This work was supported in part by the European Commission (FP7 Program) through a Career Integration Grant (PCIG09-GA-2011-293604), the Israel Science Foundation (Grant nr. 990/12) and the Technion Center of Excellence in Environmental Health and Exposure Science (TCEEH). Microfabrication of microfluidic chips was conducted at the Micro-Nano Fabrication Unit (MNFU) of the Technion and supported by a seed grant from the Russel Berrie Institute of Nanotechnology (RBNI) at Technion. The authors thank Avshalom Shai for assistance during deep reactive ion etching (DRIE) and Molly Mulligan and Philipp Hofemeier for helpful discussions.

تصنيع 1. ماستر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام عميق النقش على رد الفعل ايون (DRIE) من السيليكون على عازل (أبناء العراق) رقاقة افتعال رقاقة السيليكون الرئيسي كما هو موضح في الأعمال السابقة 32 و 33. ملاحظة: يفضل DRIE إلى معيار SU-8 متناهي الصغر نظرا للميزات ارتفاع نسبة الارتفاع (40 ميكرون واسعة و 90 ميكرون الخنادق العميقة). </li></ol> 2. صب وختم الجهاز ميكروفلويديك <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مزيج PDMS وكيل علاج في نسبة 10: 1 الوزن داخل وعاء صغير نظيفة مثل طبق من البلاستيك وزنها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ديغا الخليط في مجفف تحت فراغ حتى تتم إزالة جميع فقاعات الهواء. ملاحظة: إعداد ما يكفي من PDMS لجميع الخطوات اللاحقة. هنا أدناه، واختصار &quot;PDMS&quot; يشير دائما إلى نزع الغاز 10: 1 PDMS: خليط علاج وكيل الذي تم إعداده في الخطوات 2.1 و 2.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب-خليط نزع الغاز إلى ارتفاع حوالي 1 ملم فوق رقاقة الرئيسية. ديغا مرة أخرى على الأقل40 دقيقة لإزالة جميع فقاعات الهواء فوق رقاقة والتقليل من فقاعات تحت الرقاقة. ملاحظة: تأكد من أن الرقاقة هو أقرب ما يكون إلى أسفل لوحة. إذا صحافة الضروري الرقاقة بلطف إلى أسفل باستخدام 2 العصي التحريك وديغا مرة أخرى. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خبز عند 65 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة في الفرن الحراري الطبيعي. ملاحظة: بعد 20 دقيقة من تصلب PDMS وتقريبا شفي تماما. في حين أن وقتا أطول الخبز ممكن الخبز لمدة 20 دقيقة يوفر الوقت ويحسن تمسك طبقة PDMS الثانية (انظر أدناه) لأول واحد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملف القسم برميل البلاستيكية حقنة 2 مل باستخدام الرمل ورقة حصى غرامة لتحسين الالتزام PDMS. وبالإضافة إلى ذلك، استخدام ورقة الرمل لشد قاعدة للبرميل حقنة عن طريق وضع الرمل ورقة على سطح مستو والانزلاق قاعدة برميل حقنة على أعلى من ذلك. تنظيف حقنة باستخدام الهواء المضغوط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع قسم برميل من الحقنة في أعلى طبقة PDMS الأولى مع لوس انجليسRGE افتتاح تواجه سطح PDMS، وتصب طبقة ثانية من PDMS على رأس أول واحد على ارتفاع ~ 5 ملم، وديغا في PDMS مرة أخرى في مجفف. ملاحظة: يجب سكب طبقة PDMS الثانية من الحاوية الصغيرة في جميع أنحاء برميل، ويجب أن لا تدخل في داخلها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خبز الإعداد بأكمله عند 65 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 2 ساعة في الفرن الحراري الطبيعي. ملاحظة: ليست هناك حاجة لعقد برميل في مكان أثناء عمليات المعالجة منذ وزن PDMS الضغط على قاعدة واسعة للبرميل يحمل برميل ثابتا في مكانه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع طريق العفن PDMS في جميع أنحاء المنطقة على نمط من رقاقة سيد باستخدام مشرط. في حين خفض، ينبغي أن مشرط لمس ضعيفة على سطح الرقاقة. ثم، تضاف برفق أداة رقيقة مثل ملقط رقاقة في الشق أنشأتها مشرط، وانزع PDMS يلقي من رقاقة الرئيسية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع الزهر على سطح ناعم مغطاة بورق الألومنيوم مع الجانب منقوشةمواجهة (أي، ينبغي للبرميل تتدلى من حافة الطاولة)، ولكمة ثقب في PDMS في مدخل القاعة وقناة مدخل باستخدام خزعة لكمة 1 مم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معطف شريحة زجاجية نظيفة مع (نزع الغاز) 10: 1 PDMS: علاج وكيل الخليط باستخدام المغطي تدور المبرمجة في 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، وتخبز لمدة&gt; 1 ساعة على 