样机小型化流式细胞仪及配套的混合微流控技术降低重力环境硬件演示

Summary

航天血液诊断需要创新。少数示威已经公布出在飞行中，减少了重力医疗诊断技术。这里我们提出了结构和操作一个抛物线飞行试验台上对护理点的一个原型流式细胞仪的设计，与组分和制备策略适应其它设置方法。

Abstract

直到最近，收集宇航员的血液样本中飞行，运到陆地上的航天飞机，并在地面的实验室进行分析。如果人类前往超越低地球轨道，走向太空就绪，点的护理的过渡（POC）测试是必需的。这样的测试必须是全面的，容易降低重力环境下进行，并且不会受到发射和航天的压力。无数POC设备已经被开发，以模仿实验室规模的对应，但最有窄的应用和一些具有在飞行中，减少的重力环境可证实的用途。事实上，在降低重心的生物医学诊断的示威完全限制，使得组件的选择和一些后勤方面的挑战很难寻求测试新技术的时候进场。为了帮助填补这一空白，我们提出了模块化方法的原型血液诊断设备的建设和运营及其相关的P抛物飞行试验台符合标准的飞行试验机载抛物线飞行，减少了重力飞机。该方法首先侧重于钻机装配在飞机上，减少了重力流式细胞仪的测试和同伴微流控芯片的混合。组件是适合于其他的设计和一些定制组件，比如一个微量样品装载器和所述微混合器可以是特别感兴趣的。然后该方法将焦点转移到飞行准备，通过提供指导和建议，以一个成功的飞行试验方面用户培训，标准作业程序（SOP）的发展等问题做准备。最后，在飞行中特定于我们的示范实验步骤进行了描述。

Introduction

目前的空间准备健康诊断的不足之处提出了一个限​​制因素，以更深入的载人太空探索。诊断需要是全面的，易于在低重力来使用，并且相对地不受发射和航天（ 例如 ，高g力，振动，辐射，温度变化，和机舱压力的变化）的压力。在护理点的检测（POCT）的发展可以通过使用更小的患者的标本（ 例如 ，一个手指刺），更简单和更小的流体学（ 即 ，微流体）转化为有效的航天溶液，并降低电功率的要求，除其他优势。 流式细胞术是有吸引力的方法为在空间的POC，因为该技术的广泛的用途，包括对细胞计数和生物标志物的定量分析，以及显著小型化的潜力。上一页空间相关的流式细胞仪，包括“核包装efficiency'（NPE）的工具，用于同时进行电弧灯诱导荧光和电子音量（库尔特体积）测量^1-4中 ，一个相对较小的台式流式细胞仪代表“第一代流式细胞仪中的零重力^'5数据的实时流，一个“无鞘微仪”能够4-和5-部分白血细胞（WBC）分类计数用预处理5微升全血样品^6-9，以及“光纤为基础的”流式细胞仪最近在国际板载测试空间站^10。

通常进行板载了使用近似抛物线飞行弹道模拟失重（ 例如 ，零重力，火星的重力^）11的选择水平降低重力飞机的潜在空间应用评估诊断技术。评估是具有挑战性的，因为飞行的机会是有限的，repet微重力可持续的竞争短窗可以使它很难评估方法或通常需要不间断的时间超过20-40秒长的过程，并演示可能需要飞行^12-15不要轻易使用额外的设备。此外，在使用或设计，减少了重力作用的体外诊断（IVD）技术先前的示威是有限的，大量的工作仍然未公布。除了 ​​上述的流式细胞仪，在文献中描述的其他空间相关的IVD-技术包括全血染色装置，用于免疫的应用程序^16，一个自动化的基于照相机的流式细胞仪^12，手持式的临床分析仪，用于集成电势，电流分析法，和电导^12,17，一个微流体“T形感应器”装置，用于分析物的定量分析，依赖于扩散为基础的混合和分离^18，和一个旋转的'实验室上的CD“诊断平台¹9,20。初来乍到低重力测试也可能看起来不相关的体外诊断抛物线飞行表演时，试图使设备评估可能的（或搞清楚什么是可能的）。从具有证据充分的飞行准备，飞行中的战略，以及飞行测试设备等以前的医学或生物实验演示包括在表1中 ^{15，21-35。}这些可以是信息性由于包含的手册中飞行任务，使用专门的设备，并且实验遏制。

类别	示例
紧急医疗	气管插管（喉镜引导下，对马尼克在）21，心脏生命支持（麻醉猪）22
外科护理	腹腔镜手术（视频模拟23，对麻醉的猪24,25）
医学影像学或生理学评估	超声与下体负压室26，多普勒流量计（头戴式）27，中心静脉压监测器28
专业的生物设备	酶标仪（和飞行中的手套箱中）29，对细胞周期的实验30，显微镜温度控制系统（明场，相位相反，和多通道荧光能力）15，毛细管电泳设备连接到视频显微镜31
其他	植物收割用钳子32，只包含33,34和35鱼类观察

