Yöntem makalesi

Pulmoner Asiner Airways Solunum Biomimetically bir mikroakışkan Modeli

DOI:

10.3791/53588

⸱

9 Mayıs 2016

 , 
1Department of Biomedical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yumuşak litografi, fizyolojik solunum hareketini taklit ederek periyodik olarak genişleyen ve daralan pulmoner alveollü hava yollarının temsili gerçek ölçekli bir modelini üretmek için kullanıldı. Bu platform, bir çip üzerinde solunumsal asiner akışları yeniden oluşturur ve pulmoner asinunsta solunan aerosol dinamiklerinin ve birikiminin deneysel olarak araştırılmasını kolaylaştırması beklenmektedir.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pulmoner asiner derinliklerinde solunum akış özelliklerini miktarının ve nasıl inhale aerosol taşıma ilaç inhalasyon teknikleri optimize yanı sıra akciğer alveol potansiyel toksik havadaki partiküllerin çökelme kalıplarını tahmin eleştirmekte etkilemektedir. Burada, yumuşak litografi teknikleri optik erişilebilir sistemde fizyolojik asiner akış olayları yeniden doğru anatomik uzunluk-ölçeklerde karmaşık asiner benzeri solunum yolu yapıları imal etmek için kullanılır. Mikroakışkan cihaz belirli aralıklarla genişleyen ve taahhüt duvarları ile Hücreli kanalları çatallanan 5 kuşak bulunuyor. Duvar Tetikleme iki cihazın üstten hem de ince PDMS asinar kanal duvarları çevreleyen su ile dolu odacığı içindeki basınç değiştirilmesiyle elde edilir. Birkaç PDMS kalıpların istifleme gerekli ortak tabakalı mikroakışkan cihazlar, aksine, basit bir yöntem üst imal edilmesi için sunulmuşturPDMS kalıp içine şırınga varil bölümünü gömerek odası. Bu yeni mikroakışkan kurulum sırayla karakteristik asiner hava akımlarının ortaya çıkmasına neden fizyolojik solunum hareketleri sunar. Bu çalışmada, bir sıvı süspansiyon halindeki partiküllerin mikro görüntüleme ölçümleri (μPIV) hidrodinamik uygunluğunun göre akışlarının, hava ölçmek için kullanılmıştır. ΜPIV sonuçları ve beklenen asiner akış fenomenler arasında iyi bir anlaşma mikroakışkan platformu akciğerlerin asiner bölgelerinde doğrudan havadan temsilcisi parçacık ulaşım ve birikimini araştırmak için in vitro aracında çekici olarak yakın gelecekte hizmet olabileceğini düşündürmektedir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Distalinde solunum akış dinamikleri ayrıntılı ölçümü, akciğer Hücreli bölgeleri pulmoner acinus hava akımı karıştırma anlamak ve derin solunum yolları 1-3 inhale aerosollerin kaderini tahmin yönelik her şeyden önemlidir. Lokalize akciğer siteleri 4, 5 yanı sıra sistemik teslim inhale tedavilerin geliştirilmesi ve hedeflenen ilaç dağıtım için yeni stratejiler arayan tersine bir yandan solunan kirletici partiküllerin tehlikeleri ele ya da bu ikinci yönü özellikle endişe vericidir.

Bugüne kadar, derin akciğer asiner bölgelerinde solunum akışları genellikle hidrodinamik benzerlik eşleştirme aşağıdaki hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) veya alternatif ölçekli yukarı deneysel modelleri ile in vitro kullanılarak siliko incelenmiştir. Son birkaç on yıl içinde, CFD yöntemleri giderek singl gelen asiner akış olayları incelemek için uygulanmıştıre Alveoler modelleri 6, 7 ve Hücreli kanallar 8-12 bireysel alveol 13-15 birkaç yüz yakalama anatomik-gerçekçi asiner ağaç Hücreli kanalların birden nesiller ile yapıları ve yukarı siliko modellerinde daha ayrıntılı.

