הפגנות חומרת הסביבה מופחתת כובד של טכנולוגיה cytometer זרימה וCompanion Microfluidic אב טיפוס מוקטנת ערבוב

Summary

אבחון דם טיסות חלל צריך חדשנות. הפגנות כמה שפורסמו ממחישות בטיסה, טכנולוגית אבחון בריאות מופחתת הכבידה. כאן אנו מציגים שיטה להקמה והפעלה של מתקן בדיקת טיסה פרבוליות לעיצוב זרימת cytometry נקודה של טיפול אב טיפוס, עם רכיבים ואסטרטגיות הכנה להתאמה להגדרות אחרות.

Abstract

עד לאחרונה, דגימות דם אסטרונאוט נאספו בטיסה, הועברו לכדור הארץ במעבורת החלל, ונותחו במעבדות ארציות. אם בני האדם הם לנסוע מעבר למסלול הארץ נמוך, נדרשת בדיקה (POC) מגמה מעבר למרחב-מוכן, נקודה-הטיפול. בדיקה כזו צריכה להיות מקיף, קלה לביצוע בסביבה מופחתת הכבידה, ואינם מושפעים מהלחצים של השקה וטיסה לחלל. מכשירי POC אינספור פותחו כדי לחקות עמיתים בקנה מידה מעבדה, אבל רוב יישומים צרים וכמה יש לי שימוש להדגמה ב, סביבה מופחתת כובד בטיסה. למעשה, הפגנות של אבחון ביו-רפואי בכובד מופחת מוגבלות לגמרי, מה שהופך את בחירת רכיב ואתגרים לוגיסטיים מסוימים קשה להתקרב כאשר מבקשים לבחון טכנולוגיה חדשה. כדי לעזור למלא את החלל, אנו מציגים שיטה מודולרית להקמה וההפעלה של מכשיר לאבחון דם אב הטיפוס ו- p הקשורים אליואסדת מבחן טיסת arabolic שעומדות בסטנדרטים לטיסת בדיקה משולבת טיסה פרבוליות, מטוסים מופחתים הכבידה. השיטה מתמקדת ראשונה בהרכבת מתקן ל, בדיקות בזמן הטיסה מופחתת חומרת cytometer זרימה ושבב ערבוב microfluidic לוויה. רכיבים הם להתאמה לעיצובים אחרים וכמה רכיבים מותאמים אישית, כגון מטעין מדגם microvolume וmicromixer עשוי להיות מעניין במיוחד. השיטה אז מיקוד עובר להכנת טיסה, על ידי מתן הנחיות והצעות כדי להתכונן למבחן טיסה מוצלח בכל קשור להכשרת משתמש, פיתוח של הליך הפעלה סטנדרטי (SOP), ונושאים אחרים. לבסוף, הליכי ניסוי בטיסה ספציפיים להפגנות שלנו מתוארים.

Introduction

חוסר ההתאמה של אבחון בריאות חלל מוכן הנוכחי מציגה את גורם מגביל לחקר חלל המאויש עמוק יותר. אבחון צריך להיות מקיף, קל לשימוש בכוח המשיכה מופחת, ואינה מושפעים יחסית על ידי הלחצים של השקה וטיסה לחלל (לדוגמא, G-כוחות גבוהים, רטט, קרינה, שינויי טמפרטורה, ולחץ בקתת שינויים). התפתחויות בבדיקת נקודה של הטיפול (POCT) עשויות לתרגם לפתרונות טיסה לחלל יעילים באמצעות השימוש בדגימות מטופל קטנים יותר (למשל, זין אצבע), fluidics פשוט וקטן יותר (מיקרופלואידיקה כלומר,), והפחיתו את דרישות חשמל, בין יתר יתרונות. Cytometry זרימה היא גישה אחת אטרקטיבית עבור POC בחלל בגלל השירות הרחב של הטכנולוגיה, ובכלל זה לכיוון תא ספירה וכימות סמן ביולוגי, כמו גם פוטנציאל מזעור משמעותי. זרימת cytometers מרחב רלוונטי הקודם כולל effic האריזה הגרעיני "iency 'מכשיר (NPE) שמנוצל הקרינה קשת מנורה בו זמנית מושרה ונפח אלקטרוני מדידה (קולטר נפח) ^1-4, זרימת benchtop קטנה יחסית cytometer המייצג את "הדור הראשון של זרימה בזמן אמת cytometry נתונים במהלך אפס כוח משיכה ^{של 5,} 'microflow sheathless cytometer "המסוגל של תאי דם לבנים ספירת ההפרש 4 ו 5-חלק (WBC) באמצעות pretreated 5 μl דגימות דם כל ^6-9, ו'סיבים מבוסס-אופטיים" יזרום cytometer נבדק משולבת לאחרונה בבינלאומי תחנת החלל ^10.

טכנולוגיית אבחון הערכה ליישומי חלל פוטנציאליים מבוצעת בדרך כלל במטוסים מופחת כובד המשתמשים במסלול טיסה כ פרבוליות כדי לדמות רמה נבחרת של חוסר משקל (למשל, אפס כבידה, מאדים-כבידה) ^11. הערכה היא מאתגרת, כי הזדמנויות טיסה מוגבלות, repetחלונות קצרים itive של כביד יכולים לעשות את זה קשה להעריך מתודולוגיות או תהליכים שדורשים לרוב תקופות רצופות יותר מ20-40 שניות, והפגנות עשויות לדרוש ציוד נוסף לא מנוצל בקלות בטיסה ^12-15. יתר על כן, ההפגנות קודמות של טכנולוגיות במבחנה אבחון (IVD) המשמשים ב, או המיועדים לכוח המשיכה מופחת, מוגבלות ועבודה רבה שלא פורסם. בנוסף לזרימת cytometers לעיל, IVD-טכנולוגיות חלל-רלוונטי אחרות המתוארות בספרות כוללות מכשיר כולו כתמי דם עבור יישומי immunophenotyping ^16, מבוסס מצלמה אוטומטית cytometer ^12, מנתח קליני כף יד לpotentiometry משולב, amperometry, וconductometry ^12,17, מכשיר של T-חיישן 'microfluidic כדי לכמת את אנליטי הנשען על ערבוב מבוסס דיפוזיה והפרדה ^18, ומסתובבת "מעבדה על CD" פלטפורמת אבחון ¹9,20. מצטרפים חדשים לבדיקת כוח משיכה מופחתת יכולים גם להסתכל על הפגנות טיסה פרבוליות שאינן קשורות לאבחון במבחנה כאשר מנסים לבצע הערכת מכשיר אפשרית (או להבין את מה שאפשרי). הפגנות מניסוי רפואי או ביולוגי קודם אחר בהכנת טיסה, אסטרטגיות בטיסה, וציוד בדיקת טיסה מתועדים היטב נכללות בלוח 1 ^{15, 21-35.} אלה עשויים להיות אינפורמטיבי בשל הכללה של משימות ידניות בטיסה, שימוש בציוד מיוחד, וכלה ניסיונית.

