מחקר זה מומן על ידי משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) Water Power Technologies Office. מחקרי המעבדה נערכו במעבדה הלאומית פסיפיק נורת'ווסט (Pacific Northwest National Laboratory), המופעלת על ידי באטל עבור משרד האנרגיה תחת חוזה DE-AC05-76RL01830.

1. אנקפסולציה חומצית/בסיסית
<ol><li>ערבבו יחס של 1:2 לפי משקל של H 2, C, 2, O4 (חומצה אוקסלית) ו-NaHCO3 (סודיום ביקרבונט) בכוס ערבוב (ראו טבלת חומרים). אם תערובת האבקה על בסיס חומצה מתגבשת, טחנו אותה באמצעות מכתש ומזיק (איור 1A).</li>
	<li>אחזר את הקפסולות הצמחיות בגודל 3 ואת מכונת מילוי הקפסולות החצי-אוטומטית כדי להתחיל בתהליך (ראה טבלת חומרים).</li>
	<li>הניחו את יריעת המכסה שטוחה על משטח נקי ויבש. יישרו את גיליון האנקפסולציה על גבי גיליון המכסה באמצעות היתדות השחורות כדי לקבע אותו כראוי במקומו (איור 1B).</li>
	<li>יש להפריד בין החלק העליון והתחתון של הקפסולה, אלא אם כן משתמשים בכמוסות מופרדות מראש. גודל #3 כמוסות צמחיות, כאשר סגור, יש ממדים כוללים של 15.9 מ"מ אורך, 5.57 מ"מ בקוטר חיצוני (OD), 0.30 מ"ל בנפח, ולשקול 47 מ"ג.</li>
	<li>שפכו את צמרות הקפסולה לתוך יריעת האנקפסולציה (איור 1C). נערו בעדינות את הצמרות לתוך החורים בתנועה סיבובית. תוך כדי כך, כסו את הרווח בדופן יריעת האנקפסולציה ביד אחת או במפזר אבקה כדי למנוע שפיכת החלק העליון (איור 1D).<ol><li>לאחר מילוי החורים, מזגו את עודפי הקפסולה לכוס נקייה (איור 1E). זהו כל קפסולה הפוכה והפכו אותה (איור 1F). ודא שכל הקפסולות פונות לכיוון הנכון בגיליון המכסה. חשוב להקפיד על כיוון נכון, שכן יישור לא נכון עלול לגרום לכך שחלק עליון של הקפסולה לא יתחבר כראוי עם תחתיות הקפסולה.</li>
	</ol></li>
	<li>הסר את גיליון האנקפסולציה והניחו בצד את גיליון המכסה המלא.</li>
	<li>הוציאו את הגוף או את הסדין "התחתון". הניחו אותו על משטח נקי, יבש ושטוח. קבע את גיליון האנקפסולציה לגיליון התחתון, והבטח יישור נכון על-ידי ניצול היתדות השחורות כדי למקם אותו כראוי במקומו.</li>
	<li>יוצקים את תחתיות הקפסולה לתוך יריעת האנקפסולציה ומנערים כבעבר בתנועה סיבובית כדי למלא את החורים. יוצקים את עודפי תחתיות הקפסולה. זהה תחתיות קפסולה הפוכות והפוך אותן.</li>
	<li>הסר את גיליון האנקפסולציה מהגיליון התחתון והנח אותו בצד.</li>
	<li>שפכו את תערובת אבקת החומצה/הבסיס על היריעה התחתונה המלאה (איור 1G). השתמשו במפזר פלסטיק כדי למלא את תחתית הקפסולה באבקה (איור 1H). בדקו שכל תחתיות הקפסולה מלאות (איור 1I). יש להסיר אבקת חומצה/בסיס שאינה בשימוש.</li>
	<li>הניחו את גיליון המכסה על משטח ישר ומקמו את היריעה האמצעית למעלה, יישרו אותה עם היתדות השחורות כדי להבטיח התאמה נכונה. הקפד ליישר את כל צמרות הקפסולה עם החורים המתאימים בסדין האמצעי.</li>
	<li>הפוך את גיליון המכסה עם הגיליון האמצעי המודבק ויישר אותו עם הגיליון התחתון הממולא (איור 1J).</li>
	<li>לחצו בעדינות כלפי מטה על יריעת המכסה באופן שווה מכל הצדדים כדי לחבר את החלק העליון והתחתון, והתאימו את שני צידי הקפסולה יחד (איור 1K).</li>
	<li>הסר את גיליון המכסה ואת הגיליון האמצעי מהגיליון התחתון. בשלב זה, תחתיות הקפסולה והחלק העליון צריכים להיות מחוברים כראוי יחד.<ol><li>ודא שכל קפסולה עליונה ותחתונה מצוידות היטב; אם לא, לחץ ידנית על הקפסולה העליונה והתחתונה יחד כדי ליצור התאמה הדוקה. הסירו את הכמוסות המלאות והניחו אותן בכלי אטום וניתן לאטימה (איור 1L). הערה: לטיפול בטוח, חיוני שהמשתמשים ילבשו ציוד מגן אישי (PPE) והגנה על הפנים. יש להבטיח אוורור נאות ולנקוט אמצעי זהירות כדי למנוע בליעה, שאיפה ומגע עם החומר על העור, העיניים או הבגדים. בנוסף, חשוב למנוע היווצרות אבק. למידע מפורט בנוגע לבטיחות, עיין בגיליון נתוני הבטיחות (SDS) עבור חומצה אוקסלית וסודיום ביקרבונט. כדי לשמור על שלמות כמוסות החומצה/בסיס, מומלץ לאחסן אותן הרחק מאור שמש ישיר ומלחות גבוהה. יש לאחסן את הכמוסות שאינן בשימוש בכלי אטום ואטום. כל עוד הכמוסות נשמרות יבשות וללא לחות, ניתן להשתמש בהן ביעילות כדי להבטיח פונקציונליות אופטימלית.</li>