表1.抛物线飞行有很好的描述方法/试验示范的例子

为了扩大在前面的例子中，提供更深入地了解成功的飞行演示中，我们提出了模块化和适应性强的程序结构的原型与相关的微混技术的流式细胞仪为抛物线飞行试验台的组成部分和操作。该钻机能装样，微混合和荧光粒子探测的演示，并进行了测试机上，2010年美国航空航天局方便获取的空间环境（FAST）抛物线fligHTS，飞行距离9月29日至十月一日，2010年这些示威活动从一开始，中间和结束拉，分别在指尖大小的血样被载入，稀释或者与试剂混合的潜在设备的工作流程，并通过光学分析检测。流式细胞仪缩放流入一个紧凑的单元需要创新和精心挑选的一部分。定制和现成的，现成的组件是用在这里，所选择的最后一个组件的选择最好的早期近似的，以及可能适用于其他创新的设计。下面的原型组件选择一个大纲，设置是在作为骨架钻机装配支撑结构描述。原型部件被分配的地点，固定，并伴有必要的成功实验的附加组件。注意然后转移到涉及标准操作程序（SOP）的开发，培训，物流等较为抽象的过程。最后，演示，具体程序描述。此处所描述的策略和支撑钻机部件（ 例如 ，显微镜，丙烯酸箱等 ）的选择，尽管执行此处为特定原型，说话相关测试任何血液诊断设备中减小的重力环境的一般问题和挑战。

在航班2010年2月球重力（达到约1/6地球重力）和两个微重力航班原定跨越4天，虽然最终这些被跨3天改期。示威板载了修改私人经营，窄体喷气客机³⁶进行。每个航班提供30-40抛物线，每产生约20秒的引力（大致1.8克），随后由20-25秒的减少重力条件下。被处决的一半抛物线后，飞机停了一段平飞约5-10分钟，以使飞机调头后脑勺朝着陆点，而PErforming的抛物线的其余部分。

