 (1), 301-334 (2010).</li>
<li>Sznitman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Respiratory+microflows+in+the+pulmonary+acinus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Respiratory microflows in the pulmonary acinus.</a> J. Biomech. 46 (2), 284-298 (2013).</li>
<li>Tsuda, A., Henry, F. S., Butler, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gas+and+aerosol+mixing+in+the+acinus%5BTitle%5D)+AND+%22Respir.+Physiol.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Gas and aerosol mixing in the acinus.</a> Respir. Physiol. Neurobiol. 163 (1-3), 139-149 (2008).</li>
<li>Kleinstreuer, C., Zhang, Z., Donohue, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+Drug-Aerosol+Delivery+in+the+Human+Respiratory+System%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Targeted Drug-Aerosol Delivery in the Human Respiratory System.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 10 (1), 195-220 (2008).</li>
<li>Semmler-Behnke, M., Kreyling, W. G., Schulz, H., Takenaka, S., Butler, J. P., Henry, F. S., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticle+delivery+in+infant+lungs%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Nanoparticle delivery in infant lungs.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 109 (13), 5092-5097 (2012).</li>
<li>Sznitman, J., Heimsch, F., Heimsch, T., Rusch, D., Rosgen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Convective+Alveolar+Flow+Induced+by+Rhythmic+Breathing+Motion+of+the+Pulmonary+Acinus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Convective Alveolar Flow Induced by Rhythmic Breathing Motion of the Pulmonary Acinus.</a> J. Biomech. Eng. 129 (5), 658-665 (2007).</li>
<li>Tsuda, A., Henry, F. S., Butler, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+mixing+of+alveolated+duct+flow+in+rhythmically+expanding+pulmonary+acinus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Chaotic mixing of alveolated duct flow in rhythmically expanding pulmonary acinus.</a> J. Appl. Physiol. 79 (3), 1055-1063 (1995).</li>
<li>Henry, F. S., Butler, J. P., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinematically+irreversible+acinar+flow%3A+a+departure+from+classical+dispersive+aerosol+transport+theories%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Kinematically irreversible acinar flow: a departure from classical dispersive aerosol transport theories.</a> J. Appl. Physiol. 92 (2), 835-845 (2002).</li>
<li>Kumar, H., Tawhai, M. H., Hoffman, E. A., Lin, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+geometry+on+airflow+in+the+acinar+region+of+the+human+lung%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">The effects of geometry on airflow in the acinar region of the human lung.</a> J. Biomech. 42 (11), 1635-1642 (2009).</li>
<li>Lee, D. Y., Lee, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+of+particle+transport+in+an+expanding+or+contracting+alveolated+tube%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Aerosol+Sci%22%5BJournal%5D)">Characteristics of particle transport in an expanding or contracting alveolated tube.</a> J. Aerosol Sci. 34 (9), 1193-1215 (2003).</li>
<li>Tsuda, A., Butler, J. P., Fredberg, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+alveolated+duct+structure+on+aerosol+kinetics.+I.+Diffusional+deposition+in+the+absence+of+gravity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Effects of alveolated duct structure on aerosol kinetics. I. Diffusional deposition in the absence of gravity.</a> J. Appl. Physiol. 76 (6), 2497-2509 (1994).</li>
<li>Tsuda, A., Butler, J. P., Fredberg, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+alveolated+duct+structure+on+aerosol+kinetics.+II.+Gravitational+sedimentation+and+inertial+impaction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Effects of alveolated duct structure on aerosol kinetics. II. Gravitational sedimentation and inertial impaction.</a> J. Appl. Physiol. 76 (76), 2510-2516 (1994).</li>
<li>Ma, B., Darquenne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+bolus+dispersion+in+acinar+airways%E2%80%94influence+of+gravity+and+airway+asymmetry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Aerosol bolus dispersion in acinar airways—influence of gravity and airway asymmetry.</a> J. Appl. Physiol. 113 (3), 442-450 (2012).</li>
<li>Ma, B., Darquenne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+deposition+characteristics+in+distal+acinar+airways+under+cyclic+breathing+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Aerosol deposition characteristics in distal acinar airways under cyclic breathing conditions.</a> J. Appl. Physiol. 110 (5), 1271-1282 (2011).</li>
<li>Heimsch, J., Sznitman, T., Wildhaber, J. H., Tsuda, A., Rösgen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Respiratory+Flow+Phenomena+and+Gravitational+Deposition+in+a+Three-Dimensional+Space-Filling+Model+of+the+Pulmonary+Acinar+Tree%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">Respiratory Flow Phenomena and Gravitational Deposition in a Three-Dimensional Space-Filling Model of the Pulmonary Acinar Tree.</a> J. Biomech. Eng. 131 (3), 031010(2009).</li>
<li>Litzlbauer, H. D., Korbel, K., Kline, T. L., Jorgensen, S. M., Eaker, D. R., Bohle, R. M., Ritman, E. L., Langheinrich, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchrotron-Based+Micro-CT+Imaging+of+the+Human+Lung+Acinus%5BTitle%5D)+AND+%22Anat.+Rec.+Adv.+Integr.+Anat.+Evol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Synchrotron-Based Micro-CT Imaging of the Human Lung Acinus.</a> Anat. Rec. Adv. Integr. Anat. Evol. Biol. 293 (9), 1607-1614 (2010).</li>
<li>Tsuda, A., Filipovic, N., Haberthür, D., Dickie, R., Matsui, Y., Stampanoni, M., Schittny, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite+element+3D+reconstruction+of+the+pulmonary+acinus+imaged+by+synchrotron+X-ray+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Finite element 3D reconstruction of the pulmonary acinus imaged by synchrotron X-ray tomography.</a> J. Appl. Physiol. 105 (3), 964-976 (2008).</li>
<li>Berg, E. J., Weisman, J. L., Oldham, M. J., Robinson, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+field+analysis+in+a+compliant+acinus+replica+model+using+particle+image+velocimetry+%28PIV%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Flow field analysis in a compliant acinus replica model using particle image velocimetry (PIV).</a> J. Biomech. 43 (6), 1039-1047 (2010).</li>
<li>Sznitman, J., Sutter, R., Altorfer, D., Stampanoni, M., Rösgen, T., Schittny, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+respiratory+flows+from+3D+reconstructed+alveolar+airspaces+using+X-ray+tomographic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis%22%5BJournal%5D)">Visualization of respiratory flows from 3D reconstructed alveolar airspaces using X-ray tomographic microscopy.</a> J. Vis. 13 (4), 337-345 (2010).</li>