קטגוריה	דוגמאות
טיפול רפואי דחוף	אינטובציה לקנה הנשימה (מודרך רינגוסקופ, על Manikב) 21, תמיכה בחי לב (חזירים מורדמים) 22
טיפול כירורגי	ניתוח לפרוסקופי (וידאו מדומה 23, בחזירים בהרדמה 24,25)
הדמיה רפואית או הערכת פיזיולוגיה	אולטראסאונד עם תא לחץ שלילי גוף תחתון 26, מד זרימת דופלר (ראש רכוב) 27, לפקח על לחץ ורידים מרכזי 28
ציוד ביולוגי מיוחד	Microplate קורא (וכפפת תיבה בטיסה) 29, מערכת בקרת טמפרטורה לניסויי מחזור התא 30, מיקרוסקופ (brightfield, לעומת שלב, וקרינה מסוגלת רב-ערוצים) 15, נימיםיחידת אלקטרופורזה מצמידים את מיקרוסקופ וידאו 31
אחר	חולדות קצירת צמח עם מלקחיים 32, כלול 33,34 ודגים 35 להסתכלות

1. דוגמאות הפגנת Parabolic טיסת טבלה עם שיטות / ניסויים ובכן תוארו

כדי להרחיב על דוגמאות קודמות ומספק תובנה רבה יותר הפגנות בטיסה מוצלחות, אנו מציגים הליך מודולרית וניתן להתאמה להקמה והפעלה של אב טיפוס cytometer זרימה עם טכנולוגיית ערבוב microfluidic קשורה כחלק מאסדת מבחן טיסה פרבוליות. המתקן מאפשר הפגנות של טעינת מדגם, ערבוב microfluidic, וגילוי חלקיקי ניאון, ונבדק משולבת נאס"א אפשר הגישה 2010 לסביבה החלל (FAST) flig פרבוליותHTS, הוטס מ29 ספטמבר - 1 אוקטובר, 2010. הפגנות אלה למשוך מהתחלה, אמצע, והסוף, בהתאמה של עבודה מכשיר פוטנציאל שבו דגימות דם fingerstick בגודל נטענות, מדוללת או מעורבבת עם חומרים כימיים, ונותחו באמצעות אופטי זיהוי. קנה המידה cytometer זרימה ליחידה קומפקטית דורשת חדשנות ובחירת חלק זהירה. מותאם אישית ורכיבים חוץ-מדף המשמשים כאן, נבחרו כקירובים המוקדמים ביותר של אפשרויות רכיב סופיות, ועשויים להיות להתאמה לעיצובים של מחדשים אחרים. בעקבות מתווה של אפשרויות רכיב אב טיפוס, התקנה מתוארת במבנה המשמש כתמיכת שלד להרכבת מתקן. רכיבי אב טיפוס הם מקומות שהוקצו, מאובטחים, ומלווים ברכיבים נוספים הדרושים לניסויים מוצלחים. תשומת לב אז עוברת להליכים מופשטים יותר מעורבים הליך הפעלה סטנדרטי פיתוח (SOP), הכשרה, ולוגיסטיקה אחרת. לבסוף, נהלי הפגנה ספציפית לתאר. האסטרטגיות המתוארות כאן ואת האפשרויות של תמיכה ברכיבי מתקן (למשל, מיקרוסקופ, תיבת אקריליק, וכו '), אם כי מיושמים כאן לאב טיפוס ספציפי, מדברים לנושאים הכלליים ואתגרים רלוונטיים לבדיקה כל ציוד אבחון דם במופחת הכבידה סביבה .

בטיסות 2010, שתי ירחית-כבידה (השיגה כ 1/6 כובד אדמה) ושתי טיסות מיקרו-כבידה היו אמורה על פני 4 ימים, למרות שסופו של דבר אלה שאורגנו מחדש על פני 3 ימים. הפגנות נערכו על סיפון מטוס סילון פעל באופן פרטי, צר-גוף שונה ^36. כל טיסה הניתנת 30-40 parabolas, כל מניב כ -20 שניות של ההיי-גרביטציה (בערך 1.8 גר ') ואחריו 20-25 שניות של תנאים מופחתים הכבידה. לאחר מחצית parabolas הוצאה להורג, המטוס עצר לתקופה של כ 5-10 דקות בטיסה אופקית כדי לאפשר למטוס להסתובב ולחזור חזרה לכיוון אתר הנחיתה בזמן PErforming שארית parabolas.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

דגימות הדם של בני האדם להשתמש בפרוטוקול זה נאספו באישור IRB תוך שימוש בפרוטוקולים זעיר-פולשני (ראה תודות).

