فإن الكتاب أود أن أشكر لجنة التكنولوجيا والابتكار (CTI، سويسرا) للحصول على الدعم المالي (رقم 13236.1 PFFLI-LS).

وأجريت التحقيقات باستخدام الإعداد مضخة الأنابيب (فيقو إعادة 2)، والتي تمكن التجارب الإجهاد الميكانيكية في معدلات تدفق ما يصل الى 60 L دقيقة -1 وينخفض ​​ضغط تصل إلى 2 بار التي يتعين القيام بها. كما هو مبين في الشكل ش إعادة 2، ويتكون من الإعداد التجريبية للسفينة التخزين، ودائرة مضخة، والمعدات اللازمة لتقنية مضمنة التنظير. المكره السفينة التخزين وتستخدم فقط لخلط السطحي. تم دمج عناصر هامشية في حلقة مغلقة لمراقبة معدل تدفق الخامس وهبوط الضغط ع في ضبط مضخة مختلفة. وقد تنوعت التحقيقات باستخدام صمام اليد وعجلة القيادة. 1. الإعداد التجريبي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من أن مفاعل حيوي (D = 0.15 متر، H / D = 2.2) ومجهزة المكره لحل surfactaالإقليم الشمالي والتأكد من أن أنبوب مدخل الانخفاضات في السائل لتجنب دخوله الغاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجهيز حلقة مضخة مع منفذ حقنة، ومضخة التحقيق، على المشبك على تدفق متر، وتستخدم مرة واحدة استشعار الضغط وصمام اليد وعجلة القيادة. بعد اتصال من حلقة المضخة إلى عاء تخزين، وربط رأس المضخة إلى المحرك وإعداد لجنة التحقيق المنظار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل الطائرة انعكاس للتغيير، مرآة الروديوم في هذه الحالة، في تلميح التحقيق وضبط المسافة بين المرآة والعدسة إلى 150 ميكرون. ضبط المسمار في 100 ميكرون للتركيز على حدة الهدف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط التحقيق الى مصطربة عن طريق كابل الألياف الضوئية والكاميرا من المنظار إلى الكمبيوتر عن طريق كابل إيثرنت. ثم، قم بتوصيل الكاميرا ومصطربة معا عن طريق كابل الزناد مربع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تشغيل جهاز الكمبيوتر وفتح التي توفرها الشركة المصنعة للبرامج، والذي يتضمن الحصول على الصور والبرامج الاعتراف، وكذلك البرامج نتيجة محلل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد البرنامج الحصول على الصور في القائمة الرئيسية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انقر على زر &quot;كشف جهاز&quot; في الزاوية العلوية اليسرى من الشاشة للكشف عن الكاميرا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحت عنوان &quot;إعدادات دليل&quot; حدد الموقع على الكمبيوتر لحفظ الصور وتنشيط الأمر &quot;إنشاء مجلدات فرعية الزناد&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أدخل المعلمات العملية في قسم &quot;وضع الزناد: جاهز&quot;. معدل الإطار: 7.5 هرتز لقطة في الزناد: 50 عدد المشغلات: 60 الفاصل الزمني الزناد: 60 ثانية </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد الانتهاء من جميع الأعمال التحضيرية، صب 5 لتر ماء منزوع الأيونات في الإناء تخزين وتشغيل المضخة لملء المضخة وحلقة المضخة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف المضخة وإضافة 0.9 مل السطحي (ج السطحي = 0.18 مل L -1، السطحي ρ، 20 ° C = 1070 كيلو متر -3، وتركيز مذيلة النقدي (CMC): ω CMC0؛ ≈ 0.018 مل L -1، ω السطحي ≈ 10 · ω CMC) مع ماصة 10 مل مع التحريك. بعد 10 دقيقة يذوب تماما بالسطح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف المكره وتشغيل المضخة. ضع التحقيق المنظار بحيث عدسة يقع مباشرة تحت أنبوب مدخل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط معدل تدفق 3.4 L دقيقة -1 وانخفاض ضغط 0.03، 0.3 أو 0.61 شريط من خلال تغيير سرعة المكره وصمام اليد وعجلة القيادة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزن 6.3 غرام من الزيت مباشرة في المحاقن (β النفط = 1.26 ز L -1، النفط ρ، 20 ° C = 989.5 كجم م -3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تشغيل البرنامج الحصول على الصور وإضافة الزيت عبر منفذ حقنة. مضخة تشغيل توزع قطرات مستحلب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 1 ساعة، والانتهاء من التحقيق إجهاد القص وتنظيف المنظار مضمنة فضلا عن مفاعل حيويمع مضخة حلقة متكاملة. وفي وقت لاحق، وإعداد الإعداد التجريبية لعملية الضخ القادمة. </li></ol> 2. قياس وتحليل الصور <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح التلقائي برنامج التعرف على الصور في القائمة الرئيسية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحت عنوان &quot;الدليل الجذر دفعة&quot; حدد الموقع على الكمبيوتر لحفظ الملفات (جميع *. CSV). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد العمود &quot;مسار سلسلة صورة&quot; وانقر على زر &quot;إضافة صورة سلسلة المجلدات الفرعية&quot; في الزاوية اليسرى السفلى من الشاشة لتحميل سلسلة صورة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل المعلمات العملية التي يتم توفيرها من قبل الشركة المصنعة. حدد العمود &quot;إعدادات البحث (* .pss أو auftrag _ *. حصيرة)&quot; وانقر على زر &quot;تعيين إعدادات البحث&quot; في منتصف السفلي من الشاشة لتحميل المعلمات عملية من أجل تحديد اعتراف الهبوط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد العمود &quot;البحث نمط (* .psp أو F _ *. حصيرة) وانقر على زر&quot; مجموعة البحث نمط &quot;في الزاوية اليمنى السفلى من الشاشة لتحميل المعلمات عملية من أجل تحديد تحليل قطرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء التعرف على الصور من خلال النقر على زر &quot;دفعة البداية&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد الانتهاء من التعرف على الصور، والتعبير عن أحجام انخفاض الكشف عنها من قبل سوتر يعني قطرها (د 32)، أو أي ممثل آخر يعني قيمة أو توزيع الخيار باستخدام البرنامج نتيجة محلل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح البرنامج نتيجة محلل في القائمة الرئيسية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنشيط الأمر &quot;جميع *. CSV في 1 مجلد&quot; وانقر على &quot;مجلد تحميل (ق)&quot; الموجود في الزاوية العلوية اليسرى من الشاشة لتحميل المحفوظة مسبقا عن * ملف .csv. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد القيمة ذات الصلة (على سبيل المثال، سوتر يعني القطر) في القائمة المنسدلة في الوسط العلوي من الشاشة لتصور النتائج. لحساب قطر أدخل التحجيم من 0.6591 ميكرون بكسل -1 على الحق، والتي يتم توفيرها من قبل الشركة المصنعة. </li></ol><img alt="الرقم 2" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig2.jpg" /> الشكل 2. الإعداد التجريبية الدائرة مضخة الأنابيب الإعداد مضخة باستخدام التنظير المضمنة كأسلوب فني القياس: (1) سفينة تخزين، (2) ميناء الحقنة، (3) مضخة، (4) استشعار الضغط، (5) تدفق الاستشعار، ( 6) مصطربة، (7) الكمبيوتر مع البرمجيات المقدمة المصنعة، و (8) التحقيق المنظار. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig2highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

