Gli autori ringraziano Stratasys (Rehovot, Israele) per la stampa tridimensionale del dispositivo. Siamo grati a Microdyne-Nadir (Germania) per i campioni di membrana. Questa ricerca è stata sostenuta da The Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) per CJA

1. Progettazione e Realizzazione del Sistema Microfluidic test <ol><li> Progettare dispositivo microfluidico in due parti: una parte superiore e una parte inferiore (Figura 1) in un programma CAD. </li><li> Iniziare a fare la parte inferiore utilizzando lo strumento rettangolo per disegnare un 40 mm di 60 mm rettangolo. </li><li> A un angolo con lo strumento cerchio creare un cerchio di 6,2 millimetri di diametro centrato 10 mm dai bordi. Con lo strumento sagoma lineare replicare i fori attraverso il rettangolo con spaziatura 20 mm per un totale di 6 fori. </li><li> Utilizzando lo strumento filetto di raccordare i rettangoli con un raggio di 1 mm. </li><li> Estrudere la parte mm 10 con lo strumento Estrusione. </li><li> Nel centro della faccia superiore, con lo strumento rettangolo creare un rettangolo 30 mm di 1 mm e con lo strumento estrusione cut 0,2 mm per il canale di flusso. </li><li> Utilizzando lo strumento cerchio un cerchio diametro di 1 mm all&#39;estremità del canale di flusso. Poi, con lo strumento linea costruire un percorso che collega il cerchio al più vicino40 mm di mm faccia 10, tra cui un raggio di 4 mm fornito con lo strumento filetto. Fare un taglio lungo questo percorso con lo strumento di taglio spazzato. </li><li> Con lo strumento cerchio creare un cerchio di diametro 3,9 millimetri al centro del percorso di flusso e tagliare 8 mm con lo strumento Estrusione taglio per consentire raccordi. </li><li> Ripetere le fasi 1.7 e 1.8 per il lato opposto del canale di flusso. </li><li> Con la parte superiore ripetere i passi 1.2-1.5. Poi, nel centro della faccia superiore creare un canale permeato utilizzando lo strumento rettangolo per creare un rettangolo di 30 mm di 1 mm e tagliare 0,5 millimetri utilizzando lo strumento Estrusione taglio. </li><li> Utilizzare lo strumento cerchio per fare un cerchio 1 mm con centro nel permeato canale 5 mm dal termine. Con lo strumento linea costruire un percorso che collega il cerchio per uno dei 1 cm di 6 cm volti: un raggio di 4 mm in con lo strumento filetto. Fare un taglio lungo il tracciato con lo strumento taglio spazzato. </li><li> Con lo strumento cerchio creare ulteriore cerchio del diametro di 3,9 millimetri con il suo centro sul percorso permeato e tagliare 8 mm con l&#39;exTrude strumento tagliato. </li><li> Alle parti primi 40 mm bordi, con lo strumento rettangolo, creare rettangoli di 40 mm di 5 mm l&#39;aggiunta di 4 millimetri raggi con lo strumento di raccordo. Utilizzare lo strumento estrusione per estrudere 3 mm verso il basso per le maniglie. </li><li> parti con una stampante multi-materiale fotopolimero 3-D utilizzando un polimero trasparente rigido, compresi 0,05 mm ricopertura con un polimero gommoso morbido sulla faccia di ogni parte che contiene il canale. Utilizzare protocollo standard, calibrazione e le impostazioni del produttore. </li><li> Tap fili (M5) in avanzamento, retentato e permeare orifizi. Utilizzare il nastro idraulico per il collegamento da 1/8 &quot;raccordi al feed e retentato e 1/16&quot; raccordi per il permeato. </li><li> Collegare i dispositivi microfluidici per pompare, valvole, trasduttori di pressione e regolatore di contropressione con 1/8 &quot;tubi (Figura 2). </li><li> Collegare 0,45 micron filtri per ingresso tubi. </li><li> Scarico permeare al flussometro e bicchieri sui saldi con 1/16 &quot;di tubazione. </li><li&gt; allegare servo a rotazione continua a contropressione regolatore con viti e servo standard per valvola a 3 vie con tie-wire. </li><li> Collegare servi e alimentazione servo scudo. </li><li> Collegare trasduttore di pressione, interruttori e servo scudo al microcontrollore. </li><li> Collegare microcontrollore, saldi, flussometro e la pompa ad un PC per la registrazione dei dati e il controllo del sistema. </li><li> Configurare i saldi per stampare i dati alla loro porta seriale. </li></ol> 2. Preparare Membrane da testare <ol><li> Tagliare membrane a 40 mm x 8 mm. </li><li> Mettere a bagno in acqua ultrapura membrane (3 x 10 min) con ultrasuoni. </li><li> Poi immergere le membrane in 50/50 ultrapura acqua / etanolo per 1 ora. </li><li> Lavare le membrane con acqua ultrapura e conservare in acqua ultrapura a 4 ° C. 8 </li></ol> 3. Preparare le soluzioni di prova ai nanofiltrazione Membrane <ol><li> Aggiungere 500 ml di acqua ultrapura per una beuta. Quindi aggiungere 0,04 g di BSA und 0,29 g di NaCl. </li><li> Aggiungere 500 ml di acqua ultrapura per una beuta separata. Quindi aggiungere 0,6 g di MgSO 4. </li><li> Aggiungere 500 ml di acqua ultrapura per una terza beuta. Quindi aggiungere 0,29 g di NaCl. </li><li> Inserire mescolare bar in ogni pallone e mettere palloni su lastre mescolare. Mescolare per 5 min a 500 rpm. </li></ol> 4. Eseguire un esperimento nanofiltrazione Incrostazioni Nota: eseguire l&#39;esperimento a temperatura ambiente (circa 24 ° C). Innanzitutto configurare il sistema per misurare una singola membrana da valvole di chiusura a scorrere cellule non collegate al