Die Autoren möchten NSERC (Natural Sciences and Engineering Council of Canada) für die Finanzierung, Catherine Pagiatikis danken für ihre Hilfe bei der ersten Läufe, Sura Abu-Mallouh und Frederick Fahim zum Testen des Protokoll, Richard von Prevost LaVision, Inc für die technische Unterstützung, und Guy Cloutier der Universität Montréal für das Darlehen des Dalsa High-Speed-Kamera.

1. Microchip Fabrication Der erste Schritt besteht darin, zu erstellen oder kaufen Sie Ihre Mikrokanalstruktur. Es gibt viele Optionen für die Mikrochip-Material. Eines der am häufigsten gewählten Materialien Poly (dimethylsiloxan) (PDMS). Es gibt viele Publikationen über Richtungen für PDMS Herstellung durch Softlithographie 16,17,18. Sobald das PDMS Kanal hergestellt ist, gibt es mehrere Oberflächenbehandlungen seiner natürlichen Hydrophobie umzukehren. Oxygenierte Plasmabehandlung ist eine weit verbreitete Möglichkeit. Zhou, Ellis und Voelcker (2009) geben einen Überblick über Oberflächenbehandlungen und wie sie Einfluss auf PDMS. Diese Ergebnisse sind für Wasser aber, und Blut hat unterschiedliche Eigenschaften. Eine Studie über, was das bedeutet, Oberflächenbehandlung für Blut wurde von Pitts et al. (2012a) getan worden. Für die hier vorgestellten Ergebnisse, Mikrochip Oberflächen und die Glasplatten waren siegebunden wurden sowohl Sauerstoff-Plasma für 45 Sekunden belichtet und dann fest zusammen, was zu einer dauerhaften Bindung gedrückt. 2. Blut Vorbereitung <ol><li> Sammeln von Blutproben von einer akkreditierten Einrichtung. Zum Beispiel Schweineblut mit Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) als Antikoagulanz verwendet werden. 1 g EDTA mit 4 ml Wasser, und fügen Sie dann die Lösung auf 1 l Vollblut, vorsichtiges Mischen 10x. </li></ol> Beim Abholen Blutproben, damit sie langsam auf RT. Blutproben sollten frisch und idealerweise nutzten den Tag, sie gesammelt, um die rheologischen Eigenschaften des Blutes zu erhalten sind. Die Proben können gekühlt werden einmal bei RT, jedoch Vollblut ohne gerinnungshemmende unbrauchbar wird nach Kühlung. Abhängig von der Antikoagulans kann RBCs gekühlt aufbewahrt für bis zu 42 Tage, und Vollblut gekühlt gehalten für 35 Tage, aber Kontamination wäre in einem nicht-m möglichedizinische Anlage 21. Außerdem darauf achten, der Erhebungsmethode mit Rindern oder Schweinen Proben, und keine Verunreinigungen durch Knochenmark. <ol start="2"><li> Zentrifuge die Blutproben 3x bei 3.000 UpM für je 10 min. Nach der ersten Zentrifugation, entfernen Sie das Plasma und Buffy-Coat, verwerfen. Es ist in der Regel am einfachsten, das Plasma zunächst entfernen und dann verwerfen oder für künftige Verwendung aufbewahren, dann die Buffy-Coat allein zu entfernen. </li></ol> Führen Sie die Pipette langsam, um so nicht mischen Leukozytenmanschette zurück ins Blut. Nach dem Entfernen des Buffy-Coat, fügen Sie etwa 20 ml Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (PBS) und vorsichtig mischen, zentrifugieren. Wiederholen letzten Schritt. Nach der dritten Zentrifugation, entfernen Sie die restlichen PBS und Buffy-Coat, verwerfen. Es ist auch möglich, die nativen Plasma anstelle von PBS zu verwenden, wenn Sie die Aggregation des Blutes behalten möchten. Achten Sie darauf, sich nicht zu vermischen keine Buffy-Coat oder weißBlutzellen in das Plasma. <ol start="3"><li> Nehmen gereinigt roten Blutkörperchen (Erythrozyten) und setzt in PBS oder Plasma bei gewünschten Konzentrationen (Hämatokrit). Überprüfen Sie mit einem Hämatokrit Mikrozentrifuge (CritSpin FisherSci, USA). </li></ol> Blut bei 10 bis 20% Hämatokrit sollten leichter sichtbar als 40 oder 50% (physiologischen Hämatokrit). In der Mikrozirkulation, das Blut ist in der Regel die Hälfte der Hämatokrit des Makro-Kreislauf, so H = 20 15 ist ausreichend. <ol start="4"><li> In fluoreszierender Tracer-Partikel in der gewünschten Konzentration in den Blutproben. Eine allgemeine Regel ist zu 10 Teilchen in einer Korrelation Fenster, die vor der Zeit berechnet