<ol>
	<li>Wollny, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Partikelbeanspruchung in ger&#252;hrten (Bio ) Reaktoren (Experimental and numerical investigations of particle stress in stirred (bio-) reactor). , (2010).</li><li>Jaouen, P., Vandanjon, L., Qu&#233;m&#233;neur, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+shear+stress+of+microalgal+cell+suspension+(Tetraselmis+suecica)+in+tangential+flow+filtration+systems:+the+role+of+pumps.">The shear stress of microalgal cell suspension (Tetraselmis suecica) in tangential flow filtration systems: the role of pumps.</a> Bioresour. Technol. 68 (2), 149-154 (1999).</li><li>Bee, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+a+concentrated+monoclonal+antibody+formulation+to+high+shear.">Response of a concentrated monoclonal antibody formulation to high shear.</a> Biotechnol. Bioeng. 103 (1), 936-943 (2009).</li><li>Klaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bluttraumatisierung bei der Passage zeitkonstanter und zeitvarianter Scherfelder (Blood trauma during passage through steady and transient shear fields). , (2004).</li><li>Blaschczok, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigations+on+mechanical+stress+caused+to+CHO+suspension+cells+by+standard+and+single-use+pumps.">Investigations on mechanical stress caused to CHO suspension cells by standard and single-use pumps.</a> Chem. Ing. Tech. 85 (1-2), 144-152 (2012).</li><li>Dittler, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cost-effective+and+reliable+method+to+predict+mechanical+stress+in+single-use+and+standard+pumps.">A cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps.</a> Eng. Life Sci. 14 (3), 311-317 (2014).</li><li>Kaiser, S. C., Eibl, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-use+Pumpen+in+der+Prozesstechnologie+(Single-use+pumps+in+the+process+technology).">Single-use Pumpen in der Prozesstechnologie (Single-use pumps in the process technology).</a> Chemie extra. , 30-31 (2013).</li><li>Aggarwal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+a+single-circuit+CentriMag&#174;+for+biventricular+support+in+postpartum+cardiomyopathy.">Use of a single-circuit CentriMag&#174; for biventricular support in postpartum cardiomyopathy.</a> Perfusion. 28 (2), 156-159 (2012).</li><li>Kouretas, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience+with+the+Levitronix+CentriMag&#174;+in+the+pediatric+population+as+a+bridge+to+decision+and+recovery.">Experience with the Levitronix CentriMag&#174; in the pediatric population as a bridge to decision and recovery.</a> Artif. Organs. 33 (11), 1002-1004 (2009).</li><li>Khan, N. U., Al Aloul, M., Shah, R., Yonan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+experience+with+the+Levitronix+CentriMag&#174;+device+for+extra+corporeal+membrane+oxygenation+following+lung+transplantation.">Early experience with the Levitronix CentriMag&#174; device for extra corporeal membrane oxygenation following lung transplantation.</a> Eur. J. of Cardio Thorac. 34 (6), 1262-1264 (2008).</li><li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+and+experimental+evaluation+of+the+fluid+dynamics+and+hemocompatibility+of+the+CentriMag+blood+pump.">Computational and experimental evaluation of the fluid dynamics and hemocompatibility of the CentriMag blood pump.</a> Artif. Organs. 30 (3), 168-177 (2006).</li><li>Maa&#223;, S., Gr&#252;nig, J., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+techniques+for+drop+size+distributions+in+stirred+liquid-liquid+systems.">Measurement techniques for drop size distributions in stirred liquid-liquid systems.</a> Chem. Process Eng. 30 (4), 635-651 (2009).</li><li>Maa&#223;, S., Rojahn, J., H&#228;nsch, R., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+drop+detection+using+image+analysis+for+online+particle+size+monitoring+in+multiphase+systems.">Automated drop detection using image analysis for online particle size monitoring in multiphase systems.</a> Comput. Chem. Eng. 45, 27-37 (2012).</li><li>Maa&#223;, S., Wollny, S., Voigt, A., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+comparison+of+measurement+techniques+for+drop+size+distributions+in+liquid/liquid+dispersions.">Experimental comparison of measurement techniques for drop size distributions in liquid/liquid dispersions.</a> Exp. Fluids. 50 (2), 259-269 (2011).</li><li>Henzler, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Stress+in+Bioreactors.">Particle Stress in Bioreactors.</a> Adv. Biochem. Eng./ Biotechnol. 67, 35-82 (2000).</li><li>Sprow, F. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+size+distributions+in+strongly+coalescing+agitated+liquid-liquid+systems.">Drop size distributions in strongly coalescing agitated liquid-liquid systems.</a> AIChE J. 13 (5), 995-998 (1967).</li><li>Shinnar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+behaviour+of+liquid+dispersions+in+mixing+vessels.">On the behaviour of liquid dispersions in mixing vessels.</a> J. Fluid Mech. 10 (2), 259-275 (1961).</li><li>Ritter, J., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-line+measurement+technique+for+drop+size+distributions+in+liquid/liquid+systems+at+high+dispersed+phase+fractions.">On-line measurement technique for drop size distributions in liquid/liquid systems at high dispersed phase fractions.</a> Chem. Eng. Technol. 23 (7), 579-581 (2000).</li><li>Fries, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Quantifizierung der mechanischen Beanspruchung von Pumpen auf tierische Zellen mittels des nicht-biologischen Modellsystems Emulsion (Quantification of mechanical stress caused by pumps on mammalian cells using a non-biological emulsion model system). , (2014).</li><li>Maa&#223;, S., Wollny, S., Sperling, R., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+and+experimental+analysis+of+particle+strain+and+breakage+in+turbulent+dispersions.">Numerical and experimental analysis of particle strain and breakage in turbulent dispersions.</a> Chem. Eng. Res. Des. 87 (4), 565-572 (2009).</li><li>Maa&#223;, S., Metz, F., Rehm, T., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+of+drop+sizes+for+liquid/liquid+systems+in+stirred+slim+reactors+-+Part+I:+Single+stage+impellers.">Prediction of drop sizes for liquid/liquid systems in stirred slim reactors - Part I: Single stage impellers.</a> Chem. Eng. 162 (2), 792-801 (2010).</li></ol>