<li>Henry, F. S., Haber, S., Haberthür, D., Filipovic, N., Milasinovic, D., Schittny, J. C., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Simultaneous+Role+of+an+Alveolus+as+Flow+Mixer+and+Flow+Feeder+for+the+Deposition+of+Inhaled+Submicron+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">The Simultaneous Role of an Alveolus as Flow Mixer and Flow Feeder for the Deposition of Inhaled Submicron Particles.</a> J. Biomech. Eng. 134 (12), 121001(2012).</li>
<li>Chhabra, S., Prasad, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+and+Particle+Dispersion+in+Lung+Acini%3A+Effect+of+Geometric+and+Dynamic+Parameters+During+Synchronous+Ventilation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluids+Eng%22%5BJournal%5D)">Flow and Particle Dispersion in Lung Acini: Effect of Geometric and Dynamic Parameters During Synchronous Ventilation.</a> J. Fluids Eng. 133 (7), 071001(2011).</li>
<li>Cinkotai, F. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid+flow+in+a+model+alveolar+sac%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Fluid flow in a model alveolar sac.</a> J. Appl. Physiol. 37 (2), 249-251 (1974).</li>
<li>Karl, A., Henry, F. S., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low+reynolds+number+viscous+flow+in+an+alveolated+duct%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">Low reynolds number viscous flow in an alveolated duct.</a> J. Biomech. Eng. 126 (4), 420-429 (2004).</li>
<li>Tippe, A., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((recirculating+flow+in+an+expanding+alveolar+model%3A+experimental+evidence+of+flow-induced+mixing+of+aerosols+in+the+pulmonary+acinus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Aerosol+Sci%22%5BJournal%5D)">recirculating flow in an expanding alveolar model: experimental evidence of flow-induced mixing of aerosols in the pulmonary acinus.</a> J. Aerosol Sci. 31 (8), 979-986 (2000).</li>
<li>Berg, E. J., Robinson, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereoscopic+particle+image+velocimetry+analysis+of+healthy+and+emphysemic+alveolar+sac+models%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech.+Eng%22%5BJournal%5D)">Stereoscopic particle image velocimetry analysis of healthy and emphysemic alveolar sac models.</a> J. Biomech. Eng. 133 (6), 061004(2011).</li>
<li>Ma, B., Ruwet, V., Corieri, P., Theunissen, R., Riethmuller, M., Darquenne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CFD+simulation+and+experimental+validation+of+fluid+flow+and+particle+transport+in+a+model+of+alveolated+airways%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Aerosol+Sci%22%5BJournal%5D)">CFD simulation and experimental validation of fluid flow and particle transport in a model of alveolated airways.</a> J. Aerosol Sci. 40 (5), 403-414 (2009).</li>
<li>Kumar Mahto, S., Tenenbaum-Katan, J., Sznitman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Respiratory+Physiology+on+a+Chip%5BTitle%5D)+AND+%22Scientifica%22%5BJournal%5D)">Respiratory Physiology on a Chip.</a> Scientifica. 2012, e364054(2012).</li>
<li>Huh, D., Fujioka, H., Tung, Y. C., Futai, N., Paine, R., Grotberg, J. B., Takayama, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustically+detectable+cellular-level+lung+injury+induced+by+fluid+mechanical+stresses+in+microfluidic+airway+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Acoustically detectable cellular-level lung injury induced by fluid mechanical stresses in microfluidic airway systems.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 104 (48), 18886-18891 (2007).</li>
<li>Song, Y., Baudoin, M., Manneville, P., Baroud, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+air%E2%80%93liquid+flow+in+a+microfluidic+airway+tree%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Eng.+Phys%22%5BJournal%5D)">The air–liquid flow in a microfluidic airway tree.</a> Med. Eng. Phys. 33 (7), 849-856 (2011).</li>
<li>Tavana, H., Huh, D., Grotberg, J. B., Takayama, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidics%2C+Lung+Surfactant%2C+and+Respiratory+Disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Med%22%5BJournal%5D)">Microfluidics, Lung Surfactant, and Respiratory Disorders.</a> Lab Med. 40 (4), 203-209 (2009).</li>
<li>Huh, D., Matthews, B. D., Mammoto, A., Montoya-Zavala, M., Hsin, H. Y., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reconstituting+Organ-Level+Lung+Functions+on+a+Chip%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip.</a> Science. 328 (5986), 1662-1668 (2010).</li>
<li>Pihl, J., Sinclair, J., Sahlin, E., Karlsson, M., Petterson, F., J, O. lofsson, Orwar, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Gradient-Generating+Device+for+Pharmacological+Profiling%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Gradient-Generating Device for Pharmacological Profiling.</a> Anal. Chem. 77 (13), 3897-3903 (2005).</li>
<li>Fishler, R., Mulligan, M. K., Sznitman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acinus-on-a-chip%3A+A+microfluidic+platform+for+pulmonary+acinar+flows%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Acinus-on-a-chip: A microfluidic platform for pulmonary acinar flows.</a> J. Biomech. 46 (16), 2817-2823 (2013).</li>
<li>Lindken, R., Rossi, M., Grosse, S., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-Particle+Image+Velocimetry+%28microPIV%29%3A+recent+developments%2C+applications%2C+and+guidelines%5BTitle%5D)+AND+%22Lab.+Chip%22%5BJournal%5D)">Micro-Particle Image Velocimetry (microPIV): recent developments, applications, and guidelines.</a> Lab. Chip. 9 (17), 2551-2567 (2009).</li>
<li>Wereley, S. T., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+Advances+in+Micro-Particle+Image+Velocimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Recent Advances in Micro-Particle Image Velocimetry.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 42 (1), 557-576 (2010).</li>
<li>Bruus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+Microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Oxford+Master+Series+in+Condensed+Matter+Physics%22%5BJournal%5D)">Theoretical Microfluidics.</a> Oxford Master Series in Condensed Matter Physics. , (2008).</li>
<li>Haefeli-Bleuer, B., Weibel, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphometry+of+the+human+pulmonary+acinus%5BTitle%5D)+AND+%22Anat.+Rec%22%5BJournal%5D)">Morphometry of the human pulmonary acinus.</a> Anat. Rec. 220 (4), 401-414 (1988).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

