Name: Demonstracje sprzętu o zmniejszonej grawitacji prototypu zminiaturyzowanego cytometru przepływowego i towarzyszącej technologii mieszania mikroprzepływowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 59 s
Description: Poznaj metodę obsługi zminiaturyzowanego cytometru przepływowego w warunkach zmniejszonej grawitacji podczas lotu parabolicznego. Technika obejmuje dobór komponentów, montaż w stelażu testowym oraz przygotowanie do eksperymentów pokładowych.

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

Rozwój sprzętu był wspierany przez NASA SBIR Contracts NNX09CA44C i NNX10CA97C. Analiza danych na potrzeby demonstracji bloku optycznego i ładowarki próbek była wspierana przez NNC11CA04C kontraktową NASA Phase III. Pobranie krwi ludzkiej przeprowadzono przy użyciu protokołu NASA IRB # SA-10-008. Oprogramowanie sterujące/akwizycyjne dostarczane w ramach programu National Instruments Medical Device Grant Program. Formy do mikroczipów zostały wykonane w zakładzie mikrofabrykacji Johns Hopkins i Harvard Center for Nanoscale Systems. Otto J. Briner i Luke Jaffe (Instytut Medycyny DNA) pomagali w montażu regałów latem 2010 roku. Pracownicy NASA zajmujący się nagrywaniem lotów dostarczyli materiał wideo podczas tygodnia lotów. Carlos Barrientos (Instytut Medycyny DNA) udzielił pomocy w wykonaniu zdjęć i figur. Specjalne podziękowania dla programu Facilitated Access to the Space Environment for Technology 2010, Biura NASA ds. Zmniejszonej Grawitacji, Wydziału Adaptacji i Przeciwdziałania Ludziom, Centrum Badawczego NASA Glenn, ZIN Technologies oraz Programu Badań nad Ludźmi.

<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 i Julia Z. Sharpe są wynalazcami powiązanych patentów technologicznych złożonych za pośrednictwem Instytutu Medycyny DNA, podmiotu komercyjnego.

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...