فولفغانغ Dornfeld وريتو Schöb هم موظفون من Levitronix المحدودة، الشركة المصنعة للمضخات الطرد المركزي ماجليف.

والهدف من هذا البروتوكول هو إظهار مدى ملاءمة تقنية التنظير المضمنة لقياس حجم انخفاض في عمليات الضخ. لهذا الغرض، وانخفاض أحجام نظام مستحلب الزيت عن الماء تم تحديد واحتسب سوتر متوسط ​​قطرها قياس لتوصيف الإجهاد الميكانيكي للالطرد المركزي ماجليف مضخات وكذلك نظرائهم، وهي تحوي و4-مكبس مضخة الحجاب الحاجز. أظهرت النتائج تباين منخفضة من سوتر المقاس يعني أقطار، والتي تم قياسها من خلال الانحرافات المعيارية لأقل من 15٪، مشيرا إلى أن أحجام قطرة تم قياسها بشكل موثوق ودقيق. ونتيجة لذلك، يمكن أن تستخدم بنجاح في سوتر متوسط ​​قطرها تقاس كمعيار مقارنة لتقييم الإجهاد الميكانيكي للمضخات التحقيق. كشفت مضخات الطرد المركزي ماجليف قياس سوتر أقطار متوسط ​​أكبر، مشيرا إلى انخفاض الضغوط الميكانيكية على قطرات مستحلب مقارنة مع مضخات الحجاب الحاجز تحوي و4-مكبس. في استيلادالمنشأ حتى الآن، وقد تبين مضمنة التنظير لتكون تقنية قوية وبسيطة لإسقاط موثوق قياس حجم 1،6،12-14،20-21، وهو ما أكده أيضا في هذه الدراسة. بالمقارنة مع تقنيات قياس بديلة، مثل الألياف البصرية الاستشعار FBR، وFBRM وتقنية 2D-ORM، تقنية المنظار يمكن استخدام الطريقة القياسية للحصول على بيانات دقيقة في تطبيقات السائل / السائلة 12،14. لسهولة التعامل من التنظير مضمنة وإنتاج بسيط لنظام مستحلب الزيت عن الماء غير البيولوجية يمكن إجراء مباشر لالمكتشفة انخفاض حجم وفقا للنص البروتوكول (انظر أعلاه). ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن موقف لجنة التحقيق المنظار يعتمد على تدفق السوائل في الأوعية التخزين. وقد كشفت التحقيقات مزيد (لا تظهر البيانات) أن العدسة لجنة التحقيق يجب أن يكون موجودا مباشرة تحت أنبوب مدخل لانخفاض معدلات تدفق تصل إلى 5 L دقيقة -1من أجل تجنب الكشف عن العديد من قطرة واحدة (19). للصور حادة في معدلات تدفق أكثر من 5 L دقيقة -1، فمن المستحسن لوضع مسبار ما لا يقل عن 10 سم بعيدا عن أنبوب مدخل. مستقلة عن المعلمات العملية، ينبغي أن يكون صاحب التنظير مضمنة مستقر من أجل تجنب التحول لجنة التحقيق، التي يمكن أن تؤدي إلى عدم وضوح الصور. وعلاوة على ذلك، يجب أن لا سيما الإشارة إلى أن حجم الانخفاض الكشف على مقربة من حدود الكشف أقل للصور الضوئية النظام المطبق، حيث الحد الأدنى قطرة قطره اكتشاف هو 6.5 ميكرون. كما تم تحسين البرامج المقدمة مصنع، يمكن أن التقنيات المضمنة التنظير كشف موثوق الحد الأدنى من حجم قطرة من 1 ميكرون. وعلاوة على ذلك، سيتم تطوير ومعالجة الصور كذلك لتمكين مراقبة الانترنت من التطبيقات الصناعية. في حين ركزت الدراسة الحالية على معدلات تدفق منخفضة نسبيا تصل إلى 3.4 L<html> 60؛ دقيقة -1، يجب أن الدراسات المستقبلية النظر في مجموعة واسعة من الظروف العملية. وقد أجريت التحقيقات الأولى للخروج في معدلات تدفق تصل إلى 20 دقيقة L -1 (لا تظهر البيانات). ومع ذلك، 1: 2 التخفيف (ج السطحي = 0.09 مل L -1، ج النفط = 0.64 مل L -1) من نظام مستحلب الزيت عن الماء ويوصى في معدلات تدفق أكثر من 10 دقيقة L -1 19، وزيادة انخفاض تفكك الناجمة عن الإجهاد الميكانيكي العالي لولاها تؤثر إسقاط الكشف وتقليل عدد قطرات الكشف عنها. التجارب أجريت مع 1: 2 تخفيف ومقارنتها مع نتائج نظام مستحلب الزيت عن الماء مخفف. لكلا النهجين، وسوتر يعني تم بأقطار قياسها بشكل موثوق (الانحراف المعياري أقل من 5٪). وبالتالي، انخفاض نسبة حجم: لم (1 2 تمييع) لا تؤثر على سوتر المقاس يعني أقطار، وبالتالي كان قطرة قطرة تفكك يكاد يذكر. الإقليم الشمالي &quot;&gt; هذه المناهج التجريبية القوية وتوفر أساسا جيدا لتحسين تقنية التنظير وكذلك الحصول على الصور، والاعتراف ونتيجة محلل البرامج ذات الصلة. وعلاوة على ذلك، ومدى ملاءمة للتقنية التنظير لتصنيف أنواع المضخات وفقا لسلسلة الميكانيكية الخاصة الإجهاد وقد تجلى بنجاح. النتائج التي تم الحصول عليها ضرورية لمضخة تصميم وتطوير والتحسين من المضخات للحد من تلف الخلايا.