flussometro. <ol><li> Inserire il tubo di aspirazione di una pompa nel serbatoio acqua ultrapura e l&#39;altro tubo di ingresso nella soluzione 4 MgSO (Figura 2). </li><li> Utilizzare una siringa per aspirare acqua e MgSO 4 soluzione attraverso il tubo in modo da eliminare tutte le bolle d&#39;aria nel sistema. </li><li> Inserire una membrana di nanofiltrazione sulla parte inferiore della cella di flusso, con illato attivo verso il canale di alimentazione, e posto sulla parte superiore della cella di flusso. </li><li> Fissare dadi a mano e poi stringere in modo uniforme con una chiave in modo da minimizzare le perdite. </li><li> Selezionare l&#39;acqua ultrapura con il selettore serbatoio. </li><li> Impostare portata della pompa a 2 ml / min e avviare la pompa. </li><li> Regolare il regolatore di pressione a 4 bar. </li><li> Impostare parametri sperimentali per passare serbatoi ogni 45 minuti a partire dal serbatoio dell&#39;acqua. </li><li> Impostare l&#39;interruttore serbatoio per l&#39;auto, e iniziare a sperimentare. </li><li> A 60 min raccogliere MgSO 4 permeato in un tubo per il prossimo 30 min. </li><li> A 91 min sostituire MgSO 4 pallone con pallone contenente la soluzione di BSA e NaCl. </li><li> Fermare rapidamente pompa e utilizzare una siringa per disegnare soluzione BSA attraverso il tubo di ingresso per rimuovere MgSO 4 avanzi in tubo. Quindi avviare di nuovo la pompa. </li><li> A 150 min raccogli BSA permeare in un tubo per il prossimo 30 min. </li><li> Dopo 225 minuti, spegnere il sistema e rimuovere nano<html> filtrazione a membrana dalla cella di flusso. </li><li> Utilizzando una siringa, scovare tubo di ingresso soluzione di prova con acqua ultrapura. </li><li> Ripetere i passaggi 4,1-4,15 per ogni membrana aggiuntiva testata. </li><li> Per NaCl solo test, ripetere i passaggi 4,1-4,10, e 4,14-4,16 sostituzione soluzione MgSO 4 con soluzione di NaCl e termina l&#39;esperimento dopo 90 minuti, invece di 225 min. </li></ol> 5. Calcolare Salt Rifiuto di nanofiltrazione Membrane <ol><li> Risciacquare elettrodi della cella di prova potenziostato acqua ultrapura. </li><li> Con una pipetta, deposito di 5 ml di MgSO 4 soluzione sulla elettrodi delle celle di prova. </li><li> Resistenza record della soluzione. </li><li> Ripetere i passaggi 5.1-5.3 quattro volte di più e calcolare il valore medio. </li><li> Ripetere i passaggi 5.1-5.4 per il NaCl e soluzioni BSA / NaCl e per ciascun permeano soluzione raccolta. </li><li> Calcola il rifiuto del sale con l&#39;equazione 1: 6eq1.jpg &quot;/&gt; dove Ω s è la resistenza della soluzione campione e Ω p è la resistenza del permeato. La resistenza è inversamente proporzionale alla conducibilità di una soluzione, che è direttamente correlata alla concentrazione del sale. </li></ol> 6. Preparare la soluzione da testare con membrane di ultrafiltrazione <ol><li> Aggiungere 1 L di acqua ultrapura a 4 L becher. Quindi aggiungere 0,32 g di BSA. </li><li> Inserire ancoretta in bicchiere e posto su un piatto mescolare. Mescolare per 5 min a 500 rpm. </li><li> Aggiungere ulteriore 3 L di acqua ultrapura al bicchiere e mescolare ancora per 5 min a 500 giri al minuto. </li></ol> 7. Eseguire un esperimento ultrafiltrazione Incrostazioni Nota: eseguire un esperimento a temperatura ambiente (circa 24 ° C). In primo luogo configurare il sistema per misurare 4 membrane in parallelo con l&#39;apertura di tutte le valvole a scorrere le cellule. <ol><li> Mettere tubo di ingresso una pompa nel serbatoio acqua ultrapura e altri tubo di ingresso in thsoluzione e BSA (Figura 2). </li><li> Utilizzare una siringa per aspirare l&#39;acqua e la soluzione BSA attraverso il tubo in modo da eliminare tutte le bolle d&#39;aria nel sistema. </li><li> Inserire membrane di ultrafiltrazione sulla parte inferiore delle celle di flusso, con i lati attivi verso canali di alimentazione, e chiudere le celle con i migliori metà del dispositivo microfluidico. </li><li> noci Fissare a mano, poi stringere in modo uniforme con una chiave. serraggio improprio può portare a perdite di acqua. </li><li> Selezionare acqua ultrapura con interruttore serbatoio. </li><li> Impostare portata della pompa di 8 ml / min e avviare la pompa. </li><li> Regolare il regolatore di pressione di 0,4 bar. </li><li> Monitorare i valori di flusso di membrane con software di acquisizione dati secondo il protocollo del produttore. </li><li> Regolare il regolatore di pressione fino a quando il flusso medio è di 200 LMH ± 10%. </li><li> Sostituire membrana individuale se il flusso non è 200 LMH ± 20%. </li><li> Immettere i parametri run sperimentali. In primo luogo selezionare il RESE acqua ultrapurarvoir per 60 minuti con un flusso costante di 200 ± 20 LMH. Quindi, selezionare il serbatoio BSA per 420 min con comando manuale del regolatore di pressione. Infine, selezionare il serbatoio di acqua ultrapura per 15 min con comando manuale del regolatore di pressione per il sistema a filo alla fine dell&#39;esperimento. </li><li> Impostare l&#39;interruttore serbatoio per l&#39;auto, e iniziare a sperimentare. </li><li> Dopo il completamento di esecuzione, spegnere il sistema e rimuovere le membrane da celle di flusso. </li><li> Con una siringa, tubo di ingresso della pompa a filo con acqua ultrapura. </li></ol>

