Oszczędna technika obrazowania przepływu kapilarnego przez trójwymiarowe polimerowe proszki drukarskie
4 października 2022
Proponowana technika zapewni nowatorskie, wydajne, oszczędne i nieinwazyjne podejście do obrazowania przepływu płynów przez upakowane złoże proszkowe, co zapewni wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową.
Proponowana technika jest nowatorskim, wydajnym, oszczędnym i nieinwazyjnym podejściem do obrazowania przepływu płynów przez upakowane złoże proszkowe, co zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową. Technika ta jest korzystna, ponieważ komory przepływowe są opłacalne, wielokrotnego użytku, małe i łatwe w obsłudze, co ilustruje dominujący aspekt oszczędnej nauki. Stukanie w proszki i potwierdzanie zagęszczenia proszku jest kluczem do uzyskania powtarzalnego narzędzia diagnostycznego.
Aby rozpocząć, przygotuj mikroprzepływową komórkę, przykrywając wylot perafoam, aby uszczelnić jeden koniec kanału, tak aby pusta komora przepływowa mogła być wypełniona proszkiem polimerowym. Przyklej linijkę z papieru metrycznego bezpośrednio pod kanałem przepływowym. Pomachaj mikroprzepływową komórką przepływową z dołączoną pianką perafoam i linijką.
Masa komory przepływowej to masa niewypełnionej komory przepływowej. Użyj plastikowej pipety, aby przenieść proszek. Podczas wprowadzania proszku do kanału postukaj w komórkę przepływową co najmniej pięć razy, aby zagęścić proszek.
Kontynuuj pakowanie, aż proszek dotrze do początku otworu kanału przepływowego. Usunąć proszek znajdujący się na zewnętrznej powierzchni komory przepływowej chusteczką nasączoną alkoholem. Po zapakowaniu proszków należy wizualnie sprawdzić komorę przepływową pod kątem luźno upakowanego proszku.
Jeśli proszek w komorze przepływowej wydaje się luźno upakowany, dotknij komory przepływowej jeszcze pięć razy. Jeśli opakowanie proszku wydaje się spójne i zwarte, zważ celę przepływową, aby zmierzyć masę proszku polimerowego. Aby zapobiec zalaniu detektora kamery zbyt dużą ilością światła, przykryj stół oświetleniowy nieprzezroczystym materiałem, takim jak wydrukowana w 3D osłona z czarnego włókna kwasu polimlekowego.
Upewnij się, że materiał ma otwór wielkości mikrokanału, aby światło mogło oświetlić proszek. Aby upewnić się, że aparat w urządzeniu mobilnym może uchwycić kontrast między mokrym i suchym proszkiem, użyj stołu świetlnego o niskim lub średnim natężeniu światła. Ustaw kamerę w urządzeniu mobilnym bezpośrednio nad stołem podświetlanym.
Upewnij się, że kamera jest ustawiona prostopadle do górnej krawędzi stołu podświetlanego. Po ustawieniu ostrości aparatu na urządzeniu mobilnym wybierz przycisk nagrywania. Dodaj 125 mikrolitrów płynu do otwartego wlotu mikrokanału za pomocą pipety.
Rejestruj przepływ przez dwie minuty lub do momentu, gdy cały proszek zostanie widocznie zwilżony. Przenieś plik wideo z urządzenia mobilnego do komputera, aby mieć do niego łatwy dostęp. Po zainstalowaniu oprogramowania otwórz oprogramowanie śledzące.
Z menu plik wybierz otwórz plik, aby załadować przesłany plik wideo na pulpit komputera. Aby zdefiniować ramkę początkową i rozmiar kroku, kliknij ikonę ustawień klipu. Następnie kliknij narzędzie do kalibracji, a następnie nowe i wybierz drążek kalibracyjny.
Aby powiększyć linijkę na filmie, kliknij prawym przyciskiem myszy obszar do powiększenia i wybierz z listy opcję powiększenia. Po odpowiednim powiększeniu nakreśl początek i koniec jednego milimetra na linijce przyklejonej do mikrokanału i wpisz 1 mm, aby określić odległość. Kliknij narzędzie dostępu do współrzędnych.
Ustaw początek układu współrzędnych osi x i y za pomocą ramki początkowej podczas wykonywania kroku. Aby utworzyć bryłę punktową, kliknij przycisk Utwórz. Następnie wybierz opcję myszy punktowej.
Użyj Shift plus kontrolka, aby zmienić rozmiar prostokąta. Punktem początkowym jest miejsce, w którym łączą się wlot i kanał. Kliknij kilka razy przycisk wyszukiwania dalej, aby sprawdzić, czy oprogramowanie analizuje właściwy obszar.
Jeśli oprogramowanie działa poprawnie, kliknij wyszukiwanie i poczekaj, aż oprogramowanie zakończy analizę wideo. Otwarte czerwone kółka na wykresie reprezentują dokładny czas i odległość skompilowanych informacji. W przedziale od jednej do dwóch sekund odległość przebyta przez płyn podwoiła się.
W odstępie od dwóch do pięciu sekund odległość, jaką przebył płyn, również się podwoiła. Od pięciu do 10 sekund płyn nadal porusza się szybko. Jednak po 15 sekundach natężenie przepływu zwalnia do około dwóch milimetrów co pięć sekund.
Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać podczas tej procedury, jest zagęszczenie proszków. Procedura może być wykonywana dla proszków ceramicznych i metalicznych i ma duży potencjał w geologicznych badaniach terenowych w celu śledzenia przepływu w systemach pakowania. Technika ta utorowała naukowcom drogę do badania chemicznie modyfikowanych powierzchni, a także płynów wypełnionych nanocząstkami w celu obserwacji przyłączania cząstek.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Zaproponowana technika jest nowatorskim, wydajnym, oszczędnym i nieinwazyjnym podejściem do obrazowania przepływu płynów przez upakowane łoże proszku. Metoda ta zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową, co sprawia, że jest korzystna dla różnych zastosowań.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Dynamika płynów
- Mikrofluidyka
- Techniki obrazowania
Tło
- Technika koncentruje się na obrazowaniu przepływu płynów w upakowanych łożach proszku.
- Podkreśla niskokosztowe i ponownie używalne komórki przepływowe.
- W projekcie metody podkreślono zasady oszczędnej nauki.
- Kluczowe kroki obejmują zagęszczanie proszku dla powtarzalności.
Cel badania
- Opracowanie nieinwazyjnej techniki obrazowania przepływu płynów.
- Poprawa rozdzielczości przestrzennej i czasowej w obrazowaniu.
- Dokumentowanie niskokosztowego rozwiązania dla badaczy.
Stosowane metody
- Przygotowanie mikrofluidycznej komórki przepływowej.
- Uszczelnienie wyjścia za pomocą perafoamu.
- Upakowanie komórki przepływowej polimerowym proszkiem.
- Użycie metrycznej linijki papierowej do pomiaru podczas obrazowania.
Główne wyniki
- Technika wykazuje wysoką rozdzielczość przestrzenną.
- Rozdzielczość czasowa jest znacznie poprawiona.
- Komórki przepływowe są pokazane jako ponownie używalne i łatwe w obsłudze.
- Powtarzalność wyników jest potwierdzona poprzez odpowiednie zagęszczanie proszku.
Wnioski
- Zaproponowana technika obrazowania jest skuteczna i wydajna.
- Jest zgodna z zasadami oszczędnej nauki.
- Ta metoda może być korzystna dla różnych zastosowań badawczych.
Często zadawane pytania
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