	</ol></li>
</ol>2. ייצור פקקי סיליקון
<ol><li>באמצעות מדפסת תלת-ממד למידול התכה (FDM) (ראה טבלת חומרים), הדפס לוח תבנית באמצעות קובץ STL המסופק בקובץ משלים 1.</li>
	<li>הניחו סרט אריזה שקוף בצד התחתון של צלחת התבנית, כך שכל פתח יהיה אטום (איור 2A).</li>
	<li>ערבבו יחס של 1:1 לפי משקל (למשל, 50 גרם כל אחד מחלק א' וחלק ב') של חומר תבנית הסיליקון הזמין מסחרית לכוס ערבוב (ראו טבלת חומרים). בעזרת כף חד פעמית מערבבים היטב את התרכובת הכימית במשך כ-5 דקות, או עד לקבלת אחידות.</li>
	<li>מניחים את צלחת התבנית עם סרט האריזה על פיסת נייר. הנייר יתפוס כל שפיכת סיליקון פוטנציאלית מצלחת התבנית.</li>
	<li>התחילו לשפוך את תערובת הסיליקון לתוך כל חור פקק, וודאו שכולם מלאים (איור 2B). השתמשו במכבש גומי כדי לפזר את הסיליקון לתוך כל חור פקק (איור 2C). מוציאים את שאריות תערובת הסיליקון מפני השטח של צלחת התבנית.</li>
	<li>תנו לפקקי הגומי להתייבש במשך 4 שעות. אחרי שווידאתם שהפקקים נרפאו לגמרי (למשל, תערובת הסיליקון התייבשה והתקשתה לחלוטין), הסירו את הסרט מהחלק האחורי של צלחת התבנית (איור 2D), ואז התחילו למשוך את הפקקים החוצה מהתבנית (איור 2E).</li>
	<li>הסירו את עודפי הסיליקון המחוברים לפקקים (איור 2F).</li>
</ol>3. הרכבת תגי בלון
<ol><li>הכניסו בזהירות את כלי הפירסינג (למשל, פיק שיניים ישר) לתוך פקק הסיליקון (איור 3A) (ראו טבלת חומרים). הכניסו את כלי הפירסינג למחט מזרק 15G ולאחר מכן הסירו את כלי הפירסינג מפקק הסיליקון, והשאירו רק את מחט 15G בפנים (איור 3B). כלי הפירסינג ייצור חריץ בתוך פקק הסיליקון מבלי לחתוך או להסיר חומר כלשהו.</li>
	<li>חתכו חתיכה של חוט דיג במשקל 50 ליברות (ראו טבלת חומרים) לאורך של 150 מ"מ. הכניסו את חוט הדיג דרך מחט מזרק 15G לתוך פקק הסיליקון (איור 3C).<ol><li>בזמן שאתם מחזיקים בזהירות את הפקק ואת חוט הדיג יחד, הסירו את מחט המזרק 15G מגוף הפקק, והשאירו את חוט הדיג בתוך הפקק (איור 3D). ודאו שאורך חוט הדיג אחיד משני צידי הפקק.</li>
	</ol></li>
	<li>הכניסו שתי כמוסות מלאות חומצה/אבקת בסיס לבלון לטקס (איור 3E) (ראו טבלת חומרים). הרחיבו את פתח הבלון באמצעות כלי הרחבת הגומייה (כלומר, צבת גומייה לסירוס) ולאחר מכן הכניסו בזהירות פקק סיליקון אחד לפתח הבלון (איור 3F), תוך השארת שני הקצוות של חוט הדיג מחוץ לבלון.</li>
	<li>הניחו שני אורינגים (רוחב 1.6 מ"מ, מזהה 8.1 מ"מ, ראו טבלת חומרים) על כלי הרחבת הגומייה והרחיבו אותם. הכניסו את צוואר בלון הלטקס דרך שתי טבעות ה-O המורחבות (איור 3G). משכו בזהירות את שתי טבעות ה-O מכלי הרחבת הגומיות, והשאירו אותן כרוכות בחוזקה סביב צוואר הבלון, במרכז הפקק (איור 3H).</li>
</ol>4. חיבור תג בלון לכובעי דגים של חיישן
<ol><li>הכניסו קצה אחד של קו הדיג דרך אחד החורים הקטנים בכובע הדג (ראו טבלת חומרים) והעבירו אותו דרך החור הגדול במרכז הכובע (איור 4A).</li>
	<li>קשרו את שני קצוות קו הדיג זה לזה, והשאירו כ-13 עד 26 מ"מ בין החלק העליון של הכובע לבסיס הבלון. השתמש בארבעה קשרים ידניים זה על גבי זה בעת קשירת חוט הדיג.</li>
	<li>השאירו את חוט הדיג הנוסף מחובר, מאחר שחיתוך קרוב מדי לקשר עלול לגרום לקשר להתפרק (איור 4B).</li>
	<li>בדוק את הקשר על ידי אחיזת חוט הדיג בכל צד של הקשר עם האצבעות ומשיכה חזקה ככל האפשר. היזהרו שלא להתקרב יותר מדי לבלון, מכיוון שהוא עלול לקרוע את חוט הדיג שלא במתכוון דרך פקק הגומי.</li>
</ol>