<ol>
	<li>Guo, W., Ngo, H. -. H., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mini-review+on+membrane+fouling.">A mini-review on membrane fouling.</a> Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).</li><li>Fane, A. G., Fell, C. J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+fouling+and+fouling+control+in+ultrafiltration.">A review of fouling and fouling control in ultrafiltration.</a> Desalination. 62, 117-136 (1987).</li><li>Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+interactions+and+fouling+of+NF+and+RO+membranes:+a+review.">Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review.</a> Adv. colloid interfac. 164 (1-2), 126-143 (2011).</li><li>De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membranes+and+microfluidics:+a+review.">Membranes and microfluidics: a review.</a> Lab on a chip. 6 (9), 1125-1139 (2006).</li><li>Haas, R., Gutman, 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=Glycosphingolipids+Enhance+Bacterial+Attachment+and+Fouling+of+Nanofiltration+Membranes.">Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes.</a> Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).</li><li>Nabe, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+polysulfone+ultrafiltration+membranes+and+fouling+by+BSA+solutions.">Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions.</a> J. Membr. Sci. 133 (1), 57-72 (1997).</li><li>Ang, W., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+(BSA)+fouling+of+reverse+osmosis+membranes:+Implications+for+wastewater+reclamation.">Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation.</a> J. Membr. Sci. 296 (1-2), 83-92 (2007).</li><li>Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+dense+membranes+using+radical+graft+polymerization+enhanced+by+monomer+filtration.">Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration.</a> Langmuir. 26 (14), 12358-12365 (2010).</li><li>Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+NF/RO+separation:+Cell+design,+performance+and+application.">Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application.</a> J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).</li><li>Kaufman, Y., 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=Towards+supported+bolaamphiphile+membranes+for+water+filtration:+Roles+of+lipid+and+substrate.">Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate.</a> J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Questo protocollo descrive la progettazione di un dispositivo a flusso incrociato microfluidica tridimensionalmente stampato per il test di membrane nanofiltrazione e ultrafiltrazione. Recentemente, abbiamo dimostrato il successo di una variante di questo protocollo con membrana di nanofiltrazione condizionata e incrostazioni con glicosfingolipidi e lipopolisaccaridi e le differenze di prestazioni membrana con successiva iniezione di coltura batterica. 5 Le future applicazioni che impiegano questa tecnica pot...