<html> Een kritisch kenmerk van de microfluïdische acinaire platform hier gepresenteerde is de mogelijkheid om fysiologisch realistisch ademhaling bewegingen die leiden tot fysiologische stromingsprofielen en snelheden in acinaire leidingen en binnen alveoli reproduceren. Aangezien de microkanalen worden met een relatief lage verhouding (dwz., W d / h ≈ 3,9, waarbij w d de kanaalbreedte en h de puthoogte), de gemeten stromen toon meer pl...

Een gedetailleerde kwantificatie van ademstroom dynamiek in de distale cell gebieden van de longen naar het ontrafelen grootste menging luchtstroom in de longen acinus en voorspellen van het lot van geïnhaleerde aerosolen in het diepste luchtwegen 1-3. Dit laatste is van bijzonder belang bij de aanpak van enerzijds de gevaren van geïnhaleerde verontreinigende deeltjes of omgekeerd bij het ​​zoeken naar nieuwe strategieën voor betere en doelgerichte geneesmiddelafgifte geïnhaleerde therapeutica gelokaliseerde long plaatsen 4, 5 en voor systemische afgifte. Tot op heden hebben de luchtwegen stromen in de diepe pulmonale acinar regio&#39;s zijn meestal onderzocht in silico met behulp van computational fluid dynamics (CFD) of in vitro met opgeschaald experimentele modellen volgende hydrodynamische gelijkenis matching. In de afgelopen decennia zijn CFD methodes in toenemende mate toegepast op acinar stroom fenomenen te bestuderen, uit enke alveolaire modellen 6, 7 en cell kanalen 8-12 voor meer uitgebreide in silico modellen capture anatomisch realistische acinaire boomstructuren met meerdere generaties cell kanalen tot enkele honderden individuele alveoli 13-15. Samen hebben numerieke inspanningen cruciaal in licht werpen op de rol en invloed van wandbeweging tijdens de ademhaling bewegingen op daaropvolgende acinar luchtstroom patronen geweest. Bij afwezigheid van ademhaling beweging, statische alveoli feature recirculerende stromen binnen hun holtes die geen convectieve luchtuitwisseling tussen de acinaire kanaal en de alveolus 6, 7 vertonen; Met andere woorden, zou alvéolaire stromen volledig geïsoleerd van stromen in de acinaire bomen en luchtverversing zou uniek gevolg van diffuse mechanismen. Met de aanwezigheid van cyclische uitbreidingen van het alveolaire gebied te voorkomen, alveolaire stroom topologieën drastisch gewijzigd en de resulting stroompatronen binnen alveoli zijn nauw verbonden met de locatie van een alveole langs de acinaire structuur (bijv., proximale versus distale generaties). Met name is gespeculeerd in simulaties dat alveolaire stromingspatronen sterk beïnvloed door de verhouding van alveolaire tot stroomsnelheden ductale zodat proximale generaties van de pulmonaire acinaire boom, waarbij deze verhouding relatief groot massacategorieën instandhouding in een boomstructuur, feature complex recirculatie stroomt binnen in de alveolaire holten met onomkeerbare vloeistof stroombanen. Met elke diepere acinaire generatie, de verhouding van alveolaire om ductale stroomsnelheden geleidelijk afneemt zodat distale acinaire generaties vertonen meer radiaal-achtige stroomlijnen die doen denken aan eenvoudige inflaties en deflations van een ballon zijn. Met de vooruitgang in de moderne beeldvormende modaliteiten, long- beeldgegevens 16, 17 van knaagdieren, met inbegrip van ratten en muizen, hebben aanleiding gegeven tot een aantal van de eerste CFD Simulaties van anatomisch gereconstrueerd acinaire stromen in gereconstrueerde alveoli. Ondanks deze veelbelovende vooruitgang, zijn deze recente studies nog steeds beperkt tot het aanpakken van de luchtstroom verschijnselen in terminal longblaasjes slechts 18, 19 of een paar alveoli rond één kanaal 20. Hierdoor blijven state-of-the-art onderzoeken ademstroom verschijnselen in de acinus gedomineerd door studies betreffende de aspecifieke anatomisch geïnspireerd geometrie van de acinaire milieu 2. Op de experimentele zijde zijn verschillende opstellingen die een luchtweg met één of meerdere alveoli ontwikkeld in de jaren 21-24. Toch bestaat er geen experimentele modellen van bifurcating cell luchtwegen die in staat is na te bootsen fysiologische ademhaling door uitbreiding en contracting van projecten in een adem-achtige mode zijn. Gezien het gebrek aan aantrekkelijke experimentele platforms bij de hand, de studie van acinar transport verschijnselen blijft beperkt met betrekking tot validaTing computational studies en kritisch, blijft er een gebrek aan experimentele gegevens beschikbaar. . In de afgelopen jaren, Ma et al (2009) hebben een opgeschaalde stijve wand model van een acinus uit drie generaties acinaire geconstrueerd; echter, het gebrek aan wandbeweging in dit model beperkt zijn vermogen om realistische alveolaire stromingspatronen onder ademhalingsomstandigheden vangen. Andere opgeschaalde experimenten, inclusief een bewegende muur model gebaseerd op anatomische gegevens van cast replica werden onlangs geïntroduceerde 25; Aangezien het model alleen gevangen de laatste twee acinaire generaties (bijv., terminal zakken), zij geen complexe recirculerende stromen die meer proximaal acinaire generaties karakteriseren vangen. Deze laatste voorbeelden van opgeschaalde experimenten verder onderstrepen de voortdurende beperkingen met dergelijke benaderingen. Specifiek is er geen bestaande experiment tot nu toe gebleken dat de hypothese overgang van recirculerende stromen naar radial meede acinus en daardoor numerieke voorspellingen van stroming topologieën hypothese bevestigt dat er in real pulmonale acinaire bomen 7, 15. Misschien het meest kritisch worden opgeschaald experimenten uiterst beperkte het onderzoeken geïnhaleerde deeltjes transport en depositie dynamiek 26 vanwege problemen in bijpassende alle relevante niet dimensionale parameters (bijv., deeltje diffusie, een kritische transportmechanisme voor sub-micron deeltjes volledig verwaarloosd). Met de lopende experimentele uitdagingen, nieuwe experimentele platforms dat onderzoeken van respiratoire luchtstromen en particle dynamics toestaan ​​in complexe bewegende muren acinar netwerken worden gezocht. Hier, een anatomisch-geïnspireerde in vitro acinar model wordt geïntroduceerd. Deze microfluïdische platform bootst pulmonale acinar stroomt direct aan de vertegenwoordiger acinaire schaal, en vergroot het groeiende aanbod van pulmonale microfluïdische modellen 27, met inbegrip van bronchiale vloeibare plug-flows 28-30 en de alveolaire-capillaire barrière 31. Namelijk, het huidige ontwerp is voorzien van een vereenvoudigde vijf generatie cell luchtwegen boom met cyclisch uitbreiden en contracteren van muren, waar de cyclische bewegingen worden bereikt door het regelen van de druk in een water kamer die de dunne PDMS zijwanden omgeeft en waar de top muur wordt vervormd door een extra water kamer zitten direct boven de acinar structuur. In tegenstelling tot gewone multilayer microfluïdische apparaten, wordt deze kamer gewoon gevormd door het inbedden van de sectie loop van een spuit in de PDMS apparaat, en heeft de voorbereiding van een extra PDMS mal nodig. De geminiaturiseerde hier gepresenteerde benadering biedt een eenvoudige en veelzijdige voor het reproduceren gecompliceerde acinaire structuren met bewegende wanden tegenover opgeschaalde modellen tijdens het vastleggen van de onderliggende eigenschappen van de acinaire stroom milieu. Dit platform kan worden gebruikt voor flow visualisatie met behulp van vloeistof zwevende deeltjes in de luchtwegen (zie Representatieve resultaten hieronder). In de nabije toekomst zal het model worden gebruikt met de lucht zwevende deeltjes te bestuderen ingeademd acinar particle dynamics.