65 درجة مئوية. ثم، وتنظيف الشريحة وPDMS يلقي باستخدام شريط واضح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> علاج سطح PDMS العفن وPDMS المغلفة شريحة زجاجية مع O 2 البلازما (على سبيل المثال، وذلك باستخدام باليد المفاوض كورونا) لمدة 1 دقيقة، ثم اضغط بلطف على الأسطح معا وخبز عند 65 درجة مئوية بين عشية وضحاها (O / N) . </li></ol> 3. تعبئة جهاز ويشتغل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مزيج الماء الجسيمات العالقة البوليسترين الفلورسنت مع الماء والجلسرين في قارورة زجاجية للحصول على 64/36 (ت / ت) خليط الجلسرين / الماء مع 0.25٪ (وزن / وزن) الجسيمات .. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع قطرة من الحل الجلسرين على رأس مدخل القناة وقطرة من DI واتإيه على مدخل القاعة، ثم وضع الجهاز داخل المجفف وفراغ ل~ 5 دقائق. ملاحظة: قبل الإفراج عن الانتظار فراغ لفقاعات التي تشكل في قطرات من محلول الجلسرين والماء DI لموسيقى البوب. بعد الإفراج فراغ وامتص السوائل في الفراغات داخل الجهاز. إذا يبقى الهواء المتبقي داخل القنوات، القضاء عليه عن طريق الضغط الخارجي على السوائل (على سبيل المثال، باستخدام حقنة) والسماح للهواء أن ينتشر في PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حقن ~ 2 مل من الماء DI في الغرفة العليا (أي برميل حقنة، الشكل 2B) حتى يمتلئ تماما مع المياه. ثم تغطية غرفة أعلى مع 19 مقياس حقنة حادة طرف، وقطع غيض من كليلة 19 مقياس حقنة طرف آخر، وإدراج هذا تلميح إلى مدخل غرفة جانبية. ربط كل من نصائح حقنة لحقنة 1 مل عبر أنابيب تفلون رقيقة وموصل على شكل حرف T. ملاحظة: تأكد من أن حقنة 1 مل، وأنابيب تفلون، على شكل حرف T-موصل وغرفة العليا (2 مل حقنة برايل) وامتلأ الجميع من الماء دون فقاعات. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق فتح نقاط اتصال، ودفع المياه من خلال أقسام فارغة من الأنابيب وإعادة ربط نقاط الاتصال. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط حقنة 1 مل إلى ضخ حقنة مبرمجة مسبقا لتقليد على سبيل المثال دورة التنفس المد والجزر الهادئة (مع فترة T = 4 ثانية) التي شيدت من سلالم الخطية، أي من صفر إلى 1.8 مل / دقيقة في 1 ثانية، من 1.8 مل / دقيقة إلى -1.8 مل / دقيقة في 2 ثانية ومن -1.8 مل / دقيقة الى نقطة الصفر في 1 ثانية. </li></ol> 4. تدفق التجارب التصور: مايكرو الجسيمات صورة السرعة بواسطة (μPIV) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بينما يتم دفعتها الجهاز، للحصول على سلسلة من 9-12 مرحلة غير الساحلية، صور مزدوج الإطار من تدفق الجسيمات المصنف باستخدام الجسيمات الصغيرة صورة (μPIV) نظام السرعة بواسطة تتكون مثلا من الإطار المتعدد المزدوج التعرض لاتفاقية مكافحة التصحر كاميرا (على سبيل المثال، 1600 × 1200 بكسل لتحقيق حل كاف)، وضعف نابض بدون تاريخ، ان دي ليزر (الطول الموجي: 532 نانومتر، خرج الطاقة: 400 ميغا جول، مدة النبضة: 4 NSEC)، ومجهر مقلوب. ملاحظة: هذا النظام قادر على الحصول على إطار أزواج بفارق زمني من أسفل إلى بضعة ميكروثانية بين الإطارات الأول والثاني. لتحقيق إطار مزدوج الصور غير الساحلية المرحلة، فإنه من المفيد للحصول على إطار سلسلة مزدوجة في على سبيل المثال.، 10 هرتز (يتم فصل أزواج الإطار من جانب 0.1 ثانية عن بعضها البعض). ثم، يمكن إعادة تنظيم البيانات حتى يتسنى لجميع أزواج الإطار الذي يتم فصلها بواسطة وقت دورة كاملة (هنا T = 4 ثانية) تشكل سلسلة زمنية جديدة. الحصول على الصور وينبغي تكرار عدة مرات أثناء تعديل الفارق الزمني بين الإطارات الأول والثاني في كل زوج الإطار (أي، 100 μsec إلى 0.1 ثانية) لتسوية مناطق تدفق مختلفة داخل تجويف السنخي. ملاحظة: الاجهزة البديلة فيما يتعلق أفضل مزيج من أنظمة الحصول على الصور (. أي كاميرا) والإضاءة مصادر (أي ليزر) إلى صورة مثل هذهmicroflows تتوفر أيضا 34 و 35. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام خوارزمية مبلغ من الارتباط لحساب الخرائط سرعة ناقل مرحلة غير الساحلية في مجال تدفق الناتجة عن سلسلة صورة لكل تأخر الوقت المستخدم. كرر هذه العملية عدة مرات مع أوقات تأخر متفاوتة بين الإطارات الأول والثاني في كل زوج إطار لتسوية مناطق تدفق مختلفة داخل تجويف السنخي. بعد ذلك، استخدام برنامج تحليل البيانات لغرزة معا خرائط تدفق الفردية في خريطة كاملة ومفصلة عالية من أنماط التدفق عن طريق حساب متوسط ​​نقاط البيانات المتداخلة 33. </li></ol>