<html> Tecnologia a membrana è parte integrante di processi industriali e altri che richiedono la separazione dei soluti da una soluzione in massa, tuttavia, intasamento delle membrane è una sfida continua. 1 Esempi comuni dove intasamento delle membrane avviene includere l&#39;uso di membrane di ultrafiltrazione per la separazione basata dimensioni delle acque reflue, 2 e sottili membrane film composito per la separazione di ioni e soluti più grandi da acqua salmastra o acqua di mare. 3 indicazioni caratteristiche di sporcamento includono un aumento della pressione transmembrana e un calo di flusso. Questo diminuisce la produttività della membrana e riduce la sua vita a causa protocolli di pulizia chimici o altri. Pertanto le prestazioni della membrana è un buon indicatore per valutare incrostazioni e capire i meccanismi e gli effetti di sporcamento, biofouling e formazione di biofilm sulle membrane. Inoltre, la valutazione delle prestazioni è importante nella progettazione o modifica di nuove membrane. EFT &quot;&gt; L&#39;interesse per l&#39;impiego di membrane in dispositivi microfluidici è cresciuta negli ultimi dieci anni. 4 Recentemente abbiamo studiato l&#39;effetto dei componenti microbica lipopolisaccaride, e glicosfingolipide sulla sporcamento della superficie di una membrana di nanofiltrazione, e la successiva suscettibilità della superficie condizionato a microbica allegato. 5 un dispositivo a flusso incrociato microfluidica è stato utilizzato per valutare le prestazioni delle membrane nanofiltrazione. Questo ha permesso l&#39;uso di componenti speciali lipidici non commerciale disponibile solo in piccole quantità per fouling superficie della membrana poiché la superficie della membrana era piccola. Le dimensioni del sistema ha consentito l&#39;uso efficiente dei materiali di membrana e bassi volumi di soluzioni. In questo protocollo, si descrive la progettazione e la fabbricazione del dispositivo a microfluidi per valutare le prestazioni della membrana, e delineano l&#39;inserimento del dispositivo in un sistema di flusso di pressione. Dimostrazione del dispositivo è indicato da testing le prestazioni delle membrane di ultrafiltrazione e membrane da nanofiltrazione utilizzando un modello imbrattante, BSA. 6,7

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="915">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">BSA</td>
			<td style="width:148px;">SIGMA-ALDRICH</td>
			<td style="width:143px;">A6003</td>
			<td style="width:383px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaCl</td>
			<td>DAEJUNG</td>
			<td>7548-4100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">MgSO4</td>
			<td>EMSURE</td>
			<td>1058861000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NF Membrane</td>
			<td>Filmtec</td>
			<td>NF200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">30 kDa UF Membrane</td>
			<td>MICRODYN NADIR</td>
			<td>UH030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">50 kDa UF Membrane</td>
			<td>MICRODYN NADIR</td>
			<td>UH050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pressure Transducer</td>
			<td>Midas</td>
			<td>43006711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ball Valves</td>
			<td>AV-RF</td>
			<td>Q91SA-PN6.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3-way Valve</td>
			<td>iLife Medical Devices</td>
			<td>902.071</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pressure Regulator</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>KCB1G0A2A5P20000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Flow-meter</td>
			<td>Bronkhorst</td>
			<td>L01-AGD-99-0-70S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Balances</td>
			<td>MRC</td>
			<td>BBA-1200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pump</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td style="width:143px;">EW-00354-JI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/8&#34; Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06605-27</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/16&#34; Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06407-41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/16&#34; Fittings</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-30486-70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/8&#34; Fittings</td>
			<td>Kiowa</td>
			<td>QSM-B-M5-3-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microcontroller</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>50</td>
			<td>Arduino UNO R3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Continuous Rotation Servo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>154</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Standard Servo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>1142</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Power Supply</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>658</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Servo Shield</td>
			<td>SainSmart</td>
			<td>20-011-905</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Switches</td>
			<td>Parts Express</td>
			<td>060-376</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.45 Micron Filters</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>SLHV033RS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potentiostat</td>
			<td>Gamry</td>
			<td>PCI4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sonicator</td>
			<td>MRC</td>
			<td>DC-150H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Connex 3D Printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>Objet Connex</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Veroclear&#160;</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>RGD810&#160;</td>
			<td>transparent polymer for printing flow cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tangoblack-plus</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>FLX980</td>
			<td>soft rubbery polymer for gasket layers on flow cell</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensionally printed microfluidic cross-flow system for ultrafiltration/nanofiltration membrane performance testing