werden kann. </li></ol> Beispielsweise werden 30 ul Teilchen zu 1 ml Blut Lösung für die Set-up in dem Video dargestellt worden. Alternativ können die RBCs selbst fluoreszierend markiert werden. <ol start="5"><li> Darüber hinaus stellen Sie eine Kalibrierung mit Wasser und Grippeorescing Teilchen. Es wird notwendig sein, das System mit einer Newtonschen Lösung kalibrieren. </li></ol> Wenn zum Beispiel unter Verwendung eines 10X-Objektiv mit einem Kanal in der Größenordnung von 100 um eine geeignete Konzentration 300 ul Teilchen mit 15 ml destilliertem Wasser gemischt. Eine weitere Möglichkeit ist Glycerin mit destilliertem Wasser auf eine Viskosität von 3Cp, die näher an der Makro Blut Viskosität verdünnt verwenden. 3. μPIV Messungen <ol><li> Lasersicherheit: Prüfen Sie die Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Tragen Sie geeignete Laser-Schutzbrille. Schließen Sie die Laser-Vorhang oder schalten Sie den Laser-Schild an der Tür Labor auf den Menschen nicht davor geschützt ausgesetzt zu verhindern. </li><li> Verfahren mit Davis-Software ist in dem Video zu sehen. Nähere Informationen finden Sie in der Bedienungsanleitung eines bestimmten Systems. </li><li> Vor der Einnahme von Daten, muss die Kamera Skala kalibriert mit einem Mikrometer werden. </li><li> Um die Einhaltung des Systems zu reduzieren, verwenden Sie den kürzesten Schlauch eind der kleinste starren Spritze möglich, wie in 15 oder 50 ul Hamilton gasdichte Spritze. Um das Auslaufen von Blut oder Lufteinlass in das System zu reduzieren, versiegeln Sie den Schlauch auf die Spritze und auf den Chip. Dies kann mit Leim, PDMS oder Vaseline (darauf achten, daß das Blut verunreinigen) durchgeführt werden. </li></ol> Um die Mikro-Spritze mit Wasser mit Tracer-Partikel geschnürt füllen verwenden Rückfluss Methode, weil das Volumen der Mikro-Spritze ist in der Regel viel kleiner als das Volumen zu füllen. Unsere Rückfluss Verfahren besteht die Mikro-Spritze und der Kanal zusammen füllen über den Ausgang des Kanals unter Verwendung eines sekundären Kunststoffspritze. Dafür zuerst die Mikro-Kolben der Spritze, dann drücken Sie die Flüssigkeit mit der klassischen Kunststoffspritze an dem Ausgang des Kanals, lassen Sie die Flüssigkeit ausfließen der Mikro-Spritze, bis alle Mikrobläschen sind aus dem Mikro-Spritze, Schlauch oder Chip, endlich den Kolben zurück und ziehen Sie die Kunststoff-Spritze. Das Vorhandensein or Fehlen von Mikrobläschen kann mit einem Mikroskop überprüft werden. <ol start="5"><li> Richten Sie die Spritzenpumpe auf horizontale Rohr zu erreichen. Programmieren Sie die Spritzenpumpe auf die gewünschte Durchflussmenge. </li></ol> Seien Sie sich der möglichen Auswirkungen vergänglich, wie der &quot;Flaschenhals-Effekt&quot;, für starre System oder die Einhaltung des Systems, die die tatsächliche Durchflussmenge ändern. Charakteristische Zeiten eines Systems in Abhängigkeit von den Materialien und Abmessungen des Systems bestimmt werden. (Kapitel 2, S. 77-81, Tabeling, 2005) <ol start="6"><li> Zeigen Mikrochip auf Mikroskoptisches und starten Sie die Pumpe. Verwenden Sie das Wasser mit Partikeln, um das System in der Mitte Geschwindigkeitsprofil kalibrieren und kalibrieren dT (die Zeit zwischen gepulsten Bilder). </li></ol> Die Partikel sollten zwischen 5 und 10 Pixeln zwischen den Rahmen für eine gute Korrelation 11 zu bewegen. Bei der Kalibrierung, vorsichtig sein, um in der Mitte des Kanals zu messen. Der Fokus Flugzeug in der Mitte hat die höchsteGeschwindigkeit 8. Wenn Sie einen runden Kanal, achten Schatteneffekte. Eine Probe wird in Bild 2 dargestellt ist, unter Verwendung eines gepulsten Kamera, während das obere Bild ist der erste Impuls und der unteren Bild ist der zweite Impuls. Es kann in der Figur, dass die hellsten Punkte (fluoreszierende Partikel) die in-Fokus sind zu sehen. <ol start="7"><li> OPTIONAL: Durch die Daten in unterschiedlichen Höhen ein 3D Geschwindigkeitsprofil kann durch Zugabe der verschiedenen Vektoren in einem einzigen