Birlikte, sayısal çabalar asiner hava akımı desenleri izleyen on hareketleri nefes sırasında rolü ve duvar hareketi etkisi aydınlatan önemli olmuştur. Solunum hareketinin yokluğunda, statik alveol özelliği sirkülasyon asinar kanal ve alveol 6, 7 arasındaki hava Resim konvektif değişimini gösteren kendi boşlukları içinde akar; diğer bir deyişle, alveoler akımları tamamen asinar ağaç içindeki akışların izole edilecek ve hava değişimi pasif mekanizmalardan benzersiz neden olur. Alveoler etki halkalı açılımları varlığı ile, ancak, alveol akış topolojileri ölçüde değiştirilmiş ve resu vardıralveol içinde sonuçtaki akış modelleri yakından (örn. uzak nesiller vs, proksimal) asiner ağacının boyunca alveol konumuna bağlıdır.

Özellikle, debileri duktal alveoler akış modelleri kuvvetle alveolar oranı etkilenir simülasyonlarda sürülmüştür şekilde bu oranın bir ağaç yapısı, özelliği genelinde kitlesel korunması aşağıdaki nispeten büyük pulmoner asiner ağacının, yakın nesiller karmaşık çevrimli geri dönüşümsüz sıvı yol çizgileri ile alveol boşluklarında içinde akar. Her derin asiner nesil, duktal akış hızlarına alveoler oranının kademeli olarak uzak asiner nesiller basit enflasyon ve bir balonun kapanmalara anımsatan daha radyal gibi akıcılık sergileyen böyle azalır. Modern görüntüleme yöntemleri, akciğer görüntüleme verileri 16, sıçan ve fare gibi kemirgenler, 17, gelişmeler ile ilk CFD Simul bazı yol açmıştıryeniden Alveollerde anatomik-yeniden asiner akışlarının ations. Böyle umut verici gelişmelere rağmen, bu yeni çalışmalar hala terminali alveoler keseler sadece 18, 19 ya da tek bir kanalı 20 çevreleyen birkaç alveol içinde hava akımı olayları ele sınırlıdır. Sonuç olarak, acinus solunum akış olayların state-of-the-art araştırmalar asiner ortamının 2 jenerik anatomik esinlenen geometrileri odaklanarak çalışmalar hakim kalır.

Deneysel tarafında, bir ya da birkaç alveollerin sahip bir hava yolu içeren çeşitli kurulumları yıllar 21-24 fazla geliştirilmiştir. Oysa, bir nefes gibi moda genişleterek ve taahhüt tarafından fizyolojik solunum taklit yeteneğine sahip Hücreli hava yolları çatallanan hiçbir deneysel modeller mevcuttur. eldeki cazip deneysel platformlarda eksikliği göz önüne alındığında, asiner taşınım olayları çalışma VALIDA konusunda sınırlı kalmıştırting hesaplama çalışmaları ve eleştirel, mevcut deneysel veriler bir eksiklik kalır. . Son yıllarda, Ma ve ark (2009) üç asiner nesillerin oluşan acinus bir ölçekli kadar sert duvar modeli inşa ettik; Bununla birlikte, bu modelde duvarı hareket eksikliği solunum koşulları altında gerçekçi alveoler akış modelleri yakalama kapasitesini sınırlamıştır.

Son zamanlarda 25 tanıtıldı döküm kopyadan anatomik verilere dayalı bir hareketli duvar modeli de dahil olmak üzere diğer ölçekli yukarı deneyleri; modeli sadece son iki asiner nesilleri (yani. terminal keseler) yakalanan beri, ancak, daha yakın asiner nesiller belirleyen karmaşık sirkülasyon akışlarını yakalamak için başarısız oldu. ölçekli-up deneyler bu son örnekler, bu tür yaklaşımlarla sürekli sınırlamalar altını çizmektedir. Özellikle, herhangi bir mevcut deney şimdiye kadar birlikte radyal çevrimli gelen hipotezi geçiş akımlarının göstermiştiracinus ve böylece en kritik Belki. gerçek pulmoner asiner ağaçları 7, 15 varolduğu varsayılmış akış topolojileri sayısal tahminler teyit ölçekli-up deneyleri son derece nedeniyle ilgili tüm olmayan eşleşen zorluklara parçacık taşıma ve biriktirme dinamikleri 26 inhale araştıran sınırlıdır boyutlu parametreleri (örn., parçacık yayılması, mikron altı parçacıklar için kritik bir taşıma mekanizması, tamamen ihmal edilmiştir) hazırlandı.