Minimizzazione e gestione di sporcamento membrana è una sfida formidabile in diversi processi industriali e altre pratiche che utilizzano la tecnologia a membrana. Capire il processo di formazione di incrostazioni potrebbe portare a ottimizzazione e una maggiore efficienza della filtrazione su membrana. Qui mostriamo la progettazione e la fabbricazione di un-dimensionalmente tre (3-D) sistema automatizzato stampato microfluidica flusso incrociato filtrazione che può testare fino a 4 membrane in parallelo. Le cellule microfluidici sono stati stampati usando multimateriale fotopolimero tecnologia di stampa 3-D, che ha usato un polimero rigido trasparente per il corpo cellulare microfluidica e incorporato un sottile strato di polimero gommoso, che impedisce fuoriuscite durante il funzionamento. Le prestazioni di ultrafiltrazione (UF), e le membrane nanofiltrazione (NF) sono stati testati e sporcamento della membrana potrebbero essere osservate con un modello imbrattante albumina sierica bovina (BSA). Le soluzioni mangimi contenenti BSA hanno mostrato flusso declino della membrana. Questo protocollo può essere estendereEd per misurare incrostazioni o biofouling con molte altre soluzioni organiche, inorganiche o microbici che contiene. Il design microfluidica è particolarmente vantaggioso per i materiali di prova che sono costose o disponibili solo in piccole quantità, per esempio polisaccaridi, proteine ​​o lipidi a causa della piccola superficie della membrana in fase di test. Questo sistema modulare può essere facilmente ampliato per alta test di throughput delle membrane.

Le celle di flusso microfluidica stati progettati utilizzando un programma CAD e stampato usando un fotopolimero multimateriale tridimensionale (3-D) della stampante. Questa cella è stata progettata in due parti, in modo che le membrane possono essere facilmente inseriti e rimossi dal dispositivo (Figura 1). Ogni parte era 1 cm di spessore, stampata da un disco, chiara polimero per l&#39;integrità strutturale, ei lati verso la membrana fosse ricoperto con uno strato molto sottile 50 micron di polimero...

Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing at JoVE.com

Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Progettazione e fabbricazione di una tridimensionalmente (3-D) stampata sistema di filtrazione tangenziale microfluidico è dimostrata. Il sistema è utilizzato per testare le prestazioni e osservare incrostazioni di ultrafiltrazione e nanofiltrazione (film sottile composito) membrane.

Tridimensionalmente stampato Microfluidic sistema a flusso incrociato per ultrafiltrazione / nanofiltrazione membrana Performance Testing

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

three-dimensionally-printed-microfluidic-cross-flow-system-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.2K Views.  Ben-Gurion University of the Negev, Sede-Boqer Campus.  Progettazione e fabbricazione di una tridimensionalmente (3-D) stampata sistema di filtrazione tangenziale microfluidico è dimostrata. Il sistema è utilizzato per testare le prestazioni e osservare incrostazioni di ultrafiltrazione e nanofiltrazione (film sottile composito) membrane. 