Bild rekonstruiert werden. Das Video zeigt eine Routine, die für die Automatisierung des Prozesses entwickelt. </li><li> Bei der Aufnahme von Daten mit dem Blut füllen Spritze mit der gewünschten Menge an Blut in dem gleichen Verfahren wie dem Wasser. Programmieren Sie die Spritzenpumpe auf die gewünschte Durchflussmenge und nehmen die gewünschten Daten. Ein Beispiel für RAW-Bilder erhaltene Abbildung 2 dargestellt. Seien Sie vorsichtig mit RBC Sedimentation sowie. Nachfüllen der Spritze jeden Lauf oder jedeandere Sicht verringert sich die Ansiedlung der RBC. </li><li> Nach der Übernahme von Bildern wird Kreuzkorrelation auf die Bildpaare durchgeführt, um Geschwindigkeitsvektorfelder zwischen den Bildern zu erhalten. Es ist wichtig, gute Bilder zu haben, um eine gute Korrelation aufweisen. Vor Korrelation können Pre-Processing durchgeführt, um Hintergrundgeräusche zu entfernen. </li></ol> Kreuzkorrelation zwischen den Fenstern in den benachbarten Bildern, die in Form und Größe, um die Korrelation beeinflussen variiert werden kann getan. Nach Kreuzkorrelation können Bild-Nachbearbeitung getan, um fehlerhafte Vektoren oder Ausreißer zu entfernen. Eine detaillierte Beschreibung der verschiedenen verfügbaren Optionen und deren Genauigkeiten in Pitts et al. (2012b), wo die beste Verarbeitung für Blut gefunden wurde, um die Methode der &quot;Bild überlappen&quot; mit Fenstern in der Länge erweitert werden und ausgerichtet mit dem Strom . Diese Vorgänge können manuell in einem Programm erfolgen wie MATLAB oder innerhalb der Software mit Ihrem System. Die<html> Software ist nicht wichtig, ist die Mathematik hinter den Operationen immer wichtiger und jede Operation kann für die Richtigkeit der Endgeschwindigkeit Profil beeinflussen. Die resultierenden Vektoren können im Raum über den Kanal gemittelt werden, um momentane Geschwindigkeit Profile zu erhalten, und dann gemittelt wieder in der Zeit, eine durchschnittliche, repräsentativ Geschwindigkeitsprofil zu erhalten. Kloosterman et al. (2011) eine Erklärung des Fehlers in μPIV Messungen, bei denen die Schärfentiefe groß ist. Die Diskussionen über die Fehler der Datenverarbeitung präsentiert hier in Pitts et al. (2012b) für die gepulste Messungen und Chayer et al. (2012) für die High-Speed-Messungen gefunden werden. Beispiele Geschwindigkeitsprofile sind in den 3 und 4 dargestellt. Abbildung 3 zeigt eine einzelne Geschwindigkeitsprofil für die Mittellinie einer 10 ul / h Strom von RBC bei H = 10 in einem 140 um breiten Kanal. Zelt &quot;&gt; Diese einzelnen Profils durch Mittelung der korrelierten Vektoren über den Kanal, um ein Geschwindigkeitsprofil zu erzielen, und dann im zeitlichen Mittel um eine repräsentative Messung zu erhalten. In diesem Fall 100 Paare in der Zeit über das Sichtfeld wurden gemittelt. Ein Beispiel für die 3D rekonstruierten Profil für eine Wasser Kalibrierstromleitung in einer 100 um im Quadrat Kanal mit einem programmierten Flussrate von 30 ul / h genommen wird in Abbildung 4 gefunden. In Abbildung 4 sind die Profile bei 1 um-Intervallen gemessen. <ol start="10"><li> OPTIONAL: In der abgebildeten Set-up mit hoher Geschwindigkeit Bilder können zu den gleichen Bedingungen durch Umschalten Kameras (und Datenerfassungssysteme) entnommen werden. Dies kann nützlich sein für die Visualisierung des zellfreien Schicht in den Kanal, und zur Quantifizierung der Aggregation. Die Analyse der Daten ist etwas anders (Chayer et al., 2012). </li></ol> Beispiele von weißem Licht Bilder mit und ohne RBC Aggregation presented in Abbildung 5 bei H = 20. Die Top-Bilder zeigt H = 20 in PBS, die die Fähigkeit des RBC entfernt zu aggregieren, um 1 ul / hr. Das untere Bild ist H = 20 in nativen Plasma bei 0,5 ul / hr. Im unteren Bild ist die Aggregation sichtbar. <ol start="11"><li> Fahren Sie das System in einer sicheren Weise, wenn Messungen abgeschlossen sind. Verwenden Sie die richtigen Laser Sicherheitsverfahren bis Laserleistung Quelle vollständig heruntergefahren ist. </li></ol>