אופטימיזציה של הרכבת תגי בלון לשחזור דגי חיישן ודגים חיים

<ol>
	<li>Uria-Martinez, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=U.S.+Hydropower+Market+Report.">U.S. Hydropower Market Report.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2021).</li><li>Kao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+stream-reach+development:+a+comprehensive+assessment+of+hydropower+energy+potential+in+the+United+States.">New stream-reach development: a comprehensive assessment of hydropower energy potential in the United States.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2014).</li><li>Martinez, J. J., Deng, Z. D., Mueller, R., Titzler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+the+biological+performance+of+a+Francis+turbine+retrofitted+with+a+modular+guide+vane.">In situ characterization of the biological performance of a Francis turbine retrofitted with a modular guide vane.</a> Applied Energy. 276, 115492 (2020).</li><li>&#268;ada, G. l. e. n. n. . F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+advanced+hydroelectric+turbines+to+improve+fish+passage+survival.">The development of advanced hydroelectric turbines to improve fish passage survival.</a> Fisheries. 26, 14-23 (2001).</li><li>Tuononen, E. I., Cooke, S. J., Timusk, E. R., Smokorowski, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extent+of+injury+and+mortality+arising+from+entrainment+of+fish+through+a+Very+Low+Head+hydropower+turbine+in+central+Ontario,+Canada.">Extent of injury and mortality arising from entrainment of fish through a Very Low Head hydropower turbine in central Ontario, Canada.</a> Hydrobiologia. 849, 407-420 (2020).</li><li>Deng, Z., Carlson, T. J., Duncan, J. P., Richmond, M. C., Dauble, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+an+autonomous+sensor+to+evaluate+the+biological+performance+of+the+advanced+turbine+at+Wanapum+Dam.">Use of an autonomous sensor to evaluate the biological performance of the advanced turbine at Wanapum Dam.</a> Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2, 053104 (2010).</li><li>Martinez, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydraulic+and+biological+characterization+of+a+large+Kaplan+turbine.">Hydraulic and biological characterization of a large Kaplan turbine.</a> Renewable energy. 131, 240-249 (2019).</li><li>Zhiqun Deng, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Six-degree-of-freedom+sensor+fish+design+and+instrumentation.">Six-degree-of-freedom sensor fish design and instrumentation.</a> 7, 3399-3415 (2007).</li><li>Deng, Z. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+implementation+of+a+new+autonomous+sensor+fish+to+support+advanced+hydropower+development.">Design and implementation of a new autonomous sensor fish to support advanced hydropower development.</a> Review of Scientific Instruments. 85, 115001 (2014).</li><li>Deng, Y., Jia, Y., Haoran, L. <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+ionicity+and+chain+structure+on+the+physicochemical+properties+of+protic+ionic+liquids.">Effects of ionicity and chain structure on the physicochemical properties of protic ionic liquids.</a> AIChE Journal. 66 (10), e16982 (2020).</li><li>Salalila, A., Deng, Z. D., Martinez, J. J., Lu, J., Baumgartner, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+fish-friendly+self-cleaning+horizontal+irrigation+screen+using+autonomous+sensors.">Evaluation of a fish-friendly self-cleaning horizontal irrigation screen using autonomous sensors.</a> Marine and Freshwater Research. 70, 1274-1283 (2019).</li><li>Martinez, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+turbine+hydraulic+environment+to+support+development+of+fish-friendly+hydropower+guidelines+in+the+lower+Mekong+River+region.">In situ characterization of turbine hydraulic environment to support development of fish-friendly hydropower guidelines in the lower Mekong River region.</a> Ecological engineering. 133, 88-97 (2019).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., D'Allesandro, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+technique+for+assessing+fish+passage+survival+at+hydro+power+stations.">A new technique for assessing fish passage survival at hydro power stations.</a> International Atomic Energy Agency. , (1993).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., Rineer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+reliable+tag-recapture+technique+for+estimating+turbine+passage+survival:+application+to+young-of-the-year+American+shad+(Alosa+sapidissima).">A reliable tag-recapture technique for estimating turbine passage survival: application to young-of-the-year American shad (Alosa sapidissima).</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 49 (9), 1826-1834 (1992).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Euston, E. T., Skalski, J. R., Hays, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine+passage+survival+estimation+for+chinook+salmon+smolts+(Oncorhynchus+tshawytscha)+at+a+large+dam+on+the+Columbia+River.">Turbine passage survival estimation for chinook salmon smolts (Oncorhynchus tshawytscha) at a large dam on the Columbia River.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 53 (3), 542-549 (1996).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Robinson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine-passage+mortality+of+juvenile+American+shad+at+a+low-head+hydroelectric+dam.">Turbine-passage mortality of juvenile American shad at a low-head hydroelectric dam.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 123 (1), 108-111 (1994).</li><li>Watson, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safe+passage+of+American+Eels+through+a+novel+hydropower+turbine.">Safe passage of American Eels through a novel hydropower turbine.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 151, 711-724 (2022).</li><li>Al-Tabakha, M. o. a. w. i. a. . M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+capsule+shell+composition+on+the+performance+indicators+of+hypromellose+capsule+in+comparison+to+hard+gelatin+capsules.">Influence of capsule shell composition on the performance indicators of hypromellose capsule in comparison to hard gelatin capsules.</a> Drug Development and Industrial Pharmacy. 41 (10), 1726-1737 (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydropower+Vision.">Hydropower Vision.</a> U.S. Department of Energy. , (2016).</li><li>Duncan, J. o. a. n. n. e. . P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+and+ecological+evaluation+of+a+fish-friendly+surface+spillway.">Physical and ecological evaluation of a fish-friendly surface spillway.</a> Ecological Engineering. 110, 107-116 (2018).</li><li>Trumbo, B. r. a. d. l. y. . A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+hydroturbine+pressures+to+enhance+salmon+passage+survival+and+recovery.">Improving hydroturbine pressures to enhance salmon passage survival and recovery.</a> Reviews in fish biology and fisheries. 24, 955-965 (2014).</li><li>Pohanish, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sittig's handbook of toxic and hazardous chemicals and carcinogens. , (2017).</li><li>U.S. Food and Drug Administration. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> CFR - Code of Federal Regulations Title 21. , (1994).</li></ol>