وتستخدم مضخات لنقل الثقافات خلية في الصناعات الدوائية والتكنولوجيا الحيوية. أثناء عملية الضخ، يمكن أن إجهاد يؤدي إلى تلف الخلايا لا رجعة فيه، والتي قد تنال من كمية وجودة المنتج 1-4. مستوى إجهاد يعتمد على نوع مضخة ومضخة الإعدادات، كما هو موضح في الدراسات السابقة 5-6. عادة، يتم استخدامها تحوي، حقنة والحجاب الحاجز مضخات للاستخدام مرة واحدة التطبيقات القائمة (SU) التكنولوجيا. هذه المضخات تؤدي إلى قوى القص المحلية العالية الناجمة عن ضغط من أنابيب ضخ وتدفق النابض 7. من أجل التغلب على هذه العوائق، ومضخات الطرد المركزي الماجليف (مضخات الطرد المركزي ماجليف) تشكل بديلا واعدا. هو الدافع والمحرك مغناطيسيا من أجل تجنب الفجوات الضيقة بين المكره والإسكان مضخة (الشكل 1). التحقيق في الدراسة السابقة الطرد المركزي ماجليفمضخات وأظهرت انخفاض الضغط الميكانيكي باللغة الصينية الهامستر المبيض (CHO) خلايا مقارنة مع مضخات الحجاب الحاجز تحوي و4-مكبس 5. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحاليل انحلال الدم لا صدمة الدم والجلطة تشكيل كبير على مجموعة من الشروط العملية باستخدام هذه المضخات 8-11. وتبين النتائج أن استخدام هذه المضخات المصممة خصيصا ينطبق أقل من الضغط الميكانيكي على النظم البيولوجية في المقارنة مع مضخات تحوي والحجاب الحاجز. للتحقيق في إجهاد ميكانيكي مع يقتصر حساب تجريبي، فمن المستحسن نظام نموذج مستحلب الزيت عن الماء بسبب من حيث التكلفة ل(حوالي 99.8٪) و(حوالي 99.5٪) تطبيق خفض الوقت مقارنة مع أنظمة زراعة الخلايا البيولوجية. كما تراجع تفكك النظام مستحلب الزيت عن الماء هي وظيفة من إجهاد ميكانيكي، وانخفاض يجب أن تحسب أحجام مرور الوقت تجريبي التحقيقات إجهاد القص. العديد من التقنيات لتحديد حجم قطرات المتاحة، ثهيك يمكن تقسيمها إلى الصوت والليزر وتقنيات الصورة استنادا 12. على وجه الخصوص، واستخدام للصورة البصرية التحقيق مضمنة التنظير يوضح أحجام انخفاض متطابقة تقريبا لالمكتشفة اليدوي والآلي (الانحراف المعياري أقل من 10٪) ويمكن كشف من 250 قطرات في الدقيقة 13. بسبب دقتها وموثوقيتها، وقد تبين تقنية المنظار لتكون تقنية قياس معيارية فعالة لتوزيع حجم قطرة في التفرق السائل / السائلة بالمقارنة مع غيرها من التحقيقات التي يشيع استخدامها (على سبيل المثال، الألياف البصرية إلى الأمام، الى الوراء، نسبة (فبر) الاستشعار ، شعاع تركيزا طريقة الانعكاس (FBRM) والبصرية ثنائية الأبعاد تقنية قياس الانعكاس (2D-ORM)) 12،14. وعلاوة على ذلك، فقد ثبت مدى ملاءمة التنظير مضمنة لقياس أحجام قطرة في وعاء أثار عدة مرات في التحقيقات السابقة 15-18. بناء على دراسة مسبقة 6، يصف هذا البروتوكولاستخدام مضمنة التنظير لتحديد أحجام قطرة (سوتر يعني القطر) من نظام مستحلب الزيت عن الماء في المضخات. وسوتر يعني استخدمت قطر كمعيار مقارنة لتقدير الضغط الميكانيكي للاستخدام المتعدد (MU) مضخات الطرد المركزي ماجليف، وهي تحوي وتستخدم مرة واحدة (SU) 4-مكبس مضخة الحجاب الحاجز. <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig1.jpg" /> الشكل 1. مرفوع مغناطيسيا الطرد المركزي مضخة نظام. (A) وترد مبدأ محرك bearingless و (ب) PuraLev 200MU كمثال. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig1highres.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CCD camera</td>
			<td>Allied Vision Technologies GmbH</td>
			<td>GX2750</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-4</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm 
			before the pump.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-3</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm after the pump and clamp on the flow sensor to this tubing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CLAVE Connector</td>
			<td>Victus</td>
			<td>011-C2000</td>
			<td>Sampling port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-200.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30030</td>
			<td>PuraLev 200MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-600.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30033</td>