<table><tbody><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS) en uithardingsmiddel</td><td>Dow Corning</td><td>(240)4019862</td><td>Sylgard&reg; 184 Silicone Elastomer Kit</td></tr><tr><td>Plastipak 2 ml spuit</td><td>BD</td><td>300185</td><td></td></tr><tr><td>Norm-Ject Luer slip 1 ml spuit</td><td>Henke Sass Wolf </td><td>4010-200V0</td><td></td></tr><tr><td>1 mm Biopsie punch</td><td>Kai Medical</td><td>BP-10F</td><td></td></tr><tr><td>Laboratorium Corona Treater</td><td>Electro-Technic Products</td><td>BD-20AC</td><td></td></tr><tr><td>PHD Ultra Spuitpomp</td><td>Harvard apparatus</td><td>703006</td><td></td></tr><tr><td>Gekleurde rode rqueous fluorescerende deeltjes</td><td>Thermo-Scientific</td><td></td><td>Uncatalloged 0.86 &micro;m kralen werden gebruikt</td></tr><tr><td>Glycerine AR</td><td>Gadot</td><td>830131320</td><td></td></tr><tr><td>FlowMaster MITAS micro-particle image velocimetry (&micro;PIV) systeem </td><td>LaVision</td><td>1108630</td><td></td></tr></tbody></table>