<ol>
	<li>Kleinstreuer, C., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Airflow+and+Particle+Transport+in+the+Human+Respiratory+System.">Airflow and Particle Transport in the Human Respiratory System.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 42 (1), 301-334 (2010).</li><li>Sznitman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory+microflows+in+the+pulmonary+acinus.">Respiratory microflows in the pulmonary acinus.</a> J. Biomech. 46 (2), 284-298 (2013).</li><li>Tsuda, A., Henry, F. S., Butler, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gas+and+aerosol+mixing+in+the+acinus.">Gas and aerosol mixing in the acinus.</a> Respir. Physiol. Neurobiol. 163 (1-3), 139-149 (2008).</li><li>Kleinstreuer, C., Zhang, Z., Donohue, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+Drug-Aerosol+Delivery+in+the+Human+Respiratory+System.">Targeted Drug-Aerosol Delivery in the Human Respiratory System.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 10 (1), 195-220 (2008).</li><li>Semmler-Behnke, M., Kreyling, W. G., Schulz, H., Takenaka, S., Butler, J. P., Henry, F. S., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+delivery+in+infant+lungs.">Nanoparticle delivery in infant lungs.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 109 (13), 5092-5097 (2012).</li><li>Sznitman, J., Heimsch, F., Heimsch, T., Rusch, D., Rosgen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dimensional+Convective+Alveolar+Flow+Induced+by+Rhythmic+Breathing+Motion+of+the+Pulmonary+Acinus.">Three-Dimensional Convective Alveolar Flow Induced by Rhythmic Breathing Motion of the Pulmonary Acinus.</a> J. Biomech. Eng. 129 (5), 658-665 (2007).</li><li>Tsuda, A., Henry, F. S., Butler, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaotic+mixing+of+alveolated+duct+flow+in+rhythmically+expanding+pulmonary+acinus.">Chaotic mixing of alveolated duct flow in rhythmically expanding pulmonary acinus.</a> J. Appl. Physiol. 79 (3), 1055-1063 (1995).</li><li>Henry, F. S., Butler, J. P., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematically+irreversible+acinar+flow:+a+departure+from+classical+dispersive+aerosol+transport+theories.">Kinematically irreversible acinar flow: a departure from classical dispersive aerosol transport theories.</a> J. Appl. Physiol. 92 (2), 835-845 (2002).</li><li>Kumar, H., Tawhai, M. H., Hoffman, E. A., Lin, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+geometry+on+airflow+in+the+acinar+region+of+the+human+lung.">The effects of geometry on airflow in the acinar region of the human lung.</a> J. Biomech. 42 (11), 1635-1642 (2009).</li><li>Lee, D. Y., Lee, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+of+particle+transport+in+an+expanding+or+contracting+alveolated+tube.">Characteristics of particle transport in an expanding or contracting alveolated tube.</a> J. Aerosol Sci. 34 (9), 1193-1215 (2003).</li><li>Tsuda, A., Butler, J. P., Fredberg, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+alveolated+duct+structure+on+aerosol+kinetics.+I.+Diffusional+deposition+in+the+absence+of+gravity.">Effects of alveolated duct structure on aerosol kinetics. I. Diffusional deposition in the absence of gravity.</a> J. Appl. Physiol. 76 (6), 2497-2509 (1994).</li><li>Tsuda, A., Butler, J. P., Fredberg, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+alveolated+duct+structure+on+aerosol+kinetics.+II.+Gravitational+sedimentation+and+inertial+impaction.">Effects of alveolated duct structure on aerosol kinetics. II. Gravitational sedimentation and inertial impaction.</a> J. Appl. Physiol. 76 (76), 2510-2516 (1994).</li><li>Ma, B., Darquenne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerosol+bolus+dispersion+in+acinar+airways&#8212;influence+of+gravity+and+airway+asymmetry.">Aerosol bolus dispersion in acinar airways&#8212;influence of gravity and airway asymmetry.</a> J. Appl. Physiol. 113 (3), 442-450 (2012).</li><li>Ma, B., Darquenne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerosol+deposition+characteristics+in+distal+acinar+airways+under+cyclic+breathing+conditions.">Aerosol deposition characteristics in distal acinar airways under cyclic breathing conditions.</a> J. Appl. Physiol. 110 (5), 1271-1282 (2011).</li><li>Heimsch, J., Sznitman, T., Wildhaber, J. H., Tsuda, A., R&#246;sgen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory+Flow+Phenomena+and+Gravitational+Deposition+in+a+Three-Dimensional+Space-Filling+Model+of+the+Pulmonary+Acinar+Tree.">Respiratory Flow Phenomena and Gravitational Deposition in a Three-Dimensional Space-Filling Model of the Pulmonary Acinar Tree.</a> J. Biomech. Eng. 131 (3), 031010 (2009).</li><li>Litzlbauer, H. D., Korbel, K., Kline, T. L., Jorgensen, S. M., Eaker, D. R., Bohle, R. M., Ritman, E. L., Langheinrich, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchrotron-Based+Micro-CT+Imaging+of+the+Human+Lung+Acinus.">Synchrotron-Based Micro-CT Imaging of the Human Lung Acinus.</a> Anat. Rec. Adv. Integr. Anat. Evol. Biol. 293 (9), 1607-1614 (2010).</li><li>Tsuda, A., Filipovic, N., Haberth&#252;r, D., Dickie, R., Matsui, Y., Stampanoni, M., Schittny, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finite+element+3D+reconstruction+of+the+pulmonary+acinus+imaged+by+synchrotron+X-ray+tomography.">Finite element 3D reconstruction of the pulmonary acinus imaged by synchrotron X-ray tomography.</a> J. Appl. Physiol. 105 (3), 964-976 (2008).</li><li>Berg, E. J., Weisman, J. L., Oldham, M. J., Robinson, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+field+analysis+in+a+compliant+acinus+replica+model+using+particle+image+velocimetry+(PIV).">Flow field analysis in a compliant acinus replica model using particle image velocimetry (PIV).</a> J. Biomech. 43 (6), 1039-1047 (2010).