			<td>PuraLev 600MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30329</td>
			<td>Flow sensor for flow rates below 5 L min-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Converter LFC-1C-CS</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30328</td>
			<td>Flow sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masterflex I/P Easy Load</td>
			<td>Fisher Scientific AG</td>
			<td>EW-77963-10</td>
			<td>Peristaltic pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mitos free flow valve</td>
			<td>Parker Hannifin Europe S&#224;rl</td>
			<td>FFLQR16S6S6AM</td>
			<td>Valve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobil Eal Arctic</td>
			<td>Exxon Mobil Corporation</td>
			<td>Mobil EAL Arctic 22</td>
			<td>Oil 
			Prepare the emulsion directly before 
			the experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor</td>
			<td>Elektromotorenwerk Brienz AG</td>
			<td>7WAC72N4THTF</td>
			<td>Motor for agitator shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor BSM-1.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10005</td>
			<td>PuraLev 200MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor LPM-600.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10038</td>
			<td>PuraLev 600MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norm-Ject 10 mL Luer Lock</td>
			<td>Restek Corporation</td>
			<td>22775</td>
			<td>Syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-200.5</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90525</td>
			<td>PuraLev 200MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-600.18</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90548</td>
			<td>PuraLev 600MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quattroflow 1200-SU</td>
			<td>Almatechnik AG</td>
			<td>QF 1200</td>
			<td>4-piston diaphragm pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-695PSX</td>
			<td>Pressure sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor Monitor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-690</td>
			<td>Pressure sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOPAT-VF Inline Endoscopic Probe</td>
			<td>SOPAT GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stroboscope</td>
			<td>Drello GmbH &#38; Co KG</td>
			<td>Drelloscop 255-01</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>X100</td>
			<td>Surfactant 
			Handle with gloves and goggles. 
			(acute toxicity, eye irritation)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps

تستخدم مضخات أساسا عند نقل المرق الثقافة العقيمة في عمليات الإنتاج الصيدلانية البيولوجية والتكنولوجيا الحيوية. ومع ذلك، أثناء عملية الضخ تحدث قوى القص التي يمكن أن تؤدي إلى النوعية و / أو الكمية خسارة المنتج. لحساب إجهاد ميكانيكي مع يقتصر حساب تجريبي، تم استخدام نظام مستحلب الزيت عن الماء، الذي تجلى لالمكتشفة حجم الانخفاض في المفاعلات الحيوية 1 ملاءمة. كما تراجع تفكك النظام مستحلب الزيت عن الماء هي وظيفة من إجهاد ميكانيكي، وانخفاض أحجام تحتاج لفرزها على مدار الزمن التجريبية التحقيقات إجهاد القص. في دراسات سابقة، وقد تبين من التنظير مضمنة إلى أن تقنية دقيقة وموثوق بها قياس المكتشفة حجم الانخفاض في التفرق السائل / السائلة. والهدف من هذا البروتوكول هو إظهار مدى ملاءمة تقنية التنظير المضمنة لقياس حجم انخفاض في عمليات الضخ. من أجل التعبير عن حجم هبوط، وسوتر يعني قطروقد استخدم د 32 مثل قطر تمثيلية من قطرات في مستحلب الزيت عن الماء. أظهرت النتائج تباين منخفضة في أقطار متوسط ​​سوتر، والتي تم قياسها من خلال الانحرافات المعيارية لأقل من 15٪، مما يدل على موثوقية تقنية القياس.