Protocol

在这个协议中使用的人类血液样本，采用微创的协议（见致谢）收集与IRB的批准。

1.钻机组装

1. 组装样机部件（流体学，光学，控制/数据获取电子设备），用于一个简单的流式细胞仪系统中减少重力条件下使用
   1. 准备一个加压系统以最小的重量和功率需求驱动系统射流
      1. 连接一个微型空气泵到一个压差传感器。
      2. 为了保持恒定的驱动压力下，使用脉冲宽度调制和占空比使用定制的控制软件比例 - 积分 - 微分控制器（步骤1.1.7）调节控制泵的输出。
   2. 装配可以在没有捕集空气中加载一个流体源容器（参见步骤3.4）
      1. 适合的刚性塑料小瓶（ 图1A）用胶乳diaphra通用，牢牢地固定帽，并在瓶底座进气管道（使用光学胶密封连接）。
      2. 确保泵加压小瓶没有空气或液体泄漏，压缩所述隔膜驱动流体流出帽出口管。
   3. 设计一个流体废弃物容器收集废弃物没有建立背压，将危及流
      1. 用一个小瓶胶中之小瓶设计（ 图1B）的双重遏制。
      2. 帽小瓶担保海绵窗口，捕捉漂浮的废物，但允许空气压力平衡的客舱环境。
   4. 做一个样品装载机在低重力的使用
      1. 机和组装一个弹簧加载的夹具设计guiderails（ 图1C），使得它可靠地夹持在所述流体管路两个O形环之间的护套，安装毛细管。确保它加载的时候保存样品的体积，可容纳的System p当一个样品没有被插入，并避免错误的气泡导入日明。
      2. 确保在没有毛细管，弹簧按压O型环一起完成流体管路和使涂刷无泄漏（ 图1D，左）。
   5. 设计一个不依赖于机动子组件功能的微混合器
      1. 设想一个两入口的螺旋涡流超微混合机（ 图1E），可实现所需的混沌平流克服了微流体通道内的层流。此设计提供所有液体进入下游，这样一个样本的运行，不影响下一个。
      2. 为方便起见，使用快速原型聚二甲基硅氧烷（PDMS）的方法（ 图1F）制造选定的设计。利用二维计算机辅助设计的光掩模印刷在20000 dpi的制作必要的SU-8的模具在洁净室设备^37。
         注：使用莫迪田间23号适合垂直钻孔磨钻洞的入口，漩涡，检测入口和出口处的检测点，并用手放大镜，以帮助瞄准针。切出从用剃刀刃的PDMS芯片和用0.5“空心钢销伸出的芯片的非模制后侧的配合孔中。连中央的螺旋口引脚使用微孔管的检测通道入口引脚。
      3. 彻底清洁片用乙醇干燥成型表面采用磨砂透明胶带。用空的注射器吹出来的乙醇的引脚。把PDMS芯片和等离子清洗机内的原始玻璃盖，并通过应用光压，光镜，该芯片完全不影响通道的通畅，立即按下确认在10秒内粘结起来。
   6. 安装一个手掌大小的微型光学模块来检测单个粒子流动
      1. 图2AB的设计适用于双彩epifluorescence激光照射和检测，并利用PDMS的直通道（120通过200μm）的流动池了方便。
      2. 使用市售的光学机械组件和对准光纤耦合单光子计数模块安装部（ 图2C）。
   7. 设计电子设备和软件，用于设备控制和数据采集
      1. 为了便于早期原型，采用手工焊接件连接到数据采集（DAQ）卡（ 图2D）。
      2. 代码和程序定制软件（例如图2E）操作钻机设备和同步所有的数据。
2. 附加的部件（未正式原型的一部分​​）
   1. 掺入​​3维加速度计（ 图2D，左）和流速计（未示出）。一个加速度计是本登机但（可能）不能直接同步邻疗法记录的数据。
3. 电源方案
   1. 一种机制，用于快速和完整的电子关断（上减少了重力飞行所需出于安全原因）
      1. 连接一个电源板（单I / O键）飞机配电屏（120 VAC 60赫兹）。
      2. 卸下笔记本电池，并设置笔记本电源线单独运行，通过。
   2. 所有设备的电源
      1. 直接供电的笔记本电脑（电池取出），光学显微镜，并用插线板双光子探测器。
      2. 通过连接到电池的笔记本电脑，或者使用USB数据采集卡中剩余的电能的设备。
4. 飞行准备钻机布局
   1. 注意事项成功的飞行表演
      1. 可用的总空间是有限的，以比规定的在地面上（ 图3A）类似的示范较小的区域。考虑总的可用空间，以及如何使得S速度将试验装置的空间之间进行划分（包括使用除正式部分原型的组件），以及围绕该钻井平台的用户空间。试验钻机各不相同的向前或向后定位方面，但这很大程度上是不影响使用的可操作空间（或者在飞行物理学）。
      2. 确定哪些组件是更适当的站立，跪，或层高访问，并考虑哪些组件将受益最大内部支撑结构实现的保障。
   2. 钻机支撑结构
      1. 获取或构造是否符合考虑布局需要一个垂直的设备机架，包含所有组件，使不同的垂直水平的组织，可承受的飞行加速度，并牢固地附着于预期的飞机机舱地板上。
      2. 分配组件到设备机架（ 图3B）内的水平：一个顶层放置在笔记本电脑中，中间机架级到contain原型子和地面水平，包含额外的抹布，手套和其他废物容器。
      3. 设想在机架内的附加结构，以适应不同的所需的水平。 2英尺落实支撑梁在“mid'高举行2英尺，显微镜实验板板拧下来钻机部件和支撑梁约2英尺高，支持飞行批准的笔记本电脑低谷。
      4. 内垂直的水平，确定最佳组分安排，考虑到由于发生对其他组分的存在以及帐户访问的限制，由于钻机本身的板载飞行（ 例如 ，一个正方形钻机的4 ^个侧面可潜在位置/方位靠近墙的飞机，只留下3个侧面访问）。
         注：该腿带，以确保测试操作是在从所述钻机固定的距离和各方面可能无法使用。
      5. 基于这些确定，二韦迪面包板板分成4个象限（ 图3C），将电子和朝向飞机壁光学块，并将样品装载器和微流控芯片朝向车厢空间的专用位置。
5. 原型固定，遏制和可视化设置
   1. 电子系统
      1. 设计，激光切割和组装定制亚克力盒（ 图2D）来包含数据采集卡（绑向下）和手工焊接电路板（拧到箱壁）。
      2. 利用摆动门为方便（固定在飞行中与织物钩 - 环搭扣）和出口孔用于USB电缆和电线。
   2. 样品装载机
      1. 制作一个定制亚克力“手套”对话框（ 图4A）与手臂连接孔，以提供在其上执行装载机演示（ 图4C），而不会危及飞行舱的污染一立方米的空间。
      2. 饲料管，并从通过小圆孔在盒子的侧面的装载器。
   3. 微混合器
      1. 适应在地面上使用的设备。栓体视显微镜（ 图4B）对实验板板和与自定义丙烯酸芯片保持器，也用螺栓固定在板适合它。
      2. 适合使用USB CCD照相机的显微镜目镜，并将其连接到笔记本电脑（ 图4D），保存视频与其他数据的同步（重力，驾驶压力和流速）。
   4. 光模块
      1. 制造定制的不透明的丙烯酸框（ 图4A，右），以覆盖块，从环境光遮蔽它并控制激光危害。
      2. 利用光学滤波器“窗口”安全检查激光功能。
   5. 笔记本电脑
      1. 螺栓飞行批准的笔记本托盘内支撑结构支撑梁。
      2. 使用呼K-和环扣件，以确保USB电缆沿着机架架构。
6. 在飞行中演示的实现
   1. 简单的干预措施，以继续完成演示
      1. 整合，消除了需要手动调整管在飞行中或需要显著灵巧或者可能泄露的危险液体进入客舱环境中的其他动作的附加组件。
         1. 定制机器和整合的压力歧管（ 图5A）构成的铝筒钻孔和攻丝，以适应螺纹上针路厄适配器作为一个压力入口。钻沿圆周较小的孔，以适应O形圈和微孔管的出口。使用同时迫使多个源的小瓶。
         2. 组装的通过有线连接到数据采集卡串联的MOSFET开关（ 图5C）来控制三通电磁阀（ 图5B）一个面板。适应微孔管，以适应阀口。将其用于控制​​从不同的小瓶的流体流动。
      2. 编程软件进行过示威游行（ 图6）采用单按钮干预（在笔记本电脑上例如 ，单一的点击）。
   2. 备份手动控制
      1. 添加幻灯片夹操纵，使一些手动控制的流控，也许意外的话管子需要断开连接，并在飞行过程中重新连接。
      2. 包括万一在飞行中泄漏的地板架部分充分清理抹布。
7. 飞行扰动准备：准备系统可能突然颠簸力量，震动，或在飞行中乘客发生碰撞。
   1. 对准稳定
      1. 申请快干环氧树脂对准部件，很容易误调节，特别是光学部件。
      2. 申请的工业级环氧树脂在快干环氧树脂以及确保其他的直流电阻TS必要时，包括CCD照相机附着到显微镜目镜。
   2. 物理干扰测试
      1. 摇钻机支撑结构，在发生的所有组件。
      2. 使该钻机的干扰，尤其是对准光学组件后检查各个组件的功能。
   3. 客风险管理
      1. 应用泡沫填充到垂直设备机架结构，可能会损害一个航班乘客不小心敲到钻机（ 图4C）的区域（拐角，边缘）。
      2. 安全与填充黑色胶带。