Devam eden deneysel zorluklar, karmaşık hareketli duvarlar hava akımları ve parçacık dinamiği solunum soruşturma izni yeni deneysel platformlarla asiner ağlar aranır. Burada, in vitro asiner modelinde anatomik esinlenen bir tanıtıldı. Bu mikroakışkan platformu taklit pulmoner asiner temsilcisi asiner ölçekte doğrudan akar ve bronş sıvı plug-flo dahil olmak üzere akciğer mikroakışkan modeller 27 büyüyen dizi, genişletmektedirws 28-30 ve alveoler-kapiller bariyer 31.

Yani, mevcut tasarım döngüsel genişleyen ve döngüsel hareketleri ince PDMS yanal duvarlar çevreleyen ve üst duvar ilave su ile deforme nerede bir su haznesi içerisindeki kontrol basıncı ile elde edilir duvarlar, sözleşme ile basitleştirilmiş beş nesil Hücreli havayolu ağacı özellikleri kamara asiner yapısı üzerinde doğrudan oturan. Ortak tabakalı mikroakışkan cihazlar farklı olarak, bu odacık, sadece PDMS cihazın içinde, bir şırınga kefe bölümünü gömme oluşturduğu ve ek bir PDMS kalıp hazırlanması gerekli değildir.

Burada sunulan minyatür yaklaşım asiner akış ortamının temel özelliklerini çekerken ölçekli kadar olan modeller ile karşılaştırıldığında duvarları hareketli karmaşık asiner yapılar çoğaltmak için basit ve çok yönlü bir araç sunmaktadır. Bu platform flo için kullanılabilirgörselleştirme w hava yollarının (aşağıda Temsilcisi Sonuçlar bakınız) içindeki sıvı asılı parçacıklar kullanarak. Yakın gelecekte, model inhale asiner parçacık dinamiği incelemek için havadaki partikülleri ile kullanılacaktır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Ana Fabrikasyon

  1. Eski eserler 32, 33 anlatıldığı gibi bir ana silikon gofret imal etmek yalıtkan (SOI) gofret bir silikon derin reaktif iyon aşındırma (DRIE) kullanın.
    NOT: DRIE nedeniyle yüksek en-boy oranı özellikleri (40 mikron genişliğinde ve 90 mikron derin çukurlar) standart SU-8 mikroişleme tercih edilir.