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 zmniejszonemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Cytometria przepływowa jest jednym z atrakcyjnych podejść do POC w przestrzeni kosmicznej ze względu na szerokie zastosowanie tej technologii, w tym w zakresie zliczania komórek i kwantyfikacji biomarkerów, a także znaczny potencjał miniaturyzacji. Poprzednie cytometry przepływowe istotne dla przestrzeni kosmicznej obejmowały instrument "wydajności upakowania jądrowego" (NPE), który wykorzystywał jednoczesną fluorescencję indukowaną lampą łukową i pomiar objętości elektronowej (objętość Coredlera) 1-4, stosunkowo mały laboratoryjny cytometr przepływowy reprezentujący "pierwszą generację danych cytometrii przepływowej w czasie rzeczywistym podczas zerowej grawitacji" 5, "bezosłonkowy cytometr mikroprzepływowy" zdolny do zliczania różnicowego 4- i 5-częściowego liczby białych krwinek (WBC) przy użyciu wstępnie poddanych obróbce 5 μl próbek krwi pełnej 6-9 oraz "światłowodowy" cytometr przepływowy przetestowany niedawno na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej 10.
Ocena technologii diagnostycznej pod kątem potencjalnych zastosowań kosmicznych jest zazwyczaj przeprowadzana na pokładzie samolotów o zmniejszonej grawitacji, które wykorzystują w przybliżeniu paraboliczną trajektorię lotu do symulacji wybranego poziomu nieważkości (np. zerowa grawitacja, marsjańska grawitacja) 11. Ocena jest trudna, ponieważ możliwości lotu są ograniczone, powtarzające się krótkie okna mikrograwitacji mogą utrudnić ocenę metodologii lub procesów, które zwykle wymagają nieprzerwanych okresów dłuższych niż 20-40 sekund, a demonstracje mogą wymagać dodatkowego sprzętu, który nie jest łatwy do wykorzystania podczas lotu 12-15. Co więcej, wcześniejsze demonstracje technologii diagnostyki in vitro (IVD) stosowanych w zmniejszonej grawitacji lub zaprojektowanych z myślą o zmniejszonej grawitacji są ograniczone, a wiele prac pozostaje nieopublikowanych. Oprócz powyższych cytometrów przepływowych, inne technologie IVD istotne z punktu widzenia przestrzeni kosmicznej opisane w literaturze obejmują urządzenie do barwienia krwi pełnej do zastosowań immunofenotypowych 16, zautomatyzowany cytometr oparty na kamerze 12, ręczny analizator kliniczny do zintegrowanej potencjometrii, amperometrii i konduktometrii 12,17, mikroprzepływowy czujnik "T" do oznaczania ilościowego analitu, który opiera się na mieszaniu i rozdzielaniu na podstawie dyfuzji 18oraz obrotową platformę diagnostyczną "laboratorium na płycie CD" 19,20. Nowicjusze w testach zmniejszonej grawitacji mogą również szukać pokazów w locie parabolicznym niezwiązanych z diagnostyką in vitro, próbując umożliwić ocenę urządzenia (lub dowiedzieć się, co jest możliwe). Demonstracje z innych wcześniejszych eksperymentów medycznych lub biologicznych z dobrze udokumentowanym przygotowaniem do lotu, strategiami lotu i sprzętem do prób w locie są zawarte w Tabeli 115, 21-35. Mogą one być pouczające ze względu na włączenie ręcznych zadań w locie, użycie specjalistycznego sprzętu i eksperymentalne zabezpieczenie.
<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr wysokość="17">
			<td height="17" style="wysokość:17px;szerokość:133px;">Kategoria</td>
			<td style="width:497px;">Przykłady</td>
		</tr>
		<tr wysokość="40">
			<td height="40" style="wysokość:40px;szerokość:133px;">Pomoc medyczna w nagłych wypadkach</td>
			<td style="width:497px;">Intubacja tchawicy (pod kierunkiem laryngoskopu, na manekinie) 21, zabiegi resuscytacyjne serca (znieczulone świnie) 22</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="wysokość:20px;szerokość:133px;">Opieka chirurgiczna</td>
			<td style="width:497px;">Chirurgia laparoskopowa (symulacja wideo 23, na znieczulonych świniach 24,25)</td>
		</tr>