<ol>
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F. <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+measurement+of+blood+flow:+validation+and+analysis+of+data+pre-processing+and+processing+methods.">Micro-particle image velocimetry measurement of blood flow: validation and analysis of data pre-processing and processing methods.</a> Measurement Science and Technology. 23, 105302 (2012).</li><li>Kloosterman, A., Poelma, C., 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=Flow+rate+estimation+in+large+depth-of-field+micro-PIV.">Flow rate estimation in large depth-of-field micro-PIV.</a> Exp. Fluids. 50 (6), 1587-1599 (2011).</li><li>Goldsmith, H. L., Skalak, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemodynamics.">Hemodynamics.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 7, 213-247 (1975).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Mit μPIV für Messungen des Blutflusses an der Skala der Mikrozirkulation können Einblick in eine große Anzahl von relevanten biomedizinischen, mechanischen und chemischen Engineering-Prozesse zu geben. Einige der wichtigsten Faktoren zu berücksichtigen sind die Dichte des RBC selbst, die Aggregation und Verformbarkeit des RBC, Aggregation oder Bewegung der fluoreszierenden Mikropartikeln, und die Ansiedlung der RBC in den Kanälen. Alle diese Faktoren können für wenn die allgemeinen Leitlinien festgelegt oben bef...

Der menschliche Körper enthält zahlreiche Gefäße mit Durchmessern von weniger als 50 um, dem wichtigsten Ort Austausch zwischen Blut und Gewebe. Die Untersuchung der Durchblutung in diesen Gefäßen stellt eine erhebliche Herausforderung dar, sowohl das Ausmaß der Messungen und die Flüssigkeit von Blut. Diese Messungen, einschließlich der Druckgradient, der Schere an der Wand, und Geschwindigkeitsprofile in Arteriolen und Venolen, sind wichtige Faktoren, die mit physiologischen Reaktionen verknüpft. Es gibt jetzt noch nie dagewesene Möglichkeiten, um diese Herausforderungen zu lösen Messung dank neuer experimenteller Techniken auf Mikroebene, um die Mikrozirkulation zu studieren und lösen dieses Problem multiscale. Mikropartikel-Geschwindigkeitsmessung (μPIV) ein Teilchen-basierte Strömungsvisualisierung Technik, die verwendet werden, um Geschwindigkeitsprofile des Blutflusses in Mikrokanälen über Kreuzkorrelation auszuwerten. μPIV, die zuerst von Santiago et al. entwickelt wurde, hat mit Hämorheologie verwendet wordenStudien seit Sugii et al. im Jahr 2001 verwendet die Technik, um den Blutfluss in 100 um rund 1,2 Glasröhren messen. Verschiedene Ansätze zur μPIV existieren. High-Speed-Kameras können verwendet werden, um die Bewegung von roten Blutkörperchen (Erythrozyten) zu korrelieren, und gepulste Bilder können verwendet werden, um die Bewegung von Tracer-Partikeln korrelieren. Jede dieser Optionen kann mit einer aufrechten oder umgekehrten Mikroskop eingekoppelt werden, abhängig von der Anwendung. In beiden Fällen ist das Ergebnis ein 2D Geschwindigkeitsprofil. Ein weiterer Ansatz ist, ein konfokales Mikroskop zu verwenden, um 2D-und 3D-Profile zu erreichen. Diese Methode ist, um Blut 3,4,5 angewendet worden. Micro Skala PIV hat mehrere Komplikationen, wenn sie mit Makro PIV verglichen. In Makro PIV können die Daten in einer einzigen Ebene durch Blätter des Lichts beschränkt ist, sondern im Mikromaßstab Volumen Beleuchtung erforderlich ist. Volume Beleuchtung ein größeres Problem für die Abbildung von Mikro Blut fließt, da die roten Blutkörperchen sich im Vergleich groß sind, um die channels und mit den RBCs als Tracer-Partikel führt zu einer Tiefe von Korrelation (DOC), die signifikant verringern kann die Genauigkeit der Kreuzkorrelation Ergebnisse 6.7.8. Nach Wereley et al. (1998) die DOC für eine 40 um groß Kanal mit RBC als Tracer ist 8,8 um, während mit einer 1 um Tracerpartikel die DOC ist 6,7 um. Dieser Unterschied wird noch deutlicher, wenn Kanalwechsel Höhe und Vergrößerung. Zusätzlich sind RBCs opak, und die Erhöhung der Dichte der RBCs in der Strömung bewirkt Bildgebung Schwierigkeiten. Fluoreszierende Tracer-Partikel, die zuerst von Santiago et al. (1998) verwendet werden, haben als ein Werkzeug, um den Einfluss von out-of-focus Partikel verringern befürwortet worden, wenn mit den kleinsten Teilchen möglich. Mit 1 Mikrometer Durchmesser fluoreszierende Mikropartikel gekoppelt mit einem Laser ist ein Ansatz, der die Tiefenschärfe Problem in Mikro Blutfluss Bildgebung 10. Mai verringern. Es gibt mehrere aktuelle Bewertungen des Zustands der μPIV technik, von denen jeder die Bedeutung der μPIV hebt, um den Blutfluss Studien 11,12. Mehrere wichtige Aspekte müssen berücksichtigt werden, wenn μPIV für Blut. Auf der Mikro-Ebene, das Ausmaß der Mikrozirkulation, kann das Blut nicht als eine homogene Flüssigkeit sein, da es eine Suspension von flexiblen roten Blutkörperchen (Erythrozyten), große weiße Blutkörperchen, Blutplättchen und anderen Proteinen