1. Rig עצרת

1. להרכיב רכיבי אב טיפוס (fluidics,, אלקטרוניקה שליטה / רכישת נתונים אופטית) לזרימה פשוטה cytometry מערכת לשימוש בתנאי כובד מופחת
   1. הכן מערכת לחץ מינימאלי במשקל וכוח צריכה לנהוג fluidics המערכת
      1. חבר משאבת אוויר ממוזער לחיישן לחץ ההפרש.
      2. כדי לשמור על לחץ נהיגה קבוע, לשלוט תפוקת משאבה באמצעות דופק רוחב אפנון ומחזור עבודה המוסדר באמצעות בקר פרופורציונאלי-נפרד נגזרים בתוכנת שליטה המותאמת אישית (שלב 1.1.7).
   2. הרכב מיכל מקור נוזל שניתן לטעון ללא השמנה אוויר (ראה שלב 3.4)
      1. להתאים בקבוקון פלסטיק קשיח (איור 1 א) עם diaphra לטקסGM, בתוקף כובע לאבטחה, וצינורות אוויר בכניסה בבסיס הבקבוקון (אטום חיבור באמצעות דבק אופטי).
      2. ודא שהמשאבה pressurizes הבקבוקון ללא אוויר או נזיל נוזל, דחיסת הסרעפת לנהוג זרימת נוזל מתוך צינור יציאת כובע.
   3. עיצוב מיכל פסולת נוזלים כדי לאסוף פסולת מבלי לבנות backpressure שיתפשר זרימה
      1. השתמש ב- דבוק בקבוקון-בתוך-בקבוקון עיצוב (איור 1 ב) לבלימה כפולה.
      2. מכסה את הצלוחיות עם חלון ספוג קצף מאובטח, הלוכד פסולת הצפה אבל מאפשר השוואת לחץ אוויר עם סביבת התא.
   4. הפוך מטעין מדגם לשימוש בכוח המשיכה מופחתת
      1. מכונת ולהרכיב עיצוב מהדק קפיץ עם guiderails (איור 1 ג ') באופן שאמין מלחציים נימים מצויד נדן בין שתי טבעות אטימות בקו הנוזל. ודא שהיא משמרת נפח דגימה בעת טעינה, להכיל p המערכתמיישר כאשר מדגם אינו מוכנס, ומונע כניסתה בועה תועה.
      2. ודא כי בהיעדרו של נימים, המעיינות לחצו על הטבעות האטימות יחד כדי להשלים את קו הנוזל ולאפשר תחול ללא דולף (1D איור, משמאל).
   5. עיצוב micromixer שאינו מסתמך על רכיבי משנה מכאניים מופעל לתפקד
      1. להרות micromixer שני מפרצון ספירלה-מערבולת (איור 1E) שמשיג Advection כאוטי דרושה כדי להתגבר על הזרימה למינרית בתוך ערוצי microfluidic. עיצוב זה מספק את כל הזנת נוזל במורד הזרם, כך שטווח מדגם אחד אינו משפיע על הבא.
      2. לנוחיות, לפברק עיצוב נבחר בשיטת polydimethylsiloxane המהיר אב טיפוס (PDMS) (איור 1F). לנצל photomask נועדה דו-ממדית בעזרת מחשב המודפס ב20,000 dpi לפברק עובש SU-8 צורך במתקן חדר נקי ^37.
         הערה: השתמש במודיםכושר 23 מד fied לטחנת קידוח אנכי לקדוח חורים בפתחי הכניסה, מערבולת, כניסת זיהוי, וכתמי שקע זיהוי, ויד זכוכית מגדלת כדי לעזור לכוון את המחט. חותך את השבבים מPDMS באמצעות סכיני גילוח ולהתאים את החורים עם 0.5 סיכות פלדה חלולות "מבצבץ מתוך הצד אחורי יצוק שאינו של השבב. חבר את סיכת יציאת ספירלה המרכזית לפין כניסת ערוץ זיהוי באמצעות צינורות microbore.
      3. שבב לנקות ביסודיות עם אתנול ומשטח יצוק יבש עם סרט דביק למט. השתמש במזרק ריק לפוצץ אתנול מהסיכות. פנק את PDMS השבב ומכסה זכוכית וטהור בתוך שואב פלזמה ולהצמיד אותם תוך 10 שניות על ידי הפעלת לחץ קל, בדיקה באופן מיידי על ידי מיקרוסקופ אור שהשבב יילחץ במלואו מבלי להתפשר על patency ערוץ.
   6. הר בלוק אופטי זעיר בגודל כף יד כדי לזהות חלקיקים זורמים בודדים
      1. העיצוב באיור 2AB מתאים לדואר בשני צבעיםתאורת pifluorescence לייזר וגילוי, ומנצלים PDMS ישר ערוצים (120 על 200 מיקרומטר) תא זרימה לנוחות.
      2. גוש הר (איור 2 ג) תוך שימוש ברכיבי optomechanical זמינים מסחרי וליישר מודולים ספירת פוטון יחיד-בשילוב סיבים.
   7. עיצוב אלקטרוניקה ותוכנה לבקרת מכשיר ורכישת נתונים
      1. לנוחיות באב הטיפוס המוקדם, לנצל חתיכות יד מולחמת מחוברות לרכישת נתונים (DAQ) כרטיסים (איור 2 ד).
      2. קוד ותכנית תוכנה מותאמת אישית (לדוגמה באיור 2E) להפעלת מכשירי אסדה ולסנכרן את כל הנתונים.
2. מרכיבים נוספים (לא באופן רשמי חלק מאב-הטיפוס)
   1. לשלב מד תאוצה 3 ממדים (איור 2 ד, משמאל) ומד קצב זרימה (לא בתמונה). תאוצה נוכחת משולבת המטוסים אבל (סביר) לא יכול להיות מסונכרנת ישירות לoיס רשם נתונים.
3. ערכת צריכת חשמל חשמלית
   1. מנגנון לכיבוי אלקטרוניקה מהיר ושלם (חובה מטעמי בטיחות בטיסות מופחתת כוח משיכה)
      1. חבר רצועה יחידה כוח (עם כפתור / O יחיד ש) ללוח חלוקת כוח מטוסים (120 הרץ VAC ​​60).
      2. הסר סוללה של מחשב נייד ומחשב נייד מוגדר לפעול באמצעות כבל חשמל לבד.
   2. כוח לכל ההתקנים
      1. ישירות כוח של המחשב הנייד (הוסרה סוללה), מיקרוסקופ אור, ושני גלאי פוטון באמצעות מפצל.
      2. כוח מכשירים שנותרו באמצעות כרטיסי DAQ USB המחוברים לסוללות המחשב הנייד או באמצעות.
4. פריסת אסדת טיסה מוכנה
   1. שיקולים למוצלחים ביצועים בטיסה
      1. השטח כולל זמין מוגבל לאזור קטן יותר ובלבד להפגנה דומה בשטח (איור 3 א). שקול שטח כולל זמינה ואיך שזהקצב יחולק בין חלל מתקן ניסיוני (כולל לרכיבים מעבר לאלו באופן רשמי חלק מהאב-הטיפוס) ומרחב משתמש המקיף את המתקן. אסדות ניסיוניות משתנות במונחים של מיצוב קדימה או אחורי, אבל זה במידה רבה, לא משפיע על מרווח פעולה זמין (או בטיסה פיסיקה).