2.示范制备及物流

1. 在飞行和地面团队的角色分配
   1. 分配钻机操作员（S）将执行钻机安装和飞行中所有的动手操作。动手运营商最能显现时，钻机安装完成。
   2. 分配地面保障执行的样品制备和任何其他准备工作不直接涉及钻机，最大限度地减少对钻机操作人员的时间负担。
2. 最初的标准操作程序（SOP）的发展
   1. 写的所有步骤，将飞行前（前一天前，上午），在飞行中，与仅使用的设备和材料，将可在飞行位置后的飞行程序。飞机水平飞行的5至10分钟的块可以供最后一分钟的安装过程抛物线开始之前或在中间点的飞机转了一圈。
   2. 以抛物线的专用号码分配在飞行试验过程，并指出，抛物线很可能会中途分开，通过让飞机调头后脑勺登陆现场，而另一组可以要求飞机拉平中间试验或更少的抛物线可飞行超过预期。
   3. 怀孕演示程序，以最大限度地减少超出有效遏制生物危害风险，避免实际的生物标本在可能的情况。利用蓝色食用色素掺入荧光计数珠（ 图1D）作为样本装载机示范过程的替代血液。
3. 示范培训
   1. 设定训练计划足以完全修改和完善的SOP，以及产生深入地控制数据与飞行数据进行比较。
   2. 进行飞行前的SOP后，“锁定”了钻机进了一个房间，模拟飞行体验，切割获得的工具或地面材料。对于更严格的训练，标志着离地面的部分满足分配方面，将可在飞行^32。
   3. 在培训过程中，遵循SOPêXactly公司，并用秒表宣布20至30秒的抛物线，表示入口和减少重力的出口，以及一个飞行中抛物线断裂。
   4. 结合定稿的SOP转化为实际飞行日计划，并与天前，飞行日飞行除以“飞行前的活动。
   5. 训练突发的飞行中出现的包括突发力量击打钻机或突然拉平在实验的中间平面。
   6. 当经受活动之间的飞行前程序和在飞行中的扩展断裂（小时或更多）的样品和试剂的测试稳定性。还要注意，温度可以更高显著在飞行位置。
   7. 培养多个人作为主要运营商熟练地操作设备在飞行中。这是不可预测的谁就会生病期间的抛物线，和一个给定的用户可以是未受影响的一个飞行和生病在另一个上。
4. 地面设备及配套物料
   1. 组建一个工具箱，包括备份组件和设备所需的维修，包括手工具，焊接设备和胶/环氧许多其他项目中。
   2. 收集的样品和试剂的量超出时的情况下在预定的航班后的样品或试剂已经被准备好用于飞行发生意外的飞行推迟什么是为使用。
5. 航运
   1. 需要运送钻机安装运输​​，地面设备（工具机，离心机，移液管，旋涡混合器，其他）和易腐食品（血细胞，试剂）。确保有足够的时间来接收，检查，组装和测试硬件的飞行活动。
   2. 包住钻机上使用泡沫包装底部，除非各方关注。船舶装备使用自定义的木箱中，内部配有泡沫塑料垫和防震材料。
   3. 船舶配套地面设备/一个刚性容器或胸部的工具。
   4. 船舶易腐货物于1英寸厚的绝缘泡沫盒子，里面装着干冰需要-20℃贮存和冷冻酷包需要4℃贮存物品的物品。
6. 飞行前测试
   在飞行位置进行飞行前测试前几天的航班检查所有部件的功能。
   飞行钻机进行称重和起重机装载到飞机，并很可能留在飞机上的飞行周的持续时间。

