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

Ogólnym celem tej procedury jest uruchomienie zminiaturyzowanego cytometru przepływowego na pokładzie lotu parabolicznego o zmniejszonej grawitacji przy użyciu przygotowania komponentów i procedur w locie, które można potencjalnie dostosować do innych konfiguracji. Osiąga się to poprzez staranny wybór gotowych i niestandardowych komponentów w celu ułatwienia użytkowania i bezpieczeństwa przy zmniejszonej grawitacji. Drugim krokiem jest zmontowanie komponentów na parabolicznym stanowisku testowym zawierającym dodatkowe elementy do zabezpieczania, automatyzacji oglądania i ułatwiania wielu demonstracji.

Następnie zespół przygotowuje się do udanych eksperymentów w locie poprzez skrupulatne planowanie, opracowywanie protokołów i szkolenie. Ostatnim krokiem są wielokomponentowe demonstracje w locie. Ostatecznie, testy w locie parabolicznym są wykorzystywane do zaprezentowania potencjalnych zastosowań technologii w przestrzeni kosmicznej oraz do zidentyfikowania wpływu nieważkości, zmian grawitacji i wibracji na wydajność.

Chociaż metoda ta może być stosowana do cytometrii przepływowej i technologii pokrewnych, może być również stosowana częściowo do innych rodzajów indywidualnych testów diagnostycznych w zmniejszonej grawitacji, szczególnie w przypadku wielu demonstracji lub procedur wyzwalających. Zdecydowaliśmy się więc nakręcić ten film dla JO na temat testów w locie parabolicznym, ponieważ kiedy przygotowywaliśmy się do naszych lotów parabolicznych z NASA, w zasadzie nie było zbyt wielu filmów ani nawet literatury, która opisywałaby, jak najlepiej przygotować się do eksperymentów. Musieliśmy się bardzo, bardzo starać, aby porozmawiać z odpowiednimi ludźmi w różnych miejscach w NASA, aby wydobyć te informacje tutaj.

W tym przypadku chcemy mieć możliwość podzielenia się tymi informacjami z czytelnikami Joe, aby oni również mogli odpowiednio przygotować się do tych lotów. Skonstruowanie prostego systemu cytometrii przepływowej do użytku w warunkach zmniejszonej grawitacji wymaga wielu prototypowych komponentów hydraulicznych, optycznych i elektronicznych. Zacznij od przygotowania systemu ciśnieniowego o minimalnej wadze i potrzebie mocy do napędzania systemu.

Fluidics łączy zminiaturyzowaną pompę powietrza z czujnikiem różnicy ciśnień. Następnie zmontuj pojemnik ze źródłem płynu, który można załadować bez zatrzymywania pasowania powietrza. Sztywna fiolka z tworzywa sztucznego z elastyczną gumową membraną, szczelnie zabezpieczaną nasadką i przewodem wlotowym powietrza u podstawy fiolki.

Uszczelnij przyłącze przewodu przewodzącego powietrze dolotowe za pomocą kleju optycznego. Umieść tymczasowy suwak clamp nad rurką wylotową nasadki, aby zapobiec wydalaniu płynu podczas i po włożeniu nasadki. Aby naładować fiolkę, należy rozszerzyć membranę za pomocą strzykawki podłączonej do wlotu powietrza.

Wlej płyn do góry i włóż nakrętkę pod takim kątem, aby powietrze nie zostało uwięzione pod spodem. Na krótko zdejmij suwak clamp, aby zalać rurkę wylotową i zwolnić zapadające się ciśnienie wywierane przez membranę. Upewnić się, że pompa utrzymuje ciśnienie w fiolce bez wycieków powietrza lub płynu.

Ściskanie membrany w celu wyprowadzenia przepływu płynu z rurki wyjściowej nasadki. Trzecim potrzebnym elementem jest pojemnik na odpady płynne do zbierania odpadów bez wytwarzania ciśnienia wstecznego, które zakłóci przepływ. Użyć fiolki wklejonej w fiolkę przeznaczoną do podwójnej hermetyzacji.