		<tr wysokość="41">
			<td height="41" style="wysokość:41px;szerokość:133px;">Obrazowanie medyczne lub ocena fizjologiczna</td>
			<td style="szerokość:497px;">Ultrasonografia z komorą podciśnienia dolnej części ciała 26, przepływomierz dopplerowski (montowany na głowie) 27, centralny monitor ciśnienia żylnego 28</td>
		</tr>
		<tr wysokość="65">
			<td height="65" style="wysokość:65px;szerokość:133px;">Specjalistyczny sprzęt biologiczny</td>
			<td style="width:497px;">Czytnik mikropłytek (i schowek na rękawiczki w locie) 29, system kontroli temperatury do eksperymentów z cyklem komórkowym 30, mikroskop (jasne pole, kontrast fazowy i możliwość wielokanałowej fluorescencji) 15, urządzenie do elektroforezy kapilarnej sprzężone z mikroskopem wideo 31</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="wysokość:20px;szerokość:133px;">Inne</td>
			<td style="width:497px;">Zbieranie roślin za pomocą kleszczy 32, zawierało szczury 33,34 i ryby 35 do obserwacji</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1. Przykłady demonstracji lotów parabolicznych z dobrze opisanymi metodami/eksperymentami
Aby rozwinąć poprzednie przykłady i zapewnić lepszy wgląd w udane demonstracje w locie, prezentujemy modułową i adaptowalną procedurę budowy i obsługi prototypu cytometru przepływowego z powiązaną technologią mieszania mikroprzepływowego jako część parabolicznego stanowiska do prób w locie. Platforma umożliwia demonstracje ładowania próbek, mieszania mikroprzepływowego i wykrywania cząstek fluorescencyjnych i została przetestowana na pokładzie lotów parabolicznych NASA Facilitated Access to the Space Environment (FAST) w 2010 roku, które odbyły się w dniach 29 września - 1 października 2010 roku. Demonstracje te obejmują odpowiednio początek, środek i koniec potencjalnego przepływu pracy urządzenia, w którym próbki krwi wielkości opuszki palca są ładowane, rozcieńczane lub mieszane z odczynnikami i analizowane za pomocą detekcji optycznej. Skalowanie cytometru przepływowego do kompaktowego urządzenia wymaga innowacji i starannego doboru części. Stosowane są tu komponenty niestandardowe i gotowe do użycia, wybrane jako najlepsze wczesne przybliżenia ostatecznych wyborów komponentów i mogą być dostosowywane do projektów innych innowatorów. Po przedstawieniu zarysu komponentów prototypu, konfiguracja jest opisana na konstrukcji wsporczej, która służy jako szkielet do montażu platformy. Prototypowe komponenty są przydzielane do lokalizacji, zabezpieczane i towarzyszą im dodatkowe komponenty niezbędne do udanego eksperymentowania. Następnie uwaga przenosi się na bardziej abstrakcyjne procedury obejmujące opracowywanie standardowych procedur operacyjnych (SOP), szkolenia i inne kwestie logistyczne. Na koniec opisano procedury specyficzne dla demonstracji. Opisane tutaj strategie i wybór elementów nośnych platformy (np. mikroskopu, pudełka akrylowego itp.), chociaż zostały tutaj wdrożone dla konkretnego prototypu, mówią o ogólnych problemach i wyzwaniach związanych z testowaniem dowolnego sprzętu do diagnostyki krwi w środowisku o zmniejszonej grawitacji.
W 2010 roku, dwa loty z grawitacją księżycową (osiągającą około 1/6 grawitacji ziemi) i dwa loty z mikrograwitacją były zaplanowane na 4 dni, chociaż ostatecznie zostały one przełożone na 3 dni. Pokazy przeprowadzono na pokładzie zmodyfikowanego, prywatnego, wąskokadłubowego samolotu odrzutowego 36. Każdy lot dostarczał 30-40 paraboli, z których każda dawała około 20 sekund wysokiej grawitacji (około 1,8 g), po której następowało 20-25 sekund warunków zmniejszonej grawitacji. Po wykonaniu połowy paraboli samolot zatrzymał się na okres około 5-10 minut w locie poziomym, aby umożliwić samolotowi zawrócenie i skierowanie się z powrotem w kierunku miejsca lądowania, podczas wykonywania pozostałej części paraboli.