2. Döküm ve mikroakışkan Aygıt Sızdırmazlık

  1. örneğin, bir plastik tartım kabına gibi temiz küçük bir kap içinde 1 ağırlık oranı 10 PDMS ve sertleştirme ajanı karıştırılır.
  2. tüm hava kabarcıkları bertaraf edilinceye kadar, vakum altında bir desikatör içinde karışım gaz çıkışına.
    NOT: Tüm sonraki basamaklar için yeterli PDMS hazırlayın. 1 PDMS: kür-agent karışımı adımları 2.1 ve 2.2 hazırlanan İşte aşağıda, kısaltması "PDMS" Gazı alınmış 10 her zaman ifade eder.
  3. ana gofret üzerinde yaklaşık 1 mm yüksekliğe kadar gazdan arındırılmış-karışımı dökün. Gazını bir kez daha en az40 dakika gofret üzerindeki tüm hava kabarcıklarını çıkarmak ve gofret altında kabarcıkları en aza indirmek için.
    NOT: gofret plakanın alt mümkün olduğunca yakın olduğundan emin olun. gofret nazikçe bir kez daha 2 karıştırma çubukları ve Degas kullanarak alt gerekli basın edin.
  4. doğal konveksiyon fırınında 20 dakika boyunca 65 ° C'de pişirin.
    NOT: 20 dakika sonra PDMS sertleştirilmiş ve neredeyse tamamen tedavi edilir. 20 dakika zaman kazandırır ve ikinci PDMS tabakanın yapışmasını artırır için daha uzun bir pişirme süresi mümkün olan pişirme iken birinci (aşağıya bakınız).
  5. PDMS bağlılığı geliştirmek için iyi bir kum zımpara kağıdı kullanarak plastik 2 ml şırınga namlu bölümünü Dosya. Buna ek olarak, düz bir yüzey üzerine zımpara kağıdı yerleştirerek ve bunun üstüne şırınga haznesinin tabanını kaydırarak şırınga haznesinin tabanını düzleştirmek için kum kağıdı kullanın. Basınçlı hava ile şırınga temizleyin.
  6. la ilk PDMS tabakanın üzerine şırınganın kefe bölümünü yerleştirinRGE PDMS bakan yüzeyi açılması ve ~ 5 mm bir yüksekliğe birincinin üstüne PDMS ikinci tabaka dökülür, ve bir kurutucuda tekrar PDMS şekilde gaz.
    NOT: İkinci PDMS katmanı varil çevresinde küçük kaptan dökülmelidir, ve içinde girmemeniz gerekir.
  7. doğal konveksiyon fırınında, en az 2 saat boyunca 65 ° C'de tüm kurulum fırında.
    Not: namlu geniş tabanı karşı bastıran PDMS sıkıca yerinde varil tutacağından sertleştirme işlemleri sırasında yer varil tutmaya gerek yoktur.
  8. Bir neşter kullanılarak ana gofret desenli bölgenin çevresinde PDMS kalıp kesti. kesim sırasında, neşter zayıf gofret yüzeyine temas etmelidir. Sonra, yavaşça böyle neşter tarafından oluşturulan çentik gofret forseps gibi ince bir aracı takın ve ana gofret döküm PDMS soyulabilir.
  9. desenli tarafı alüminyum folyo ile kaplanmış yumuşak bir yüzeye yerleştirin dökümyukarı bakacak şekilde (yani., namlu masanın kenarına asmak gerekir), ve 1 mm biyopsi yumruk kullanarak odası giriş ve kanal girişinde PDMS bir delik.
  10. Coat (gazı alınmış) 10 ile temiz bir cam slayt: 1 PDMS: sertleştirme ajan 30 saniye boyunca 3000 rpm'de programlanan bir eğirme kaplayıcı kullanılarak kanşım, 65 ° C'de> 1 saat boyunca pişirilir. Sonra, slayt temizlemek ve PDMS net bant kullanarak attı.
  11. O 2 plazma PDMS kalıp ve PDMS kaplı cam slayt yüzeyini tedavi (örneğin, elde tutulan bir korona işleyicisinde kullanılarak) 1 dakika süre ile ve daha sonra yavaşça bir araya yüzeyleri basın, 65 ° C'de, gece boyunca (O / N) fırında .