een microfluïdische model van biomimetically breathing pulmonary acinaire airways

A Microfluidic Model of Biomimetically Breathing Pulmonary Acinar Airways

Het kwantificeren van de luchtwegen vloei-eigenschappen in de pulmonaire acinaire diepten en hoe beïnvloeden ze geïnhaleerd aerosol vervoer is van cruciaal belang in de richting van het optimaliseren van drug inademing technieken als het voorspellen van depositie patronen van potentieel giftige deeltjes in de lucht in de longblaasjes. Hier worden soft-lithografie technieken die gebruikt worden om complexe acinar-achtige luchtwegen structuren fabriceren in het waarheidsgetrouw anatomische lengte-schalen die fysiologische acinar stromingsfenomenen reproduceren in een optisch toegankelijk systeem. De microfluïdische apparaat beschikt over 5 generaties bifurcating cell kanalen met periodiek uit te breiden en contracting muren. Wand activering wordt bereikt door het veranderen van de druk in-water gevulde kamers rond de dunne PDMS acinaire kanaalwanden zowel de zijkanten en de bovenkant van de inrichting. In tegenstelling tot gewone multilayer microfluïdische inrichtingen waar het stapelen van verschillende PDMS mallen vereist, is een eenvoudige werkwijze gepresenteerd boven fabricerenkamer door het inbedden van de sectie loop van een injectiespuit in de PDMS mal. Deze roman microfluïdische setup levert fysiologische ademhaling bewegingen die op hun beurt leiden tot karakteristieke acinar luchtstromen te geven. In de huidige studie, micro particle image velocimetry (μPIV) met vloeistof zwevende deeltjes werd gebruikt om dergelijke lucht te kwantificeren stromen op basis van hydrodynamische gelijkenis matching. De goede overeenstemming tussen μPIV Resultaten en verwachte acinaire transportprocessen suggereren dat de microfluïdische platform in de nabije toekomst kan dienen als een aantrekkelijk vitro hulpmiddel om direct lucht representatieve deeltjes transport en afzetting in de acinaire gebieden van de longen te onderzoeken.