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

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

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

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.

Reprezentatywne wyniki demonstracji mikromiksera przedstawiono na Rysunku 7, widziane przez kamerę CCD zamontowaną w stereomikroskopie. Mieszanie można ocenić wizualnie w dowolnym punkcie spirali, a także w kanale wylotowym w eksperymentach z wykorzystaniem dwóch zestawów płynów: krwi/soli fizjologicznej oraz barwnika niebieskiego/żółtego. Ilościowa analiza obrazów dwuwymiarowych może obejmować oznaczenie jednorodności odcienia w poprzek szerokości kanału w różnych obszarach, zgodnie z opisem w innych pu...

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.

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

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest obsługa zminiaturyzowanego cytometru przepływowego na pokładzie samolotu wykonującego loty paraboliczne w warunkach zredukowanej grawitacji, z wykorzystaniem przygotowania komponentów i procedur pokładowych, które mogą być potencjalnie adaptowalne do innych konfiguracji. Cel ten zostaje osiągnięty najpierw poprzez staranny dobór gotowych i specjalnie wykonanych komponentów, aby zapewnić łatwość obsługi i bezpieczeństwo w warunkach zredukowanej grawitacji. Drugim krokiem jest montaż komponentów w platformie testowej do lotów parabolicznych, zawierającej dodatkowe elementy służące do zabezpieczenia próbki, automatyzacji obserwacji oraz ułatwienia przeprowadzenia wielu demonstracji.Następnie zespół przygotowuje się do pomyślnego przeprowadzenia eksperymentów w locie poprzez staranne planowanie, opracowanie protokołów oraz szkolenia. Ostatnim etapem są wielokomponentowe demonstracje w locie. Ostatecznie testy w locie parabolicznym służą do zaprezentowania potencjalnych zastosowań technologii w kosmosie oraz do zidentyfikowania wpływu stanu nieważkości, zmian grawitacji i wibracji na wydajność.Chociaż metodę tę można zastosować w cytometrii przepływowej i technologiach pokrewnych, może ona zostać częściowo wykorzystana również w innych rodzajach indywidualnych testów diagnostycznych w warunkach zmniejszonej grawitacji, zwłaszcza w przypadku procedur wymagających wielokrotnych demonstracji lub wyzwalaczy. Zdecydowaliśmy się zatem przygotować ten film dla JoVE na temat testów w lotach parabolicznych, ponieważ podczas przygotowań do lotów parabolicznych z NASA nie znaleźliśmy wielu filmów ani nawet literatury opisującej, jak najlepiej przygotować się do takich eksperymentów. Musieliśmy włożyć wiele wysiłku w rozmowy z odpowiednimi osobami w różnych jednostkach NASA, aby pozyskać te informacje.W tym przypadku chcemy udostępnić te informacje czytelnikom JoVE, aby mogli oni również odpowiednio przygotować się do takich lotów. Budowa prostego systemu cytometrii przepływowej do zastosowania w warunkach zmniejszonej grawitacji wymaga wielu prototypowych komponentów hydraulicznych, optycznych i elektronicznych. Rozpocznij od przygotowania systemu ciśnieniowego o minimalnej masie i zapotrzebowaniu na energię, który będzie napędzał cały układ.Układ płynowy łączy zminiaturyzowaną pompę powietrzną z czujnikiem różnicy ciśnień. Następnie należy przygotować pojemnik z medium, który można napełnić bez wprowadzania pęcherzyków powietrza. Jest to sztywna plastikowa fiolka z elastyczną gumową membraną, szczelnie zamykaną zakrętką oraz rurką doprowadzającą powietrze u podstawy fiolki.Uszczelnij połączenie rurki doprowadzającej powietrze za pomocą kleju optycznego. Na rurce wylotowej nakrętki umieść tymczasowy zacisk do szkiełek przedmiotowych, aby zapobiec wypłynięciu cieczy podczas i po włożeniu nakrętki. Aby napełnić fiolkę, rozszerz membranę za pomocą strzykawki podłączonej do wlotu powietrza.Nalej płynu do pełna i włóż zatyczkę pod kątem, aby pod nią nie uwięzło powietrze. Na krótko zdejmij zacisk rurki, aby zaprząsować rurkę wylotową i zwolnić ciśnienie zapadania wywierane przez membranę. Upewnij się, że pompa wytwarza ciśnienie w fiolce bez wycieków powietrza lub płynu.