      2. לקבוע אילו רכיבים ניתן לגשת באופן הולם יותר במעמדו, כריעה, או גובה רצפה, כמו גם לבחון אילו מרכיבים יפיק את מרב תועלת מההגנה שהושגה בתוך מבנה תמיכה.
   2. מבנה תמיכת Rig
      1. להשיג או לבנות מעמד ציוד אנכי העומד בנחשב צרכי פריסה, מכיל את כל הרכיבים, מאפשר רמות אנכיות שונות לארגון, עומד תאוצות טיסה, ובאופן מאובטח מתחבר לרצפת תא מטוס המיועדת.
      2. הקצאת רכיבים לרמות בתוך מעמד הציוד (איור 3 ב): ברמה עליונה למקום הנייד, רמת אמצע מדף לגמשנה אב טיפוס ontain ורמת רצפה כדי להכיל מגבונים נוספים, כפפות, ומכל פסולת שונה.
      3. להרות מבנים נוספים במדף כדי להכיל רמות רצויות שונות. ליישם קורות תמיכה ב 'mid' גובה להחזיק 2 ft. על ידי 2 ft. צלחת קרש חיתוך מיקרוסקופ דופק את רכיבי מתקן, וקורה תמיכה כ 2 מטר גבוה יותר כדי לתמוך בשוקת מחשב נייד שאושר על-טיסה.
      4. בתוך רמות אנכיות, לקבוע הסדר רכיב אופטימלי, תוך מגבלות נגישות חשבון שנגרמו בשל נוכחותם של רכיבים אחרים, כמו גם בשל מיקום / הכיוון הפוטנציאלי של המתקן עצמו על סיפון טיסה (לדוגמא, 4 צד ^ה של מתקן מרובע רשאית להיות קרוב לקיר מטוס, ומשאיר רק 3 צדדים נגישים).
         הערה: רצועות הרגל כדי לאבטח מפעילי מבחן הם במרחק קבוע מהאסדה וייתכן שלא יהיה זמין בכל הצדדים.
      5. בהתבסס על קביעות אלה, divide צלחת קרש החיתוך ל -4 רבעים (איור 3 ג), הצבה במקומות ייעודיים לאלקטרוניקה ובלוק אופטי לכיוון קיר המטוסים, ומטעין המדגם ושבב מייקרו-נוזלי כלפי מרחב התא.
5. הבטחת אב טיפוס, בלימה, והתקנת הדמיה
   1. אלקטרוניקה מערכת
      1. עיצוב, בחיתוך לייזר, ולהרכיב תיבת אקריליק המותאם אישית (איור 2 ד) להכיל את כרטיסי DAQ (קשור למטה) ולוחות יד-מולחמת (מוברג לקיר תיבה).
      2. לנצל דלת מתנדנד גישה קלה (מאובטחות בטיסה עם אטב בד וו-ולולאה) וחורי יציאה לכבלי USB וחוטים.
   2. מטעין מדגם
      1. לפברק תיבת אקריליק המותאם אישית 'כפפה' (איור 4 א) עם חורי גישת זרוע לספק מרחב מעוקב שבו לבצע את הפגנת מטעין (איור 4C) מבלי להסתכן בזיהום של תא הטיסה.
      2. להאכיל את צינורות וממטעינים דרך חורים עגולים קטנים בצד של הקופסה.
   3. Micromixer
      1. להתאים את הציוד בשימוש בקרקע. בריח סטראו (איור 4) לצלחת קרש החיתוך ולהתאים אותו עם בעל שבב אקריליק המותאם אישית, גם זינק לצלחת.
      2. להתאים מצלמת CCD USB ​​לעינית המיקרוסקופ ולחבר אותו למחשב הנייד (איור 4D) לשמור את הווידאו מסונכרן עם נתונים אחרים (כבידה, לחץ נהיגה, וקצב זרימה).
   4. בלוק אופטי
      1. לפברק תיבת אקריליק אטומה מותאם אישית (איור 4 א, ​​ימין) כדי לכסות את הבלוק, מגונן עליו מאור הסביבה ושליטה סכנות לייזר.
      2. לנצל "חלון" אופטי מסנן כדי לבדוק תפקוד לייזר בצורה בטוחה.
   5. מחשב נייד
      1. בריח מגש מחשב נייד שאושר על-טיסה לקורה תמיכה בתוך מבנה התמיכה.
      2. הו שימושk-ולולאת אטב כדי לאבטח כבלי USB יחד ארכיטקטורת מדף.
6. בזמן הטיסה יישום הפגנה
   1. התערבויות פשוטות כדי להמשיך דרך הפגנות
      1. לשלב רכיבים נוספים, המבטלים נדרשים התאמות צינורות ידניות בטיסה או בפעולות אחרות הדורשות מיומנות משמעותית או יכול לסכן את דליפת נוזלים לסביבת התא.
         1. מנהג מכונת ולשלב סעפת לחץ (איור 5 א) בהיקף של גליל אלומיניום קדח והקיש כדי שיתאים להברגה על מחט מתאם luer משמש ככניסת לחץ. לקדוח חורים קטנים סביב ההיקף שיתאים לטבעות אטימות וצינורות microbore כשקעים. השתמש ללחוץ בקבוקוני מקור מרובים בו זמנית.
         2. להרכיב פנל של שסתומים המשולש סולנואיד (איור 5) הנשלטים על ידי מתגי MOSFET טנדם (איור 5 ג) המחוברים לכרטיס DAQ. להתאים צינורות microbore כדי שיתאים ליציאות שסתום. להשתמש בו כדי לשלוט בזרימת נוזל מהבקבוקונים השונים.
      2. תוכנה כדי להמשיך דרך הפגנות (איור 6) שימוש בהתערבויות כפתור אחד (לדוגמא לחיצה אחת, במחשב הנייד).
   2. שליטה ידנית גיבוי
      1. להוסיף מלחציים שקופיות למתקן כדי לאפשר כמה שליטה ידנית על fluidics, אולי אם צינורות באופן בלתי צפוי צריכה להיות מנותק ולחברו מחדש במהלך טיסה.
      2. כוללים מגבוני ניקוי מספיקים בסעיף מתלה רצפה במקרה של דליפות בטיסה.
7. מוכנות טיסת הפרעה: מערכת מוכנה לכוחות אפשריים פתאומיים מטלטלים, רטט, או התנגשות נוסע בטיסה.
   1. ייצוב מערך
      1. החל אפוקסי ייבוש מהיר לרכיבים מיושרים הmisadjusted בקלות, במיוחד רכיבים אופטיים.
      2. החל אפוקסי כיתה התעשייתי על אפוקסי, מהיר היבש כמו גם להבטיח componen האחרTS צורך, כולל הקובץ המצורף מצלמת CCD לעינית המיקרוסקופ.
   2. בדיקות הפרעה פיזיות
      1. לנער מבנה תמיכת אסדה עם כל הרכיבים במקום.
      2. בדקו פונקציונלי רכיב בודד לאחר העמדת המתקן להפרעה, הרכיבים אופטיים במיוחד מיושרים.
   3. ניהול סיכונים נוסעים
      1. החל ריפוד קצף לאזורים (פינות, קצוות) של מבנה מעמד ציוד האנכי שעלולה לפגוע בנוסעי טיסה שדופק בטעות לתוך המתקן (איור 4C).
      2. ריפוד מאובטח עם סרט דביק שחור.