Computer-aided design (CAD) en microscoop beelden van de in vitro acinar platform worden gepresenteerd in Fig. 1. De biomimetic acinaire model heeft vijf generaties van vertakking rechthoekige kanalen omzoomd met alveolaire-achtige cilindrische holtes (afb. 1). Hier wordt het model van generatie generaties genummerd 1 (de meest proximale generatie) generatie 5 (de meest distale generatie). Alleen de kanaalinlaat leidt op generatie 1 is open naar de buitenomgeving via een openin...

Zachte litografie werd gebruikt om een representatief model op ware grootte te produceren van longblaasjes luchtwegen die periodiek uitzetten en samentrekken, waardoor de fysiologische ademhalingsbeweging wordt nagebootst. Dit platform reproduceert respiratoire acinarische stromingen op een chip en zal naar verwachting experimenteel onderzoek vergemakkelijken naar de dynamica en afzetting van geïnhaleerde aerosolen in de longblaasjes.

Een microfluïdische Model van Biomimetically Breathing Pulmonary Acinaire Airways

Quantifying respiratory flow characteristics in the pulmonary acinar depths and how they influence inhaled aerosol transport is critical towards ...

Het algemene doel van dit modelsysteem is om de geometrie en de ademhalingsbeweging van de pulmonale acinus na te bootsen voor het bestuderen van luchtstroompatronen in de acinus en de trajecten van door de lucht verspreide micropartikels. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen op het gebied van acinaire transportfenomenen, zoals de effecten van zwaartekracht, geneesmiddelen en diffusie op de depositie van partikels.Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat experimenten worden uitgevoerd in een model op ware grootte in plaats van in een opgeschaald model. Dit maakt een nauwkeurige observatie van de Brownse beweging van deeltjes mogelijk. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot inhalatietherapie, omdat een beter begrip van de depositie van vernevelde geneesmiddelen kan worden bereikt.Begin met het gebruik van deep reactive ion etching van een silicon-on-insulator wafer om een master-siliciumwafer te vervaardigen, zoals eerder beschreven. Meng vervolgens de PDMS en het uithardingsmiddel in een gewichtsverhouding van tien-op-één in een schone, kleine container. Ontgas het mengsel in een vacuümdesiccator totdat alle luchtbellen zijn verwijderd.Plaats de master wafer in een petrischaal en giet het ontgaste PDMS-mengsel tot een hoogte van ongeveer één millimeter boven de master wafer. Ontgas het gegoten PDMS nogmaals gedurende ten minste 40 minuten, totdat alle luchtbellen boven de wafer zijn verwijderd en bellen onder de wafer tot een minimum zijn beperkt. Zorg ervoor dat de wafer zo dicht mogelijk bij de bodem van de schaal ligt.Druk de wafer indien nodig voorzichtig naar de bodem met twee roerstaafjes en ontgas nogmaals. Bak vervolgens de PDMS gedurende 20 minuten bij 65 °C in een natuurlijke convectieoven. Terwijl de PDMS bakt, wordt het cilindrische gedeelte van een plastic spuit van 2 mL geschuurd met fijnkorrelig schuurpapier om de hechting aan de PDMS te verbeteren.Gebruik daarnaast het schuurpapier om de basis van de spuitcilinder vlak te maken door het schuurpapier op een vlak oppervlak te leggen en de basis van de spuitcilinder daaroverheen te schuiven. Verwijder eventuele resten van de spuit met perslucht. Plaats vervolgens het cilindergedeelte van de spuit op de eerste PDMS-laag, waarbij de grote opening naar het oppervlak van het PDMS is gericht.Giet een tweede laag PDMS bovenop de eerste, tot een hoogte van ongeveer vijf millimeter, waarbij u ervoor zorgt dat de PDMS niet in de loop van de spuit loopt. Ontgas de PDMS vervolgens nogmaals. Bak de gehele opstelling gedurende ten minste twee uur bij 65 °C in een natuurlijke convectieoven om de PDMS te uitharden.Snijd met een scalpel door de PDMS-mal rond het gepatroneerde gebied van de masterwafer. Tijdens het snijden moet de scalpel de oppervlakte van de wafer licht raken. Steek vervolgens voorzichtig een dun instrument, zoals waferpincetten, in de inkeping die door de scalpel is gemaakt en pel de PDMS-gieting van de masterwafer af.Plaats de mal op een zacht oppervlak bedekt met aluminiumfolie, zodanig dat de gestructureerde zijde naar boven is gericht, en pons met een biopsietpons van 1 mm een gat in de PDMS bij de inlaat van de kamer en de inlaat van het kanaal. Voeg vervolgens wat PDMS met uithardingsmiddel toe aan een schoon glasplaatje en spin-coat een dunne laag bij 3.000 RPM gedurende 30 seconden. Bak het plaatje vervolgens gedurende ten minste één uur bij 65 °C.Reinig het objectglas en de PDMS-gietvorm met plakband. Behandel de oppervlakken