in einer Newtonschen Flüssigkeit (Plasma) suspendiert ist . Die Geschwindigkeitsprofile gemessen hier kann verwendet werden, um bestimmte Eigenschaften der Mikro-Blut fließt zu messen. Die wichtigsten Faktoren sind in microhemorheology die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes, die Form des Geschwindigkeitsprofils und die Scherspannung an der Wand des Gefäßes. Diese Information hat klinische Implikationen, da der Mikrozirkulation ist die Website für Stoffaustausch in den Körper, und dieser Austausch ist scherabhängige. Es gibt mehrere Studien über aktuelle Bewertung den Stand der Forschung in der Mikrozirkulation sowie 13,14,15. Präsentiert hier ist ein Protokoll für μPIV Messungen der Blut fließt in Polydimethylsiloxan (PDMS) Mikrokanäle. PDMS-Kanälen wurden in-house nach den Quellen in Abschnitt 1 des Protokolls hergestellt. Schweine wurden Blutproben von einer akkreditierten Schlachthof erhalten und gereinigt nach § 2 des Protokolls. Alle Daten wurden unter Verwendung des LaVision MITAS μPIV System, wie in Abschnitt 3 des Protokolls beschrieben. Das Set-up besteht aus einem Nd: YAG-Laser (New Wave Research, USA) und CCD-Kamera (Bild Intensiv, LaVision) gesteuert durch einen programmierbaren Auslöseeinheit ein Fluoreszenzmikroskop mit einer Bühne bewegt sich in 3 Achsen gekoppelt ist, und einem Computer, zusätzlich zu einer Hochgeschwindigkeitskamera (Dalsa 1M150, Niederlande) wurde für die Visualisierung der roten Blutkörperchen selbst aufgenommen. Beide Kameras sind mit einem 2-fach Optik-Box (Custom von Zeiss, Deutschland) verbunden. In typischen in vivo Messungen des Blutflusses, ist eine aufrechte Mikroskop zu verfolgen der Erythrozyten diemselves, während in typischen Anwendungen in vitro ein invertiertes Mikroskop wird verwendet, um den Tracer-Partikeln zu verfolgen. In diesem einzigartigen Dual-Set-up ermöglicht die Optik Box beide Tracer abzubildenden mit dem inversen Mikroskop werden. Blut wurde in den Mikrochips über eine hochpräzise Spritzenpumpe (Nexus3000, Chemyx Inc., USA) eingeführt. Ein Diagramm des Systems wird in Abbildung 1, wobei der obere Teil der Figur repräsentiert die 140 um 40 um durch rechteckige Kanäle PDMS hergestellt gezeigt, und der untere Teil stellt das gesamte System einschließlich der beiden Kameras, den Laser, der Spritzenpumpe und das Mikroskop. Aktuelle μPIV Set-ups zur Verfügung, in der Regel mit proprietärer Software umfassen TSI, Dantec Dynamics und LaVision. Standard-Kreuz-Korrelations-Algorithmen können durch zahlreiche Software-Optionen, einschließlich der MATLAB erreicht werden. Die Software ist nicht der Schlüssel, zu verstehen, was die Dialogboxen zu mathematisch wird die Nutzung dienen entsprechenr viel besser. In diesem Protokoll DaVis werden LaVision proprietäre Software oder MATLAB eingesetzt. Das Protokoll ist nicht speziellen Software, aber die Menüoptionen könnte an verschiedenen Orten in verschiedenen Software-Pakete sein.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>poly(dimethylsiloxane) (PDMS), i.e. Sylgard-184</td>
			<td>Dow-Corning</td>
			<td>3097358-1004</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>E9884-100G</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>poshpate buffered saline (PBS)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P5368-10PAK</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fluorescing micro particles</td>
			<td>Microgenics/FisherSci</td>
			<td>R900</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glycerol (OPTIONAL)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G6279-500 ml</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microcentrifuge, i.e. CritSpin</td>
			<td>FisherSci</td>
			<td>22-269-291</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syringe, i.e. 50 &mu;l Gastight</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>80965</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera, i.e. Imager Intense, high speed</td>
			<td>LaVision, Dalsa</td>
			<td>Imager Intense</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microscope, i.e. MITAS</td>
			<td>LaVision</td>
			<td>MITAS</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nd:YAG laser</td>
			<td>New Wave Research</td>
			<td>Solo-II</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syringe pump, i.e. Nexus3000</td>
			<td>Chemyx, Inc.</td>
			<td>Nexus-3000</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>flexible tubing, i.e. Tygon</td>
			<td>FisherSci</td>
			<td>14-169-1A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>data processing software, i.e. DaVis</td>
			<td>LaVision</td>
			<td>DaVis</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>centrifuge, i.e. Thermo Scientific CL2</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>004260F</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro-particle image velocimetry for velocity profile measurements of micro blood flows

