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

O objetivo geral deste procedimento é operar um citômetro de fluxo miniaturizado a bordo de um voo parabólico de gravidade reduzida usando preparação de componentes e procedimentos em voo potencialmente adaptáveis a outras configurações. Isso é feito selecionando primeiro cuidadosamente os componentes prontos para uso e fabricados sob medida para facilitar o uso e a segurança em gravidade reduzida. O segundo passo é montar componentes dentro de um equipamento de teste de voo parabólico contendo elementos adicionais para contenção, automação de visualização e facilitação de múltiplas demonstrações.

Em seguida, a equipe se prepara para uma experimentação bem-sucedida em voo por meio de planejamento meticuloso, desenvolvimento de protocolos e treinamento. A etapa final são as demonstrações de vários componentes em voo. Em última análise, o teste de voo parabólico é usado para mostrar as potenciais aplicações espaciais da tecnologia e para identificar os efeitos da ausência de peso, mudanças de gravidade e vibração no desempenho.

Embora esse método possa ser aplicado à citometria de fluxo e tecnologia relacionada, ele também pode ser aplicado em partes a outros tipos de testes de diagnóstico individual em gravidade reduzida, particularmente qualquer coisa com várias demonstrações ou procedimentos de gatilho. Então decidimos fazer este vídeo para JO sobre testes de vôo parabólico porque quando estávamos nos preparando para nossos voos parabólicos com a NASA, essencialmente não havia muitos vídeos ou mesmo literatura que descrevessem como realmente se preparar melhor para os experimentos. Na verdade, tivemos que nos esforçar muito, muito para falar com as pessoas certas em vários locais da NASA para desenterrar essas informações aqui.

Nesse caso, queremos poder compartilhar essas informações para os leitores de Joe, para que eles também possam se preparar adequadamente para esses voos. A construção de um sistema simples de citometria de fluxo para uso em condições de gravidade reduzida requer vários componentes de protótipo fluídicos, ópticos e eletrônicos. Comece preparando um sistema de pressão com necessidades mínimas de peso e energia para acionar o sistema.

Os fluidos conectam uma bomba de ar miniaturizada a um sensor de pressão diferencial. Em seguida, monte um recipiente de fonte de fluido que possa ser carregado sem prender o encaixe de ar. Um frasco de plástico rígido com um diafragma de borracha elástica, tampa firmemente fixável e tubo de entrada de ar na base do frasco.

Vede a conexão da tubulação de entrada de ar usando adesivo óptico. Coloque um cl deslizante temporário clamp sobre o tubo de saída da tampa para evitar a expulsão de fluido durante e após a inserção da tampa. Para carregar o frasco, expanda o diafragma com uma seringa conectada à entrada de ar.

Despeje o fluido na parte superior e insira a tampa em um ângulo de forma que nenhum ar fique preso embaixo. Remova brevemente o cl deslizante clamp para escorvar a tubulação de saída e liberar a pressão de colapso exercida pelo diafragma. Certifique-se de que a bomba pressuriza o frasco sem vazamentos de ar ou fluido.

Comprimir o diafragma para conduzir o fluxo de fluido para fora do tubo de saída da tampa. O terceiro componente necessário é um recipiente de resíduos fluidos para coletar resíduos sem criar uma contrapressão que comprometa o fluxo. Use um frasco colado dentro de um frasco projetado para contenção dupla.

Tampe os frascos com uma janela de esponja de espuma segura que retém líquidos flutuantes, mas permite a equalização da pressão do ar com o ambiente da cabine para fazer um carregador de amostras para uso e máquina de gravidade reduzida e montar um design de grampo com mola com trilhos-guia de modo que ele se prenda de forma confiável como capilar encaixado na bainha entre dois anéis de vedação na linha de fluido. Certifique-se de que, na ausência de um capilar, as molas pressionem os anéis de vedação juntos para completar a linha de fluido e permitir a escorva sem vazamentos. Projete um micro misturador que não dependa de subcomponentes mecânicos alimentados para funcionar.

Usando o método de protótipo rápido de polimetil soano, um micro misturador de vórtice espiral de duas entradas é escolhido e fabricado para detectar partículas individuais que fluem. Monte um bloco óptico em miniatura do tamanho da palma da mão fabricado sob medida em uma placa de placa de ensaio de microscópio usando componentes optomecânicos disponíveis comercialmente. A etapa final na montagem do protótipo é projetar eletrônicos e software para controle de dispositivos e aquisição de dados.