van het gecoate objectglas en de gevormde PDMS met zuurstofplasma met behulp van een coronabehandelaar. Let op dat elk oppervlak gedurende ten minste één minuut moet worden behandeld.Druk vervolgens de oppervlakken voorzichtig op elkaar en bak ze een nacht lang bij 65 degrees Celsius. Meng in een glazen flesje in water gesuspendeerde fluorescerende polystyreenpartikels met water en glycerol om een volumeverhouding van 64:36 glycerol ten opzichte van water te verkrijgen, met een gewichtspercentage van 0,25% partikels. Plaats daarna een druppel van de glyceroloplossing op de inlaat van het kanaal en een druppel DI water op de inlaat van de kamer.Plaats de opstelling vervolgens in een exsiccator en trek gedurende ongeveer vijf minuten een vacuüm. Wacht, voordat het vacuüm wordt opgeheven, tot de bellen die ontstaan in de druppels glyceroloplossing en DI-water zijn geknapt. Bij het opheffen van het vacuüm worden de vloeistoffen in de holtes van het apparaat getrokken.Als er restlucht in de kanalen achterblijft, dient deze te worden verwijderd door met een spuit externe druk op de vloeistoffen uit te oefenen, zodat de lucht in het PDMS kan diffunderen. Injecteer vervolgens ongeveer twee millimeter gedeïoniseerd water in de bovenste kamer tot deze volledig met water is gevuld. Dek de kamer daarna af met de stompne punt van een 19 gauge spuit.Knip de punt van een andere stompe 19 gauge injectienaald af en plaats deze punt in de inlaat van de zijkamer. Verbind beide naaldpunten met een spuit van 1 mL met behulp van dunne Teflon-slangen en een T-stuk. Zorg ervoor dat de spuit van 1 mL, de Teflon-slangen, het T-stuk en de bovenkamer volledig met water zijn gevuld, zonder luchtbellen.Sluit vervolgens de spuit van 1 ml aan op een spuitenpomp en programmeer deze om een rustige ademhalingscyclus na te bootsen, zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Om beelden van de symmetrie van microdeeltjes te verkrijgen, plaatst u het apparaat op de tafel van een omgekeerde microscoop. Zet daarna de dubbelgepulste Nd:YAG-laser aan en start de software voor beeldanalyse op de computer.Terwijl het apparaat wordt geactiveerd, wordt een reeks van negen tot twaalf fase-vergrendelde double-frame beelden van de met deeltjes gezaaide stroming verkregen, met gebruik van een micro-particle image velocimetry-systeem volgens de specificaties van de fabrikant. Om fase-vergrendelde double-frame beelden te verkrijgen, wordt een double-frame reeks opgenomen bij 10 hertz. Vervolgens worden de gegevens zodanig gereorganiseerd dat alle frameparen die gescheiden zijn door een volledige cyclustijd een nieuwe tijdreeks vormen.Gebruik het sum-of-correlation-algoritme om een fasevergrendelde snelheidsvectormap te berekenen, zodat het resulterende stromingsveld uit de beeldserie wordt verkregen. Herhaal dit proces meerdere keren met variërende vertragingstijden tussen het eerste en tweede frame van elk framepaar om verschillende stromingsgebieden binnen de alveolaire holte op te lossen. Gebruik vervolgens een data-analyseprogramma om de individuele stroomkaarten samen te voegen tot een complete en gedetailleerde kaart van stroompatronen door overlappende datapunten te middelen.Een cruciaal kenmerk van het hier gepresenteerde microfluïdische acinaire platform is het vermogen om fysiologisch realistische ademhalingsbewegingen te reproduceren, die leiden tot fysiologische stroomprofielen en snelheden binnen de acinaire gangen en binnen de alveoli. Stroomsnelheidsprofielen over de breedte van de kanalen vertonen een gestage daling van de stroomsnelheden naarmate men dieper in de acinaire generaties komt. Stroomprofielen nabij en binnen de alveolaire holtes laten zien dat de stroomhoeveelheden steil afnemen langs de opening van de alveoli.Dit resulteert in stroomsnelheden die in de alveoli twee tot drie grootteordes lager liggen dan in de ducten. Daarnaast veranderen de stroompatronen aanzienlijk naarmate de acinaire generatie toeneemt. Waar generatie één een recirculatiezone vertoont die ruwweg samenvalt met het centrum van de alveoli, wordt generatie drie gekenmerkt door een recirculatiezone die verschoven is naar de proximale zijde van de alveoli met een opener stroomlijnpatroon.Ten slotte worden in de vijfde generatie van het apparaat radiale stroomlijnen zonder recirculatiezone waargenomen. Eenmaal onder de knie, kan deze techniek in een paar uur worden voltooid mits deze correct wordt uitgevoerd. Na deze procedure, die stroomvisualisatie in acinaire geometrieën mogelijk maakt, kan het platform worden gebruikt om individuele luchtdeeltjes te volgen om de dynamiek en de positie van geïnhaleerde deeltjes te onderzoeken.