التقييم البصري التين ش إعادة 3 معارض الصور الاعتراف الجسيمات بعد وقت ضخ 1 ساعة. العليا أربع صور تظهر قطرات قبل الاعتراف بها وأقل أربع صور تظهر قطرات والتي تمثلت في برنامج التعرف. وسلط الضوء على قطرات الكشف مع حافة خضراء. وبمقارنة الصور العلوي والسفلي يدل على أن انخفاض حواف تم الكشف على وجه التحديد من قبل برنامج التعرف على الصور. الصور على اليسار تظهر توزيع قطرة للالطرد المركزي ماجليف مضخات PuraLev 200MU وPuraLev 600MU، وأصحاب اليمين تظهر الحجاب الحاجز 4-مكبس المضخة وتحوي. يسمح بتقييم البصرية لتصنيف الأولي لإجهاد ميكانيكي في نظام نموذجي مستحلب. كشفت هذه التي تم إنشاؤها أحجام انخفاض أكبر ويقل فيها عدد قطرة من قبل مضخات الطرد المركزي ماجليف مقارنة مع diaphr 4-مكبساجتماع الجمعية العامة العادية وتحوي مضخة. ونتيجة لذلك، ومضخات الطرد المركزي ماجليف، وخاصة PuraLev 200MU، أظهر انخفاض انخفاض الكسر، مشيرا إلى الضغوط الميكانيكية أقل. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig3.jpg" /> الشكل 3. صور من التنظير المضمنة. مستحلب قطرات قبل (A، B، C، D) وبعد (E، F، G، H) الاعتراف الجسيمات بعد 1 ساعة من ضخ باستخدام (A، E) وPuraLev 200MU، ( B، F) وPuraLev 600MU، (C، G) 4-مكبس مضخة الحجاب الحاجز، و(D، H) مضخة تحوي تحت ظروف التشغيل متطابقة (3.4 L دقيقة -1 و 0.03 بار). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig3highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> سوتر ليقطرها وكشفت التحقيقات مزيد من الانحرافات المعيارية أدناه د 32 ± 0.4 ميكرون ومضمونة النتائج قابلة للتكرار عند استخدام مضمنة التنظير 19. ولذلك، كانت تحقيقات متعددة ليس مطلوبا لهذا النهج، مما قلل بالإضافة إلى ذلك على حساب تجريبي. من أجل التعبير عن حجم هبوط، وسوتر يعني قطر د 32 (انظر المعادلة 1) وتستخدم قطر تمثيلية من قطرات في مستحلب الزيت عن الماء لهذا النهج. بشكل عام، وسوتر يعني تناقص قطر على مر الزمن لجميع أنواع المضخات وضبط المضخة حتى تصل إلى حالة مستقرة 12. وأكدت التحقيقات في هذه الدراسة من تطور سوتر يعني قطرها (الشكل ش إعادة 4A إلى D)، والمنحنيات من PuraLev 200MU (الشكل ش إعادة &amp;# 160؛ 4A) ومضخة تحوي (الشكل ش إعادة 4D) التي تجري مناقشتها exemplarily في هذا البروتوكول. وعلى النقيض من PuraLev 200MU، وسوتر يعني كانت بأقطار تصل إلى 40٪ أصغر لمضخة تحوي في ظروف العملية نفسها (معدل التدفق = 3.4 L دقيقة -1، والضغط قطرة = 0.03 بار). ونتيجة لذلك، أدت الضغوط الميكانيكية أعلى في زيادة انخفاض تفكك والأحجام قطرة بالتالي أصغر. علاوة على ذلك، سوتر يعني قطرها انخفضت مع زيادة هبوط الضغط في PuraLev 200MU (الشكل ش إعادة 4A)، مما يدل على تبعية حجم الانخفاض في هبوط الضغط. في المقابل، أظهرت مضخة تحوي على سوتر يعني قطر د 32،60min = 10 ميكرون في نهاية التجربة لجميع المعلمات عملية (الشكلش إعادة 4D). ولذلك، فإن سوتر يعني عثر قطر لتكون مستقلة عن هبوط الضغط. ومع ذلك، فإن النتائج تعكس الفهم المادي للانخفاض تفكك: مع الضغط الميكانيكي العالي، وتم تحديد سوتر أقطار يعني أصغر (انظر أيضا الشكل ش إعادة 5). لكل نقطة قياس، تم تحديد 300 على الأقل قطرات من أجل ضمان اليقين الإحصائي. انخفض مستوى الانحراف الأقصى للPuraLev 200MU من د 32،4min ± 42 ميكرون وللPuraLev 600MU من د 32،6min ± 21 ميكرون إلى د حوالي 32 ± 0.5 ميكرومتر في نهاية عملية الضخ. أدى الانحراف المعياري انخفضت من زيادة حجم التوزيع قطرة متجانس حتى تم التوصل إلى حالة مستقرة. بالمقارنة رس ماجليف مضخات الطرد المركزي، كشفت مضخات الحجاب الحاجز تحوي و4-مكبس الانحرافات المعيارية أدناه د 32 ± 10 ميكرون. <img alt="المعادلة 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052eq1.jpg" width="80" /> (1) <img alt="الرقم 4" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig4.jpg" /> الرقم 4. الشخصية النموذجية لسوتر تعني أقطار د 32 مع مرور الوقت وتحديد قياس سوتر أقطار متوسط ​​د 32، م. مقارنة سوتر أقطار متوسط ​​د 32 (A) لPuraLev 200MU، (B) لPuraLev 600MU، (C) للمضخة الحجاب الحاجز 4-المكبس، و (D) للمضخة تحوي. د تم تحديد أقطار متوسط ​​سوتر 32 بمعدل تدفق 3.4 L دقيقة -1 والضغط قطرات تتراوح 0،03-0،61 بار.