3. Cihaz Dolum ve Aktivasyon

  1. (Ağırlık / ağırlık) partikülleri% 0.25 ile 64/36 (h / h) gliserol / su karışımı elde etmek için, bir cam şişe içinde, su ve gliserin su süspanse flüoresan polistiren partikülleri karıştırın ..
  2. kanal giriş üstünde gliserol çözeltisi, bir damla DI wat bir damla yerleştirinER odası girişine, daha sonra ~ 5 dakika boyunca bir kurutucu ve vakum içinde cihazı yerleştirin.
    NOT: pop gliserol çözeltisi ve DI su damlaları formu kabarcıkları vakum bekleyin bırakmadan önce. Vakum serbest bırakıldıktan sonra sıvılar cihazın içindeki boşluklara emilir. Artık hava kanalları içinde kalırsa, (bir şırınga kullanılarak, örneğin.) Sıvıların dış baskı uygulayarak ve hava PDMS içine yayılmasını sağlayarak ortadan kaldırmak.
  3. En odasına DI su ~ 2 ml enjekte edilir (örneğin, şırınga haznesi, Şek. 2b) tamamen su ile doldurulur kadar. Sonra, bir 19 gauge künt şırınga ucu ile üst odasını kapak başka künt 19 gauge enjektör ucu ucu kesilmiş ve yan odası girişine bu uç takın. İnce teflon tüp ve bir T-şekilli bir konektör yoluyla bir 1 ml şırınga iki şırınga uçlarının bağlayın.
    NOT: emin olun 1 ml şırınga, teflon tüp, T şeklinde konnektör ve üst kamara (2 ml şırınga barrel) tüm kabarcıklar olmadan su ile doldurulur. Bu, bağlantı noktalarının açılması borunun boş bölümleri ile su itme ve bağlantı noktalarını yeniden bağlantı sağlanabilir.
  4. Bir şırınga pompasına 1 ml şırınga Connect, 1 saniye sıfır 1.8 ml / dak, yani doğrusal rampa, inşa (T bir süre = 4 sn), örneğin bir normal nefes alıp döngüsü taklit etmek için önceden programlanan 1.8 mL / dakika -1.8 ml / dak 2 saniye ve -1.8 ml / sıfıra 1 sn dak.