Ściskanie membrany w celu wymuszenia wypływu cieczy przez rurkę wylotową zakrętki. Trzecim niezbędnym elementem jest pojemnik na odpady płynne, który zbierze odpady bez wytwarzania przeciwciśnienia mogącego zakłócić przepływ. Należy użyć fiolki wklejonej do drugiej fiolki, zaprojektowanej jako podwójne zabezpieczenie.Zamknąć fiolki za pomocą zabezpieczonego okna z gąbki piankowej, które zatrzymuje unoszące się ciecze, ale pozwala na wyrównanie ciśnienia powietrza z otoczeniem w kabinie, aby stworzyć załadowywacz próbek do użytku w maszynie do redukcji grawitacji, oraz złożyć zacisk sprężynowy z prowadnicami w taki sposób, aby niezawodnie zaciskał kapilarę z dopasowaną osłoną pomiędzy dwoma pierścieniami O-ring w linii cieczy. Należy upewnić się, że w przypadku braku kapilary sprężyny dociskają pierścienie O-ring do siebie, aby zamknąć linię cieczy i umożliwić odpowietrzanie bez wycieków. Zaprojektować mikromieszacz, który do funkcjonowania nie wymaga zasilanych mechanicznych podzespołów.Zastosowano metodę szybkiego prototypowania z użyciem polimetakrylanu metylu, wybierając i wykonując spiralny mikromieszacz wirowy z dwoma wlotami w celu wykrywania poszczególnych przepływających cząstek. Przy użyciu dostępnych komercyjnie komponentów optomechanicznych zamontowano wykonany na zamówienie miniaturowy blok optyczny wielkości dłoni na płytce chlebowej mikroskopu. Ostatnim etapem montażu prototypu jest zaprojektowanie elektroniki i oprogramowania do sterowania urządzeniem oraz akwizycji danych.Dla wygody i w celu szybkiego prototypowania należy wykorzystać lutowane ręcznie elementy podłączone do dostępnych w handlu kart akwizycji danych, napisać kod i program oraz stworzyć dedykowane oprogramowanie do obsługi urządzeń aparatury i synchronizacji wszystkich danych. Należy wyjąć baterię z laptopa i ustawić go tak, aby pracował wyłącznie za pomocą kabla zasilającego. Ze względów bezpieczeństwa podczas lotów w warunkach zredukowanej grawitacji, schemat zasilania elektrycznego wszystkich urządzeń musi obejmować mechanizm szybkiego i całkowitego wyłączenia elektronicznego.W trakcie lotu. Pojedynczy przedłużacz z jednym przełącznikiem włącz/wyłącz jest podłączony do panelu rozdzielczego zasilania statku powietrznego; aby zapewnić prawidłowe działanie w locie, należy wziąć pod uwagę całkowitą dostępną przestrzeń oraz sposób jej podziału pomiędzy miejsce na zestaw eksperymentalny a przestrzeń użytkownika wokół zestawu. Całkowita dostępna przestrzeń jest ograniczona do obszaru mniejszego niż ten przewidziany dla podobnej demonstracji na ziemi.Należy określić, do których komponentów wygodniej jest uzyskać dostęp, klęcząc na podłodze lub stojąc. Ważne jest również rozważenie, które elementy odniosą największe korzyści z ochrony zapewnianej przez strukturę wsporczą. Strukturą wsporczą zestawu w tym przypadku jest pionowa szafa sprzętowa, która jest odporna na przeciążenia podczas lotu i może zostać bezpiecznie zamocowana do wyznaczonego statku powietrznego.Komponenty podłogi kabiny przypisano do poziomów wewnątrz regału: poziom górny przeznaczony na laptopa, poziom środkowy na prototypowe podzespoły oraz poziom dolny na zapasowe chusteczki, rękawiczki i pojemnik na odpady mieszane. Aby zabezpieczyć i pomieścić prototyp oraz umożliwić oglądanie próbek, konieczne było wykonanie lub adaptacja różnych komponentów niebędących częścią prototypu. Obejmują one specjalnie wykonane pudełko akrylowe do przechowywania elektroniki oraz specjalnie wykonaną akrylową komorę rękawicową z otworami dostępu dla ramion, zapewniającą przestrzeń sześcienną do przeprowadzenia demonstracji ładowarki bez ryzyka zanieczyszczenia kabiny lotniczej.Aby zarejestrować demonstrację mikromieszalnika, należy ustawić stereomikroskop nad płytką stykową wyposażoną w