Para conveniência e prototipagem antecipada, utilize peças soldadas à mão conectadas a cartões de aquisição de dados disponíveis comercialmente, código e programa, um software personalizado para operar dispositivos de plataforma e sincronizar todos os dados. Remova a bateria do laptop e configure-o para operar apenas com o cabo de alimentação. Por razões de segurança em voos de gravidade reduzida, o esquema de energia elétrica para alimentar todos os dispositivos deve incluir um mecanismo para desligamento eletrônico rápido e completo.

Em voo. Um único filtro de linha com um único botão liga / desliga é conectado ao painel de distribuição de energia da aeronave para um desempenho bem-sucedido em voo, o espaço total disponível e como ele será dividido entre o espaço experimental da plataforma e o espaço do usuário ao redor da plataforma devem ser considerados. O espaço total disponível é limitado a uma área menor do que a prevista para uma demonstração semelhante no terreno.

Determine quais componentes são acessados de forma mais apropriada em uma altura de chão ajoelhada ou em pé. Também é importante considerar quais componentes se beneficiarão mais da proteção alcançada dentro de uma estrutura de suporte. A estrutura de suporte da plataforma aqui é um rack de equipamento vertical que pode suportar acelerações de vôo e ser fixado com segurança à aeronave pretendida.

O piso da cabine atribuiu componentes aos níveis dentro do rack, um nível superior para colocar o laptop, um nível intermediário do rack para conter subcomponentes de protótipo e um nível de piso para conter lenços umedecidos, luvas e um recipiente de lixo diverso. Para proteger e conter o protótipo e visualizar amostras, vários componentes não protótipos devem ser fabricados ou adaptados. Isso inclui uma caixa de acrílico personalizada para conter os componentes eletrônicos e um porta-luvas de acrílico personalizado com orifícios de acesso ao braço para fornecer um espaço cúbico para realizar uma demonstração do carregador sem correr o risco de contaminação da cabine de voo.

Para gravar um parafuso de demonstração do micro mixer, um microscópio estéreo na placa da placa de ensaio equipado com um suporte de chip de acrílico personalizado e câmera CCD. Para permitir a demonstração segura do bloco óptico, use uma caixa de acrílico opaca personalizada para bloquear a luz ambiente e controlar os riscos do laser. Algumas estratégias simples de design podem eliminar a necessidade de tubos manuais, ajustes em vôo ou outras ações que exijam destreza significativa.

Por exemplo, para pressurizar vários arquivos de origem simultaneamente, use uma máquina personalizada para pressionar o coletor que consiste em um cilindro oco, adaptado a uma agulha de entrada e vários tubos de saída para controlar a direção do fluxo de fluido. Usando o computador, monte um painel de válvulas solenóides de três vias. Controlado por interruptores MOSFET tandem conectados a uma placa DAQ.

As válvulas solenóides de três vias têm uma porta comum que está sempre conectada à porta padrão ou à porta on. A mudança para o estado ligado é acionada com um sinal de cinco volts. Programou o software para prosseguir com as demonstrações usando intervenções de botão único, como um único clique no laptop para alternar os estados da válvula ou alterar a pressão de acionamento da bomba.

Isso evita a necessidade de ajustes manuais de tubulação que podem incorrer em vazamentos no ambiente e na perda de tempo de experimento em um ambiente caótico. A demonstração do carregador de amostras inclui carregar uma amostra e conduzir a amostra para o bloco óptico ou OB para detecção. A configuração utiliza duas válvulas, uma antes e outra depois da carregadeira.

Durante o carregamento, ambas as válvulas são desligadas impedindo o movimento do fluido à medida que o carregador é utilizado, ligar as válvulas abre o caminho X do fluido que se estende do frasco de solução salina ao frasco de resíduos, permitindo que a bomba conduza a amostra para análise. A demonstração do bloco óptico inclui detecção sequencial de três tipos diferentes de amostras Sem a necessidade de alterar manualmente as conexões da tubulação, a solução salina é capaz de lavar o sistema entre as amostras. A demonstração do micro misturador inclui mistura de soro fisiológico no sangue e segmentos de mistura de corante amarelo azul.

A configuração usa duas válvulas para guiar a pressão para os frascos de sangue e solução salina ou para os frascos de corante, de modo que apenas uma demonstração de mistura esteja ativa por vez. Uma válvula adicional permite a injeção de bolhas de ar no chip de mistura salina do sangue. O sistema deve estar preparado para choques repentinos, vibrações ou colisões de passageiros em voo.

