Zuinige beeldvormingstechniek van capillaire stroom door driedimensionale polymere drukpoeders
4 oktober 2022
De voorgestelde techniek zal een nieuwe, efficiënte, zuinige en niet-invasieve benadering bieden voor het in beeld brengen van de vloeistofstroom door een verpakt poederbed, wat een hoge ruimtelijke en temporele resolutie oplevert.
De voorgestelde techniek is een nieuwe, efficiënte, zuinige en niet-invasieve benadering van het in beeld brengen van vloeiende stroom door een verpakt poederbed met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie. Deze techniek is voordelig omdat de stroomcellen kosteneffectief, herbruikbaar, klein en gemakkelijk te hanteren zijn, wat het dominante aspect van zuinige wetenschap illustreert. Het tikken op de poeders en het bevestigen van poederverdichting is de sleutel tot het produceren van een reproduceerbaar diagnostisch hulpmiddel.
Om te beginnen met het voorbereiden van de microfluïdische stroomcel door de uitlaat te bedekken met perafoam om het ene uiteinde van het kanaal af te dichten, zodat de lege stroomcel kan worden verpakt met polymeerpoeder. Plak de metrische papierliniaal direct onder het stroomkanaal. Zwaai met de microfluïdische stroomcel met de perafoam en de liniaal bevestigd.
De massa van de stroomcel is de uitgepakte stroomcelmassa. Gebruik een plastic pipet om het poeder over te brengen. Terwijl u het poeder in het kanaal brengt, tikt u minstens vijf keer op de stroomcel om het poeder te verdichten.
Ga door met verpakken totdat het poeder het begin van de opening van het stroomkanaal bereikt. Verwijder het poeder dat aanwezig is op het buitenoppervlak van de stroomcel met een doekje gedrenkt in alcohol. Zodra de poeders zijn verpakt, inspecteert u de flowcel visueel op los verpakt poeder.
Als het poeder in de stroomcel losjes verpakt lijkt, tikt u nog vijf keer op de stroomcel. Als de poederverpakking consistent en compact lijkt, weeg dan de stroomcel om de massa van het polymere poeder te meten. Om te voorkomen dat de cameradetector te veel licht overspoelt, bedekt u de lichttafel met een ondoorzichtig materiaal zoals een 3D-geprinte hoes in een zwart polymelkzuurfilament.
Zorg ervoor dat het materiaal een opening heeft ter grootte van het microkanaal om licht het poeder te laten verlichten. Om ervoor te zorgen dat de camera op het mobiele apparaat het contrast tussen het natte en droge poeder kan vastleggen, gebruikt u de lichttafel met een lage tot gemiddelde lichtintensiteit. Lijn de camera uit op het mobiele apparaat direct boven de lichttafel.
Controleer of de camera loodrecht op de bovenkant van de lichttafel staat. Nadat u de camera op het mobiele apparaat hebt scherpgesteld, selecteert u de opnameknop. Voeg 125 microliter vloeistof toe aan de open inlaat van het microkanaal met behulp van een pipet.
Noteer de stroom gedurende twee minuten of totdat al het poeder zichtbaar is bevochtigd. Breng het videobestand over van het mobiele apparaat naar de computer voor eenvoudige toegang. Zodra de software is geïnstalleerd, opent u de tracker-software.
Selecteer in het bestandsmenu het bestand openen om het overgedragen videobestand op het bureaublad van de computer te laden. Als u het beginframe en de stapgrootte wilt definiëren, klikt u op het pictogram met clipinstellingen. Klik vervolgens op de kalibratietool gevolgd door een nieuwe en selecteer de kalibratiestick.
Om in te zoomen op de liniaal in de video, klikt u met de rechtermuisknop op het gebied om te vergroten en inzoomen te selecteren in de lijst. Eenmaal op de juiste manier vergroot, definieert u het begin en einde van een millimeter op de liniaal die op het microkanaal is geplakt en typt u 1 mm om de afstand te definiëren. Klik op de tool voor coördinaattoegang.
Stel de oorsprong voor de x- en y-as in met behulp van het beginframe terwijl u de stap uitvoert. Om een aanwijsmassa te maken, klikt u op maken. Selecteer vervolgens de muisaanwijzer.
Gebruik shift plus control om de grootte van de rechthoek te wijzigen. Het beginpunt is waar de inlaat en het kanaal verbinding maken. Klik een paar keer op zoeken om te controleren of de software het juiste gebied analyseert.
Als de software goed functioneert, klikt u op zoeken en wacht u tot de software klaar is met het analyseren van de video. De open rode cirkels op het plot vertegenwoordigen de exacte tijd en afstand van de verzamelde informatie. In het interval van één tot twee seconden is de afstand die de vloeistof aflegt verdubbeld.
Tijdens het interval van twee tot vijf seconden verdubbelde ook de afstand die de vloeistof heeft afgelegd. Van vijf tot 10 seconden beweegt de vloeistof nog steeds snel. Na 15 seconden vertraagt de stroomsnelheid echter tot een snelheid van ongeveer twee millimeter per vijf seconden.