4. Akış Görselleştirme Deneyleri: Mikro-parçacık Görüntü Akımları (μPIV)

  1. parçacık numaralı seribaşı akışının 12 faz-kilitli, çift çerçeve görüntüleri çift çerçeve çoklu pozlama CCD örneğin oluşan mikro-parçacık görüntüleyerek hız ölçümü (μPIV) sistemi kullanılarak - Cihaz harekete edilirken, 9 bir dizi elde kamera (bir çift darbeli Nd-YAG lazer (örneğin., 1600 × 1200 piksel yeterli çözünürlük elde etmek için)dalga boyu: 532 nm, çıkış enerjisi: 400 mJ, darbe süresi: 4 nsn) ile nano ve bir ters mikroskop.
    NOT: Böyle bir sistem aşağı birinci ve ikinci kare arasında birkaç mikrosaniye kadar bir gecikme ile çerçeve çiftleri elde yeteneğine sahiptir. Faz-kilitli çift çerçeve görüntüleri elde etmek için, örneğin bir çift çerçeve serisi elde etmek yararlıdır., 10 Hz (çerçeve çiftleri birbirinden 0,1 saniye ile ayrılır). Tam bir döngü süresi (burada T = 4 sn) ayrılır tüm çerçeve çiftleri yeni bir zaman serisi oluşturmak, böylece daha sonra veri yeniden olabilir. Her kare çifti birinci ve ikinci kareler arasındaki gecikme süresini değiştirirken görüntü elde etme birkaç kez tekrarlanması gerekir (yani., 100 mikro-sn sn ile 0.1) alveol boşluğunun içine farklı akış bölgeleri çözmek için.
    Not: görüntü alma sistemlerinin en iyi kombinasyonları açısından alternatif kurulumları (., Yani kamera) görüntü gibi ve aydınlatma kaynakları (yani, lazerler)Mikroakışlar, aynı zamanda 35 34 mevcuttur.
  2. kullanılan her zaman gecikme için resim serisi kaynaklanan akış alanının faz-kilitli hız vektör haritaları hesaplamak için bir miktar-of-korelasyon algoritması kullanın. Alveoler boşluğunun içine farklı akış bölgeleri çözülmesi için her kare çifti birinci ve ikinci kare arasındaki gecikme sürelerinin Bu işlemi birkaç kez tekrarlayın. Sonra, üst üste veri noktalarını 33 ortalama ile birlikte akış modelleri tam ve yüksek detaylı harita içine bireysel akış haritaları dikiş için bir veri analizi programı kullanın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In vitro asiner platformunun bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve mikroskop görüntüleri Şekil sunulmaktadır. 1. Biomimetic asiner modeli alveoler gibi silindirik boşluklar ile kaplı dikdörtgen kanallar (Şek. 1) dallanma beş nesildir sahiptir. Burada model nesil nesil 5 kuşağa 1 (en yakın nesil için) numaralandırılmıştır (en distal nesil için). Kuşak 1 giden sadece kanal girişi PDMS bir açıklık vasıtası ile dış ortama açık olduğunu not edin. Kuşaktan 5 uzağa lider 16 kanallar ha...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada sunulan mikroakışkan asiner platformunun kritik bir özelliği asiner kanalları içinde ve alveoller içinde fizyolojik akım profilleri ve hızları doğuran fizyolojik gerçekçi nefes hareketleri çoğaltmak için yeteneğidir. Mikroakışkan kanal nispeten düşük bir en boy oranına sahip üretildiği (örn., D / h ≈ 3.9, G D kanalı genişliği ve H kanalı yükseltir w), ölçülen akımları kıyasla daha fazla düzensiz benzeri akış özellikleri gös...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma kısmen Avrupa Komisyonu (FP7 Programı) tarafından Kariyer Entegrasyon Hibesi (PCIG09-GA-2011-293604), İsrail Bilim Vakfı (Hibe nr. 990/12) ve Technion Çevre Sağlığı ve Maruz Kalma Bilimi Mükemmeliyet Merkezi (TCEEH) aracılığıyla desteklenmiştir. Mikroakışkan çiplerin mikrofabrikasyonu, Technion'un Mikro-Nano Üretim Birimi'nde (MNFU) gerçekleştirildi ve Technion'daki Russel Berrie Nanoteknoloji Enstitüsü'nden (RBNI) bir tohum hibesi ile desteklendi. Yazarlar, derin reaktif iyon aşındırma (DRIE) sırasındaki yardımları için Avshalom Shai'ye ve yararlı tartışmalar için Molly Mulligan ve Philipp Hofemeier'e teşekkür eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Polidimetilsiloksan (PDMS) ve kürleme maddesiDow Corning(240)4019862Sylgard® 184 Silikon Elastomer Kiti
Plastipak 2 ml şırıngaBD300185
Norm-Ject Luer slip 1 ml şırıngaHenke Sass Wolf 4010-200V0
1 mm Biyopsi zımbasıKai MedicalBP-10F
Laboratuvar Korona Tedavi CihazıElektro-Teknik ÜrünlerBD-20AC
PHD Ultra Şırınga pompasıHarvard aparatı703006
Boyalı kırmızı sulu floresan parçacıklarıTermo-Bilimsel Kategorisiz0.86 ve mikro; m boncuklar kullanıldı
Gliserin, ARGadot830131320
FlowMaster MITAS, mikro parçacık görüntü hızı (&mikro; PIV) sistemi LaVision1108630
: , ,