Para estabilização do alinhamento, aplique epóxi de secagem rápida em componentes alinhados que são facilmente desajustados, principalmente os componentes ópticos. Aplique epóxi de grau industrial sobre o epóxi de secagem rápida também para proteger outros componentes conforme necessário, incluindo o acessório da câmera CCD à peça do microscópio I para testes de distúrbios físicos. Agite a estrutura de suporte da plataforma com todos os componentes no lugar.

Verifique a funcionalidade de componentes individuais após submeter a plataforma à perturbação, particularmente os componentes ópticos alinhados treinados para ocorrências inesperadas em voo, incluindo o avião nivelando repentinamente no meio de um experimento ou forças repentinas atingindo a plataforma. Proteja os passageiros flutuantes adicionando acolchoamento ao rack. Os cantos treinam vários indivíduos como operadores primários para operar habilmente o dispositivo em voo.

É imprevisível quem ficará doente durante os parais e um determinado usuário pode não ser afetado em um voo e ficar doente em outro. Verifique a plataforma após o transporte para o local de voo, fazendo as correções necessárias e definindo as conexões da tubulação antes de carregar na aeronave. Em cada dia de voo, prepare e prenda frascos de amostra correspondentes às demonstrações do dia.

Prepare-se para intervalos possivelmente longos entre a configuração e a experimentação, bem como altas temperaturas ambientes, dependendo da localização do voo. Evite enjoos durante o vôo tomando medicamentos fornecidos, como escopolamina com anfetamina de texto, e use várias parábolas iniciais para se ajustar às transições de gravidade, subindo lentamente paralelamente ao chão e deitando-se durante a alta gravidade. Uma vez em posição de voo, os operadores da plataforma, ao se aproximarem do espaço aéreo dedicado da parábola, fornecem espaço suficiente para permitir que os operadores da plataforma se deitem durante altos intervalos de gravitação e permitam o acesso às correias das pernas assim que a parábola começar.

Não aplique forças fortes no corpo durante a gravidade reduzida. Como isso pode enviar o corpo para cima muito rapidamente e um tanto perigosamente para realizar a demonstração do carregador de amostras. Quando o plano entrar em gravidade reduzida, use a seringa de amostra para colocar uma gota da mistura de corante de contagem de contas na ponta do dedo Para simular uma picada no dedo sample, use um consumível capilar para pegar a amostra do dedo e carregar a amostra no carregador capilar.

Conduza a amostra para o sistema óptico para detecção. Realize a demonstração do misturador microfluídico instalado sob o microscópio. Misture sangue e soro fisiológico na proporção de um para um a 1,52345 e seis PSI para pelo menos duas parábolas cada.

Gravação de dados de vídeo sincronizados com outras leituras. Imagens reais em voo de uma demonstração de mixer são mostradas aqui. Injete ar na entrada salina para testar se a arquitetura do canal prenderá uma bolha que pode impedir a mistura ideal. Misturar.

Alimentos azuis e amarelos morrem a 1,52345 e seis PSI por pelo menos duas parábolas cada. Novamente, a gravação de dados sincronizados mostrados aqui são resultados representativos para duas demonstrações de micro mixer visualizadas por uma câmera CCD instalada no painel do microscópio estéreo. A mostra a mistura de corantes azul e amarelo em condições de microgravidade, e o painel B mostra a mistura de sangue e solução salina em condições de gravidade lunar.

A mistura pode ser avaliada visualmente em qualquer ponto ao longo da espiral, bem como no canal de saída, em uma demonstração de detecção de bloqueio óptico de glóbulos brancos marcados com fluorescência durante o vôo de microgravidade. As métricas críticas de desempenho para os dados de citometria de fluxo incluem o coeficiente de variação das intensidades de pico sinal para relações de ruído, taxas de contagem de pico e eficiência de detecção, conforme mostrado aqui. A detecção de blocos ópticos parece relativamente imperturbável por uma transição de aproximadamente 1,5 G para quase zero G e continua durante a transição de volta para 1,5 g.

A detecção de contas de contagem fluorescentes cravadas em uma amostra carregada após a demonstração do carregador em gravidade lunar indica que a amostra foi carregada com sucesso e atingiu o bloco óptico para detecção. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma melhor compreensão de como realizar testes de dispositivos e reduzir a gravidade a bordo de um voo parabólico e, particularmente, que tipos de procedimentos são viáveis, planejamento cuidadoso, seleção de peças e implementação de testes, todos ajudam a garantir um alto rendimento de sua experiência.