Pulmoner Asiner Airways Solunum Biomimetically bir mikroakışkan Modeli

Bu model sistemin genel amacı, Acinar hava akımı modellerini ve havadaki mikro parçacık yörüngelerini incelemek için Pulmoner Acinus'un geometrisini ve nefes alma hareketini taklit etmektir. Bu yöntem, Acinar Taşınım Olayları alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Örneğin, yerçekimi, ilaç ve difüzyonun parçacık biriktirme sonuçları üzerindeki etkileri gibi.

Bu tekniğin temel avantajı, deneylerin ölçeklendirilmiş bir model yerine bire bir ölçekli bir model içinde yapılmasıdır. Bu, parçacık Brown hareketinin doğru bir şekilde gözlemlenmesini sağlar. Bu tekniğin etkileri inhalasyon tedavisine kadar uzanır, çünkü aerosol haline getirilmiş ilaç birikiminin daha iyi anlaşılması sağlanabilir.

Başlamak için, daha önce açıklandığı gibi bir ana silikon gofret üretmek için yalıtkan gofret üzerinde bir silikonun derin reaktif iyon aşındırmasını kullanın. Ardından, PDMS'yi ve kürleme maddesini temiz küçük bir kap içinde ona bir ağırlık oranında karıştırın. Karışımı, tüm hava kabarcıkları giderilene kadar vakum altında bir desikatörde gazını alın.

Ana gofreti bir petri kabına yerleştirin ve gazı alınmış PDMS karışımını ana gofretin yaklaşık bir milimetre üzerinde bir yüksekliğe dökün. Dökülen PDMS'yi gofretin üzerindeki tüm hava kabarcıkları giderilene ve gofretin altındaki kabarcıklar en aza indirilene kadar en az 40 dakika boyunca bir kez daha gazını alın. Gofretin plakanın dibine mümkün olduğunca yakın olduğundan emin olun.

Gerekirse, iki karıştırma çubuğu kullanarak gofreti hafifçe dibe bastırın ve bir kez daha gazını alın. Ardından, PDMS'yi doğal bir konveksiyonlu fırında 65 derecede 20 dakika pişirin. PDMS pişerken, PDMS'ye yapışmasını artırmak için ince kumlu bir kum kağıdı kullanarak iki mililitrelik plastik bir şırınganın namlu bölümünü törpüleyin.

Ek olarak, zımpara kağıdını düz bir yüzeye yerleştirerek ve şırınga namlusunun tabanını üzerine kaydırarak şırınga namlusunun tabanını düzleştirmek için zımpara kağıdını kullanın. Basınçlı hava kullanarak şırıngadaki kalıntıları temizleyin. Ardından, şırınganın namlu bölümünü, büyük açıklık PDMS'nin yüzeyine bakacak şekilde ilk PDMS katmanının üzerine yerleştirin.

PDMS'nin şırınganın namlusuna girmediğinden emin olurken, birincinin üzerine yaklaşık beş milimetre yüksekliğe kadar ikinci bir PDMS tabakası dökün. Ardından, PDMS'nin gazını bir kez daha alın. PDMS'yi sertleştirmek için tüm kurulumu doğal konveksiyonlu bir fırında en az iki saat boyunca 65 santigrat derecede pişirin.

Bir neşter kullanarak ana gofretin desenli bölgesinin etrafındaki PDMS kalıbını kesin. Keserken, neşter gofretin yüzeyine zayıf bir şekilde temas etmelidir. Ardından, neşter tarafından oluşturulan çentiğe gofret forseps gibi ince bir aleti nazikçe sokun ve ana gofretten dökülen PDMS'yi soyun.

Alçıyı, desenli tarafı yukarı bakacak şekilde alüminyum folyo ile kaplı yumuşak bir yüzeye yerleştirin ve bir milimetrelik biyopsi zımbası kullanarak oda girişinde ve kanal girişinde PDMS'de bir delik açın. Daha sonra, kürleme maddesi ile PDMS'nin bir kısmını temiz bir cam slayta ekleyin ve 30 saniye boyunca 3.000 RPM'de ince bir tabaka sıkın. Ardından, slaydı 65 derecede en az bir saat pişirin.

Slaytı ve PDMS dökümünü viski bandı kullanarak temizleyin. Kaplanmış cam sürgünün ve kalıplanmış PDMS'nin yüzeylerini bir korona işleyici kullanarak oksijen plazması ile işlemden geçirin. Her yüzeyin en az bir dakika boyunca işlenmesi gerektiğini unutmayın.

Ardından, yüzeyleri hafifçe birbirine bastırın ve gece boyunca 65 santigrat derecede pişirin. Ağırlıkça %0,25 parçacık içeren suya 64 ila 36 hacim / hacim oranı elde etmek için su askısında floresan polistiren parçacıklarını su ve gliserol ile bir cam aşağılıkta karıştırın. Daha sonra, kanal girişinin üzerine bir damla gliserol çözeltisi ve hazne girişine bir damla DI su koyun.