Zakryj fiolki zabezpieczonym okienkiem z gąbki piankowej, które zatrzymuje pływające ciecze, ale umożliwia wyrównanie ciśnienia powietrza z otoczeniem kabiny, aby stworzyć ładowarkę próbek do użytku i maszynę o zmniejszonej grawitacji i zmontować sprężynową konstrukcję zacisku z szynami prowadzącymi, tak aby niezawodnie zaciskał się jako kapilara dopasowana do osłony między dwoma O-ringami w przewodzie płynu. Upewnij się, że w przypadku braku kapilary sprężyny dociskają do siebie O-ringi, aby zakończyć przewód płynu i umożliwić zalewanie bez wycieków. Zaprojektuj mikromikser, który do działania nie opiera się na zasilanych podzespołach mechanicznych.

Korzystając z szybkiej metody prototypu polimetylu soanu, wybiera się i wytwarza mikromieszalnik wirowy z dwoma wlotami spiralnymi w celu wykrywania pojedynczych przepływających cząstek. Zamontuj niestandardowy, wyprodukowany miniaturowy blok optyczny wielkości dłoni na płytce stykowej mikroskopu za pomocą dostępnych na rynku komponentów optomechanicznych. Ostatnim krokiem w montażu prototypu jest zaprojektowanie elektroniki i oprogramowania do sterowania urządzeniami i akwizycji danych.

Dla wygody i wczesnego prototypowania wykorzystaj ręcznie lutowane elementy połączone z dostępnymi na rynku kartami do pozyskiwania danych, kodem i programem, niestandardowym oprogramowaniem do obsługi urządzeń platformowych i synchronizacji wszystkich danych. Wyjmij baterię laptopa i ustaw laptopa tak, aby działał za pomocą samego zasilającego. Ze względów bezpieczeństwa podczas lotów o zmniejszonej grawitacji, schemat zasilania elektrycznego wszystkich urządzeń musi zawierać mechanizm szybkiego i całkowitego elektronicznego wyłączania.

W locie. Pojedyncza listwa zasilająca z pojedynczym przyciskiem włączania i wyłączania jest podłączona do panelu dystrybucji zasilania samolotu w celu uzyskania pomyślnych osiągów w locie, należy wziąć pod uwagę całkowitą dostępną przestrzeń i sposób jej podziału między przestrzeń platformy doświadczalnej a przestrzeń użytkownika otaczającą platformę. Całkowita dostępna przestrzeń jest ograniczona do mniejszego obszaru niż przewidziany dla podobnej demonstracji w terenie.

Określ, które komponenty są bardziej odpowiednie na wysokości podłogi, klęczącej lub stojącej. Ważne jest również, aby rozważyć, które elementy najbardziej skorzystają na ochronie uzyskanej w konstrukcji wsporczej. Konstrukcja nośna platformy jest tutaj pionowym stojakiem na sprzęt, który może wytrzymać przyspieszenia lotu i być bezpiecznie przymocowany do zamierzonego samolotu.

Podłoga kabiny jest przypisana do poziomów w szafie, górny poziom do umieszczenia laptopa, środkowy poziom szafy zawiera prototypowe podzespoły, a poziom podłogi zawiera dodatkowe chusteczki, rękawiczki i pojemnik na różne odpady. Aby zabezpieczyć i zabezpieczyć prototyp oraz obejrzeć próbki, należy wyprodukować lub dostosować różne komponenty niebędące prototypami. Należą do nich niestandardowa akrylowa skrzynka do przechowywania elektroniki oraz niestandardowy akrylowy schowek na rękawiczki z otworami dostępu do ramienia, aby zapewnić sześcienną przestrzeń, w której można przeprowadzić demonstrację ładowarki bez ryzyka zanieczyszczenia kabiny lotniczej.

Aby nagrać demonstracyjną mikromiksera, mikroskop stereoskopowy do płytki stykowej wyposażony w niestandardowy akrylowy uchwyt na chipy i kamerę CCD. Aby umożliwić bezpieczną demonstrację bloku optycznego, użyj niestandardowego nieprzezroczystego akrylowego pudełka, aby zablokować światło otoczenia i kontrolować zagrożenia laserowe. Niektóre proste strategie projektowe mogą wyeliminować potrzebę ręcznego układania rurek, regulacji w locie lub innych czynności wymagających znacznej zręczności.