2. הפגנת הכנה ולוגיסטיקה

1. בזמן הטיסה ותפקיד משימות צוות הקרקע
   1. הקצאת מפעיל מתקן (ים) לבצע שתי התקנת מתקן והידות על הפעולות בזמן הטיסה. ידיים על מפעילים יכולות לדמיין הטובות ביותר כאשר התקנת מתקן תושלם.
   2. הקצאת קורא SOP לקרוא SOP בקול רם במהלך אימון ובטיסה. תהליך קריאת SOP במהלך אימון עשוי לזהות בימוי מביך או בעיתוי גרוע.
   3. הקצאת תמיכת קרקע לביצוע הכנת מדגם וכל משימות תכשיר אחרות לא ישירות לערב את האסדה, מזעור נטל זמן על מפעילי מתקן.
2. נוהל עבודה רגיל של פיתוח ראשוני (SOP)
   1. כתוב את כל הצעדים כדי לשלב שלפני טיסה (יום לפני ובוקר לפני), בטיסה, ונהלים שלאחר טיסה-שימוש בציוד וחומרים שרק יהיה זמין במיקום טיסה. בלוק 5 עד 10 דקות של טיסת מטוס רמה עשוי להיות זמין לנוהלי התקנה ברגע האחרון לפני parabolas מתחיל או באמצע הדרך כמטוס מסתובב.
   2. הקצאת הליכי ניסוי בטיסה למספרים ייעודיים של parabolas, וציינה כי parabolas צפוי להיות מופרד חלקית דרך לאפשר למטוס להסתובב ולחזור לנחיתהאתר, ושקבוצה אחרת יכולה לבקש המטוס ליישר אמצע ניסוי-או פחות parabolas יכול שיוטס מהצפוי.
   3. להרות נהלי הפגנה כדי למזער את סיכון סיכון ביולוגי מעבר לבלימה אפקטיבית, הימנעות דגימות ביולוגיות בפועל במידת האפשר. לנצל צבע מזון כחול מהול בחרוזי ניאון ספירה (1D איור) כחלופה לדם במהלך הפגנת מטעין מדגם.
3. הכשרת הפגנה
   1. נקבע לוח אימונים מספיק כדי לשנות באופן מלא ולשפר את SOP, כמו גם להפיק נתונים בקרת קרקע יסודיים כדי להשוות עם נתוני טיסה.
   2. לאחר ביצוע SOP לפני הטיסה, "לנעול" את הכרכרה לחדר כדי לדמות את החוויה בטיסה, חיתוך גישה לכלים או חומרי קרקע. לאימונים אפילו מחמירים יותר, לסמן את קטע רצפת עמידה בממדים שהוקצו שיהיו זמינים בטיסה ^32.
   3. במהלך אימון, מעקב דואר SOPxactly, ולהשתמש בשעון עצר כדי להודיע ​​20-30 parabolas שניות, המציין כניסה ויציאה של כוח משיכה מופחת, כמו גם הפסקת פרבולה באמצע טיסה.
   4. לשלב כתיבת נהלים סופיות ללוחות זמנים בפועל יום טיסה, חלוקת הפעילות טרום הטיסה "בין היום של טיסה ויום לפני הטיסה.
   5. רכבת להתרחשויות בטיסה בלתי צפויות ובכלל זה כוחות פתאומיים שפגע באסדה או המטוס פתאום מתיישרת באמצע ניסוי.
   6. stabilities מבחן של דגימות וריאגנטים כאשר נתון הפסקה ממושכת (שעות או יותר) בין הליכים שלפני טיסה ובטיסת פעילות. שים לב גם שטמפרטורות עשויות להיות גבוהות יותר באופן משמעותי במיקום טיסה.
   7. להכשיר אנשים רבים כמפעילים עיקריים כדי להפעיל את המכשיר בזמן הטיסה במומחיות. זה בלתי צפוי שיקבל חולה במהלך parabolas, ומשתמש מסוים עשוי להיות מושפע בטיסה אחת ולהיות חולה באחר.
4. ציוד קרקע ותמיכהחומרים
   1. להרכיב ארגז כלים לכלול רכיבי גיבוי וציוד דרושים לצורך תיקונים, ובכלל זה כלי יד, ציוד הלחמה, ודבק / אפוקסי בין פריטים רבים אחרים.
   2. לאסוף דגימה וכמויות מגיב מעבר למה שהוא מיועד לשימוש בטיסות הסדירות במקרה דחיית טיסה בלתי צפויה מתרחשת לאחר מדגם או מגיב כבר הוכן לטיסה.
5. משלוח
   1. (כלים, צנטריפוגות, pipets, מערבל מערבולת, אחרים) משלוח דרוש כדי להעביר את אסדת התקנה, ציוד קרקע ומתכלה (תאי דם, חומרים כימיים). ודא מספיק זמן כדי לקבל, לבדוק, להרכיב, וחומרת מבחן לקמפיין הטיסה.
   2. מתקן לשים בארגז מכל הצדדים, למעט תחתון באמצעות ניילון בועות. אסדת ספינה באמצעות תיבת ארגז עץ מותאם אישית, מצויד באופן פנימי עם כריות קצף וחומר הלם.
   3. ציוד ספינת התמיכה קרקע / כלים במכל או בחזה נוקשה.
   4. מתכלה ספינה ב 1 ב. מבודד עבהתיבת קצף, המכילה קרח יבש לפריטים טעונים אחסון -20 ° C וחבילה מגניב מקפיא לפריטים טעונים אחסון 4 ° C.
6. בדיקות לפני הטיסה
   בצע בדיקות טרום-טיסה במיקום הטיסה כדי לבדוק את הפונקציונליות של כל הרכיבים, כמה ימים לפני הטיסות.
   אסדות טיסה נשקלות ומנוף הועמס על המטוס, וסביר להניח להישאר על המטוס למשך שבוע הטיסה.