niestandardowy akrylowy uchwyt na chip oraz kamerę CCD. W celu bezpiecznej prezentacji bloku optycznego należy użyć specjalnie wykonanego, nieprzezroczystego akrylowego pudełka, aby zablokować światło otoczenia i kontrolować zagrożenia związane z laserem. Zastosowanie prostych strategii projektowych może wyeliminować konieczność ręcznego prowadzenia rurek, dokonywania regulacji w trakcie pracy lub innych czynności wymagających dużej zręczności.Na przykład, aby jednocześnie naprzestrzenić wiele plików źródłowych, należy użyć niestandardowej maszyny do naprzestrzeniania z kolektorem ciśnieniowym składającym się z wydrążonego cylindra, przystosowanego do igły wlotowej i wielu przewodów wylotowych służących do kontrolowania kierunku przepływu cieczy. Za pomocą komputera należy złożyć panel trójdrożnych zaworów elektromagnetycznych, sterowanych przez kaskadowo połączone przełączniki MOSFET podłączone do karty DAQ.Trójdrożne zawory elektromagnetyczne posiadają wspólny port, który jest stale połączony albo z domyślnym portem wyjściowym (stan wyłączony), albo z portem wejściowym (stan włączony). Przełączenie w stan włączony jest wyzwalane sygnałem pięciu woltów. Oprogramowanie zostało zaprogramowane tak, aby przeprowadzić demonstracje za pomocą pojedynczych interwencji przyciskiem, takich jak pojedyncze kliknięcie na laptopie w celu zmiany stanu zaworu lub zmiany ciśnienia roboczego pompy.Pozwala to uniknąć konieczności ręcznej regulacji przewodów, co mogłoby doprowadzić do wycieków do środowiska oraz utraty czasu eksperymentu w chaotycznym otoczeniu. Demonstracja ładowarki próbek obejmuje załadowanie próbki i przetransportowanie jej do bloku optycznego (OB) w celu detekcji. Układ wykorzystuje dwa zawory: jeden przed ładowarką i jeden za nią.Podczas załadunku oba zawory są ustawione w pozycji wyłączonej, co zapobiega przemieszczaniu się płynu podczas korzystania z urządzenia ładującego; włączenie zaworów otwiera ścieżkę płynu X prowadzącą od fiolki z solą fizjologiczną do fiolki z odpadami, co pozwala pompie na przetłoczenie próbki do analizy. Demonstracja bloku optycznego obejmuje sekwencyjne wykrywanie trzech różnych typów próbek bez konieczności ręcznej zmiany połączeń rurek, przy czym sól fizjologiczna służy do płukania układu pomiędzy próbkami. Demonstracja mikromieszacza obejmuje segmenty mieszania krwi z solą fizjologiczną oraz mieszania niebieskiego i żółtego barwnika.Układ wykorzystuje dwa zawory do kierowania ciśnienia albo do fiolek z krwią i solą fizjologiczną, albo do fiolek z barwnikiem, tak aby w danym czasie aktywna była tylko jedna demonstracja mieszania. Dodatkowy zawór umożliwia wstrzykiwanie pęcherzyków powietrza do chipa do mieszania krwi z solą fizjologiczną. System musi być przygotowany na nagłe siły wstrząsowe, wibracje lub kolizje z pasażerami podczas lotu.W celu stabilizacji ustawienia należy nałożyć szybkoutwardzającą żywicę epoksydową na wyrównane elementy, które łatwo ulegają rozregulowaniu, w szczególności na komponenty optyczne. Należy również nałożyć żywicę epoksydową klasy przemysłowej na warstwę żywicy szybkoutwardzającej, aby zabezpieczyć pozostałe komponenty w razie potrzeby, w tym mocowanie kamery CCD do elementu I mikroskopu, w celu przeprowadzenia testów odporności na zakłócenia fizyczne. Następnie należy potrząsnąć strukturą wsporczą urządzenia z zamontowanymi wszystkimi komponentami.Po poddaniu aparatury zakłóceniom należy sprawdzić funkcjonalność poszczególnych komponentów, w szczególności wyrównanych elementów optycznych przygotowanych na nieprzewidziane zdarzenia w trakcie lotu, takie jak nagłe wyrównanie poziomu samolotu w trakcie eksperymentu lub gwałtowne siły działające na aparaturę. Aby chronić pasażerów w stanie nieważkości, należy wyłożyć stelaż materiałem amortyzującym. Wyznaczeni koordynatorzy szkolą kilka osób jako głównych operatorów, aby zapewnić biegłość w obsłudze urządzenia w warunkach lotu.Nie można przewidzieć, kto zachoruje