3.在飞行演示

示范/实验2天名称（“一天”和“日B”下文）之间的分歧。当天被指定为微观论证和日B被指定为粒子探测和样品装载示威。

1. 对于微混合器示威地面样品制备（仅一天）
   1. 稀3毫升蓝色食用染料成12毫升1×磷酸盐缓冲盐水（PBS）中。
   2. 稀3毫升黄色食用色素我n要12毫升1X PBS。
   3. 应变15毫升市售纯化的红血细胞。
      注意 ：由于没有测试方法可以100％肯定没有传染性病原体的保障，人的衍生产品应始终处理为生物危害。
   4. 负载样品瓶（参见步骤3.3）对于每个样品，再加上一个附加的小瓶仅含有盐水。
2. 光学块地演示样品制备
   1. 结合60微升荧光计数珠14毫升1X PBS（4.3珠/微升）用1％吐温。装入样品瓶。
      小心 ：所有的化学品谨慎使用个人防护装备（PPE）。
   2. 稀释50微升指尖全血样本100倍，1倍PBS，并添加SYTO 83染料[决赛] = 5微米。轻轻涡旋混合。孵育> 5分钟，在室温下进行。
      注意 ：SYTO 83染料溶解于dimethylsulfoxi德（DMSO）中，这是很容易通过皮肤被吸收。可能会刺激眼睛，呼吸系统和皮肤。手柄采用PPE。
   3. 离心细胞样品（2300 XG 4分钟），吸管掉上清。
   4. 加入1ml 1×PBS中，离心，在2300×g离心4分钟，吸移离上清冲洗染色的细胞样品。重复2次以上。
   5. 回卷到15毫升，1×PBS为达成最终1：500倍稀释原有的商业库存。株的细胞，并负载到样品管形瓶中。
3. 样品装载示范地面样品制备（仅日B）
   1. 通过切割微血细胞比容毛细管进15毫米段用刀片制备毛细管消耗品样本装载机的演示。
   2. 准备样品装载机演示：将250微升股票荧光珠与250微升未稀释的蓝色食用色素（500珠/微升）。吸取250微升的样品一分为二1毫升注射器，每个配有钝尖NEedle被关闭录音用电工胶带。
4. 加载流体源瓶
   1. 适用于新鲜，无粉乳胶隔膜瓶（切手指的手套可以接受的）。确保隔膜的长度足以从药瓶地板延伸和折叠过顶外缘。滑过折叠部分小瓶环。
   2. 放置一个临时的幻灯片夹到帽出口管路，以防止帽盖插入过程中的流体排出。
   3. 填充小瓶之前，负小瓶用注射器加压扩大隔膜。倒入液体瓶的顶部，插入盖以一定的角度，这样没有空气中放置帽盖下被困（有些液体会溢出）。暂时取出滑动钳由膜片施加主要出口油管和释放崩溃的压力。
5. 准备钻机演示
   1. 连接并检查所有管路的连接
   2. 勾源小瓶到系统中。适合的小瓶到自定义ACRY里克小瓶保持并固定它们以和钩环紧固件。
   3. 空在小瓶或箱包含任何浪费。
   4. 检查硬盘空间，并启动自定义演示软件。
   5. 执行系统射流吸具体到每一个演示程序。
   6. 交换新电池的任何电池供电的设备（ 如加速度计）。
   7. 手工摇荧光粒子样本。
   8. 运行简单的飞行前的测试实验。
6. 避免在飞行晕车
   1. 取提供药物（东茛菪碱和右苯丙胺，既安全又有效地防止晕车飞行中）
   2. 谨慎推荐的人体定位策略在飞行中（ 例如 ，平躺在后面增加了重力时，与身体笔直，头向前竖起，并让身体飘了起来自行过渡到低重力时）。如果可能的话，使用几个早期的抛物线来适应重力变化。 保留了塑料呕吐袋在前面的口袋里很方便。呕吐可能会发生突然，没有前面的恶心。
7. 位置钻机操作人员在一次飞行，接近抛物线专用空域。提供足够的空间，让钻机操作人员在高重力间隔躺下能够访问腿带。一旦抛物线开始，不降低重心在身体上施加强大的力量，因为这可能会涨得很快，有点危险的寄体。
8. 进行微流体混合器示范（一天只）
   1. 手工摇试运行前的血液小瓶。
   2. 混合血液和盐以1：1的比例为1.5，2，3，4，5，和6磅，对于每个至少2抛物线，记录同步到其他读数的视频数据。
   3. 将空气注入生理盐水入口测试是否渠道架构将捕获的气泡，可以防止最佳混合。
   4. 混合蓝色和黄色食用色素为1.5，2，3，4，5，和6 psi的至少2每一个抛物线，再次录制的同步数据。
   5. 完成后，以防止进一步的废物生产应用滑动钳系统射流。
   6. 在试玩的情况下重复关闭电子之前需要检查数据的完整性。
9. 进行光学模块和样品装载示威（日乙只）
   1. 在运行之前手动摇动样品。
   2. 通过光学块驱动器的荧光计数珠3的抛物线。冲水系统用生理盐水对样品类型之间的至少1抛物线。
   3. 用于荧光凝胶颗粒和白细胞重复3.9.2。
   4. 检查数据需要移动到样品装载机演示之前，要反复的任何缺失的实体。
   5. 开始录制使用HD录像机样本装载机的演示。
   6. 当飞机进入降低重心，用样品注射器把一滴计数珠染料混合物的指尖，以模拟手指刺样品。使用不切实际的大滴（ 图1D），以测试期间减少重力保持手指刺样品上的手指的极限。
   7. 用毛细管耗材拿起样品（约10微升）关闭的手指，加载到毛细管装载机。
   8. 使用包含在框中抹布擦去剩余的样品断手指。
   9. 驱动样品进入光学系统进行检测。
   10. 使用不同的运营商重复试验数次。
   11. 检查数据需要关闭电子设备之前，要重复任何缺失的实体。
10. 飞行后关机
    1. 空和处置废物的妥善利用必要的生物危险标识遏制插座。危险废物可能要求发运了飞机设施。
    2. 系统彻底冲洗，用5ml的注射器装入水，以提供强力清理。冲洗阀前后完成所有3个端口。
    3. 擦拭用酒精擦拭任何混乱。
    4. 重新灌制的下一个演示。