3. הפגנות בטיסה

הפגנות / ניסויים מתחלקים בין שני כינויי יום ("יום" ו- "היום ב '" בהמשך). היום מיועד להפגנת micromixing ויום ב 'מיועד להפגנות טעינת גילוי חלקיקים ומדגם.

1. הכנת מדגם קרקע להפגנות micromixer (יום א 'בלבד)
   1. למהול 3 מיליליטר צבע מזון כחול ל -12 מיליליטר 1x בופר פוספט (PBS).
   2. למהול 3 מיליליטר אני צובע מזון צהובn כדי 12 מיליליטר 1x PBS.
   3. הזנים 15 מיליליטר של תאי דם אדומים באופן מסחרי מטוהרים.
      זהירות: אין שיטות בדיקה יכולות בגלל להבטיח בודאות 100% העדר גורם מזהם, תמיד צריכים להיות מטופלים מוצרי אדם נגזר כסיכונים ביולוגיים.
   4. בקבוקונים טען מדגם (ראו שלב 3.3) עבור כל דגימה, בתוספת בקבוקון נוסף המכיל רק מי מלח.
2. הכנת מדגם קרקע להפגנה בלוק אופטית
   1. לשלב 60 μl חרוזים ספירת ניאון עם 14 מיליליטר 1x PBS (4.3 חרוזים / μl) עם Tween 1%. לטעון לתוך בקבוקון מדגם.
      התראה: טפל בכל הכימיקלים בזהירות ותוך שימוש בציוד מגן אישי (PPE).
   2. לדלל מדגם כולו דם של פי 100 50 אצבע מקל μl עם 1x PBS ולהוסיף SYTO 83 צבע ל[ סופי] = 5 מיקרומטר. קל מערבולת לערבב. דגירה של> 5 דקות בטמפרטורת חדר.
      זהירות: צבע 83 SYTO מומס בdimethylsulfoxiדה (DMSO), אשר נספג בקלות דרך העור. יכול להיות מעצבן לעיניים, מערכת נשימה ועור. ידית באמצעות PPE.
   3. מדגם תא צנטריפוגה (ב2,300 XG במשך 4 דקות), pipet את supernatant.
   4. לשטוף מדגם תא מוכתם על ידי הוספת 1 מיליליטר 1x PBS, צנטריפוגה ב2,300 XG במשך 4 pipetting דקות את supernatant. חזור עוד פעמיים.
   5. חזור נפח 15 מיליליטר עם 1x PBS עבור להגיע 1 סופי: דילול 500 פי מלאי מסחרי מקורי. תאי לחץ ועומס לתוך בקבוקון מדגם.
3. הכנת מדגם קרקע להפגנה מטעין מדגם (יום ב 'בלבד)
   1. הכן מתכלה נימים להפגנה מטעין מדגם על ידי חיתוך צינורות נימי מיקרו המטוקריט ל -15 מגזרי מ"מ בסכין גילוח.
   2. הכן מדגם להפגנה מטעין: מערבבים 250 חרוזים μl ניאון המניה עם צבע מזון 250 μl חי כחול (500 חרוזים / μl). צייר מדגם μl 250 לשני 1 מיליליטר מזרקים, כל אחד מצויד בne קצה קההedle שסגור בסרט דביק עם הקלטת חשמל.
4. לטעון בקבוקוני מקור נוזל
   1. החל סרעפת טרי, ללא אבקה לטקס לבקבוקון (חתך באצבע מכפפה מקובלת). ודא הסרעפת היא מספיק זמן כדי להרחיב את מקומת הבקבוקון ולקפל מעל השפה החיצונית העליונה. חלק את טבעת הבקבוקון מעל החלק המקופל.
   2. מניחים מהדק שקופיות זמני על צינורות לשקע כובע שימנע גירוש נוזלים במהלך החדרת כובע.
   3. לפני מילוי הבקבוקון, באופן שלילי על לחץ קבוע הבקבוקון עם מזרק כדי להרחיב את הסרעפת. יוצקים נוזל לראש הבקבוקון והכנס את הכובע בזווית כזו שלא נלכד אוויר מתחת לכובע במיקום כובע (כמה נוזל יישפך החוצה). בקצרה להסיר מהדק שקופיות ללחץ בצינור היציאה ושחרור ראש קורסת המופעל על ידי הסרעפת.
5. הכן הפגנות אסדה
   1. חבר ובדקו את כל חיבורי צינורות
   2. הוק בקבוקוני מקור למערכת. בקבוקונים להשתלב acry מותאם אישיתבעל בקבוקון Lic ולאבטח אותם עם ואטב וו-ולולאה.
   3. רוקן כל פסולת כלולה בבקבוקונים או פחים.
   4. בדוק את שטח כונן קשיח ותוכנת הפגנה מותאמת אישית הפעלה.
   5. בצע fluidics מערכת תחול הליך ספציפי לכל הפגנה.
   6. החלפה בסוללות חדשות לכל מכשיר המופעל באמצעות סוללות (לדוגמא, תאוצה).
   7. ידני לנער דגימות חלקיקי ניאון.
   8. הפעל ניסוי מבחן שלפני טיסה קצרה.
6. הימנע ממחלה-טיסה ב