Na przykład, aby jednocześnie zwiększyć ciśnienie w wielu plikach źródłowych, użyj niestandardowej maszyny do zwiększania ciśnienia w kolektorze składającym się z wydrążonego cylindra, przystosowanego do igły wlotowej i wielu rurek wylotowych do kontrolowania kierunku przepływu płynu. Za pomocą komputera zmontuj panel trójdrogowych zaworów elektromagnetycznych. Sterowany za pomocą tandemowych przełączników MOSFET podłączonych do karty DAQ.

Trójdrogowe zawory elektromagnetyczne mają wspólny port, który jest zawsze podłączony do domyślnego portu wyłączonego lub włączonego. Przełączenie w stan włączenia jest wyzwalane sygnałem pięciu woltów. Zaprogramowano oprogramowanie tak, aby przechodziło przez demonstracje za pomocą interwencji za pomocą jednego przycisku, takiego jak pojedyncze kliknięcie na laptopie w celu przełączenia stanów zaworów lub zmiany ciśnienia sterującego pompą.

Pozwala to uniknąć konieczności ręcznej regulacji przewodów, która może spowodować wycieki do środowiska i utratę czasu eksperymentu w chaotycznym środowisku. Demonstracja ładowarki próbek obejmuje załadowanie próbki i skierowanie próbki do bloku optycznego lub OB w celu wykrycia. Konfiguracja wykorzystuje dwa zawory, jeden przed i jeden za ładowarką.

Podczas załadunku oba zawory są ustawione na wyłączenie, zapobiegając ruchowi płynu podczas korzystania z ładowarki, włączenie zaworów otwiera ścieżkę X płynu rozciągającą się od fiolki z solą fizjologiczną do fiolki z odpadami, umożliwiając pompie kierowanie próbką do analizy. Demonstracja bloku optycznego obejmuje sekwencyjne wykrywanie trzech różnych typów próbek Bez konieczności ręcznej zmiany połączeń przewodów, sól fizjologiczna jest w stanie przepłukać system między próbkami. Demonstracja mikromiksera obejmuje mieszanie soli fizjologicznej krwi i segmenty mieszania niebiesko-żółtego barwnika.

Konfiguracja wykorzystuje dwa zawory do kierowania ciśnienia do fiolek z krwią i solą fizjologiczną lub fiolek z barwnikiem, dzięki czemu w danym momencie aktywna jest tylko jedna demonstracja mieszania. Dodatkowy zawór umożliwia wstrzykiwanie pęcherzyków powietrza do chipa mieszającego sól fizjologiczną. System musi być przygotowany na nagłe wstrząsy, wibracje lub zderzenie z pasażerem podczas lotu.

W celu stabilizacji wyrównania należy nałożyć szybkoschnącą żywicę epoksydową na wyrównane elementy, które łatwo się źle wyregulować, w szczególności na elementy optyczne. Nałóż żywicę epoksydową klasy przemysłowej na szybkoschnącą żywicę epoksydową, aby w razie potrzeby zabezpieczyć inne elementy, w tym mocowanie kamery CCD do mikroskopu w celu przetestowania zakłóceń fizycznych. Potrząśnij konstrukcją nośną platformy ze wszystkimi elementami na miejscu.

Sprawdź funkcjonalność poszczególnych komponentów po poddaniu platformy zakłóceniom, w szczególności wyrównanych komponentów optycznych przeszkolonych na nieoczekiwane zdarzenia podczas lotu, w tym nagłe wyrównanie płaszczyzny w trakcie eksperymentu lub nagłe siły uderzające w platformę. Chroń unoszących się na wodzie pasażerów, dodając wyściółkę do bagażnika. Narożniki szkolą wiele osób jako głównych operatorów, aby fachowo obsługiwać urządzenie w locie.

Nie można przewidzieć, kto zachoruje podczas parais, a dany użytkownik może być niedotknięty chorobą podczas jednego lotu i zachorować podczas innego. Sprawdź platformę po przetransportowaniu do miejsca lotu, dokonując wszelkich niezbędnych poprawek i ustawiając połączenia rurowe przed załadowaniem na pokład samolotu. W każdym dniu lotu należy przygotować i podłączyć fiolki z próbkami odpowiadające pokazom z danego dnia.