למחברים אין ניגודי עניינים.

מחקר זה הגיע למסקנה כי תגי בלון של שלוש קפסולות שהוזרקו עם 5 מ"ל מים בטמפרטורה של 18.3 מעלות צלזיוס היו בעלי זמן ניפוח התחלה איטי יותר ונפח גדול יותר באופן עקבי בהשוואה לתגי בלון של שתי קפסולות וארבע קפסולות. כאשר הוזרקו לתגי הבלון מים בטמפרטורה של 12.7 מעלות צלזיוס, הנפח הממוצע היה קטן יותר, וזמ...

כוח מים הוא משאב אנרגיה מתחדשת משמעותי ברחבי העולם. בארצות הברית, אנרגיה הידרואלקטרית תורמת כ-38% או 274 TWh של חשמל המופק ממקורות מתחדשים1 ויש לה פוטנציאל להוסיף כ-460 TWh בשנה2. עם זאת, ככל שפיתוח כוח המים גדל, חששות לגבי פגיעה ותמותה של דגים במהלך מעבר הידראולי הפכו לחשובים ביותר3. מנגנונים שונים תורמים לפציעות דגים במהלך המעבר, כולל דקומפרסיה מהירה (ברוטראומה), לחץ גזירה, מערבולות, מכות, קוויטציה ושחיקה4. למרות שלמנגנוני פגיעה אלה עשויה שלא להיות השפעה מיידית על מצבם הכללי של הדגים, הם יכולים להפוך אותם לפגיעים יותר למחלות, זיהומים פטרייתיים, טפילים וטריפה5. בנוסף, פגיעות פיזיות ישירות כתוצאה מהתנגשויות עם טורבינות או מבנים הידראוליים אחרים יכולות להוביל לתמותה משמעותית, תוך הדגשת החשיבות של הפחתת סיכונים אלה בפיתוח כוח מים.
אחת השיטות הנפוצות ביותר להערכת תנאי מעבר דגים היא שחרור דגי חיישן ודגים חיים דרך מבנים הידראוליים 6,7. דג החיישן הוא מכשיר אוטונומי שנועד לחקור את התנאים הפיזיים שדגים חווים במהלך מעבר דרך מבנים הידראוליים, כולל טורבינות, מברצים וחלופות עוקפות סכר 8,9. מצויד במד תאוצה תלת-ממדי, גירוסקופ תלת-ממדי, חיישן טמפרטורה וחיישן לחץ9, דג החיישן מספק נתונים חשובים על תנאי מעבר הדגים.
תגי בלונים, שהם בלונים המתנפחים מעצמם ומחוברים חיצונית לדגי חיישן ולדגים חיים, מסייעים בהתאוששותם לאחר שעברו דרך מבנים הידראוליים. תגי הבלון מורכבים מקפסולות מתמוססות המלאות בכימיקלים מחוללי גז (למשל, חומצה אוקסלית וסודיום ביקרבונט), פקק סיליקון וקו דיג. לפני הפריסה מוזרקים מים דרך פקק הסיליקון לתוך הבלון. המים ממיסים את הקפסולות הצמחיות, ומעוררים תגובה כימית המייצרת גז המנפח את הבלון. בתגובת נטרול זו, נתרן ביקרבונט, בסיס חלש, וחומצה אוקסלית, חומצה חלשה, מגיבים ליצירת פחמן דו חמצני, מים ונתרן אוקסלט10. התגובה הכימית מסופקת להלן:
2NaHCO3+ H 2 C2O 4 → 2CO 2 + 2H2O + Na 2 C2O4
הבלון המנופח מגביר את הציפה של דגי החיישן והדגים החיים, ומאפשר להם לצוף על פני המים להתאוששות קלה יותר.