وتقاس سوتر متوسط ​​قطرها د 32، احتسب م لمدة 10 دقيقة الماضي (الحدود). الانحراف المعياري الناتجة من أقطار متوسط ​​سوتر D هو مبين 32 (N ≥ 300). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig4highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> قياس سوتر متوسط ​​قطرها كنظام المقارنة كما هو موضح أعلاه، سوتر يعني تناقص قطر على مر الزمن حتى وصلت أحجام قطرة حالة مستقرة. في 10 دقيقة الأخيرة من الوقت التجريبية، ومتوسط ​​قيمة سوتر يعني حسبت قطر لتحديد سوتر المقاس يعني القطر، والتي كانت تستخدم كمعيار مقارنة (انظر حدود الشكل ش إعادة 4A-D). وتقاس سوتر أقطار متوسط ​​د 32، وترد م لمعدل تدفق 3.4 L &amp;# 160؛ مجموعة دقيقة -1 وانخفاض ضغط 0،03-0،61 بار في الشكل ش إعادة 5. تم تحديد أكبر قياس سوتر أقطار متوسط ​​لكل من مضخات الطرد المركزي ماجليف (200MU و600MU) ومضخة الحجاب الحاجز 4-المكبس في أقل قطرات الضغط وبسرعة المكره. مضخة تحوي كشفت قياس سوتر يعني أقطار د 32، م = 10 ميكرون لجميع المعلمات العملية. كما ذكر سابقا، كانت قوى القص مستقلة عن هبوط الضغط لمضخة تحوي. وقد تم الحصول على أكبر قياس سوتر أقطار المتوسطة للد 32، م = 36 ميكرون لPuraLev 200MU ود 32، م = 34 ميكرون لPuraLev 600MU في انخفاض ضغط 0.03 بار. بالمقارنة مع نظرائهم، الحصول على ماجليف مضخة طرد مركزي سلسلة تصل إلى 59٪ أكبر قياس سوتر يعني الأقطار. هذه نتيجةوأشار الصورة انخفاض معدل انخفاض تفكك، وبالتالي إجهاد أقل الناتجة عن استخدام مضخات الطرد المركزي. الانحراف المعياري للقياس سوتر يعني أقطار خلال كانت حالة مستقرة أقل من 15٪، مما يؤكد القيم موثوقة ودقيقة للأحجام الهبوط. <img alt="الرقم 5" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig5.jpg" /> الرقم 5. مقارنة بين قياس سوتر أقطار متوسط ​​د 32، م. قياس سوتر أقطار متوسط ​​لمضخات الطرد المركزي ماجليف ونظرائهم في 3.4 L دقيقة -1 والضغط قطرات من 0.03، 0.30 و 0.61 بار. الانحرافات المعيارية الناتجة من قياس سوتر أقطار متوسط ​​د 32، وترد م أثناء حالة مستقرة. الاختصارات <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig5highres.jpg" target="_blank">التنوير القائل</a>بورصة عمان انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> 2D-ORM </td><td> ثنائية الأبعاد قياس الانعكاس البصري </td></tr><tr><td> CCD </td><td> الجهاز المسؤول عن جانب </td></tr><tr><td> CHO </td><td> الهامستر الصيني المبيض </td></tr><tr><td> CMC </td><td> تركيز مذيلة حرجة </td></tr><tr><td> FBR </td><td> لنسبة إلى الأمام، الى الوراء </td></tr><tr><td> FBRM </td><td> شعاع تركيزا طريقة الانعكاس </td></tr><tr><td> MU </td><td> متعدد الاستخدامات </td></tr><tr><td> SU </td><td> استخدام فردى </td></tr></tbody></table> تسمية <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td><img alt="الخامس" fo:content-="" src="/files/ftp_upload/53052/V.jpg" width="8
" /></td><td> [م 3 ثانية -1] </td><td> معدل التدفق </td></tr><tr><td> ج </td><td> [م 3 م -3] </td><td> تركيز </td></tr><tr><td> د 32 </td><td> [م] </td><td> سوتر متوسط ​​قطر </td></tr><tr><td> د 32، م </td><td> [م] </td><td> قياس سوتر متوسط ​​قطر </td></tr><tr><td> د ق </td><td> [م] </td><td> قطر السطح </td></tr><tr><td> د ت </td><td> [م] </td><td> قطر حجم </td></tr><tr><td> F </td><td> [هرتز] </td><td> تردد </td></tr><tr><td> ن </td><td> [ثانية -1] </td><td> سرعة المكره </td></tr><tr><td> N </td><td> [-] </td><td> عدد قطرات </td></tr><tr><td> ص </td><td> السلطة الفلسطينية </td><td> انخفاض الضغط </td></tr><tr><td> تي </td><td> ثانية </td><td> مرة </td></tr><tr><td> β </td><td> [كغ م -3] </td><td> تركيز كتلة </td></tr><tr><td> ρ </td><td> [كغ م -3] </td><td> كثافة </td></tr><tr><td>69؛ </td><td> [م 3 م -3] </td><td> جزء الشامل </td></tr></tbody></table> الجدول 1. الجدول الاختصارات والتسميات.