Ardından, cihazı bir kurutucunun içine yerleştirin ve yaklaşık beş dakika boyunca bir vakum çekin. Vakumu serbest bırakmadan önce, gliserol çözeltisi ve DI su damlalarında oluşan kabarcıkların patlamasını bekleyin. Vakum serbest bırakıldıktan sonra, sıvılar cihazın içindeki boşluklara çekilir.

Kanalların içinde kalan hava kalırsa, bir şırınga kullanarak sıvılara harici basınç uygulayarak ve havanın PDMS'ye yayılmasına izin vererek bunu ortadan kaldırın. Daha sonra, tamamen suyla dolana kadar üst hazneye yaklaşık iki milimetre deiyonize su enjekte edin. Ardından, hazneyi 19 gauge künt bir şırınga ucu ile örtün.

Başka bir künt 19 gauge şırınga ucunun ucunu kesin ve bu ucu yan hazne girişine yerleştirin. Her iki şırınga ucunu da ince, Teflon boru ve t şeklinde bir konektör kullanarak bir mililitrelik şırıngaya bağlayın. Bir mililitrelik şırınga, Teflon boru, t şeklindeki konektör ve üst haznenin kabarcık olmadan suyla doldurulduğundan emin olun.

Ardından, bir mililitrelik şırıngayı bir şırınga pompasına bağlayın ve beraberindeki metin protokolünde açıklandığı gibi sessiz bir başlık solunum döngüsünü taklit edecek şekilde programlayın. Mikro parçacık vilo simetri görüntüleri elde etmek için, cihazı ters çevrilmiş bir mikroskop sahnesine yerleştirin. Ardından, çift darbeli Nd: YAG lazeri açın ve görüntü analiz yazılımını bilgisayara yükleyin.

Cihaz çalıştırılırken, üreticinin spesifikasyonlarına uygun bir mikro parçacık görüntü vilo simetri sistemi kullanarak, parçacık tohumlu akışın bir dizi dokuz ila on iki fazlı kilitli çift çerçeve görüntüsünü elde edin. Faz kilitli çift kare görüntüleri elde etmek için, 10 hertz'de bir çift kare serisi elde edin. Ardından, tam döngü süresiyle ayrılan tüm çerçeveli çiftler yeni bir zaman serisi oluşturacak şekilde verileri yeniden düzenleyin.

Faz kilitli hız vektör haritasını hesaplamak için korelasyon algoritmasının toplamını kullanın, böylece görüntü serisinden elde edilen akış alanı. Alveolar boşluk içindeki farklı akış bölgelerini çözmek için her çerçeve çiftinin birinci ve ikinci kareleri arasında değişen gecikme süreleriyle bu işlemi birkaç kez tekrarlayın. Ardından, çakışan veri noktalarının ortalamasını alarak tek tek akış haritalarını eksiksiz ve yüksek ayrıntılı bir akış modelleri haritasında bir araya getirmek için bir veri analiz programı kullanın.

Burada sunulan mikro-akışkan asiner platformun kritik bir özelliği, asiner kanallar ve alveoller içinde fizyolojik akış profillerine ve hızlarına yol açan fizyolojik olarak gerçekçi solunum hareketlerini yeniden üretme yeteneğidir. Kanalların genişliği boyunca akış hızı profilleri, daha derin asiner nesillere doğru akış hızlarında sabit bir düşüş gösterir. Alveol boşluklarının yakınındaki ve içindeki akış profilleri, akış büyüklüklerinin alveollerin açıklığı boyunca dik bir şekilde düştüğünü göstermektedir.

Alveollerin içinde kanallara kıyasla iki ila üç kat daha yavaş olan akış hızı ile sonuçlanır. Ek olarak, artan asiner nesil ile akış modelleri önemli ölçüde değişir. Birinci nesil, kabaca alveollerin merkeziyle çakışan bir yeniden dolaşım bölgesine sahipken, üçüncü nesil, daha açık bir akış hattı paterni ile alveollerin proksimal tarafına doğru kaydırılan bir yeniden dolaşım bölgesi ile karakterize edilir.

Son olarak, beşinci nesil cihazda yeniden sirkülasyon bölgesi olmayan radyal akış hatları gözlenir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik düzgün bir şekilde yapılırsa birkaç saat içinde yapılabilir. Asiner geometrilerde akış görselleştirmeyi mümkün kılan bu prosedürün ardından platform, solunan partiküllerin dinamiklerini ve konumunu keşfetmek için havadaki tek partikülleri izlemek için kullanılabilir.