Przygotuj się na możliwie długie przerwy między konfiguracją a eksperymentami, a także na wysokie temperatury otoczenia w zależności od miejsca lotu. Unikaj chorób podczas lotu, przyjmując dostarczone leki, takie jak skopolamina z tekstem amfetaminy, i użyj kilku wczesnych paraboli, aby dostosować się do przejść grawitacyjnych, wznosząc się powoli równolegle do podłogi i leżąc płasko podczas dużej grawitacji. Po zajęciu pozycji do lotu, operatorzy platformy, gdy zbliżają się do wydzielonej przestrzeni powietrznej paraboli, zapewniają wystarczająco dużo miejsca, aby umożliwić operatorom platformy położenie się podczas dużych interwałów grawitacji i umożliwić dostęp do pasów na nogi po rozpoczęciu paraboli.

Nie przykładaj dużych sił do ciała podczas zmniejszonej grawitacji. Ponieważ może to spowodować zbyt szybkie i nieco niebezpieczne wyrzucenie ciała w górę, aby przeprowadzić demonstrację ładowarki do próbek. Gdy samolot wejdzie w zmniejszoną grawitację, użyj strzykawki z próbką, aby umieścić kroplę mieszaniny barwnika do liczenia kulek na opuszku palca Aby zasymulować próbkę nakłucia palca, użyj kapilarnego materiału eksploatacyjnego, aby podnieść próbkę z palca i załadować próbkę do ładowarki kapilarnej.

Wprowadź próbkę do układu optycznego w celu wykrycia. Wykonaj demonstrację miksera mikroprzepływowego ustawionego pod mikroskopem. Wymieszaj krew i sól fizjologiczną w stosunku jeden do jednego w 1,52345 i sześciu PSI dla co najmniej dwóch paraboli każdy.

Nagrywanie danych wideo zsynchronizowanych z innymi odczytami. Rzeczywisty materiał filmowy z lotu z demonstracji miksera jest pokazany tutaj. Wstrzyknij powietrze do wlotu soli fizjologicznej, aby sprawdzić, czy architektura kanału uwięzi pęcherzyk, który może uniemożliwić optymalne mieszanie. Mieszać.

Niebieski i żółty pokarm umiera przy 1,52345 i sześciu PSI dla co najmniej dwóch paraboli każdy. Ponownie, nagrania zsynchronizowanych danych pokazanych tutaj są reprezentatywnymi wynikami dla dwóch demonstracji mikromikserów oglądanych przez kamerę CCD zamontowaną na panelu mikroskopu stereoskopowego. A pokazuje mieszanie się niebieskiego i żółtego barwnika w warunkach mikrograwitacji, a panel B pokazuje mieszanie krwi i soli fizjologicznej w warunkach grawitacji księżycowej.

Mieszanie można ocenić wizualnie w dowolnym punkcie wzdłuż spirali, jak również w kanale wyjściowym w demonstracji optycznego wykrywania bloków fluorescencyjnie znakowanych białych krwinek podczas lotu w stanie mikrograwitacji. Krytyczne wskaźniki wydajności dla danych cytometrii przepływowej obejmują współczynnik zmienności szczytowych intensywności, stosunek sygnału do szumu, szybkości zliczania pików i skuteczność wykrywania, jak pokazano poniżej. Wykrywanie bloków optycznych wydaje się stosunkowo niezakłócone przez przejście od około 1,5 G do prawie zera G i trwa podczas przejścia z powrotem do 1,5 g.

Wykrycie fluorescencyjnych kulek zliczających wbitych w załadowaną próbkę po demonstracji ładowarki w grawitacji księżycowej wskazuje, że próbka została pomyślnie załadowana i dotarła do bloku optycznego w celu wykrycia. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś lepiej zrozumieć, jak przeprowadzać testy urządzeń i zmniejszać grawitację na pokładzie lotu parabolicznego, a w szczególności, jakie procedury są wykonalne, staranne planowanie, wybór części i wdrażanie testów, wszystko to pomaga zapewnić wysoką wydajność z Twojego doświadczenia.