a-microfluidic-model-biomimetically-breathing-pulmonary-acinar

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Decellularisatie van hele organen produceert natuurlijke biologische scaffolds die kunnen worden gebruikt voor regeneratieve geneeskunde. Er wordt een beschrijving gepresenteerd van een niet-menselijke primaatmodel van longregeneratie waarbij hele longen worden gedecellulariseerd en vervolgens worden gezaaid met volwassen stamcellen en endotheelcellen in een bioreactor die vasculaire circulatie en vloeibare media-ventilatie vergemakkelijkt.

Niet-menselijke primaat longdecellurisatie en recellerisatie met behulp van een gespecialiseerde bioreactor voor grote organen

De mucuspluggen van cystische fibrose (CF) patiënten zijn een ideale omgeving om microbiële pathogenen te bloeien. Het manuscript beschrijft een nieuwe methode om de CF-longmikrobiome te bestuderen in een omgeving die naboots waar ze ziekte veroorzaken en hoe veranderingen van chemische omstandigheden microbiële dynamiek kunnen veroorzaken.

De WinCF Model - Een goedkope en handelbaar microkosmos van een Slijm Plugged bronchiolus de Microbiologie van longinfecties Studie

In dit onderzoek tonen we een label-vrije neutrofiele scheiding methode van klinische airway afscheidingen met kringloopsysteem bewerking van spiraal inertial microfluidics. De voorgestelde methode zou het uitbreiden van de klinische in vitro tests voor verschillende aandoeningen van de luchtwegen.

Label-vrije neutrofiele verrijking van patiënt-afgeleide Airway secretie met behulp van Closed-loop Inertial Microfluidics

Beschreven is de celkweek en blootstellingsmethode van een in vitro bronchiaal model voor realistische, herhaalde inhalatieblootstelling aan deeltjes voor toxiciteitstests.

Een lucht-vloeistof interface bronchiale epitheel model voor realistische, herhaalde inhalatie blootstelling aan deeltjes in de lucht voor toxiciteit testen

We presenteren een high-throughput, in vitro methode voor het kwantificeren van regionale longdepositie op kwabniveau met behulp van CT-scan-afgeleide, 3D-geprinte longmodellen met afstembare luchtstroomprofielen.

Evaluatie van regionale longdepositie met patiëntspecifieke 3D-geprinte longmodellen

Het protocol beschrijft een beeldvormingsgerichte bioreactor die de selectieve verwijdering van het endogene epitheel uit de rattenluchtpijp en homogene verdeling van exogene cellen op het lumenoppervlak mogelijk maakt, gevolgd door langdurige in vitro kweek van het celweefselconstruct.

Imaging-guided bioreactor voor het genereren van bio-technisch luchtwegweefsel

Long-op-chip-modellen overtreffen traditionele 2D-culturen door de lucht-vloeistofinterface en endotheelcelperfusie na te bootsen, waardoor de bloedstroom en de uitwisseling van voedingsstoffen worden gesimuleerd die cruciaal zijn voor longfysiologiestudies. Dit verhoogt de relevantie van longonderzoek en biedt een dynamische, fysiologisch nauwkeurige omgeving om het begrip en de behandeling van luchtweginfecties te bevorderen.

Immunocompetent alveolus-op-chip-model voor het bestuderen van alveolaire mucosale immuunresponsen

Hier presenteren we een protocol voor het bouwen van een organ-on-chip (OOC) -systeem dat is ontworpen om pneumonectomie na te bootsen. Dit systeem onderzoekt de mogelijke correlatie tussen glycocalyxstoornissen en complicaties na pneumonectomie.

Modellering van de endotheliale glycocalyx na pneumonectomie in een 3D-fluïdische chip - een benadering voor het fabriceren van een vasculair orgaan-op-chip-systeem

Dit protocol beschrijft de generatie van organoïden uit A549 alveolaire epitheelcellen en MRC-5 longfibroblasten op een extracellulaire matrix hydrogel-steiger, gevolgd door inbedding in 3D-collageengels en blootstelling aan mechanische belasting met behulp van een cel-rekbioreactor om de alveolaire mechanobiologie te onderzoeken.

Generatie van 3D-collageen-ingebedde A549/MRC-5 alveolaire organoïden met behulp van een mechanische cel-rekbioreactor

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

Leer een microfluïdische model van biomimetisch ademende pulmonale acinaire luchtwegen voor het bestuderen van aerosoldynamica en deeltjesdepositie. Deze techniek verbetert het begrip van geïnhaleerde geneesmiddelen.

Een microfluïdische Model van Biomimetically Breathing Pulmonary Acinaire Airways

Meer video's verkennen