Micro-Particle Image Velocimetry (μPIV) wird verwendet, um gepaart Bilder von Mikro-Partikel im Blut fließt ausgesät visualisieren. Die Bilder sind kreuzkorrelierten eine genaue Geschwindigkeitsprofil geben. Ein Protokoll für μPIV Messungen von Blut fließt in Mikrokanälen dargestellt. Am Umfang der Mikrozirkulation, kann das Blut nicht als eine homogene Flüssigkeit sein, da es eine Suspension von Teilchen in flexible Plasma, einer Newtonschen Flüssigkeit suspendiert ist. Schergeschwindigkeit, maximale Geschwindigkeit, Geschwindigkeit Profilform und Durchflussmenge kann aus diesen Messungen abgeleitet werden. Mehrere wichtige Parameter wie Brennweite, Partikelkonzentration und System-Compliance, präsentiert werden, um eine genaue, nützliche Daten zusammen mit Beispielen und repräsentative Ergebnisse für verschiedene Hämatokrit-und Strömungsverhältnisse zu gewährleisten.

In allen Figuren wird die Strömung nach rechts in RAW-Bildern, und oben in berechneten Geschwindigkeitsprofile links. Ein Beispiel für die Rohdaten mit Blut Hämatokrit H = 10 fließt bei 10 ul / h erhalten, ist in 2 gezeigt. Raw-Daten können ohne Datenverarbeitung zu erreichen Geschwindigkeitsprofile kreuzkorreliert werden. Die Auswirkungen der Vor-und Datenverarbeitung Methoden wird durch Pitts, et al. (2012b) diskutiert. Ein Beispiel für eine resultierende Geschwindigkeit Profile Daten ?...

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Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

Micro-Particle Image Velocimetry (μPIV) wird verwendet, um gepaart Bilder von Mikro-Partikel im Blut fließt die kreuzkorrelierten um eine genaue Geschwindigkeitsprofil geben sind ausgesät visualisieren. Schergeschwindigkeit, maximale Geschwindigkeit, Geschwindigkeit Profilform und Strömungsgeschwindigkeit, von denen jede klinische Anwendungen hat, können aus diesen Messungen abgeleitet werden.

Micro-Particle Image Velocimetry für Velocity Micro Profil Messungen der Blut fließt

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

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17.1K Aufrufe.  University of Ottawa. Micro-Particle Image Velocimetry (μPIV) wird verwendet, um gepaart Bilder von Mikro-Partikel im Blut fließt die kreuzkorrelierten um eine genaue Geschwindigkeitsprofil geben sind ausgesät visualisieren. Schergeschwindigkeit, maximale Geschwindigkeit, Geschwindigkeit Profilform und Strömungsgeschwindigkeit, von denen jede klinische Anwendungen hat, können aus diesen Messungen abgeleitet werden.

Serie: Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

Quantitatively Measuring In situ Flows using a Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

The ability to directly measure velocity fields in a fluid environment is necessary to provide empirical data for studies in fields as diverse as oceanography, ecology, biology, and fluid mechanics. Field measurements introduce practical challenges such as environmental conditions, animal availability, and the need for field-compatible measurement techniques. To avoid these challenges, scientists typically use controlled laboratory environments to study animal-fluid interactions. However, it is reasonable to question whether one can extrapolate natural behavior (i.e., that which occurs in the field) from laboratory measurements. Therefore, in situ quantitative flow measurements are needed to accurately describe animal swimming in their natural environment.
We designed a self-contained, portable device that operates independent of any connection to the surface, and can provide quantitative measurements of the flow field surrounding an animal. This apparatus, a self-contained underwater velocimetry apparatus (SCUVA), can be operated by a single scuba diver in depths up to 40 m. Due to the added complexity inherent of field conditions, additional considerations and preparation are required when compared to laboratory measurements. These considerations include, but are not limited to, operator motion, predicting position of swimming targets, available natural suspended particulate, and orientation of SCUVA relative to the flow of interest. The following protocol is intended to address these common field challenges and to maximize measurement success.

Quantitatively Measuring In situ Flows using a Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus SCUVA

This protocol provides instructions on how to use a self-contained underwater velocimetry apparatus (SCUVA), which is designed for quantification of in situ animal-generated flows. In addition, this protocol addresses challenges posed by field conditions, and includes operator motion, predicting position of animals, and orientation of SCUVA.

Quantitativen Messung In situ Flows mit einem Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

The ability to directly measure velocity fields in a fluid environment is necessary to provide empirical data for studies in fields as diverse as ...

Forschung

Biotechnik

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical devices1-3. In this paper, we focus on one- (1D), two- (2D), and three-dimensional (3D) printing of conductive metallic inks in the form of flexible, stretchable, and spanning microelectrodes.
Direct-write assembly4,5 is a 1-to-3D printing technique that enables the fabrication of features ranging from simple lines to complex structures by the deposition of concentrated inks through fine nozzles (~0.1 - 250 &mu;m). This printing method consists of a computer-controlled 3-axis translation stage, an ink reservoir and nozzle, and 10x telescopic lens for visualization. Unlike inkjet printing, a droplet-based process, direct-write assembly involves the extrusion of ink filaments either in- or out-of-plane. The printed filaments typically conform to the nozzle size. Hence, microscale features (&lt; 1 &mu;m) can be patterned and assembled into larger arrays and multidimensional architectures.
In this paper, we first synthesize a highly concentrated silver nanoparticle ink for planar and 3D printing via direct-write assembly. Next, a standard protocol for printing microelectrodes in multidimensional motifs is demonstrated. Finally, applications of printed microelectrodes for electrically small antennas, solar cells, and light-emitting diodes are highlighted.

Planar and three-dimensional printing of conductive metallic inks is described. Our approach provides new avenues for fabricating printed electronic, optoelectronic, and biomedical devices in unusual layouts at the microscale.