</li><li>Sznitman, J., Sutter, R., Altorfer, D., Stampanoni, M., R&#246;sgen, T., Schittny, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+respiratory+flows+from+3D+reconstructed+alveolar+airspaces+using+X-ray+tomographic+microscopy.">Visualization of respiratory flows from 3D reconstructed alveolar airspaces using X-ray tomographic microscopy.</a> J. Vis. 13 (4), 337-345 (2010).</li><li>Henry, F. S., Haber, S., Haberth&#252;r, D., Filipovic, N., Milasinovic, D., Schittny, J. C., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Simultaneous+Role+of+an+Alveolus+as+Flow+Mixer+and+Flow+Feeder+for+the+Deposition+of+Inhaled+Submicron+Particles.">The Simultaneous Role of an Alveolus as Flow Mixer and Flow Feeder for the Deposition of Inhaled Submicron Particles.</a> J. Biomech. Eng. 134 (12), 121001 (2012).</li><li>Chhabra, S., Prasad, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+and+Particle+Dispersion+in+Lung+Acini:+Effect+of+Geometric+and+Dynamic+Parameters+During+Synchronous+Ventilation.">Flow and Particle Dispersion in Lung Acini: Effect of Geometric and Dynamic Parameters During Synchronous Ventilation.</a> J. Fluids Eng. 133 (7), 071001 (2011).</li><li>Cinkotai, F. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+flow+in+a+model+alveolar+sac.">Fluid flow in a model alveolar sac.</a> J. Appl. Physiol. 37 (2), 249-251 (1974).</li><li>Karl, A., Henry, F. S., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+reynolds+number+viscous+flow+in+an+alveolated+duct.">Low reynolds number viscous flow in an alveolated duct.</a> J. Biomech. Eng. 126 (4), 420-429 (2004).</li><li>Tippe, A., Tsuda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=recirculating+flow+in+an+expanding+alveolar+model:+experimental+evidence+of+flow-induced+mixing+of+aerosols+in+the+pulmonary+acinus.">recirculating flow in an expanding alveolar model: experimental evidence of flow-induced mixing of aerosols in the pulmonary acinus.</a> J. Aerosol Sci. 31 (8), 979-986 (2000).</li><li>Berg, E. J., Robinson, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereoscopic+particle+image+velocimetry+analysis+of+healthy+and+emphysemic+alveolar+sac+models.">Stereoscopic particle image velocimetry analysis of healthy and emphysemic alveolar sac models.</a> J. Biomech. Eng. 133 (6), 061004 (2011).</li><li>Ma, B., Ruwet, V., Corieri, P., Theunissen, R., Riethmuller, M., Darquenne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CFD+simulation+and+experimental+validation+of+fluid+flow+and+particle+transport+in+a+model+of+alveolated+airways.">CFD simulation and experimental validation of fluid flow and particle transport in a model of alveolated airways.</a> J. Aerosol Sci. 40 (5), 403-414 (2009).</li><li>Kumar Mahto, S., Tenenbaum-Katan, J., Sznitman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory+Physiology+on+a+Chip.">Respiratory Physiology on a Chip.</a> Scientifica. 2012, e364054 (2012).</li><li>Huh, D., Fujioka, H., Tung, Y. C., Futai, N., Paine, R., Grotberg, J. B., Takayama, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustically+detectable+cellular-level+lung+injury+induced+by+fluid+mechanical+stresses+in+microfluidic+airway+systems.">Acoustically detectable cellular-level lung injury induced by fluid mechanical stresses in microfluidic airway systems.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 104 (48), 18886-18891 (2007).</li><li>Song, Y., Baudoin, M., Manneville, P., Baroud, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+air&#8211;liquid+flow+in+a+microfluidic+airway+tree.">The air&#8211;liquid flow in a microfluidic airway tree.</a> Med. Eng. Phys. 33 (7), 849-856 (2011).</li><li>Tavana, H., Huh, D., Grotberg, J. B., Takayama, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics,+Lung+Surfactant,+and+Respiratory+Disorders.">Microfluidics, Lung Surfactant, and Respiratory Disorders.</a> Lab Med. 40 (4), 203-209 (2009).</li><li>Huh, D., Matthews, B. D., Mammoto, A., Montoya-Zavala, M., Hsin, H. Y., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstituting+Organ-Level+Lung+Functions+on+a+Chip.">Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip.</a> Science. 328 (5986), 1662-1668 (2010).</li><li>Pihl, J., Sinclair, J., Sahlin, E., Karlsson, M., Petterson, F., J, O. l. o. f. s. s. o. n., Orwar, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Gradient-Generating+Device+for+Pharmacological+Profiling.">Microfluidic Gradient-Generating Device for Pharmacological Profiling.</a> Anal. Chem. 77 (13), 3897-3903 (2005).</li><li>Fishler, R., Mulligan, M. K., Sznitman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acinus-on-a-chip:+A+microfluidic+platform+for+pulmonary+acinar+flows.">Acinus-on-a-chip: A microfluidic platform for pulmonary acinar flows.</a> J. Biomech. 46 (16), 2817-2823 (2013).</li><li>Lindken, R., Rossi, M., Grosse, S., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-Particle+Image+Velocimetry+(microPIV):+recent+developments,+applications,+and+guidelines.">Micro-Particle Image Velocimetry (microPIV): recent developments, applications, and guidelines.</a> Lab. Chip. 9 (17), 2551-2567 (2009).</li><li>Wereley, S. T., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+in+Micro-Particle+Image+Velocimetry.">Recent Advances in Micro-Particle Image Velocimetry.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 42 (1), 557-576 (2010).</li><li>Bruus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+Microfluidics.">Theoretical Microfluidics.</a> Oxford Master Series in Condensed Matter Physics. , (2008).</li><li>Haefeli-Bleuer, B., Weibel, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphometry+of+the+human+pulmonary+acinus.">Morphometry of the human pulmonary acinus.</a> Anat. Rec. 220 (4), 401-414 (1988).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