podczas parais, a dany użytkownik może pozostać zdrowy podczas jednego lotu i zachorować podczas kolejnego. Po transporcie do miejsca lotu należy sprawdzić zestaw, wprowadzić niezbędne poprawki i ustawić połączenia rurek przed załadunkiem na pokład samolotu. W każdym dniu lotu należy przygotować i podłączyć fiolki z próbkami odpowiadające demonstracjom zaplanowanym na dany dzień.Należy przygotować się na możliwe długie odstępy czasowe między konfiguracją a eksperymentami, a także na wysokie temperatury otoczenia, w zależności od miejsca lotu. Aby uniknąć choroby lokomocyjnej podczas lotu, należy przyjąć dostarczone leki, takie jak skopolamina z amfetaminą, oraz wykorzystać kilka pierwszych parabol do adaptacji do zmian grawitacji poprzez powolne unoszenie się równolegle do podłogi i leżenie płasko podczas wysokiego przeciążenia. Po zajęciu pozycji lotniczej, operatorzy aparatury, zbliżając się do wyznaczonej przestrzeni powietrznej dla parabol, zapewniają wystarczającą przestrzeń, aby operatorzy mogli położyć się podczas interwałów wysokiej grawitacji oraz umożliwić dostęp do pasówz nóg po rozpoczęciu parabol.Nie należy wywierać dużych sił na ciało podczas stanu zredukowanej grawitacji, ponieważ może to spowodować zbyt szybki i potencjalnie niebezpieczny ruch ciała w górę podczas demonstracji ładowania próbek. W momencie przejścia samolotu w stan zredukowanej grawitacji, należy za pomocą strzykawki nałożyć kroplę mieszaniny barwnika do kulek licznikowych na opuszkę palca. Aby zasymulować pobranie próbki z nakłucia palca, należy użyć kapilary do pobrania próbki z palca, a następnie załadować ją do ładowarki kapilarnej.Wprowadź próbkę do układu optycznego w celu detekcji. Przeprowadź demonstrację mieszalnika mikroprzepływowego w konfiguracji pod mikroskopem. Wymieszaj krew i sól fizjologiczną w stosunku jeden do jednego przy ciśnieniu 1,52345 oraz sześciu PSI przez co najmniej dwie parabole dla każdego z nich.Rejestracja danych wideo zsynchronizowanych z innymi odczytami. Przedstawiono tutaj rzeczywiste nagranie z lotu podczas demonstracji mieszalnika. Wprowadź powietrze do wlotu soli fizjologicznej, aby sprawdzić, czy architektura kanału zatrzyma pęcherzyk, który mógłby uniemożliwić optymalne mieszanie.Mieszaj.Niebieski i żółty barwnik spożywczy w ilości 1,52345 i sześciu PSI przez co najmniej dwie parabole dla każdego z nich. Ponownie, przedstawione tutaj zsynchronizowane dane rejestracyjne są reprezentatywnymi wynikami dla dwóch demonstracji mikromiksera, obrazowanymi przez kamerę CCD zamontowaną w panelu mikroskopu stereoskopowego. Panel A przedstawia mieszanie niebieskiego i żółtego barwnika w warunkach mikrograwitacji, a panel B przedstawia mieszanie krwi i soli fizjologicznej w warunkach grawitacji księżycowej.Mieszanie można oceniać wizualnie w dowolnym punkcie spirali, a także w kanale wylotowym podczas demonstracji optycznego wykrywania bloków fluorescencyjnie znakowanych białych krwinek w trakcie lotu w warunkach mikrograwitacji. Krytyczne wskaźniki wydajności dla danych z cytometrii przepływowej obejmują współczynnik zmienności intensywności szczytów, stosunki sygnału do szumu, częstotliwość zliczania szczytów oraz wydajność detekcji, jak pokazano tutaj. Wykrywanie optyczne bloków wydaje się stosunkowo niewrażliwe na przejście z poziomu około 1,5 G do niemal zero G i trwa nadal podczas powrotu do 1,5 g.Wykrycie fluorescencyjnych kulek do zliczania, dodanych do załadowanej próbki po zademonstrowaniu działania ładowarki w grawitacji księżycowej, wskazuje, że próbka została pomyślnie załadowana i dotarła do bloku optycznego w celu detekcji. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś lepiej rozumieć, jak przeprowadzać testy urządzenia i redukować grawitację podczas lotu parabolicznego, a w szczególności jakie rodzaje procedur są wykonalne; staranne planowanie, dobór części oraz wdrożenie testów pomagają zapewnić wysoką efektywność Twojego doświadczenia.