Representative Results

对于微混合器示范代表性的结果显示在图7中 ，作为观看由安装在立体显微镜CCD照相机。混合可以在视觉上评价在沿着螺旋的任何点，以及在涉及两组流体实验的出口通道：血液/盐水和蓝色/黄色染料。该二维图像的定量分析可以包括确定在整个信道宽度遮阳均匀性在不同的区域，如图中的其他出版物^38-40。见补充图1进一步的细节。见补充图2演示泡处理的微流控芯片。

，结果粒子探测光学模块和样品装载示威出现在图7C和 D分别。光学块检测荧光标记的白细胞（连接gure 7C） 出现由从大约1.5克至近零克的过渡相对未受干扰，并且转换回至1.5g期间继续进行。样品装载的数据显示，已成功加载的样本（这里月球重力条件下），并达到光学组件检测（图7D）。数据读出的定量分析采用了自定义峰值计数算法，以减少对正常和高重力条件下进行比较的计数和信号 - 噪声比。见补充图3的扩展轨迹和实例分析。

图1：射流子组件（A）考生源瓶使用配有两个O形圈沿其樱雪定制加工的铝盖rted部分。帽螺钉向下到小瓶'环'，保持帽，使其紧贴上部小瓶边缘。（B）中的候选废物瓶盖允许空气而不是液体通过该切口开口部在顶端。（℃）候选样本加载器各自包括加工头，中心和脚件，适宜2 guiderails。 Guiderail间距促进毛细管的定位。（D）中 ，从指尖甲收集的样品滴被装入流体管线。（E）的候选螺旋涡式微型混合器通过3旋转混合两种溶液（'1'，'2'， '3'），螺旋形（从1.9到0.9毫米）和涡流漏极（“V”，直径320微米）的内半径。通过微孔管到出口通道（'E'）的流体，然后通过。通道是200微米，宽120微米高。旋涡漏极（V）的高度为满足销前1-2毫米。（F）芯片的足迹相对比一分钱较小。

图2：光学及电子子组件。 （一）考生光学模块组件设计包括两个激光器（'绿'，'红'），加上几个分束器（“BS”），镜头和光子探测器（'PD'）。（B）固体建模设计（插图）被加工，阳极氧化处理，组装。阶段（S）的流动池放置位点（蓝色箭头），红色激光（红色箭头）被标记。（℃）为在飞行测试，该块被使用夹具和对准固定装置固定，它也保持光纤馈送到光子计数模块。（D）大DAQ板和手工焊接电子设备的控制之前，切实可行的解决方案/电子收购可以降低到微电子equivale NTS。光学块（包括在自定义黑色亚克力箱，未标记的左侧）是照片中的可见带固定在顶端的加速度计（“命中”。）。对于微型混合器示范（E）的实施例的定制软件使设备同步控制，读出，并存储数据。

图3：试验台布局（一）飞行环境可能取决于有多少组同时运行试验飞行拥挤（B）钻机部件组装在一个垂直的设备机架3的水平之间的分歧。腿带（红色和黄色）是在机架左右的电弧可见的。（C）的显微镜实验板板被分成4个象限为演示和电子箱的放置。

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图4：遏制和可视化。 （A）定制亚克力制作“手套”对话框允许在飞行样本装载机的演示。内箱抱样本，毛细血管和浪费。配有定制制造微流控芯片支架（B）立体显微镜能够在飞行中的可视化微混合器示范。在显微镜被修饰具有延长颈部，使该芯片保持器，其中的两个芯片同时，可以使用配有磁铁，以保持它在两个位置中的一个一个的芯片托盘之间被快速翻转容纳空间。（C）的甲钻机操作者进行样品装载演示，同时跪在飞行。第二个操作员操作摄像机将他的左手。（D）微混合器可见的笔记本电脑。

图5：其它组件，启用示威操作通过简单的干预措施。 （A）空气压力由分流器的部分挖空，并挖掘缸到针适用。压力出口可以有选择地夹紧，以减少出口端口号。（B）的12的三通电磁阀的面板是通过串联的MOSFET电路（C）中进行控制。

图6：在飞行中演示的三通电磁阀有一个共同的接口（白色箭头提示），它总是连接到缺省关闭PORT（红色）或端口（绿色）。开关到ON状态时触发了一枚500伏的I / O信号。（A）样品装载演示包括装载样品和驾驶样品的光学块（OB）进行检测。设置利用两个阀，一前一加载器之后。在装载过程中，两个阀都设置为OFF时，防止流体运动为装载机被利用。转动阀开开的射流路径从盐水（S）延伸的小瓶至废物（W）的小瓶中，使泵以驱动样品用于分析。（B）中从“手工”到“1-按钮'干预的过渡在光学块示范允许三个不同的样品类型顺序测试 - 荧光计数珠（CB），专有的荧光凝胶微粒（NS），和荧光标记的白细胞 - ，而不需要重新配置管路连接。盐水能够冲洗样品之间的系统。 SPL。 =空气高压分离器。

图7：代表性的成果。 （A）蓝黄染微重力条件下的混合。（B）血生理盐水混合月球重力条件下，在微重力飞行（C）WBC检测。用于流式细胞术数据的关键性能参数包括峰强度的变化系数，信号-噪声比，峰值计数率，并检测效率。（D）的荧光计数珠掺入加载的样品被检测到下列示范的装载机在月球重力。