<html> وهناك ميزة هامة من منصة عنيبية ميكروفلويديك المقدمة هنا هو قدرته على إعادة إنتاج حركات التنفس من الناحية الفسيولوجية واقعية التي تؤدي إلى ملامح تدفق الفسيولوجية والسرعات داخل القنوات عنيبية وداخل الحويصلات الهوائية. منذ يتم إنتاج قنوات ميكروفلويديك مع الجانب ن...

تقدير كمي مفصل لديناميكية تدفق الجهاز التنفسي في القاصي والمناطق البولي الرئتين أمر بالغ الأهمية من أجل فهم تدفق الهواء خلط في عنيبة الرئوي والتنبؤ بمصير باستنشاق الرزاز في أعمق الهوائية 1-3. هذا الجانب الأخير يثير القلق بصفة خاصة عند تناول من ناحية مخاطر الجسيمات الملوثة المستنشقة أو على العكس في السعي استراتيجيات جديدة لتحسين واستهدفت تسليم المخدرات من العلاجات استنشاقه إلى المواقع المحلية الرئة 4، 5، فضلا عن تسليم النظامية. حتى الآن، التدفقات الجهاز التنفسي في المناطق عنيبية الرئوية عميقة تم التحقيق فيها عادة في سيليكون باستخدام ديناميات الموائع الحسابية (CFD) أو بدلا من ذلك في المختبر مع نماذج تجريبية مصغرة في أعقاب مطابقة التشابه الهيدروديناميكية. في العقود القليلة الماضية، تم تطبيق أساليب CFD على نحو متزايد لدراسة الظواهر تدفق عنيبية، من سينغله نماذج السنخية 6 و 7 و البولي القنوات 12/8 إلى أكثر تفصيلا في نماذج سيليكون تسلط الضوء على تشريحيا واقعية هياكل شجرة عنيبية مع أجيال متعددة من القنوات البولي وتصل إلى عدة مئات من الحويصلات الهوائية الفردية 13-15. معا، كانت جهود العددية محوريا في تسليط الضوء على دور ونفوذ الحركة الحائط أثناء التنفس الحركات على تلت ذلك أنماط عنيبية تدفق الهواء. في حالة عدم وجود حركة التنفس، وتدفق ثابت الحويصلات الهوائية إعادة تدوير ميزة داخل تجاويف في أن تظهر أي تبادل الحمل الحراري من الهواء بين القناة عنيبية وسنخ 6، 7؛ وبعبارة أخرى، فإن التدفقات السنخية تكون معزولة تماما عن التدفقات داخل الأشجار عنيبية وسوف تبادل الهواء يؤدي فريد من آليات ناشر. مع وجود توسعات دوري المجال السنخية، ومع ذلك، يتم تعديل طبولوجيا تدفق السنخية بشكل كبير ودورة الفتشوبlting أنماط التدفق داخل الحويصلات الهوائية وترتبط ارتباطا وثيقا الموقع من سنخ على طول شجرة عنيبية (على سبيل المثال، الأقرب مقابل أجيال البعيدة). على وجه الخصوص، فقد تم الافتراض في المحاكاة أن أنماط تدفق السنخية تتأثر بشدة نسبة السنخية إلى الأقنية معدلات التدفق بحيث الأجيال القريبة من شجرة عنيبية الرئوية، حيث أن هذه النسبة كبيرة نسبيا التالية الحفظ الشامل في هيكل شجرة، ميزة تدفقات إعادة تدوير معقدة داخل تجاويف السنخية مع pathlines السوائل لا رجعة فيها. مع كل جيل عنيبية أعمق، فإن نسبة من السنخية لمعدلات تدفق الأقنية يتناقص تدريجيا بحيث أجيال عنيبية البعيدة يحمل يبسط أكثر الشعاعية مثل التي تشبه التضخم بسيطة وانكماش البالون. مع تطور وسائل التصوير الحديثة، البيانات التصوير الرئة 16، 17 من القوارض، بما في ذلك الجرذان والفئران، أدت إلى بعض من أول simul CFDبالجمع التدفقات عنيبية بناؤها تشريحيا في الحويصلات الهوائية التي أعيد بناؤها. وعلى الرغم من هذا التقدم واعد، هذه الدراسات الأخيرة لا تزال محدودة في معالجة الظواهر تدفق الهواء في الأكياس السنخية الطرفية فقط 18 أو 19 أو عدد قليل من الحويصلات الهوائية المحيطة قناة واحدة 20. ونتيجة لذلك، للدولة من بين الفن التحقيقات في الظواهر تدفق الجهاز التنفسي في عنيبة تظل الغلبة فيه الدراسات التي تركز على النوعية هندستها المستوحاة تشريحيا للبيئة عنيبية 2. على الجانب التجريبي، وقد وضعت مختلف الاجهزة يضم الهوائية مع واحد أو عدة الحويصلات الهوائية على مدى السنوات 21-24. ومع ذلك، وأنه لا توجد هناك نماذج تجريبية من bifurcating الهوائية البولي القادرة على محاكاة التنفس الفسيولوجية من خلال توسيع والتعاقد بطريقة تشبه التنفس. نظرا لعدم وجود منصات التجريبية جذابة في متناول اليد، تبقى دراسة الظواهر النقل عنيبية محدودة فيما يتعلق validaتينغ الدراسات الحسابية وخطيرة، لا تزال هناك ندرة في البيانات التجريبية المتاحة. في السنوات الأخيرة، ما وآخرون (2009) وقد شيد توسيع نطاقها نموذج جامد الجدار من عنيبة تتكون من ثلاثة أجيال عنيبية. ومع ذلك، فإن عدم وجود حركة الجدار في هذا النموذج محدودة قدرتها على التقاط أنماط تدفق السنخية واقعية في ظل الظروف التنفس. التجارب توسيع نطاقها أخرى بما في ذلك نموذج الجدار المتحرك حسب البيانات التشريحية من الزهر نسخة أدخلت مؤخرا 25. ومع ذلك، منذ نموذج القبض فقط على مشاركة جيلين عنيبية (أي، الحويصلات الطرفية)، فإنه فشل في التقاط تدفقات إعادة تدوير المعقدة التي تتسم بها الأجيال عنيبية أكثر الداني. هذه الأمثلة الأخيرة من التجارب توسيع نطاقها مزيد يؤكد القيود المستمرة مع هذه النهج. على وجه التحديد، وهكذا أثبتت التجربة عدم الموجودة الآن الانتقال افترض من إعادة تدوير شعاعي تدفقات جنبا إلى جنبوعنيبة، وبالتالي تأكيد التنبؤات العددية من طبولوجيا تدفق افترض وجود في الحقيقية الأشجار عنيبية الرئوية 7 و 15، وربما الأهم، والتجارب توسيع نطاقها محدود للغاية في التحقيق في استنشاق الجسيمات النقل والترسيب ديناميات 26 بسبب صعوبات في التوفيق بين كل غير ذات الصلة المعلمات الابعاد (على سبيل المثال، نشر الجسيمات، وآلية النقل الحرجة لالجسيمات شبه ميكرون، وأهملت تماما). مع التحديات التجريبية الجارية، والمنصات التجريبية الجديدة التي تسمح التحقيقات في تدفق الهواء وديناميكا الجسيمات الجهاز التنفسي في الجدران تتحرك معقدة وسعت شبكات عنيبية. هنا، هو عرض من وحي-تشريحيا في نموذج عنيبية المختبر. يتدفق هذا المنبر ميكروفلويديك يقلد عنيبية الرئوي مباشرة في نطاق عنيبية التمثيلي، ويوسع نطاق متزايد من نماذج الموائع الدقيقة الرئوية 27، بما في ذلك الشعب الهوائية السائل المكونات فلوWS 28-30 و-السنخية الشعرية حاجز 31. وهي، التصميم الحالي يتميز مبسطة خمسة جيل البولي شجرة الهوائية مع توسيع دوريا والتعاقد الجدران، حيث يتم تحقيق حركات دوري بالضغط السيطرة داخل غرفة المياه التي تحيط PDMS رقيقة الجدران الجانبية والتي تشوه الجدار العلوي عن طريق مياه إضافية غرفة الجلوس مباشرة فوق هيكل عنيبية. على عكس أجهزة ميكروفلويديك متعدد الطبقات المشتركة، وشكلت هذه القاعة ببساطة عن طريق دمج قسم برميل من حقنة داخل جهاز PDMS، و لا يتطلب إعداد قالب PDMS إضافية. النهج المنمنمة المقدمة هنا يوفر وسيلة بسيطة ومرنة لإعادة إنتاج الهياكل عنيبية معقدة مع تتحرك الجدران بالمقارنة مع نماذج مصغرة حتى أثناء التقاط الخصائص الأساسية للبيئة تدفق عنيبية. هذا البرنامج يمكن استخدامه لفلوث التصور باستخدام الجزيئات مع وقف التنفيذ السوائل داخل الشعب الهوائية (انظر ممثل النتائج أدناه). في المستقبل القريب، سيتم استخدام نموذج مع الجسيمات العالقة في الهواء لدراسة استنشاق عنيبية ديناميكا الجسيمات.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS) and curing agent</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>(240)4019862</td>
			<td>SYLGARD&#174; 184 SILICONE ELASTOMER KIT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastipak 2 ml syringe</td>
			<td>BD</td>
			<td>300185</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norm-Ject Luer slip 1 ml syringe</td>
			<td>Henke Sass Wolf </td>
			<td>4010-200V0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1mm Biopsy punch</td>
			<td>Kai Medical</td>
			<td>BP-10F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory Corona Treater</td>
			<td>Electro-Technic Products</td>
			<td>BD-20AC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PHD Ultra Syringe pump</td>
			<td>Harvard apparatus</td>
			<td>703006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dyed red rqueous fluorescent particles</td>
			<td >Thermo-Scientific</td>
			<td ></td>
			<td >Uncatalloged 0.86 &#181;m beads were used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerin AR</td>
			<td>Gadot</td>
			<td>830131320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FlowMaster MITAS micro-particle image velocimetry (&#181;PIV) system </td>
			<td>LaVision</td>
			<td>1108630</td>
			<td ></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a microfluidic model of biomimetically breathing pulmonary acinar airways