reduced-gravity-environment-hardware-demonstrations-prototype

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Demonstracje sprzętu w warunkach zredukowanej grawitacji prototypu zminiaturyzowanego cytometru przepływowego oraz wspomagającej go technologii mikrofluidycznego mieszania

Prezentujemy protokoły wytwarzania i automatyzacji macierzy mikrozaworów opartych na elastomerowym polidimetylosiloksanie (PDMS), które nie wymagają dodatkowej energii do zamknięcia i charakteryzują się precyzyjnymi objętościami zdefiniowanymi fotolitograficznie. Przedstawiono równoległy mieszalnik o objętości subnanolitrowej oraz zintegrowany mikrofluidyczny system perfuzyjny.

Chip mikrofluidyczny sterowany macierzami elastomerowych mikrozaworów

Urządzenia mikrofluidyczne mogą być wykorzystywane do wizualizacji złożonych procesów naturalnych w czasie rzeczywistym i w odpowiednich skalach fizycznych. Opracowaliśmy proste urządzenie mikrofluidyczne, które naśladuje kluczowe cechy naturalnych ośrodków porowatych, służące do badania wzrostu i transportu bakterii w podłożu gruntowym.

Okno na mikroświat: Proste systemy mikrofluidyczne do badania transportu drobnoustrojów w ośrodkach porowatych

W niniejszej pracy wyjaśniamy sposób wykonania i zastosowania mikropłynnego mieszalnika zdolnego do mieszania dwóch roztworów w czasie ~8 μs. Demonstrujemy również wykorzystanie tych mieszalników w detekcji spektroskopowej z użyciem fluorescencji UV oraz fluorescencyjnego transferu energii w rezonansie (FRET).

Miksery mikrofluidyczne do badania fałdowania białek

Ten protokół opisuje architekturę systemu do wykonywania automatycznych separacji cząstek o małej objętości (0,15–1,5 ml) za pomocą urządzenia mikroprzepływowego i omawia metody optymalizacji wydajności i działania urządzenia akustycznego.

Platforma mikroprzepływowa do precyzyjnego przetwarzania próbek o małej objętości i jej wykorzystanie do wymiarowania oddzielnych cząstek biologicznych za pomocą mikrourządzenia akustycznego

Prezentujemy platformę mikroprzepływową ze zintegrowaną siecią elektrod powierzchniowych, która łączy rezystancyjne wykrywanie impulsów (RPS) z wielokrotnym dostępem z podziałem kodu (CDMA), do wielokrotnego wykrywania i wymiarowania cząstek w wielu kanałach mikroprzepływowych.

Platforma mikroprzepływowa z multipleksowaną detekcją elektroniczną do przestrzennego śledzenia cząstek

Szczegółowe są tutaj protokoły działania i montażu modułowej platformy do badań przesiewowych mikroprzepływowych do systematycznej charakterystyki syntez koloidalnych półprzewodników nanokrystalicznych. Dzięki w pełni regulowanym układom systemów, wysoce wydajne zbieranie widm może być przeprowadzane w 4 skalach czasu reakcji rzędu wielkości w przestrzeni próbkowania kontrolowanej przeniesieniem masy.

Modułowa technologia mikroprzepływowa do systematycznych badań koloidalnych nanokryształów półprzewodnikowych

Tutaj prezentujemy protokół do projektowania i produkcji niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych przy minimalnym nakładzie finansowym i czasowym. Celem jest ułatwienie przyjęcia technologii mikroprzepływowych w biomedycznych laboratoriach badawczych i placówkach edukacyjnych.

Szybka produkcja niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych do zastosowań badawczych i edukacyjnych

Prezentujemy system mikroprzepływowy do wysokoprzepustowych badań nad złożonymi maszynami życia, który składa się z 1500 jednostek hodowlanych, szeregu ulepszonych pomp perystaltycznych i modułu mieszania na miejscu. Chip mikroprzepływowy pozwala na analizę wysoce złożonych i dynamicznych warunków mikrośrodowiskowych in vivo.

Generowanie dynamicznych warunków środowiskowych za pomocą wysokowydajnego urządzenia mikroprzepływowego

Ten protokół opisuje rekonfigurowalną platformę hodowli komórkowych opartą na membranie, która integruje format otwartej studni z możliwościami przepływu płynów. Platforma ta jest kompatybilna ze standardowymi protokołami i umożliwia odwracalne przejścia między trybem hodowli w studni otwartej a mikroprzepływowym, dostosowując się do potrzeb zarówno laboratoriów inżynieryjnych, jak i biologicznych.

Przekształcanie statycznych modeli tkanek barierowych w dynamiczne systemy mikrofizjologiczne

Ten protokół szczegółowo opisuje projekt i wykonanie urządzenia mikroprzepływowego odpowiedniego do badania mechaniki polimerów mikrotubul. Synteza technik mikrowytwarzania, zautomatyzowanej kontroli przepływu i modelowania obliczeniowego umożliwia stworzenie elastycznego systemu idealnie nadającego się do sondowania cytoszkieletu komórkowego in vitro.

Opracowanie opartego na mikrofluidyce podejścia do badania mechaniki polimerów mikrotubul

Poznaj metodę obsługi zminiaturyzowanego cytometru przepływowego w warunkach zmniejszonej grawitacji podczas lotu parabolicznego. Technika obejmuje dobór komponentów, montaż w stelażu testowym oraz przygotowanie do eksperymentów pokładowych.

Demonstracje sprzętu o zmniejszonej grawitacji prototypu zminiaturyzowanego cytometru przepływowego i towarzyszącej technologii mieszania mikroprzepływowego (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów