Demonstracje sprzętu o zmniejszonej grawitacji prototypu zminiaturyzowanego cytometru przepływowego i towarzyszącej technologii mieszania mikroprzepływowego

Summary

Diagnostyka krwi w lotach kosmicznych wymaga innowacji. Opublikowano niewiele demonstracji ilustrujących technologię diagnostyki zdrowotnej w warunkach zmniejszonej grawitacji podczas lotu. W tym miejscu przedstawiamy metodę budowy i działania parabolicznego stanowiska do prób w locie dla prototypu cytometrii przepływowej w miejscu opieki nad pacjentem, z komponentami i strategiami przygotowania, które można dostosować do innych konfiguracji.

Abstract

Do niedawna próbki krwi astronautów były pobierane podczas lotu, transportowane na Ziemię na pokładzie promu kosmicznego i analizowane w naziemnych laboratoriach. Jeśli ludzie mają podróżować poza niską orbitę okołoziemską, konieczne jest przejście na testy w miejscu opieki nad pacjentem (POC) gotowe do pracy w przestrzeni kosmicznej. Takie testy muszą być kompleksowe, łatwe do przeprowadzenia w środowisku o zmniejszonej grawitacji i niewrażliwe na stres związany ze startem i lotem kosmicznym. Niezliczone urządzenia POC zostały opracowane tak, aby naśladować ich odpowiedniki w skali laboratoryjnej, ale większość z nich ma wąskie zastosowania, a niewiele z nich ma wyraźne zastosowanie w środowisku o zmniejszonej grawitacji podczas lotu. W rzeczywistości demonstracje diagnostyki biomedycznej w warunkach zmniejszonej grawitacji są całkowicie ograniczone, co utrudnia wybór komponentów i pewne wyzwania logistyczne podczas prób testowania nowej technologii. Aby pomóc wypełnić tę pustkę, prezentujemy modułową metodę budowy i działania prototypowego urządzenia do diagnostyki krwi i związanego z nim parabolicznego stanowiska do testowania w locie, które spełniają normy testowania w locie na pokładzie samolotu o zmniejszonej grawitacji w locie parabolicznym. Metoda skupia się przede wszystkim na montażu platformy do testowania cytometru przepływowego i towarzyszącego mu mikroprzepływowego układu mieszającego w locie, przy zmniejszonej grawitacji. Komponenty można dostosować do innych konstrukcji, a niektóre niestandardowe komponenty, takie jak ładowarka próbek do mikroobjętości i mikromikser, mogą być szczególnie interesujące. Metoda ta następnie skupia się na przygotowaniu do lotu, oferując wytyczne i sugestie dotyczące przygotowania się do udanego testu w locie w odniesieniu do szkolenia użytkowników, opracowania standardowej procedury operacyjnej (SOP) i innych kwestii. Na koniec opisano procedury eksperymentalne w locie specyficzne dla naszych demonstracji.

Introduction

Nieadekwatność obecnej diagnostyki zdrowotnej gotowej do pracy w kosmosie stanowi czynnik ograniczający głębszą załogową eksplorację kosmosu. Diagnostyka musi być kompleksowa, łatwa w użyciu przy zmniejszonej grawitacji i stosunkowo odporna na obciążenia związane ze startem i lotem kosmicznym (np. duże przeciążenia, wibracje, promieniowanie, zmiany temperatury i zmiany ciśnienia w kabinie). Postęp w testach przyłóżkowych (POCT) może przełożyć się na skuteczne rozwiązania w zakresie lotów kosmicznych dzięki zastosowaniu między innymi mniejszych próbek pacjentów (np. nakłucia palca), prostszych i mniejszych fluidyków (tj. mikrofluidyki) oraz z....

Protocol

Próbki krwi ludzkiej użyte w tym protokole zostały pobrane za zgodą IRB przy użyciu protokołów minimalnie inwazyjnych (zobacz Podziękowania).

1. Montaż platformy

1. Montaż prototypowych komponentów (fluidyka, układ optyczny, elektronika sterująca/akwizycyjna danych) w celu uzyskania prostego systemu cytometrii przepływowej do stosowania w warunkach zmniejszonej grawitacji
   1. Przygotowanie układu ciśnieniowego o minimalnej masie i potrzebie mocy do sterowania płynnością układu
      1. Podłącz zminiaturyzowaną pompę powietrza do czujnika różnicy ciśnień.
      2. Aby utrzymać stałe ciśnienie napędowe, należy sterowa....

