De gravidade reduzida Manifestações ambiente de hardware de uma tecnologia de mistura de fluxo Cytometer e Companion microfluídicos Prototype Miniaturized

Summary

Voo espacial diagnósticos de sangue precisa de inovação. Poucas manifestações foram publicados ilustrando em voo, tecnologia de diagnóstico de saúde de gravidade reduzida. Aqui apresentamos um método para a construção e operação de um equipamento de teste de vôo parabólico para um projeto protótipo point-of-care citometria de fluxo, com componentes e estratégias de preparação adaptáveis ​​a outras configurações.

Abstract

Até recentemente, as amostras de sangue foram coletadas de astronautas em voo, transportado para terra no ônibus espacial, e analisadas em laboratórios terrestres. Se os seres humanos são a viajar para além da órbita baixa da Terra, a transição para o espaço-pronto, ponto-de-cuidado é necessário (POC) de testes. Este tipo de teste precisa ser abrangente, de fácil execução em um ambiente de gravidade reduzida, e não afetado pelas tensões de lançamento e voo espacial. Inúmeros dispositivos POC foram desenvolvidos para imitar homólogos escala laboratorial, mas a maioria tem aplicações limitadas e poucos têm uso demonstrável em, um ambiente de gravidade reduzida em voo. Na verdade, as manifestações de diagnósticos biomédicos em gravidade reduzida são limitados por completo, fazendo a escolha de componentes e certos desafios logísticos de difícil abordagem quando se pretende testar uma nova tecnologia. Para ajudar a preencher o vazio, estamos apresentando um método modular para a construção e operação de um dispositivo de diagnóstico protótipo do sangue e sua p associadoarabolic equipamento de teste de vôo que cumprir as normas de vôo-teste a bordo de um vôo parabólico, aeronave de gravidade reduzida. O método se concentra primeiro em assembléia plataforma para, testes de gravidade reduzida em voo de um citômetro de fluxo e um chip de mistura microfluídica companheiro. Componentes são adaptáveis ​​a outros projetos e alguns componentes personalizados, tais como um carregador amostra microvolume eo micromisturador pode ser de particular interesse. O método então foco muda para a preparação do voo, oferecendo orientações e sugestões para se preparar para um teste de vôo bem sucedido no que diz respeito ao treinamento do usuário, o desenvolvimento de um procedimento operacional padrão (POP), e outras questões. Finalmente, os procedimentos em voo experimentais específicos para nossas manifestações são descritas.

Introduction

A inadequação dos diagnósticos de saúde atual do espaço do pronto apresenta um fator limitante para a mais profunda exploração espacial tripulada. Diagnóstico precisa ser abrangente e fácil de usar em gravidade reduzida, e relativamente pouco afetado pelas tensões de lançamento e voo espacial (por exemplo, altas forças G, vibração, radiação, mudanças de temperatura e de pressão da cabine alterações). A evolução dos testes point-of-care (POCT) pode se traduzir em soluções eficazes voo espacial através do uso de amostras de pacientes menores (por exemplo, uma picada no dedo), fluídica mais simples e menores (ou seja, microfluidics), e reduziu....

Protocol

As amostras de sangue humano utilizados neste protocolo foram coletados com a aprovação do IRB utilizando protocolos minimamente invasivos (ver Agradecimentos).

1. Rig Assembleia

1. Montar componentes do protótipo (fluídicos, ópticos, eletrônicos de controle / aquisição de dados) para um fluxo simples sistema de citometria para ser usado em condições de gravidade reduzida
   1. Prepare um sistema de pressão com peso e mínimo de energia necessário para conduzir fluidos do sistema
      1. Ligue a bomba de ar em miniatura a um sensor de pressão diferencial.
      2. Para manter uma pressão constante de condução, controlar a saíd....

Results

Os resultados representativos para a demonstração micromisturador aparece na Figura 7, quando vistos pela câmara CCD montada no microscópio estereoscópico. A mistura pode ser avaliada visualmente, em qualquer ponto ao longo da espiral, bem como no canal de saída para experiências que envolvem dois conjuntos de fluidos: sangue / soro fisiológico e corante azul / amarelo. A análise quantitativa das imagens bidimensionais podem incluir a determinação da uniformidade sombra por toda a largura do canal em di.......

Discussion

O método descrito aqui habilitado demonstração efetiva dos principais componentes de tecnologia (de carregamento da amostra, mistura microfluídica e detecção óptica) durante os 2.010 vôos parabólicos da FAST, com resultados comparáveis ​​aos testes em solo. Os métodos de treinamento e SOP aqui descritos foram particularmente eficazes, e ajudou a iluminar ferramentas e outro ser 'muletas' invocado para demonstrações práticas que não estariam disponíveis a bordo do vôo parabólico.

Área.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Micro bomba de ar	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Pressão máxima = 6,76 psi; 1,301" x 0,394" x 0,650", 0,28 oz (8 g); disponível diretamente na Smart Products
Sensor de pressão diferencial	Honeywell International, Inc.	ASDX015D44R	Faixa de  0-15 psi; 0,974" x 0,550" x 0,440", 0,09 oz (2,565 g); os fornecedores incluem Digi-Key e Mouser Electronics
Frasco de plástico rígido (tamanho pequeno)	Loritz & Associados, Inc.	55-05	Poliestireno; ID 0,81" (20,6 mm), IH 2,06" (52,4 mm); disponível diretamente da LA Container Inc.; produto similar disponível na Dynalab Corp.
Luvas de Exame de Látex	Dynarex Corporation	2337	Dedo médio usado para diafragma de látex em frasco de fonte de fluido.  Outras marcas (e.g., Aurelia ®   Vibrante &comércio;) Aceitável.
Cola óptica	Norland Products	NOA 88	Adesivo de baixa desgaseificação; disponível diretamente da Norland; Também disponível na Edmund Optics Inc.
Válvulas solenóides de 3 vias	A LEE Company	LHDA0531115H	válvulas de gás, mas pode funcionar com líquido; 1.29" L, 0.28" D.  Produto descontinuado.  Produtos similares disponíveis na The LEE Company.
Medidor de vazão de água volumétrico	OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Medidor de vazão sem contato é fortemente preferido.  Recomendamos o sensor de fluxo de líquido OEM SENSIRION LG16 para vazões de nl/min até 5 ml/min.
PCD-mini detector de fótons	Sensl	PCDMini-00100	Para detecção de fluorescência; disponível diretamente da Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	detecção de força de 3 dimensões.  Fornecido à DMI pela NASA. Produto similar disponível na Vernier Software & Tecnologia, LLC.
Estereomicroscópio	AmScope	SE305R-AZ-E
CCD Camera	Thorlabs	DCU223C	Resolução de 1.024 x 768, Cor, USB 2.0; disponível diretamente da Thorlabs
USB e Cabo de disparo (In/Out) para câmera CCD	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Disponível diretamente da tubulação
Microbore	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon®; ID 0,02", OD 0,06", 500 pés, 0,02" parede. Fornecedores: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Pinos de aço ocos	New England Small Tube	(Custom)	0.025" OD, 0.017" ID, 0.500" L, tubo de aço inoxidável, tipo 304, cortado, rebarbado, passivado; permitir conexões de tubulação microbore, conexões de tubulação de cavacos
Grampo deslizante	World Precision Instruments, Inc.	14042	Disponível diretamente da World Precision Instruments
Peças adaptadoras de Leur	World Precision Instruments, Inc.	14011	Disponível diretamente da World Precision Instruments
Bolacha de silício	Addison Engineering, Inc.		6" de diâmetro; para fabricação de moldes SU-8
Agente de cura de elastômero Polidimetilsiloxano (PDMS)	Dow Corning	3097358-1004	Fornecedor: Global Industrial SLP, LLC
Agulha (23 gauge), ponta chanfrada	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Parede ultra fina; 23 G x 1.5"; 22 G também utilizável; fornecedores: Careforde, Inc.,  Agulha
de dispensação médica Port City (calibre 23), ponta romba	CML Supply	901-23-100	23 G x 1";   disponível na CML
Supply Cover glass	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ vidro borossilicato não corrosivo; para tampa de chip PDMS; 24 x 60 mm; disponível na Thermo Fisher Scientific, Inc.
Bomba de vácuo	Mountain	MTN8407	Para desgaseificação PDMS; fornecedor:  Ryder System, Inc.
Câmara de vácuo	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene™ Policarbonato transparente; disponível na Thermo Fisher Scientific, Inc.
Limpador de plasma	Harrick Plasma	PDC-32G
Lupa de mão	Mitutoyo	183-131	Use na direção inversa para permitir a visualização em ~15".
Etanol	CAROLINA	861283	Para limpeza de cavacos. Diluir a 70% usando água milipore.
Sistema de purificação de água	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Disponível diretamente da Thermo Fisher Scientific, Inc.
Montagens de translação optomecânica	Thorlabs	K6X	6-Axis Kinematic Optic Mount; produto descontinuado; novo produto (K6XS) disponível diretamente do laptop Thorlabs
	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop executando a
(com mola)	National Products, INC.	RAM-234-3	RAM Tough-Tray™. Pode acomodar laptops de 10 a 16 polegadas de largura.
Divisor USB	Connectland Technology Limited	3401167
Cartões de aquisição de dados USB (8 entradas analógicas, 12 E/S digitais)	National Instruments	NI USB-6008	12 bits, 10 kS/s Cartões de aquisição de dados USB multifuncionais de baixo custo
(16 entradas analógicas, 32 E/S digitais)	National Instruments	NI USB-6216	16 bits, 400 kS/s Isolado Série M MIO DAQ, controle alimentado por barramento
/ Software de aquisição	National Instruments	LabVIEW 2009	National Instruments (NI) codificado sob medida LabVIEW
Software de Modelagem Sólida 3D	Dassault Systè mes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Rack de equipamento vertical	(fornecido pela NASA)	N/A
Placa de ensaio óptica de alumínio sólido	Thorlabs	MB2424	24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Torneiras; disponível diretamente do
aço e endurecedor de grau industrial	The J-B Weld Company		Cola Epóxi Reforçada com Aço J-B Weld
Micro-hematócrito capilar	Fisher Scientific	22-362-574	interno 1,1 a 1,2 mm
seringas de 1 ml	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; fornecedor: Grainger, Inc.
Pesquisa Inovadora	Glóbulos Vermelhos Humanos	IPLA-WB3	Testado e considerado negativo pelo fornecedor para: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag ou HIV 1-NAT, ALT e sífilis por Métodos Aprovados pela FDA. Como nenhum método de teste pode garantir com 100% de certeza a ausência de um agente infeccioso, os produtos derivados de humanos devem ser manuseados conforme sugerido no Manual do Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos EUA sobre BIOSSEGURANÇA EM LABORATÓRIOS MICROBIOLÓGICOS E BIOMÉDICOS, PARA AMOSTRAS DE SORO HUMANO OU SANGUE HUMANO POTENCIALMENTE INFECCIOSAS
Concentrado de solução salina tamponada com fosfato	P5493	SIGMA	10x; diluído para 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Centrífugas	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Swing-Out 8-place Centrifuge.  Disponível através de revendedores autorizados.  Outras centrífugas disponíveis diretamente da LW Scientific.
Gravador de vídeo HD	Sony	MHS-CM5
Mancha de ácido nucleico fluorescente laranja	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Mancha de ácido nucleico fluorescente laranja.  Armazenado em solvente DMSO. Sempre use equipamento de proteção individual recomendado. Não é necessário aconselhamento especial sobre manuseio .
Contas de contagem fluorescentes	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Contas de Contagem Absoluta.  Sempre use equipamento de proteção individual recomendado. Não é necessário nenhum conselho especial de manuseio.