补充图1：混合分析（血盐）。 （a）将图像按转换为灰度和分析，在指定的区域（入口，螺旋1-3，并退出）公式σ= <（I - ^{<I>）2> 1/2，}其中σ反映混合，I =灰度强度的0和1之间的程度，并且<>是在样品的平均值。该方法反映在已发表 ​​的文献^38-40类似测定。对于一个完全混合的样本，σ等于零。对于一个未混合的样品，σ等于0.4至0.5。在实践中，完全混合时的西格玛值小于0.1。该方法中，虽然足以用于演示目的，是有限的，因为混合是一个三维的过程，因此需要3维的评估（通过共聚焦显微镜或其它装置），以充分地描述混合的程度。（B）中的血液，生理盐水的混合结果在飞行中获得的显示不同重力条件下。在微重力飞行，获得了“高”重力图。泵的驱动压力本身从拟合左至右增加在每个曲线图。

补充图2：泡沫处理示范 。两个泡沫，一是注射高比重，一个在微重力注入，被跟踪了通过视频观察时间。每个气泡有效地清除该微流体芯片。的性能对比与其他地面测试混合几何形状与捕集的气泡更大的趋势（数据未显示）。白色箭头表示通过芯片，这是很难从盐水区分的静态图像空气移动。

补充图3：扩展流式细胞痕迹荧光计数珠（A）和记录在3抛物线的白血细胞（B）中检测踪迹示。检出率（峰值/秒）的过程中，通过定制软件所确定的高和低重力期间显示（白色文本）。其他关键指标（ 如 coeffi峰强度，信号对噪声比）的变化cient可以被测量为洞察重力对流体学和光学检测体系结构的影响。

Discussion

这里所描述的方法，使主要技术组件（装样，微混合和光学检测）的有效证明在2010年快速抛物线飞行，用比较的结果，以地面试验。这里所描述的培训和SOP方法特别有效，并帮助照亮依靠实践示威不会板载了抛物线飞行工具等“拐杖”的存在。

需要改进的地方，包括遏制和布局。定制亚克力成分可能不是遏制的目的足够强大。在“手套”框被重力过渡期间遭飞行的乘客，并随后在粗糙的飞机降落土崩瓦解。油管连接到微流控芯片蓝黄色染料混合演示过程中变得脱钩，食用色素简要泄漏到机舱环境。这需要在被固定高克区间，这是特别困难的，因为在重新连接微孔管需要灵巧和稳定的用户。在布局方面，笔记本电脑在站立高度的放置变得困难，以在高g的间隔进行操作。尝试在高g阶段站立时，用户可能会头晕。一个中等水平的电脑可能是一个更好的选择，但在这里将需要原型子的位移。其他研究人员已包括座位中用于测试操作²⁶的稳定化的抛物线飞行设置，尽管这需要额外的空间，这是稀缺的抛物线飞行。

除了 ​​提供详细的关于准备和安装一个较大的水平相比的抛物线飞行先前示范流式细胞术，此工作描述包含潜在显著“伴侣”技术（ 即 ，混合的微流控芯片用于试剂和试料dilution）旁边的流式细胞仪。样品的预处理（ 例如 ，荧光染色法，混合，孵育），如在地面上进行的，可能是困难或危险的空间，进而制造伴侣的技术，如混合芯片，必须实现降低的重力相同的功能。相较于目前的工作，可能的空间，值得流式细胞仪先前示威活动几乎集中了流式细胞仪的性能（使用样品在地球上的预加工的），不表明战略，以弥补在样品前处理的空白。所描述的“光纤为基础的”流式细胞仪，例如，用于地面装载样品盒作免疫和微珠的基于细胞因子测定，它并不明显如何对系统可适于实际飞行中的诊断。一些努力已经部分解决了这个问题，包括已经看到最近的改进⁴¹全血染色设备的发展。该NASA-流式细胞仪利用一个预先染色方法潜在可用的全血染色设备⁵测试流程。仍然，努力开发所需的空间准备伴随技术似乎充分地落后于发展的流式细胞仪，以保持流式细胞不切实际的，在不久的将来空间等资源有限环境中的诊断目的。更一般地，任何体外诊断外层空间开发者需要考虑完整的工作流程适应他们的技术，应始终考虑可能需要的配套技术测试，以充分利用有限的减少重力飞行的机会。