Results

Reprezentatywne wyniki dla demonstracji mikromiksera pojawiają się na rysunku 7, oglądane przez kamerę CCD zamontowaną na stereoskopie. Mieszanie można ocenić wizualnie w dowolnym punkcie wzdłuż spirali, a także w kanale wyjściowym w przypadku eksperymentów obejmujących dwa zestawy płynów: krew/sól fizjologiczną i niebiesko-żółty barwnik. Analiza ilościowa obrazów dwuwymiarowych może obejmować określenie jednorodności odcienia na całej szerokości kanału w różnych regionach, jak pokazano w innych publikac.......

Discussion

Opisana tutaj metoda umożliwiła skuteczną demonstrację głównych elementów technologii (ładowanie próbek, mieszanie mikroprzepływowe i detekcja optyczna) podczas lotów parabolicznych FAST w 2010 r., uzyskując wyniki porównywalne do testów naziemnych. Opisane tutaj metody szkolenia i SOP były szczególnie skuteczne i pomogły naświetlić narzędzia i inne "kule", na których polegano podczas pokazów praktycznych, które nie byłyby dostępne na pokładzie lotu parabolicznego.

Obszary wymagające poprawy o.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Mikro pompa powietrza	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Maksymalne ciśnienie = 6,76 psi; 1,301" x 0,394" x 0,650", 0,28 uncji (8 g); dostępne bezpośrednio w Smart Products
Czujnik różnicy ciśnień	Honeywell International, Inc.	ASDX015D44R	Zakres  z  0-15 psi; 0,974" x 0,550" x 0,440", 0,09 uncji (2,565 g); dostawcy to Digi-Key i Mouser Electronics
Sztywna plastikowa fiolka (mały rozmiar)	Loritz & Współpracownicy, Inc.	55-05	Polistyren; średnica wewnętrzna 0,81" (20,6 mm), IH 2,06" (52,4 mm); dostępne bezpośrednio od LA Container Inc.; podobny produkt dostępny w Dynalab Corp.
Rękawice do badań lateksowych	Dynarex Corporation	2337	Środkowy palec używany do membrany lateksowej w fiolce ze źródłem płynu.  Inne marki (np. , Aurelia ®   Prężny ™) Zadowalające.
Klej optyczny	Norland Products	NOA 88	Klej o niskiej temperaturze odgazowania; dostępny bezpośrednio w Norland; Dostępne również w Edmund Optics Inc.
Zawory elektromagnetyczne 3-drogowe	Firma LEE LHDA0531115H		zawory gazowe, ale mogą działać z cieczą; 1,29" L, 0,28" D. Produkt wycofany.  Podobne produkty dostępne w The LEE Company.
Przepływomierz objętościowy	wody OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Zdecydowanie preferowany bezkontaktowy miernik natężenia przepływu.  Zalecamy czujnik przepływu cieczy SENSIRION LG16 OEM do natężeń przepływu od nl/min do 5 ml/min.
PCD-mini detektor fotonów	Sensl	PCDMini-00100	Do wykrywania fluorescencji; dostępny bezpośrednio w Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	Detekcja siły 3-wymiarowej.  Dostarczone do DMI przez NASA.  Podobny produkt dostępny w Vernier Software & Technologia, LLC.
Mikroskop stereoskopowy	AmScope	SE305R-AZ-E
CCD	Thorlabs	DCU223C	rozdzielczości 1 024 x 768, kolor, USB 2.0; dostępny bezpośrednio z Thorlabs
USB i spustowy (wejście/wyjście) do kamery CCD	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Dostępny bezpośrednio z Thorlabs
Rurki Microbore	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon®; ID 0,02", OD 0,06", 500 stóp, 0,02" ściana. Dostawcy: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Puste stalowe kołki	New England Small Tube	(niestandardowe)	0,025 "OD, 0,017" ID, 0,500" L, rura ze stali nierdzewnej, typ 304, cięta, gratowana, pasywowana; umożliwiają połączenia rurek z mikrootworami, połączenia rurek wiórowych
Zacisk suwakowy	World Precision Instruments, Inc.	14042	Dostępne bezpośrednio w World Precision Instruments
Adaptery Leur	World Precision Instruments, Inc.	14011	Dostępne bezpośrednio od World Precision Instruments
Wafel krzemowy	Addison Engineering, Inc.		Średnica 6"; do produkcji form SU-8
Utwardzacz z elastomeru polidimetylosiloksanu (PDMS)	Dow Corning	3097358-1004	Dostawca: Global Industrial SLP, LLC
Igła (rozmiar 23), końcówka skośna	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Ultra cienkościenna; 23 G x 1,5"; 22 G również użyteczne; dostawcy: Careforde, Inc.,  Medyczna