מספר תגי הבלון הנדרשים כדי להשיג הנפקה ולהקל על שליפת דגימה (למשל, דג חיישן או דג חי) עשוי להשתנות בהתאם למאפייני הנפח והמסה של הדגימה. ניתן להתאים את משך ניפוח תג הבלון על ידי הזרקת מים בטמפרטורות שונות. מים קרים יותר יגדילו את זמן הניפוח, בעוד מים חמים יותר יפחיתו אותו. תגי בלונים הופעלו בהצלחה במקומות שונים, כולל מסך האיכרים, מבנה אופקי ייחודי של דגים שטוחים ופסולת בהוד ריבר, אורגון11, וטורבינת פרנסיס בסכר נאם נגום ברפובליקה הדמוקרטית העממיתשל לאוס 12. דוגמה נוספת לתג בלון זמין מסחרית היא Hi-Z Turb'N Tag13,14. תג Hi-Z Turb'N מאפשר לכוונן את זמן הניפוח בין 2 דקות ל-60 דקות, בהתאם לטמפרטורת המים המוזרקת13. טכנולוגיה זו שימשה במחקרי דגים באתרי שדה רבים, כולל מחקרים שכללו סמולט סלמון צ'ינוק ששוחרר בסכר Rocky Reach על נהר קולומביה ושאד אמריקאי צעיר בסכר מפלי האדלי על נהר קונטיקט15,16. שתי הטכנולוגיות משתמשות בתגובות כימיות על בסיס חומצה כדי לנפח את תגי הבלון להתאוששות.
שיטה זו מציעה חסכוניות ופשטות בייצור, עם עלות חומר משוערת של 0.50 דולר בלבד לבלון. כפי שמתואר כאן, תהליך הייצור קל לביצוע, מה שהופך את ייצור תגי הבלון לנגיש לכל אחד.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printed Silicone Stopper Plate</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARC800 Sensor Fish</td>
			<td>ATS</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDM 3D printer</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual Capsule Filler Machine CN-400CL (Size #3)</td>
			<td>Capsulcn</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mold Star 15 SLOW</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil-Resistant Buna-N O-Ring</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>SN: 9262K141</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxalic Acid, 98%, Anhydrous Powder (C2H2O4)&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>CAS: 144-62-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber Band Expansion Tool</td>
			<td>iplusmile</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Separated Vegetable Cellulose Capsules (Size #3)</td>
			<td>Capsule Connection</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smiley Face YoYo Latex balloon</td>
			<td>YoYo Balloons, Etc.</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Bicarbonate Powder (CHNaO3)&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>CAS: 144-55-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectra Fiber Braided Fishing Line (50 lbs.)</td>
			<td>Power Pro</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