قياس خصائص تدفق الجهاز التنفسي في أعماق عنيبية الرئوية وكيفية تأثيرها على النقل الرزاز المستنشق أمر بالغ الأهمية من أجل تحسين تقنيات استنشاق المخدرات وكذلك التنبؤ بأنماط ترسب الجسيمات العالقة في الهواء السامة في الحويصلات الهوائية الرئوية. هنا، يتم استخدام تقنيات الطباعة الحجرية الناعمة لتصنيع الهياكل الهوائية مثل عنيبية المعقدة في صادقة التشريحية طول المقاييس التي تتكاثر الفسيولوجية الظواهر تدفق عنيبية في نظام الوصول بصريا. ويتميز الجهاز ميكروفلويديك 5 أجيال من bifurcating القنوات البولي مع التوسع بشكل دوري والجدران التعاقد. ويتحقق جدار يشتغل عن طريق تغيير الضغط داخل غرف مملوءة بالماء المحيطة رقيقة الجدران PDMS قناة عنيبية كلا من الجانبين والجزء العلوي من الجهاز. وعلى النقيض من أجهزة ميكروفلويديك متعدد الطبقات المشتركة، التي تتطلب التراص قوالب عدة PDMS، وتقدم طريقة بسيطة لافتعال أعلىغرفة عن طريق دمج قسم برميل من حقنة في القالب PDMS. هذا الإعداد ميكروفلويديك رواية يسلم حركات التنفس الفسيولوجية والتي بدورها تؤدي إلى عنيبية الهواء التدفقات مميزة. في الدراسة الحالية، تم استخدام الجسيمات الصغيرة صورة السرعة بواسطة (μPIV) مع جزيئات السائل مع وقف التنفيذ لتحديد هذا الهواء التدفقات على أساس مطابقة التشابه الهيدروديناميكية. اتفاق جيد بين النتائج μPIV ويتوقع الظواهر تدفق عنيبية تشير إلى أن منصة ميكروفلويديك قد تكون في المستقبل القريب على أنها جذابة في أداة المختبر للتحقيق المحمولة جوا مباشرة نقل الجسيمات تمثيلا وترسب في المناطق عنيبية من الرئتين.