igła dozująca Port City (rozmiar 23), końcówka	CML Supply	901-23-100	23 G x 1";   dostępne w CML Supply
Cover glass	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ nierdzewne szkło borokrzemianowe; do osłony chipów PDMS; 24 x 60 mm; dostępne w Thermo Fisher Scientific, Inc.
Pompa próżniowa	Mountain	MTN8407	Do odgazowywania PDMS; dostawca:  Ryder System, Inc.
Komora próżniowa	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene i handel; Przezroczysty poliwęglan; dostępne w Thermo Fisher Scientific, Inc.
Środek do czyszczenia plazmy	Harrick Plasma	PDC-32G
Lupa ręczna	Mitutoyo	183-131	Użyj w odwrotnym kierunku, aby umożliwić view z ~15".
Etanol	CAROLINA	861283	Do czyszczenia wiórów. Rozcieńczyć do 70% za pomocą wody miliporowej.
System oczyszczania wody	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Dostępny bezpośrednio od Thermo Fisher Scientific, Inc.
Optomechaniczne mocowania translacyjne	Thorlabs	K6X	6-osiowy kinematyczny uchwyt optyczny; produkt wycofany; nowy produkt (K6XS) dostępny bezpośrednio w Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	Laptop HP Pavilion z systemem Windows 7
Taca na laptopa (sprężynowa)	National Products, INC.	RAM-234-3	Pamięć RAM Tough-Tray™. Może pomieścić laptopy o szerokości od 10 do 16 cali.
Rozgałęźnik USB	Connectland Technology Limited	3401167
Karty USB do akwizycji danych (8 wejść analogowych, 12 cyfrowych wejść/wyjść)	National Instruments	NI USB-6008	12-bitowe, 10 kS/s Ekonomiczne wielofunkcyjne
karty akwizycji danych DAQ USB (16 wejść analogowych, 32 cyfrowe wejścia/wyjścia)	National Instruments	NI USB-6216	16-bitowa, 400 kS/s izolowana seria M MIO DAQ, sterowanie zasilane z magistrali
/ oprogramowanie do akwizycji	National Instruments	LabVIEW 2009	Niestandardowe kodowane instrumenty krajowe (NI) LabVIEW
Oprogramowanie do modelowania brył 3D Dassault	Systè mes SolidWorks Corp.	SOLIDWORKS 2011
	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Pionowy stojak na sprzęt	(dostarczony przez NASA)	Nie dotyczy
Solidna aluminiowa płytka stykowa optyczna	Thorlabs	MB2424	24 "x 24" x 1/2", 1/4"-20 Kranów; dostępne bezpośrednio w Thorlabs
Stal przemysłowa i utwardzacz	Firma		J-B WeldJ-B Weld Klej epoksydowy wzmocniony stalą
Kapilara mikrohematokryt	Fisher Scientific	22-362-574	średnica wewnętrzna 1,1 do 1,2 mm
strzykawki 1 ml	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; dostawca: Grainger, Inc.
Innowacyjne badania	nad ludzkimi krwinkami czerwonymi	IPLA-WB3	Przetestowane i uznane za negatywne przez dostawcę dla: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag lub HIV 1-NAT, AlAT i kiły metodami zatwierdzonymi przez FDA. Ponieważ żadne metody testowe nie gwarantują ze 100% pewnością braku czynnika zakaźnego, z produktami pochodzenia ludzkiego należy postępować zgodnie z zaleceniami zawartymi w Podręczniku Departamentu Zdrowia i Opieki Społecznej Stanów Zjednoczonych dotyczącym bezpieczeństwa biologicznego w laboratoriach mikrobiologicznych i biomedycznych dla potencjalnie zakaźnych próbek surowicy lub krwi
ludzkiej Koncentrat soli fizjologicznej buforowany fosforanami	P5493	SIGMA	10x; rozcieńczony do 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Wirówka	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Wirówka wychylna 8-miejscowa.  Dostępne u autoryzowanych dealerów.  Inne wirówki dostępne bezpośrednio w LW Scientific.
Rejestrator wideo HD	Sony	MHS-CM5
Pomarańczowa fluorescencyjna plama kwasu nukleinowego	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Pomarańczowa fluorescencyjna plama kwasów nukleinowych.  Przechowywany w rozpuszczalniku DMSO. Zawsze noś zalecane środki ochrony osobistej. Nie jest wymagana żadna specjalna porada dotycząca obchodzenia się z .
Koraliki fluorescencyjne do liczenia	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Koraliki do liczenia bezwzględnego.  Zawsze noś zalecane środki ochrony osobistej. Nie są wymagane żadne specjalne porady dotyczące obsługi.