balloon tag manufacturing technique for sensor fish and live fish recovery

דגים עלולים לחוות פציעות ותמותה כאשר הם עוברים דרך מסועים הידראוליים בסכרים הידרואלקטריים, גם אם מסועים אלה מתוכננים להיות ידידותיים לדגים, כגון מערכות מעקפים במורד הזרם, מברצים מותאמים וטורבינות. השיטות העיקריות המשמשות לחקר תנאי מעבר דגים במבנים הידראוליים כוללות בדיקות ישירות באתרן באמצעות טכנולוגיית Sensor Fish ודגים חיים. נתוני דגי חיישן מסייעים לזהות גורמי עקה פיזיים ואת מיקומם בסביבת מעבר הדגים, בעוד שדגים חיים מוערכים עבור פציעות ותמותה. תגי בלון, שהם בלונים המתנפחים מעצמם המחוברים חיצונית לדגי חיישן ולדגים חיים, מסייעים בהתאוששותם לאחר שעברו דרך מבנים הידראוליים.
מאמר זה מתמקד בפיתוח תגי בלון עם מספר משתנה של כמוסות על בסיס ירקות נמסות המכילות תערובת של חומצה אוקסלית, אבקות סודיום ביקרבונט ומים בשתי טמפרטורות שונות. המחקר שלנו קבע כי תגי בלון עם שלוש כמוסות, שהוזרקו להם 5 מ"ל מים בטמפרטורה של 18.3 מעלות צלזיוס, השיגו באופן עקבי את נפח הבלון הרצוי. תגים אלה היו בעלי נפח ניפוח ממוצע של 114 ס"מ 3 עם סטיית תקן של 1.2 ס"מ3. בין תגי הבלון שהוזרקו למים ב -18.3 מעלות צלזיוס, נצפה כי לתגי הבלון של שתי קפסולות לקח את הזמן הארוך ביותר להגיע לאינפלציה מלאה. בנוסף, תגי הבלון בעלי ארבע הקפסולות הדגימו זמן התחלה מהיר יותר של ניפוח, בעוד שתגי הבלון בעלי שלוש הקפסולות הדגימו זמן התחלה מהיר יותר של דפלציה. בסך הכל, גישה זו הוכחה כיעילה לאימות הביצועים של טכנולוגיות חדשות, שיפור תכנון הטורבינות וקבלת החלטות תפעוליות לשיפור תנאי מעבר הדגים. הוא משמש כלי רב ערך למחקר והערכות שטח, ומסייע בחידוד התכנון והתפעול של מבנים הידראוליים.

Hydropower is a significant renewable energy resource worldwide. In the United States, hydropower contributes an estimated 38% or 274 TWh of electricity generated from renewable sources1 and has the potential to add approximately 460 TWh per year2. However, as hydropower development increases, concerns about fish injury and mortality during hydraulic passage have become paramount3. Various mechanisms contribute to fish injuries during passage, including rapid decompression (barotrauma), shear stress, turbulence, strikes, cavitation, and grinding4. Although these injury mechanisms may not have an immediate impact on the overall condition of the fish, they can render them more vulnerable to diseases, fungal infections, parasites, and predation5. Additionally, direct physical injuries resulting from collisions with turbines or other hydraulic structures can lead to significant mortality, emphasizing the importance of mitigating these risks in hydropower development.
One of the most common methods for evaluating fish passage conditions is releasing Sensor Fish and live fish through hydraulic structures6,7. The Sensor Fish is an autonomous device designed to study the physical conditions that fish experience during passage through hydraulic structures, including turbines, spillways, and dam bypass alternatives8,9. Equipped with a 3D accelerometer, 3D gyroscope, temperature sensor, and pressure sensor9, the Sensor Fish provides valuable data on fish passage conditions.
Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, assist in their recovery after passing through hydraulic structures. The balloon tags consist of dissolvable capsules filled with gas-generating chemicals (e.g., oxalic acid and sodium bicarbonate), a silicone stopper, and a fishing line. Prior to deployment, water is injected through the silicone stopper into the balloon. The water dissolves the vegetable-based capsules, triggering a chemical reaction that produces gas&#160;inflating the balloon. In this neutralization reaction, sodium bicarbonate, a weak base, and oxalic acid, a weak acid, react to form carbon dioxide, water, and sodium oxalate10. The chemical reaction is provided below:
2NaHCO3+ H2C2O4 &#8594; 2CO2 + 2H2O + Na2C2O4
The inflated balloon increases the buoyancy of the Sensor Fish and live fish, enabling them to float on&#160;the water surface for easier recovery.
The number of balloon tags required to achieve flotation and facilitate the retrieval of a sample (e.g., Sensor Fish or live fish) may vary based on the volume and mass characteristics of the sample. The duration of balloon tag inflation can be adjusted by injecting water at different temperatures. Colder water will increase the inflation time, while warmer water will decrease it. Balloon tags have been successfully employed in various locations, including the Farmers Screen, a unique horizontal, flat-plate fish and debris screen structure in Hood River, Oregon11, and a Francis turbine at Nam Ngum Dam in the Lao People&#39;s Democratic Republic12. Another commercially available balloon tag example is the Hi-Z Turb&#39;N Tag13,14. The Hi-Z Turb&#39;N Tag allows inflation time to be adjusted between 2 min and 60 min, depending on the injected water temperature13. This technology has been used in fish studies at many field sites, including studies involving Chinook salmon smolts released at Rocky Reach Dam on the Columbia River and juvenile American shad at Hadley Falls Dam on the Connecticut River15,16. Both technologies utilize acid-base&#160;chemical reactions to inflate the balloon tags for recovery.
This method offers cost-effectiveness and simplicity in manufacturing, with an estimated material cost of only $0.50 per balloon. As described here, the manufacturing process is easy to follow, making balloon tag production accessible to anyone.