Watch this Scientific Journal Video about A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps at JoVE.com

A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

طريقة فعالة من حيث التكلفة ويمكن الاعتماد عليها للتنبؤ إجهاد ميكانيكي في ذات الاستخدام الواحد ومضخات قياسي

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

a-cost-effective-reliable-method-to-predict-mechanical-stress-single

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Concept of Stress

SCIENTISTS IN ACTION

9.3K Views.  Zurich University of Applied Sciences. Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol. 

Video: A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

A طريقة لصنع النانو سيلفر قطع في 3D

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new attention as a unique mechanism for pattern transformation. Nature is full of such examples where a wealth of exotic patterns are formed through mechanical instability2-5. Inspired by this elegant mechanism, many studies have demonstrated creation and transformation of patterns using soft materials such as elastomers and hydrogels6-11. Swelling gels are of particular interest because they can spontaneously trigger mechanical instability to create various patterns without the need of external force6-10. Recently, we have reported demonstration of full control over buckling pattern of micro-scaled tubular gels using projection micro-stereolithography (P&mu;SL), a three-dimensional (3D) manufacturing technology capable of rapidly converting computer generated 3D models into physical objects at high resolution12,13. Here we present a simple method to build up a simplified P&mu;SL system using a commercially available digital data projector to study swelling-induced buckling instability for controlled pattern transformation.
A simple desktop 3D printer is built using an off-the-shelf digital data projector and simple optical components such as a convex lens and a mirror14. Cross-sectional images extracted from a 3D solid model is projected on the photosensitive resin surface in sequence, polymerizing liquid resin into a desired 3D solid structure in a layer-by-layer fashion. Even with this simple configuration and easy process, arbitrary 3D objects can be readily fabricated with sub-100 &mu;m resolution.
This desktop 3D printer holds potential in the study of soft material mechanics by offering a great opportunity to explore various 3D geometries. We use this system to fabricate tubular shaped hydrogel structure with different dimensions. Fixed on the bottom to the substrate, the tubular gel develops inhomogeneous stress during swelling, which gives rise to buckling instability. Various wavy patterns appear along the circumference of the tube when the gel structures undergo buckling. Experiment shows that circumferential buckling of desired mode can be created in a controlled manner. Pattern transformation of three-dimensionally structured tubular gels has significant implication not only in mechanics and material science, but also in many other emerging fields such as tunable matamaterials.

We demonstrate controlled pattern transformation of swelling gel tubes by elastic instability. A simple projection micro stereo-lithography setup is built using an off-the-shelf digital data projector to fabricate three-dimensional polymeric structures in a layer-by-layer fashion. Swelling hydrogel tubes under mechanical constraint display various circumferential buckling modes depending on dimension.

الصغرى 3D الطباعة باستخدام جهاز عرض رقمي وتطبيقاتها في دراسة ميكانيكا مواد لينة

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

التوسع الميكانيكي للأنابيب الصلب كحل للراشح Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most of their thrust with their large foreflippers. This protocol describes a robotic platform designed to study the hydrodynamic performance of the swimming California sea lion (Zalophus californianus). The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;). The kinematics of the sea lion&#39;s propulsive stroke are extracted from video data of unmarked, non-research sea lions at the Smithsonian Zoological Park (SNZ). Those data form the basis of the actuation motion of the robotic flipper presented here. The geometry of the robotic flipper is based a on high-resolution laser scan of a foreflipper of an adult female sea lion, scaled to about 60% of the full-scale flipper. The articulated model has three joints, mimicking the elbow, wrist and knuckle joint of the sea lion foreflipper. The robotic platform matches dynamics properties&#8212;Reynolds number and tip speed&#8212;of the animal when accelerating from rest. The robotic flipper can be used to determine the performance (forces and torques) and resulting flowfields.

A robotic platform is described that will be used to study the hydrodynamic performance&#8212;forces and flowfields&#8212;of the swimming California sea lion. The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;).

ومنصة الروبوتية لدراسة Foreflipper من أسد البحر كاليفورنيا

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed that, under the proper conditions, ice can be produced when water is introduced to a bath of cold brine. To make ice form, in addition to having the brine and water mix, the rate of heat transfer must bypass that of mass transfer. When water is introduced in the form of tiny droplets to the brine surface, the mode of heat and mass transfer is by diffusion. The buoyancy stops water from mixing with the brine underneath, but as the ice grows thicker, it slows down the rate of heat transfer, making ice more difficult to grow as a result. When water is introduced inside the brine in the form of a flow, a number of factors are found to influence how much ice can form. Brine temperature and concentration, which are the driving forces of heat and mass transfer, respectively, can affect the water-to-ice conversion ratio; lower bath temperatures and brine concentrations encourage more ice to form. The flow rheology, which can directly affect both the heat and mass transfer coefficients, is also a key factor. In addition, the flow rheology changes the area of contact of the flow with the bulk fluid.

Here, we present a protocol to demonstrate the generation of ice when water is introduced to a cold bath of brine, as a secondary refrigerant, at a range of temperatures well below the freezing point of water. It can be used as an alternative way of producing ice for industry.

الجيل الجليد وانتقال الحرارة والكتلة الظواهر من إدخال المياه إلى حمام الباردة من الماء المالح

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonic اصطياد والإفراج عن النانوية في بيئة المراقبة

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

التنفيذ التجريبي لأسلوب تصنيع مركب جديد: تعريض الألياف العارية على سطح مركب بواسطة الأسلوب طبقة لينة

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

قياسات الموجات في خزان موجه رياح تحت إجبار الرياح مطرد واختلاف الوقت

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في أنبوب--تدفق واحد ومرحلتين

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

إعداد الخلية عمله ثلاثة-القطب وتحليلات اليكتروديبوسيشن لبطاريات الليثيوم أيون

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...