   1. יש לקחת את תרופות ניתנות (scopolamine וdextroamphetamine, יעילות ובטוחות למניעת בחילה בנסיעות בטיסה)
   2. לב מומלץ אסטרטגיות מיצוב גוף בזמן הטיסה (למשל, לשכב על גב במהלך כובד מוגבר, עם גוף ישר והראש נטוי קדימה, ולאפשר לגוף לצוף בכוחות עצמו במהלך מעבר לכוח המשיכה מופחת). במידת האפשר, להשתמש בכמה parabolas מוקדם כדי להסתגל לשינויי כוח הכבידה.
   3. שמור את תיק נגיש בקלות בכיס קדמי פלסטיק קיא. הקאות יכולות להופיע בפתאומיות וללא שקדמו בחילה.
7. מפעילי אסדת עמדת פעם אחת בטיסה, מתקרבים למרחב האווירי פרבולה ייעודית. לספק מספיק מקום כדי לאפשר למפעילי אסדה לשכב בהפסקות גבוהות הכבידה ומאפשרים גישה לרצועת רגל. ברגע שparabolas להתחיל, אינו חלים כוחות חזקים בגוף במהלך כובד מופחת מכיוון שהדבר עלול לשלוח את הגוף מהר מדי ומסוכן במידה מה.
8. בצע הפגנת מיקסר microfluidic (יום א 'בלבד)
   1. ידני לנער בקבוקון דם לפני ריצת מבחן.
   2. מערבבים דם ומלח ביחס של 1: 1 ב1.5, 2, 3, 4, 5, ו -6 psi, לפחות 2 parabolas כל, הקלטת נתוני וידאו מסונכרן לקריאות אחרות.
   3. להזריק אוויר לתוך מפרצון מלוח כדי לבדוק אם מלכודת רצון ארכיטקטורת ערוץ בועה שעלולה למנוע ערבוב אופטימלי.
   4. לערבב צבעים מאכל כחולים וצהובים ב1.5, 2, 3, 4, 5, ו -6 psi לפחות 2parabolas כל, להקליט שוב ​​נתונים מסונכרנים.
   5. החל מלחציים שקופיות לfluidics מערכת כאשר סיימנו למניעת ייצור פסולת נוסף.
   6. בדקו את תקינות הנתונים לפני כיבוי אלקטרוניקה במקרה חוזר הדגמה נדרש.
9. לבצע בלוק אופטי והפגנות מטעין מדגם (יום ב 'בלבד)
   1. ידני לנער דגימות לפני ההפעלה.
   2. כונן חרוזים ספירת ניאון דרך הבלוק האופטי ל3 parabolas. מערכת סומק עם מי מלח לפרבולה לפחות 1 בין סוגי המדגם.
   3. חזור 3.9.2 לחלקיקי הידרוג'ל הניאון וWBCs.
   4. בדקו נתונים לכל ישויות חסרות, כי צריך להיות חוזרים ונשנים לפני שעברת להפגנת מטעין מדגם.
   5. להתחיל בהקלטת הפגנת מטעין מדגם באמצעות מקליט וידאו HD.
   6. כאשר המטוס נכנסת מופחת הכבידה, להשתמש במזרק מדגם למקום טיפה של תערובת צבע חרוז ספירה על אצבע כדי לדמות מדגם זין אצבע. השתמש בלא ריאלי ירידה גדולה (1D איור) כדי לבחון את הגבולות של שמירה על מדגם זין אצבע על אצבע בכוח המשיכה מופחתת.
   7. השתמש מתכלה נימים להרים מדגם (כ -10 μl) את האצבע והעומס למטעין נימים.
   8. נגב מדגם שנותר מאצבע באמצעות מגבונים כלולים באריזה.
   9. כונן מדגם לתוך מערכת אופטית לגילוי.
   10. בדיקה חוזרת מספר פעמים באמצעות מפעילים שונים.
   11. בדקו נתונים לכל ישויות חסרות, כי צריך להיות חוזרים ונשנים לפני כיבוי אלקטרוניקה.
10. כיבוי הודעה טיסה
    1. בזבוז ריק להיפטר כראוי באמצעות קיבול בלימה ביולוגית מסוכנת שכותרתו במידת צורך. פסולת מסוכנת עשויה לדרוש משלוח מחוץ למתקן המטוסים.
    2. ביסודיות מערכת סומק, באמצעות מזרק 5 מיליליטר עמוס מים כדי לספק ניקוי חזק. שסתומי ריקון קדימה ואחורה בכל 3 היציאות.
    3. נגב את כל בלגן באמצעות מגבוני אלכוהול.
    4. מערכת Reprime להפגנה הבאה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

תוצאות עבור נציג הפגנת micromixer מופיעות באיור 7, כפי שנצפו על ידי מצלמת CCD המצויד לסטראו. ערבוב ניתן להעריך מבחינה ויזואלית בכל נקודה לאורך הספירלה, כמו גם בערוץ היציאה לניסויים הכוללים שני סטים של נוזלים: דם / מלוח וצבע כחול / צהוב. ניתוח כמותי של התמונות דו-ממדיו...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