מחבר זרקור: פיתוח תגי בלונים חסכוניים וניתנים להתאמה אישית למחקרי מעבר דגים 

טכניקת ייצור תגי בלון לשחזור דגי חיישן ודגים חיים

This research focuses on developing and evaluating cost-effective balloon tags for fish passage studies and hydraulic structures. Our aim is to assess the effectiveness of different balloon tag configurations for the recovery of sensor fish and live fish after they pass through these hydraulic structures. The balloon tag protocol we developed offer a cost effectiveness, customizability, and adjustable inflation times.It is a low-cost solution for large scale studies with limited budgets. It helps to understand the impact of hydraulic structures on fish and can be tailored to different species and environments. We have developed a cost-effective balloon tag manufacturing process.This will enhance our understanding of balloon tag performances under different conditions, enabling tailored testing and facilitating environmental impact assessments for developing and operating fish-friendly hydropower systems.

נערך מחקר לקביעת השיטות האופטימליות לייצור תגי בלון, תוך התמקדות בנפח ובטמפרטורה של המים המוזרקים לבלון. המחקר בחן פרמטרים שונים של תשומות, לרבות זמן התחלת אינפלציה, זמן אינפלציה מלא, זמן התחלת דפלציה ונפח הבלון באינפלציה מלאה. המחקר נערך ליד שולחן עם טמפרטורת סביבה של 21 מעלות צלזיוס.
<p c...

Watch this Scientific Journal Video about Developing Cost-Effective and Customizable Balloon Tags for Fish Passage Studies at JoVE.com

מוצג פרוטוקול לתכנון וייצור תגי בלון לשחזור דגי חיישן ודגים חיים, המאפשר להעריך את מצבם הפיזי ואת ביצועיהם הביולוגיים במבנים הידראוליים. השיטה ממטבת את ביצועי תג הבלון על ידי התחשבות בגורמים כגון נפח הבלון, זמני ניפוח/דפלציה, בחירת רכיבים ומאפייני המים המוזרקים.

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be ...

מחקר זה מתמקד בפיתוח והערכה של תגי בלונים חסכוניים עבור מחקרי מעבר דגים ומבנים הידראוליים. מטרתנו היא להעריך את היעילות של תצורות תג בלון שונות להתאוששות של דגי חיישן ודגים חיים לאחר שהם עוברים דרך מבנים הידראוליים אלה. פרוטוקול תג הבלון שפיתחנו מציע יחס עלות-תועלת, התאמה אישית וזמני אינפלציה הניתנים לכוונון.זהו פתרון זול למחקרים בקנה מידה גדול עם תקציבים מוגבלים. זה עוזר להבין את ההשפעה של מבנים הידראוליים על דגים וניתן להתאים אותו למינים וסביבות שונות. פיתחנו תהליך ייצור תגי בלון חסכוני.זה ישפר את ההבנה שלנו של ביצועי תגי בלונים בתנאים שונים, יאפשר בדיקות מותאמות אישית ויקל על תסקירי השפעה על הסביבה לפיתוח והפעלה של מערכות כוח הידרואלקטרי ידידותיות לדגים.

balloon-tag-manufacturing-technique-for-sensor-fish-live-fish

Research

JoVE Journal

Engineering

Balloon Tag Manufacturing Technique for Sensor Fish and Live Fish Recovery

1.1K Views.  Pacific Northwest National Laboratory. מחקר זה מתמקד בפיתוח והערכה של תגי בלונים חסכוניים עבור מחקרי מעבר דגים ומבנים הידראוליים. מטרתנו היא להעריך את היעילות של תצורות תג בלון שונות להתאוששות של דגי חיישן ודגים חיים לאחר שהם עוברים דרך מבנים הידראוליים אלה. פרוטוקול תג הבלון שפיתחנו מציע יחס עלות-תועלת, התאמה ?...

Video: מחבר זרקור: פיתוח תגי בלונים חסכוניים וניתנים להתאמה אישית למחקרי מעבר דגים 

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be fish-friendly, such as downstream bypass systems, modified spillways&#160;and turbines. The main methods used to study fish passage conditions in hydraulic structures involve direct, in situ testing using Sensor Fish technology and live fish. Sensor Fish data helps identify physical stressors and their locations in the fish passage environment, while live fish are assessed for injuries and mortality. Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, aid in their recovery after passing through hydraulic structures.
This article focuses on the development of balloon tags with varying numbers of dissolvable, vegetable-based capsules containing a mixture of oxalic acid, sodium bicarbonate powders, and water at two different temperatures. Our research determined that balloon tags with three capsules, injected with 5 mL of water at 18.3 &#176;C, consistently achieved the desired balloon volume. These tags had a mean inflation volume of 114 cm3 with a standard deviation of 1.2 cm3. Among the balloon tags injected with water at 18.3 &#176;C, it was observed that the two-capsule balloon tags took the longest time to reach full inflation. In addition, the four-capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time, while the three-capsule balloon tags demonstrated a faster deflation start time. Overall, this approach proves to be effective for validating the performance of new technologies, improving turbine design, and making operational decisions to enhance fish passage conditions. It serves as a valuable tool for research and field evaluations, aiding in the refinement of both the design and operation of hydraulic structures.