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kleinstreuer, C., Zhang, Z. Airflow and Particle Transport in the Human Respiratory System. Annu. Rev. Fluid Mech. 42 (1), 301-334 (2010).
  2. Sznitman, J. Respiratory microflows in the pulmonary acinus. J. Biomech. 46 (2), 284-298 (2013).
  3. Tsuda, A., Henry, F. S., Butler, J. P. Gas and aerosol mixing in the acinus. Respir. Physiol. Neurobiol. 163 (1-3), 139-149 (2008).
  4. Kleinstreuer, C., Zhang, Z., Donohue, J. F. Targeted Drug-Aerosol Delivery in the Human Respiratory System. Annu. Rev. Biomed. Eng. 10 (1), 195-220 (2008).
  5. Semmler-Behnke, M., Kreyling, W. G., Schulz, H., Takenaka, S., Butler, J. P., Henry, F. S., Tsuda, A. Nanoparticle delivery in infant lungs. Proc. Natl. Acad. Sci. 109 (13), 5092-5097 (2012).
  6. Sznitman, J., Heimsch, F., Heimsch, T., Rusch, D., Rosgen, T. Three-Dimensional Convective Alveolar Flow Induced by Rhythmic Breathing Motion of the Pulmonary Acinus. J. Biomech. Eng. 129 (5), 658-665 (2007).
  7. Tsuda, A., Henry, F. S., Butler, J. P. Chaotic mixing of alveolated duct flow in rhythmically expanding pulmonary acinus. J. Appl. Physiol. 79 (3), 1055-1063 (1995).
  8. Henry, F. S., Butler, J. P., Tsuda, A. Kinematically irreversible acinar flow: a departure from classical dispersive aerosol transport theories. J. Appl. Physiol. 92 (2), 835-845 (2002).
  9. Kumar, H., Tawhai, M. H., Hoffman, E. A., Lin, C. L. The effects of geometry on airflow in the acinar region of the human lung. J. Biomech. 42 (11), 1635-1642 (2009).
  10. Lee, D. Y., Lee, J. W. Characteristics of particle transport in an expanding or contracting alveolated tube. J. Aerosol Sci. 34 (9), 1193-1215 (2003).
  11. Tsuda, A., Butler, J. P., Fredberg, J. J. Effects of alveolated duct structure on aerosol kinetics. I. Diffusional deposition in the absence of gravity. J. Appl. Physiol. 76 (6), 2497-2509 (1994).
  12. Tsuda, A., Butler, J. P., Fredberg, J. J. Effects of alveolated duct structure on aerosol kinetics. II. Gravitational sedimentation and inertial impaction. J. Appl. Physiol. 76 (76), 2510-2516 (1994).
  13. Ma, B., Darquenne, C. Aerosol bolus dispersion in acinar airways—influence of gravity and airway asymmetry. J. Appl. Physiol. 113 (3), 442-450 (2012).
  14. Ma, B., Darquenne, C. Aerosol deposition characteristics in distal acinar airways under cyclic breathing conditions. J. Appl. Physiol. 110 (5), 1271-1282 (2011).
  15. Heimsch, J., Sznitman, T., Wildhaber, J. H., Tsuda, A., Rösgen, T. Respiratory Flow Phenomena and Gravitational Deposition in a Three-Dimensional Space-Filling Model of the Pulmonary Acinar Tree. J. Biomech. Eng. 131 (3), 031010(2009).
  16. Litzlbauer, H. D., Korbel, K., Kline, T. L., Jorgensen, S. M., Eaker, D. R., Bohle, R. M., Ritman, E. L., Langheinrich, A. C. Synchrotron-Based Micro-CT Imaging of the Human Lung Acinus. Anat. Rec. Adv. Integr. Anat. Evol. Biol. 293 (9), 1607-1614 (2010).
  17. Tsuda, A., Filipovic, N., Haberthür, D., Dickie, R., Matsui, Y., Stampanoni, M., Schittny, J. C. Finite element 3D reconstruction of the pulmonary acinus imaged by synchrotron X-ray tomography. J. Appl. Physiol. 105 (3), 964-976 (2008).
  18. Berg, E. J., Weisman, J. L., Oldham, M. J., Robinson, R. J. Flow field analysis in a compliant acinus replica model using particle image velocimetry (PIV). J. Biomech. 43 (6), 1039-1047 (2010).