השיטה המתוארת כאן אפשרה הפגנה אפקטיבית של הרכיבים העיקריים טכנולוגיה (טעינת מדגם, ערבוב microfluidic, וזיהוי אופטי) במהלך 2010 הטיסות פרבוליות FAST, עם תוצאות דומות לבדיקת קרקע. שיטות אימון וSOP המתוארות כאן היו יעילות במיוחד, וסייעו להאיר כלים ורווחת קביים "אחרת לסמוך על הפג?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Micro air pump	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Max pressure = 6.76 psi; 1.301” x 0.394” x 0.650”, 0.28 oz (8 g); available direct from Smart Products
Differential pressure sensor	Honeywell International, Inc.	ASDX015D44R	Range  of  0-15 psi; 0.974" x 0.550" x 0.440", 0.09 oz (2.565 g); suppliers include Digi-Key and Mouser Electronics
Rigid plastic vial (small size)	Loritz & Associates, Inc.	55-05	Polystyrene; ID 0.81" (20.6 mm), IH 2.06" (52.4 mm); available direct from LA Container Inc.; similar product available from Dynalab Corp.
latex examination gloves	dynarex corporation	2337	Middle finger used for latex diaphragm in fluid source vial.  Other brands (e.g., Aurelia ®  Vibrant ™) acceptable.
Optical glue	Norland Products	NOA 88	Low outgassing adhesive; available direct from Norland; Also available from Edmund Optics Inc.
3-way solenoid valves	The LEE Company	LHDA0531115H	Gas valves, but can function with liquid; 1.29" L, 0.28" D.  Discontinued product.  Similar products available from The LEE Company.
Volumetric water flowmeter	OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Non-contacting flow rate meter strongly preferred.  We recommend SENSIRION LG16 OEM Liquid Flow Sensor for flow rates from nl/min up to 5 ml/min.
PCD-mini photon detector	Sensl	PCDMini-00100	For fluorescence detection; available direct from Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	3-demensional force detection.  Supplied to DMI by NASA.  Similar product available from Vernier Software & Technology, LLC.
Stereomicroscope	AmScope	SE305R-AZ-E
CCD Camera	Thorlabs	DCU223C	1,024 x 768 Resolution, Color, USB 2.0; available direct from Thorlabs
USB and Trigger Cable (In/Out) for CCD Camera	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Available direct from Thorlabs
Microbore tubing	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon®; ID 0.02", OD 0.06", 500 ft, 0.02" wall. Suppliers: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Hollow steel pins	New England Small Tube	(Custom)	0.025" OD, 0.017" ID, 0.500” L, stainless steel tube, type 304, cut, deburred, passivated; enable microbore tubing connections, chip tubing connections
Slide clamp	World Precision Instruments, Inc.	14042	Available direct from World Precision Instruments
Leur adaptor pieces	World Precision Instruments, Inc.	14011	Available direct from World Precision Instruments
Silicon wafer	Addison Engineering, Inc.		6" diameter; for SU-8 mold fabrication
Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer curing agent	Dow Corning	3097358-1004	Supplier: Global Industrial SLP, LLC
Needle (23 gauge), bevel tip	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Ultra thin wall; 23 G x 1.5"; 22 G also usable; suppliers: Careforde, Inc.,  Port City Medical
Dispensing needle (23 gauge), blunt tip	CML Supply	901-23-100	23 G x 1";  available from CML Supply
Cover glass	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ noncorrosive borosilicate glass; for PDMS chip cover; 24 x 60 mm; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Vacuum pump	Mountain	MTN8407	For degassing PDMS; supplier:  Ryder System, Inc.
Vacuum chamber	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene™ Transparent Polycarbonate; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Plasma cleaner	Harrick Plasma	PDC-32G
Hand magnifier	Mitutoyo	183-131	Use in reverse direction to enable viewing at ~15".
Ethanol	CAROLINA	861283	For chip cleaning. Dilute to 70% using millipore water.
Water purification system	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Available direct from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Optomechanical translation mounts	Thorlabs	K6X	6-Axis Kinematic Optic Mount; discontinued product; new product (K6XS) available direct from Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop running Windows 7
Laptop tray (spring loaded)	National Products, INC.	RAM-234-3	RAM Tough-Tray™. Can accommodate 10 to 16 inch wide laptops.
USB splitter	Connectland Technology Limited	3401167
USB Data Acquisition Cards (8 analog input, 12 digital I/O)	National Instruments	NI USB-6008	12-Bit, 10 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ
USB Data Acquisition Cards (16 analog input, 32 digital I/O)	National Instruments	NI USB-6216	16-Bit, 400 kS/s Isolated M Series MIO DAQ, Bus-Powered
Control/acquisition Software	National Instruments	LabVIEW 2009	Custom coded National Instruments (NI) LabVIEW
3D Solid Modeling Software	Dassault Systèmes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
2D Modeling Software	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Vertical equipment rack	(NASA provided)	N/A
Solid aluminum optical breadboard	Thorlabs	MB2424	24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Taps; available direct from Thorlabs
Industrial grade steel and hardener	The J-B Weld Company		J-B Weld Steel Reinforced Epoxy Glue
Micro-hematocrit capillary	Fisher Scientific	22-362-574	inner diamter 1.1 to 1.2 mm
1 ml syringes	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; supplier: Grainger, Inc.
Human red blood cells	Innovative Research	IPLA-WB3	Tested and found negative by supplier for: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag or HIV 1-NAT, ALT, and syphilis by FDA-Approved Methods.  Because no test methods can guarantee with 100% certainty the absence of an infectious agent, human derived products should be handled as suggested in the U.S. Department of Health and Human Services Manual on BIOSAFETY IN MICROBIOLOGICAL AND BIOMEDICAL LABORATORIES, FOR POTENTIALLY INFECTIOUS HUMAN SERUM OR BLOOD SPECIMENS
Phosphate buffered saline concentrate	P5493	SIGMA	10x; diluted to 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Centrifuge	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Swing-Out 8-place Centrifuge.  Available through authorized dealers.  Other centrifuges available direct from LW Scientific.
HD video recorder	Sony	MHS-CM5
Orange fluorescent nucleic acid stain	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Orange Fluorescent Nucleic Acid Stain.  Stored in DMSO solvent. Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required.
Fluorescent counting beads	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Absolute Counting Beads.  Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required.