A protocol is presented for designing and manufacturing balloon tags to recover Sensor Fish and live fish, allowing assessment of their physical condition and biological performance in hydraulic structures. The method optimizes balloon tag performance by considering factors such as balloon volume, inflation/deflation times, component selection, and the characteristics of the injected water.

Acid/Base Encapsulation for Balloon Tag Assembly

To begin, in a mixing cup, combine oxalic acid and sodium bicarbonate, maintaining a weight ratio of one to two. If the acid-based powder mix becomes crystalline, grind it into a fine powder using a mortar and pestle. To fill the capsules using a semi-automatic capsule filling machine, place the cap sheet on a clean, dry surface.Align the encapsulation sheet over the cap sheet. Separate the capsule tops and bottoms unless using pre-separated capsules. Pour the capsule tops into the encapsulation sheet and shake the sheet gently in a circular motion to fill the holes with the tops.Collect the leftover capsule tops in a clean cup. Detach the encapsulation sheet from the completely filled cap sheet and keep the cap sheet aside. Identify and flip the capsule tops that are upside down.Next, place the body or bottom sheet on a clean, dry, flat surface. Fix the encapsulation sheet to the bottom sheet and secure the alignment with the black pegs. Pour the cap bottoms onto the encapsulation sheet and shake as described previously to fill all the holes.Then pour off the excess capsule bottoms from the sheet. Remove the encapsulation sheet from the filled bottom sheet. Flip any capsule bottoms found upside down.Now, disperse the acid base powder mixture onto the filled bottom sheet. Using a plastic spreader, fill the capsule bottoms with the powder. After positioning the filled cap sheet on a flat surface, mount the middle sheet on its top.Invert the cap sheet affixed to the middle sheet on the filled bottom sheet, ensuring a proper mutual alignment. Press gently, but equally on all sides of the cap sheet to join and fit the tops and bottoms of the capsules. Then remove the cap sheet and the middle sheet from the bottom sheet, leaving the capsule tops and bottoms joined.Check each capsule to ensure its top and bottom are fitted tightly. If not, manually press and tighten the top and bottom together. Finally, transfer the filled capsules to an airtight sealable container.

אנקפסולציה חומצית/בסיסית להרכבת תגי בלון

Manufacturing Silicone Stopper for Balloon Tag Assembly

To begin, mix both commercial silicone mold material components in a mixing cup, maintaining a one-to-one weight ratio. Stir thoroughly with a disposable spoon for about five minutes until the mixture becomes uniform in appearance. Then position the 3D-printed mold plate fitted with packing tape over a sheet of paper.Pour the silicone mixture into each stopper hole, ensuring all the holes are filled. Using a rubber squeegee, spread the silicone evenly into each stopper hole before clearing any leftover silicone. Leave the rubber stoppers to dry for four hours.Once the stoppers have fully cured as indicated by the complete drying and hardening of the silicone mixture, take off the tape from the back of the mold plate and pull the stoppers out of the mold. Finally, clean any surplus silicone attached to the stoppers.

ייצור פקק סיליקון להרכבת תגי בלון

Balloon Tag Assembly and Attachment to Sensor Fish Caps

To begin the balloon tag assembly, carefully insert the piercing tool into the silicone stopper. Then insert the piercing tool attached to the stopper into a 15 gauge syringe needle. After that, remove the piercing tool from the silicone stopper leaving only the needle embedded in the stopper.Cut a six inch piece from a 50 pound fishing line. Insert the fishing line piece into the silicone stopper through the 15 gauge needle. While holding the stopper and the fishing line together, carefully retract the needle from the stopper leaving the fishing line inside the stopper.Next, insert two acid-based powder filled capsules into a latex balloon. Using a rubber band expansion tool like a castration band plier, gently expand the balloon opening. Then carefully insert one silicone stopper into the balloon opening, making sure to keep the two ends of the fishing line outside the balloon.Place two O-rings onto the rubber band expansion tool and expand them. Push the neck of the latex balloon through the two expanded O-rings. Carefully pull the two O-rings away from the rubber band expansion tool leaving them tightly wrapped around the balloon's neck centered on the stopper.Insert one end of the fishing line through one of the small holes in the sensor fish cap and pull it through the large hole at the center. Tie both ends of the fishing line together leaving a 0.5 to one inch gap from the top of the cap to the balloon base. Keep the extra fishing line attached as cutting it too close to a knot might cause it to untie.Studying the average inflation time for balloon tags with different volumes of water at two different temperatures revealed that full inflation occurred faster when using water at 18.3 degrees Celsius as compared to 12.7 degrees Celsius. A slower dissolution of the capsules at lower temperatures caused delayed inflation. Among the tested conditions, the three capsule balloon tags injected with five milliliters of water at 18.3 degrees Celsius exhibited consistent size with a mean volume of 114 cubic centimeters.At 18.3 degrees Celsius, the four capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time. However, the full inflation times for the two capsule and four capsule balloon tags were nearly identical. The three capsule balloon tag began deflating first followed by the four capsule, and finally, the two capsule balloon tags.