  19. Sznitman, J., Sutter, R., Altorfer, D., Stampanoni, M., Rösgen, T., Schittny, J. C. Visualization of respiratory flows from 3D reconstructed alveolar airspaces using X-ray tomographic microscopy. J. Vis. 13 (4), 337-345 (2010).
  20. Henry, F. S., Haber, S., Haberthür, D., Filipovic, N., Milasinovic, D., Schittny, J. C., Tsuda, A. The Simultaneous Role of an Alveolus as Flow Mixer and Flow Feeder for the Deposition of Inhaled Submicron Particles. J. Biomech. Eng. 134 (12), 121001(2012).
  21. Chhabra, S., Prasad, A. K. Flow and Particle Dispersion in Lung Acini: Effect of Geometric and Dynamic Parameters During Synchronous Ventilation. J. Fluids Eng. 133 (7), 071001(2011).
  22. Cinkotai, F. F. Fluid flow in a model alveolar sac. J. Appl. Physiol. 37 (2), 249-251 (1974).
  23. Karl, A., Henry, F. S., Tsuda, A. Low reynolds number viscous flow in an alveolated duct. J. Biomech. Eng. 126 (4), 420-429 (2004).
  24. Tippe, A., Tsuda, A. recirculating flow in an expanding alveolar model: experimental evidence of flow-induced mixing of aerosols in the pulmonary acinus. J. Aerosol Sci. 31 (8), 979-986 (2000).
  25. Berg, E. J., Robinson, R. J. Stereoscopic particle image velocimetry analysis of healthy and emphysemic alveolar sac models. J. Biomech. Eng. 133 (6), 061004(2011).
  26. Ma, B., Ruwet, V., Corieri, P., Theunissen, R., Riethmuller, M., Darquenne, C. CFD simulation and experimental validation of fluid flow and particle transport in a model of alveolated airways. J. Aerosol Sci. 40 (5), 403-414 (2009).
  27. Kumar Mahto, S., Tenenbaum-Katan, J., Sznitman, J. Respiratory Physiology on a Chip. Scientifica. 2012, e364054(2012).
  28. Huh, D., Fujioka, H., Tung, Y. C., Futai, N., Paine, R., Grotberg, J. B., Takayama, S. Acoustically detectable cellular-level lung injury induced by fluid mechanical stresses in microfluidic airway systems. Proc. Natl. Acad. Sci. 104 (48), 18886-18891 (2007).
  29. Song, Y., Baudoin, M., Manneville, P., Baroud, C. N. The air–liquid flow in a microfluidic airway tree. Med. Eng. Phys. 33 (7), 849-856 (2011).
  30. Tavana, H., Huh, D., Grotberg, J. B., Takayama, S. Microfluidics, Lung Surfactant, and Respiratory Disorders. Lab Med. 40 (4), 203-209 (2009).
  31. Huh, D., Matthews, B. D., Mammoto, A., Montoya-Zavala, M., Hsin, H. Y., Ingber, D. E. Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip. Science. 328 (5986), 1662-1668 (2010).
  32. Pihl, J., Sinclair, J., Sahlin, E., Karlsson, M., Petterson, F., J, O. lofsson, Orwar, O. Microfluidic Gradient-Generating Device for Pharmacological Profiling. Anal. Chem. 77 (13), 3897-3903 (2005).
  33. Fishler, R., Mulligan, M. K., Sznitman, J. Acinus-on-a-chip: A microfluidic platform for pulmonary acinar flows. J. Biomech. 46 (16), 2817-2823 (2013).
  34. Lindken, R., Rossi, M., Grosse, S., Westerweel, J. Micro-Particle Image Velocimetry (microPIV): recent developments, applications, and guidelines. Lab. Chip. 9 (17), 2551-2567 (2009).
  35. Wereley, S. T., Meinhart, C. D. Recent Advances in Micro-Particle Image Velocimetry. Annu. Rev. Fluid Mech. 42 (1), 557-576 (2010).
  36. Bruus, H. Theoretical Microfluidics. Oxford Master Series in Condensed Matter Physics. , (2008).
  37. Haefeli-Bleuer, B., Weibel, E. R. Morphometry of the human pulmonary acinus. Anat. Rec. 220 (4), 401-414 (1988).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Pulmoner AkinusBiyomimetik SolunumAkiner Hava Ak PatternleriMikro Par ac k G r nt leme VelosimetrisiYumu ak LitografiPDMS Fabrikasyonur nga Odas EntegrasyonuAk G rselle tirmeHava Yoluyla Ta nan Par ac k Transportu

İlgili makaleler