وتعرض التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والمجهر صور في المختبر منصة عنيبية في الشكل. 1، ويتميز نموذج عنيبية بيوميمتيك خمسة أجيال من المتفرعة قنوات مستطيلة واصطف مع تجاويف أسطواني يشبه السنخية (الشكل 1). هنا، يتم ترقيم أجيال نموذج من الجيل 1 (للجيل ال...

Watch this Scientific Journal Video about A Microfluidic Model of Biomimetically Breathing Pulmonary Acinar Airways at JoVE.com

A Microfluidic Model of Biomimetically Breathing Pulmonary Acinar Airways

Soft-lithography was utilized to produce a representative true-scale model of pulmonary alveolated airways that expand and contract periodically, mimicking physiological breathing motion. This platform recreates respiratory acinar flows on a chip, and is anticipated to facilitate experimental investigation of inhaled aerosol dynamics and deposition in the pulmonary acinus.

نموذج ميكروفلويديك من Biomimetically التنفس الرئوي عنيبية الخطوط الجوية

Quantifying respiratory flow characteristics in the pulmonary acinar depths and how they influence inhaled aerosol transport is critical towards ...

a-microfluidic-model-biomimetically-breathing-pulmonary-acinar

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.9K Views.  Technion - Israel Institute of Technology. Soft-lithography was utilized to produce a representative true-scale model of pulmonary alveolated airways that expand and contract periodically, mimicking physiological breathing motion. This platform recreates respiratory acinar flows on a chip, and is anticipated to facilitate experimental investigation of inhaled aerosol dynamics and deposition in the pulmonary acinus.

Video: A Microfluidic Model of Biomimetically Breathing Pulmonary Acinar Airways

Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

ميكروفلويديك الخلاطات لدراسة طي البروتين

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

تصنيع ميكروفلويديك من الألياف البوليمرية والحيوية مع الحجم والشكل المصمم مسبقا

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an efficient manner. Typically, data for ~102 cells can be acquired within a 1 hr experiment. An automated image analysis program enables efficient post-experiment analysis of image data, enabling processing to be complete within a few hours. Our device geometry is unique in that cells must deform through a series of micron-scale constrictions, thereby enabling the initial deformation and time-dependent relaxation of individual cells to be assayed. The applicability of this method to human promyelocytic leukemia (HL-60) cells is demonstrated. Driving cells to deform through micron-scale constrictions using pressure-driven flow, we observe that human promyelocytic (HL-60) cells momentarily occlude the first constriction for a median time of 9.3 msec before passaging more quickly through the subsequent constrictions with a median transit time of 4.0 msec per constriction. By contrast, all-trans retinoic acid-treated (neutrophil-type) HL-60 cells occlude the first constriction for only 4.3 msec before passaging through the subsequent constrictions with a median transit time of 3.3 msec. This method can provide insight into the viscoelastic nature of cells, and ultimately reveal the molecular origins of this behavior.

We demonstrate a microfluidics-based assay to measure the timescale for cells to transit through a sequence of micron-scale constrictions.

تقنية ميكروفلويديك للتحقيق التشوه خلية

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

Lipid Bilayer Vesicle Generation Using Microfluidic Jetting

Bottom-up synthetic biology presents a novel approach for investigating and reconstituting biochemical systems and, potentially, minimal organisms. This emerging field engages engineers, chemists, biologists, and physicists to design and assemble basic biological components into complex, functioning systems from the bottom up. Such bottom-up systems could lead to the development of artificial cells for fundamental biological inquiries and innovative therapies1,2. Giant unilamellar vesicles (GUVs) can serve as a model platform for synthetic biology due to their cell-like membrane structure and size. Microfluidic jetting, or microjetting, is a technique that allows for the generation of GUVs with controlled size, membrane composition, transmembrane protein incorporation, and encapsulation3. The basic principle of this method is the use of multiple, high-frequency fluid pulses generated by a piezo-actuated inkjet device to deform a suspended lipid bilayer into a GUV. The process is akin to blowing soap bubbles from a soap film. By varying the composition of the jetted solution, the composition of the encompassing solution, and/or the components included in the bilayer, researchers can apply this technique to create customized vesicles. This paper describes the procedure to generate simple vesicles from a droplet interface bilayer by microjetting.

Microfluidic jetting against a droplet interface lipid bilayer provides a reliable way to generate vesicles with control over membrane asymmetry, incorporation of transmembrane proteins, and encapsulation of material. This technique can be applied to study a variety of biological systems where compartmentalized biomolecules are desired.

الدهون طبقة ثنائية الحويصلة انشاء طريق ميكروفلويديك النفث

Bottom-up synthetic biology presents a novel approach for investigating and reconstituting biochemical systems and, potentially, minimal organisms. This ...

A Microfluidic Chip for ICPMS Sample Introduction

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). The chip produces monodisperse aqueous sample droplets in perfluorohexane (PFH). Size and frequency of the aqueous droplets can be varied in the range of 40 to 60 &#181;m and from 90 to 7,000&#160;Hz, respectively. The droplets are ejected from the chip with a second flow of PFH and remain intact during the ejection. A custom-built desolvation system removes the PFH and transports the droplets into the ICPMS. Here, very stable signals with a narrow intensity distribution can be measured, showing the monodispersity of the droplets. We show that the introduction system can be used to quantitatively determine iron in single bovine red blood cells. In the future, the capabilities of the introduction device can easily be extended by the integration of additional microfluidic modules.

We present a discrete droplet sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). It is based on a cheap and disposable microfluidic chip that generates highly monodisperse droplets in a size range of 40&#8722;60 &#181;m at frequencies from 90 to 7,000 Hz.

رقاقة ميكروفلويديك لICPMS مقدمة عينة

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma ...