所描述的原型流式细胞仪是一个起点，一个更复杂的设计，使用更先进的流体学，光学，电子等。流体动力学流体聚焦和附加检测通道（ 例如，光散射，吸收）将改进的应用，如粒子鉴别白血细胞差别。一些组件将需要更换简单，因为它们是方便在钻机为基础的设计，但将是不切实际的实际手持设备（ 如，废液瓶，控制/采集电子部件）。更先进的电子设备将包括微电子用微型屏界面和嵌入式微处理器，消除笔记本电脑和相关的数据采集卡进行操作。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Micro air pump	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Max pressure = 6.76 psi; 1.301” x 0.394” x 0.650”, 0.28 oz (8 g); available direct from Smart Products
Differential pressure sensor	Honeywell International, Inc.	ASDX015D44R	Range  of  0-15 psi; 0.974" x 0.550" x 0.440", 0.09 oz (2.565 g); suppliers include Digi-Key and Mouser Electronics
Rigid plastic vial (small size)	Loritz & Associates, Inc.	55-05	Polystyrene; ID 0.81" (20.6 mm), IH 2.06" (52.4 mm); available direct from LA Container Inc.; similar product available from Dynalab Corp.
latex examination gloves	dynarex corporation	2337	Middle finger used for latex diaphragm in fluid source vial.  Other brands (e.g., Aurelia ®  Vibrant ™) acceptable.
Optical glue	Norland Products	NOA 88	Low outgassing adhesive; available direct from Norland; Also available from Edmund Optics Inc.
3-way solenoid valves	The LEE Company	LHDA0531115H	Gas valves, but can function with liquid; 1.29" L, 0.28" D.  Discontinued product.  Similar products available from The LEE Company.
Volumetric water flowmeter	OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Non-contacting flow rate meter strongly preferred.  We recommend SENSIRION LG16 OEM Liquid Flow Sensor for flow rates from nl/min up to 5 ml/min.
PCD-mini photon detector	Sensl	PCDMini-00100	For fluorescence detection; available direct from Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	3-demensional force detection.  Supplied to DMI by NASA.  Similar product available from Vernier Software & Technology, LLC.
Stereomicroscope	AmScope	SE305R-AZ-E
CCD Camera	Thorlabs	DCU223C	1,024 x 768 Resolution, Color, USB 2.0; available direct from Thorlabs
USB and Trigger Cable (In/Out) for CCD Camera	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Available direct from Thorlabs
Microbore tubing	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon®; ID 0.02", OD 0.06", 500 ft, 0.02" wall. Suppliers: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Hollow steel pins	New England Small Tube	(Custom)	0.025" OD, 0.017" ID, 0.500” L, stainless steel tube, type 304, cut, deburred, passivated; enable microbore tubing connections, chip tubing connections
Slide clamp	World Precision Instruments, Inc.	14042	Available direct from World Precision Instruments
Leur adaptor pieces	World Precision Instruments, Inc.	14011	Available direct from World Precision Instruments
Silicon wafer	Addison Engineering, Inc.		6" diameter; for SU-8 mold fabrication
Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer curing agent	Dow Corning	3097358-1004	Supplier: Global Industrial SLP, LLC
Needle (23 gauge), bevel tip	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Ultra thin wall; 23 G x 1.5"; 22 G also usable; suppliers: Careforde, Inc.,  Port City Medical
Dispensing needle (23 gauge), blunt tip	CML Supply	901-23-100	23 G x 1";  available from CML Supply
Cover glass	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ noncorrosive borosilicate glass; for PDMS chip cover; 24 x 60 mm; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Vacuum pump	Mountain	MTN8407	For degassing PDMS; supplier:  Ryder System, Inc.
Vacuum chamber	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene™ Transparent Polycarbonate; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Plasma cleaner	Harrick Plasma	PDC-32G
Hand magnifier	Mitutoyo	183-131	Use in reverse direction to enable viewing at ~15".
Ethanol	CAROLINA	861283	For chip cleaning. Dilute to 70% using millipore water.
Water purification system	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Available direct from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Optomechanical translation mounts	Thorlabs	K6X	6-Axis Kinematic Optic Mount; discontinued product; new product (K6XS) available direct from Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop running Windows 7
Laptop tray (spring loaded)	National Products, INC.	RAM-234-3	RAM Tough-Tray™. Can accommodate 10 to 16 inch wide laptops.
USB splitter	Connectland Technology Limited	3401167
USB Data Acquisition Cards (8 analog input, 12 digital I/O)	National Instruments	NI USB-6008	12-Bit, 10 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ
USB Data Acquisition Cards (16 analog input, 32 digital I/O)	National Instruments	NI USB-6216	16-Bit, 400 kS/s Isolated M Series MIO DAQ, Bus-Powered
Control/acquisition Software	National Instruments	LabVIEW 2009	Custom coded National Instruments (NI) LabVIEW
3D Solid Modeling Software	Dassault Systèmes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
2D Modeling Software	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Vertical equipment rack	(NASA provided)	N/A
Solid aluminum optical breadboard	Thorlabs	MB2424	24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Taps; available direct from Thorlabs
Industrial grade steel and hardener	The J-B Weld Company		J-B Weld Steel Reinforced Epoxy Glue
Micro-hematocrit capillary	Fisher Scientific	22-362-574	inner diamter 1.1 to 1.2 mm
1 ml syringes	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; supplier: Grainger, Inc.
Human red blood cells	Innovative Research	IPLA-WB3	Tested and found negative by supplier for: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag or HIV 1-NAT, ALT, and syphilis by FDA-Approved Methods.  Because no test methods can guarantee with 100% certainty the absence of an infectious agent, human derived products should be handled as suggested in the U.S. Department of Health and Human Services Manual on BIOSAFETY IN MICROBIOLOGICAL AND BIOMEDICAL LABORATORIES, FOR POTENTIALLY INFECTIOUS HUMAN SERUM OR BLOOD SPECIMENS
Phosphate buffered saline concentrate	P5493	SIGMA	10x; diluted to 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Centrifuge	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Swing-Out 8-place Centrifuge.  Available through authorized dealers.  Other centrifuges available direct from LW Scientific.
HD video recorder	Sony	MHS-CM5
Orange fluorescent nucleic acid stain	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Orange Fluorescent Nucleic Acid Stain.  Stored in DMSO solvent. Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required.
Fluorescent counting beads	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Absolute Counting Beads.  Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required.