Planar-und Drei-Dimensional Printing von Leitfähige Druckfarben

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in vitro analysis are well suited to study of large numbers of cells (&ge;105) in milliliter-scale volumes (&ge;0.1 ml). However, there are many instances in which it is necessary or desirable to scale down culture size to reduce consumption of the cells of interest and/or reagents required for their culture, stimulation, or processing. Unfortunately, conventional approaches do not support precise and reproducible manipulation of micro-scale cultures, and the microfluidics-based automated systems currently available are too complex and specialized for routine use by most laboratories. To address this problem, we have developed a simple and versatile technology platform for automated culture, stimulation, and recovery of small populations of cells (100 - 2,000 cells) in micro-scale volumes (1 - 20 &mu;l). The platform consists of a set of fibronectin-coated microcapillaries ("cell perfusion chambers"), within which micro-scale cultures are established, maintained, and stimulated; a digital microfluidics (DMF) device outfitted with "transfer" microcapillaries ("central hub"), which routes cells and reagents to and from the perfusion chambers; a high-precision syringe pump, which powers transport of materials between the perfusion chambers and the central hub; and an electronic interface that provides control over transport of materials, which is coordinated and automated via pre-determined scripts. As an example, we used the platform to facilitate study of transcriptional responses elicited in immune cells upon challenge with bacteria. Use of the platform enabled us to reduce consumption of cells and reagents, minimize experiment-to-experiment variability, and re-direct hands-on labor. Given the advantages that it confers, as well as its accessibility and versatility, our platform should find use in a wide variety of laboratories and applications, and prove especially useful in facilitating analysis of cells and stimuli that are available in only limited quantities.

We have developed an automated cell culture and interrogation platform for micro-scale cell stimulation experiments. The platform offers simple, versatile, and precise control in cultivating and stimulating small populations of cells, and recovering lysates for molecular analyses. The platform is well suited to studies that use precious cells and/or reagents.

Eine vielseitige automatisierte Plattform für Mikro-Skala Handy Stimulation Experimente

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

Improved Method for the Preparation of a Human Cell-based, Contact Model of the Blood-Brain Barrier

The blood-brain barrier (BBB) comprises impermeable but adaptable brain capillaries which tightly control the brain environment. Failure of the BBB has been implied in the etiology of many brain pathologies, creating a need for development of human in vitro BBB models to assist in clinically-relevant research. Among the numerous BBB models thus far described, a static (without flow), contact BBB model, where astrocytes and brain endothelial cells (BECs) are cocultured on the opposite sides of a porous membrane, emerged as a simplified yet authentic system to simulate the BBB with high throughput screening capacity. Nevertheless the generation of such model presents few technical challenges. Here, we describe a protocol for preparation of a contact human BBB model utilizing a novel combination of primary human BECs and immortalized human astrocytes. Specifically, we detail an innovative method for cell-seeding on inverted inserts as well as specify insert staining techniques and exemplify how we use our model for BBB-related research.

Establishment of human models of the blood-brain barrier (BBB) can benefit research into brain conditions associated with BBB failure. We describe here an improved technique for preparation of a contact BBB model, which permits coculturing of human astrocytes and brain endothelial cells on the opposite sides of a porous membrane.

Verbesserte Methode zur Präparation einer menschlichen Zelle-basierte, Kontakt Modell der Blut-Hirn-Schranke

The blood-brain barrier (BBB) comprises impermeable but adaptable brain capillaries which tightly control the brain environment. Failure of the BBB has ...

Hybrid &#181;CT-FMT imaging and image analysis

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to assess the biodistribution of novel probes and to assess disease progression using established molecular probes or reporter genes. The combination with an anatomical modality, e.g., micro computed tomography (&#181;CT), is beneficial for image analysis and for fluorescence reconstruction. We describe a protocol for multimodal &#181;CT-FMT imaging including the image processing steps necessary to extract quantitative measurements. After preparing the mice and performing the imaging, the multimodal data sets are registered. Subsequently, an improved fluorescence reconstruction is performed, which takes into account the shape of the mouse. For quantitative analysis, organ segmentations are generated based on the anatomical data using our interactive segmentation tool. Finally, the biodistribution curves are generated using a batch-processing feature. We show the applicability of the method by assessing the biodistribution of a well-known probe that binds to bones and joints.

Hybrid  &amp;#181;CT-FMT imaging and image analysis

We describe a protocol for hybrid imaging, combining fluorescence-mediated tomography (FMT) with micro computed tomography (&#181;CT). After fusion and reconstruction, we perform interactive organ segmentation to extract quantitative measurements of the fluorescence distribution.

Hybrid μCT-FMT-Bildgebung und Bildanalyse

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to ...

Microfluidic Buffer Exchange for Interference-free Micro/Nanoparticle Cell Engineering

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic properties, enable bio imaging and control cell phenotype. A critical yet inadequately addressed issue is the significant number of particles that remain unbound after cell labeling which cannot be readily removed by conventional centrifugation. This leads to an increase in bio imaging background noise and can impart transformative effects onto neighboring non-target cells. In this protocol, we present an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy termed as Dean Flow Fractionation (DFF) to efficiently separate labeled cells from free NPs in a high throughput manner. The developed spiral microdevice facilitates continuous collection (&#62;90% cell recovery) of purified cells (THP-1 and MSCs) suspended in new buffer solution, while achieving &#62;95% depletion of unbound fluorescent dye or dye-loaded NPs (silica or PLGA). This single-step, size-based cell purification strategy enables high cell processing throughput (106 cells/min) and is highly useful for large-volume cell purification of micro/nanoparticle engineered cells to achieve interference-free clinical application.