Het belangrijkste om te onthouden bij het bijwonen van deze procedure is om uw poeders te verdichten. De procedure kan worden uitgevoerd voor keramische en metaalpoeders en heeft een hoog potentieel voor geologische veldstudies om de stroom in verpakkingspatroonsystemen te volgen. Deze techniek maakte de weg vrij voor onderzoekers om chemisch gemodificeerde oppervlakken te verkennen, evenals vloeistoffen geladen met nanodeeltjes om deeltjesaanhechting te observeren.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
De voorgestelde techniek is een nieuwe, efficiënte, spaarzame en niet-invasieve benadering voor het beeldvormen van vloeistofstroming door een verpakt poederbed. Deze methode levert een hoge ruimtelijke en temporele resolutie op, waardoor het voordelig is voor verschillende toepassingen.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Vloeistofdynamica
- Microfluidica
- Beeldvormingstechnieken
Achtergrond
- De techniek richt zich op het beeldvormen van vloeistofstroming in verpakte poederbedden.
- Het benadrukt de kosteneffectiviteit en herbruikbaarheid van stroomcellen.
- Spaarzame wetenschapprincipes worden benadrukt in het ontwerp van de methode.
- Belangrijke stappen omvatten poedercompaction voor reproduceerbaarheid.
Doel van het onderzoek
- Om een niet-invasieve beeldvormingstechniek voor vloeistofstroming te ontwikkelen.
- Om de ruimtelijke en temporele resolutie in beeldvorming te verbeteren.
- Om een kosteneffectieve oplossing voor onderzoekers te bieden.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van microfluïdische stroomcel.
- Afdichting van de uitlaat met perafoam.
- Verpakking van de stroomcel met polymeerpoeder.
- Gebruik van een metrische papieren liniaal voor meting tijdens beeldvorming.
Belangrijkste resultaten
- De techniek toont een hoge ruimtelijke resolutie.
- De temporele resolutie is aanzienlijk verbeterd.
- Stroomcellen zijn herbruikbaar en gemakkelijk te hanteren.
- Reproduceerbaarheid van resultaten is bevestigd door correcte poedercompaction.
Conclusies
- De voorgestelde beeldvormingstechniek is effectief en efficiënt.
- Het sluit aan bij de principes van spaarzame wetenschap.
- Deze methode kan voordelig zijn voor verschillende onderzoekstoepassingen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Rapid, cost-effective imaging of capillary flow in 3D-printed polymeric powders addresses a critical need for high-throughput material screening in early-stage pharmaceutical and biotechnological R&D. This frugal technique enables precise, quantitative assessment of fluid transport properties in novel powder systems, supporting material selection and formulation optimization. Its accessibility and reproducibility facilitate broader adoption across discovery and preclinical workflows, enhancing portfolio decision-making.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative interrogation of fluid transport in candidate polymeric materials.
- Supports functional validation of powder compaction and flow properties relevant to drug delivery systems.
- Facilitates rapid screening and triage of new material formulations for downstream development.
Screening & Assay Development
- Provides a reproducible, standardized platform for evaluating fluid-powder interactions.
- Delivers high spatial and temporal resolution for quantitative assay outputs.
- Reduces assay costs and increases throughput by leveraging mobile device imaging.
- Enables reliable comparison of multiple powder-fluid combinations for formulation development.
Translational & Preclinical Research
- Supports continuity from material discovery to preclinical evaluation by characterizing transport properties under relevant conditions.
- Allows for assessment of nanoparticle and colloidal transport in disease-relevant model systems when applicable.
- Provides mechanistic insight into material-fluid interactions that inform risk-adjusted advancement decisions.
Pipeline & Workflow Integration
This imaging protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling rapid, quantitative assessment of material transport properties, supporting both early screening and translational research needs.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on material-fluid compatibility and transport mechanisms.
- Screening: Standardizes assay conditions for reproducible, quantitative comparison of powder formulations.
- Analytics: Generates time-resolved, spatially calibrated flow data for robust statistical analysis.
- Translational Research: Bridges material characterization with preclinical model requirements for fluid transport.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, low-cost platform adaptable to diverse material and fluid systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material selection and de-risks formulation development.
- Operational Value: Enhances reproducibility, standardization, and scalability of material screening workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling rapid, low-cost evaluation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of novel materials for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidics, powder handling, and quantitative image analysis.
- Needs basic laboratory infrastructure and access to mobile device imaging and analysis software.
- Demands strict standardization of powder compaction and flow cell preparation for reproducibility.
- Adaptable to various powder types, including polymeric, ceramic, and metallic systems.
- Limited to systems where optical contrast between wet and dry powder is sufficient for imaging.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:38
Preparing the Microfluidic Flow Cell
1:08
Packing the Powder into the Channel
1:55
Preparing the Solvent and the White Light Table
2:39
Starting the Experiment and Analyzing the Data
4:42
Results: Quantitative Representation of the Average Distance of Propagation (Δl) Versus Time (t)
5:21
Conclusion