Tunable Hydrogels from Pulmonary Extracellular Matrix for 3D Cell Culture

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung tissue from porcine, rat, or mouse, the tissue is perfused and submerged in subsequent chemical detergents to remove the cellular debris. Histological comparison of the tissue before and after processing confirms removal of over 95% of double stranded DNA and alpha galactosidase staining suggests the majority of cellular debris is removed. After decellularization, the tissue is lyophilized and then cryomilled into a powder. The matrix powder is digested for 48 hr in an acidic pepsin digestion solution and then neutralized to form the pregel solution. Gelation of the pregel solution can be induced by incubation at 37 &#176;C and can be used immediately following neutralization or stored at 4 &#176;C for up to two weeks. Coatings can be formed using the pregel solution on a non-treated plate for cell attachment. Cells can be suspended in the pregel prior to self-assembly to achieve a 3D culture, plated on the surface of a formed gel from which the cells can migrate through the scaffold, or plated on the coatings. Alterations to the strategy presented can impact gelation temperature, strength, or protein fragment sizes. Beyond hydrogel formation, the hydrogel stiffness may be increased using genipin.

This is a method to create a 3-dimensional cell culture scaffold from pulmonary extracellular matrix. Intact lung is processed into hydrogels that can support the growth of cells in three-dimensions.

الانضباطي الهلاميات المائية من الرئوي خارج الخلية مصفوفة للثقافة خلية 3D

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic networks embedded in PEGDA hydrogels. Here, we describe the creation of virtual masks that allow for image-guided laser control; the photopolymerization of a micromolded PEGDA hydrogel, suitable for microfluidic network fabrication and pressure head-driven flow; the setup and use of a commercially available laser scanning confocal microscope paired with a femtosecond pulsed Ti:S laser to induce hydrogel degradation; and the imaging of fabricated microfluidic networks using fluorescent species and confocal microscopy. Much of the protocol is focused on the proper setup and implementation of the microscope software and microscope macro, as these are crucial steps in using a commercial microscope for microfluidic fabrication purposes that contain a number of intricacies. The image-guided component of this technique allows for the implementation of 3D image stacks or user-generated 3D models, thereby allowing for creative microfluidic design and for the fabrication of complex microfluidic systems of virtually any configuration. With an expected impact in tissue engineering, the methods outlined in this protocol could aid in the fabrication of advanced biomimetic microtissue constructs for organ- and human-on-a-chip devices. By mimicking the complex architecture, tortuosity, size, and density of in vivo vasculature, essential biological transport processes can be replicated in these constructs, leading to more accurate in vitro modeling of drug pharmacokinetics and disease.

This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced "on-a-chip" devices.

صورة موجهة، التصنيع القائم على الليزر من شبكات ميكروفلويديك المستمدة الأوعية الدموية.

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

متعدد خطوة الطباعة التصويرية متغير الطول لمحكم بصمام متعدد الأجهزة ميكروفلويديك

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Perfusable Vascular Network with a Tissue Model in a Microfluidic Device

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the spheroid cultures, a perfusable vascular network in the spheroids remains a critical challenge for long-term culture required to maintain and develop their functions, such as protein expressions and morphogenesis. The protocol presents a novel method to integrate a perfusable vascular network within the spheroid in a microfluidic device. To induce a perfusable vascular network in the spheroid, angiogenic sprouts connected to microchannels were guided to the spheroid by utilizing angiogenic factors from human lung fibroblasts cultured in the spheroid. The angiogenic sprouts reached the spheroid, merged with the endothelial cells co-cultured in the spheroid, and formed a continuous vascular network. The vascular network could perfuse the interior of the spheroid without any leakage. The constructed vascular network may be further used as a route for supply of nutrients and removal of waste products, mimicking blood circulation in vivo. The method provides a new platform in spheroid culture toward better recapitulation of living tissues.

The protocol describes how to engineer a perfusable vascular network in a spheroid. The spheroid's surrounding microenvironment is devised to induce angiogenesis and connect the spheroid to the microchannels in a microfluidic device. The method allows the perfusion of the spheroid, which is a long-awaited technique in three-dimensional cultures.

بيرفوسابل شبكة الأوعية الدموية مع نموذج أنسجة في جهاز موائع جزيئية

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the ...

Scalable Fabrication of Stretchable, Dual Channel, Microfluidic Organ Chips

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human patients. Human Organ-on-a-Chip (Organ Chip) microfluidic cell culture devices, which provide an experimental in vitro platform to assess efficacy, toxicity, and pharmacokinetic (PK) profiles in humans, may be better predictors of therapeutic efficacy and safety in the clinic compared to animal studies. These devices may be used to model the function of virtually any organ type and can be fluidically linked through common endothelium-lined microchannels to perform in vitro studies on human organ-level and whole body-level physiology without having to conduct experiments on people. These Organ Chips consist of two perfused microfluidic channels separated by a permeable elastomeric membrane with organ-specific parenchymal cells on one side and microvascular endothelium on the other, which can be cyclically stretched to provide organ-specific mechanical cues (e.g., breathing motions in lung). This protocol details the fabrication of flexible, dual channel, Organ Chips through casting of parts using 3D printed molds, enabling combination of multiple casting and post-processing steps. Porous poly (dimethyl siloxane) (PDMS) membranes are cast with micrometer sized through-holes using silicon pillar arrays under compression. Fabrication and assembly of Organ Chips involves equipment and steps that can be implemented outside of a traditional cleanroom. This protocol provides researchers with access to Organ Chip technology for in vitro organ- and body-level studies in drug discovery, safety and efficacy testing, as well as mechanistic studies of fundamental biological processes.

Here, we present a protocol that describes the fabrication of stretchable, dual channel, organ chip microfluidic cell culture devices for recapitulating organ-level functionality in vitro.

تصنيع قابلة المط ومزدوجة القناة، رقائق موائع جزيئية الجهاز

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human ...