This protocol describes the use of an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy to purify micro/nanoparticle engineered cells with efficient depletion of unbound particles.

Mikrofluidik-Pufferaustausch für einen störungsfreien Micro / Nanoparticle Zelltechnik

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic ...

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

The use of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) is a powerful tool which involves the non-destructive imaging of internal structures at high resolutions in live animal models. This allows for repeated imaging of the same rodent over time. This feature not only reduces the total number of rodents required in an experimental design and thereby reduces the inter-subject variation that can arise, but also allows researchers to assess longitudinal or life-long responses to an intervention. To acquire high quality images that can be processed and analyzed to more accurately quantify outcomes of bone micro-architecture, users of in vivo &#181;CT scanners must properly anesthetize the rat, and position and restrain the hind limb. To do this, it is imperative that the rat be anesthetized to a level of complete relaxation, and that pedal reflexes are lost. These guidelines may be modified for each individual rat, as the rate of isoflurane metabolism can vary depending on strain and body size. Proper technique for in vivo &#181;CT image acquisition enables accurate and consistent measurement of bone micro-architecture within and across studies.

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

This paper instructs users of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) scanners how to anesthetize, correctly position and restrain the hind limb of a rat for minimal movement during high-resolution imaging of the tibia. The result is high quality images that can be processed to accurately quantify bone micro-architecture.

Die richtige Positionierung und Zurückhaltung einer Ratte Hind Extremität für fokussierte hochauflösende Bildgebung von Knochen-Mikroarchitektur mit In Vivo Mikro-Computertomographie

The use of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) is a powerful tool which involves the non-destructive imaging of internal structures at high ...

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.

Perfusable vaskuläre Netzwerk mit einem Gewebe-Modell in einem mikrofluidischen Gerät

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

Biological Compatibility Profile on Biomaterials for Bone Regeneration

Large non-union bone fractures are a significant challenge in orthopedic surgery. Although auto- and allogeneic bone grafts are excellent for healing such lesions, there are potential complications with their use. Thus, material scientists are developing synthetic, biocompatible biomaterials to overcome these problems. In this study, we present a multidisciplinary platform for evaluating biomaterials for bone repair. We combined expertise from bone biology and immunology to develop a platform including in vitro osteoclast (OC) and osteoblast (OB) assays and in vivo mouse models of bone repair, immunogenicity, and allergenicity. We demonstrate how to perform the experiments, summarize the results, and report on biomaterial biocompatibility. In particular, we tested OB viability, differentiation, and mineralization and OC viability and differentiation in the context of &#946;-tricalcium phosphate (&#946;-TCP) disks. We also tested a &#946;-TCP/Collagen (&#946;-TCP/C) foam which is a commercially available material used clinically for bone repair in a critical-sized calvarial bone defect mouse model to determine the effects on the early phase of bone healing. In parallel experiments, we evaluated immune and allergic responses in mice. Our approach generates a biological compatibility profile of a bone biomaterial with a range of parameters necessary for predicting the biocompatibility of biomaterials used for bone healing and repair in patients.

The number of novel biomaterials engineered for repairing large bone lesions is continuously expanding with the aim to enhance bone healing and overcome the complications associated with bone transplantation. Here, we present a multidisciplinary strategy for pre-clinical biocompatibility testing of biomaterials for bone repair.

Biologische Verträglichkeit Profil auf Biomaterialien für Knochenregeneration

Large non-union bone fractures are a significant challenge in orthopedic surgery. Although auto- and allogeneic bone grafts are excellent for healing such ...

Meso-Scale Particle Image Velocimetry Studies of Neurovascular Flows In Vitro

Particle image velocimetry (PIV) is used in a wide variety of fields, due to the opportunity it provides for precisely visualizing and quantifying flows across a large spatiotemporal range. However, its implementation typically requires the use of expensive and specialized instrumentation, which limits its broader utility. Moreover, within the field of bioengineering, in vitro flow visualization studies are also often further limited by the high cost of commercially sourced tissue phantoms that recapitulate desired anatomical structures, particularly for those that span the mesoscale regime (i.e., submillimeter to millimeter length scales). Herein, we present a simplified experimental protocol developed to address these limitations, the key elements of which include 1) a relatively low-cost method for fabricating mesoscale tissue phantoms using 3-D printing and silicone casting, and 2) an open-source image analysis and processing framework that reduces the demand upon the instrumentation for measuring mesoscale flows (i.e., velocities up to tens of millimeters/second). Collectively, this lowers the barrier to entry for nonexperts, by leveraging resources already at the disposal of many bioengineering researchers. We demonstratethe applicability of this protocol within the context of neurovascular flow characterization; however, it is expected to be relevant to a broader range of mesoscale applications in bioengineering and beyond.

Meso-Scale Particle Image Velocimetry Studies of Neurovascular Flows In Vitro

Here we present simplified methods for fabricating transparent neurovascular phantoms and characterizing the flow therein. We highlight several important parameters and demonstrate their relationship to field accuracy.

Mesoskaligen Partikel Image Velocimetry Studien des neurovaskulären fließt In-vitro-

Particle image velocimetry (PIV) is used in a wide variety of fields, due to the opportunity it provides for precisely visualizing and quantifying flows ...