Video: Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Ricerca

Bioingegneria

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

A major challenge for cell-based therapy is the inability to systemically target a large quantity of viable cells with high efficiency to tissues of interest following intravenous or intraarterial infusion. Consequently, increasing cell homing is currently studied as a strategy to improve cell therapy. Cell rolling on the vascular endothelium is an important step in the process of cell homing and can be probed in-vitro using a parallel plate flow chamber (PPFC). However, this is an extremely tedious, low throughput assay, with poorly controlled flow conditions. Instead, we used a multi-well plate microfluidic system that enables study of cellular rolling properties in a higher throughput under precisely controlled, physiologically relevant shear flow1,2. In this paper, we show how the rolling properties of HL-60 (human promyelocytic leukemia) cells on P- and E-selectin-coated surfaces as well as on cell monolayer-coated surfaces can be readily examined. To better simulate inflammatory conditions, the microfluidic channel surface was coated with endothelial cells (ECs), which were then activated with tumor necrosis factor-&#945; (TNF-&#945;), significantly increasing interactions with HL-60 cells under dynamic conditions. The enhanced throughput and integrated multi-parameter software analysis platform, that permits rapid analysis of parameters such as rolling velocities and rolling path, are important advantages for assessing cell rolling properties in-vitro. Allowing rapid and accurate analysis of engineering approaches designed to impact cell rolling and homing, this platform may help advance exogenous cell-based therapy.

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

This study used a multi-well plate microfluidic system, significantly increasing throughput of cell rolling studies under physiologically relevant shear flow. Given the importance of cell rolling in the multi-step cell homing cascade and the importance of cell homing following systemic delivery of exogenous populations of cells in patients, this system offers potential as a screening platform to improve cell-based therapy.

Analisi sistematica delle<em&gt; In Vitro</em&gt; Cella rotolamento Utilizzando un piatto multi-ben Sistema Microfluidic

A major challenge for cell-based therapy is the inability to systemically target a large quantity of viable cells with high efficiency to tissues of ...

Luminescence Resonance Energy Transfer to Study Conformational Changes in Membrane Proteins Expressed in Mammalian Cells

Luminescence Resonance Energy Transfer, or LRET, is a powerful technique used to measure distances between two sites in proteins within the distance range of 10-100 &#197;. By measuring the distances under various ligated conditions, conformational changes of the protein can be easily assessed. With LRET, a lanthanide, most often chelated terbium, is used as the donor fluorophore, affording advantages such as a longer donor-only emission lifetime, the flexibility to use multiple acceptor fluorophores, and the opportunity to detect sensitized acceptor emission as an easy way to measure energy transfer without the risk of also detecting donor-only signal. Here, we describe a method to use LRET on membrane proteins expressed and assayed on the surface of intact mammalian cells. We introduce a protease cleavage site between the LRET fluorophore pair. After obtaining the original LRET signal, cleavage at that site removes the specific LRET signal from the protein of interest allowing us to quantitatively subtract the background signal that remains after cleavage. This method allows for more physiologically relevant measurements to be made without the need for purification of protein.

We describe here an improved Luminescence Resonance Energy Transfer (LRET) method where we introduce a protease cleavage site between the donor and acceptor fluorophore sites. This modification allows us to obtain specific LRET signals arising from membrane proteins of interest, allowing for the study of membrane proteins without protein purification.

Luminescence Resonance Energy Transfer allo Studio conformazionale Cambiamenti nella membrana proteine ​​espresse in cellule di mammifero

Luminescence Resonance Energy Transfer, or LRET, is a powerful technique used to measure distances between two sites in proteins within the distance range ...

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected within in vivo oral biofilms. Furthermore, a system that uses natural human saliva as the nutrient source, instead of artificial media, is particularly desirable in order to support the expression of cellular and biofilm-specific properties that mimic the in vivo communities. We describe a method for the development of multi-species oral biofilms that are comparable, with respect to species composition, to supragingival dental plaque, under conditions similar to the human oral cavity. Specifically, this methods article will describe how a commercially available microfluidic system can be adapted to facilitate the development of multi-species oral biofilms derived from and grown within pooled saliva. Furthermore, a description of how the system can be used in conjunction with a confocal laser scanning microscope to generate 3-D biofilm reconstructions for architectural and viability analyses will be presented. Given the broad diversity of microorganisms that grow within biofilms in the microfluidic system (including Streptococcus, Neisseria, Veillonella, Gemella, and Porphyromonas), a protocol will also be presented describing how to harvest the biofilm cells for further subculture&#160;or DNA extraction and analysis. The limits of both the microfluidic biofilm system and the current state-of-the-art data analyses will be addressed. Ultimately, it is envisioned that this article will provide a baseline technique that will improve the study of oral biofilms and aid in the development of additional technologies that can be integrated with the microfluidic platform.

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

The goal of this methods paper is to describe the use of a microfluidic system for the development of multi-species biofilms that contain species typically identified in human supragingival dental plaque.&#160;Methods to describe biofilm architecture, biofilm viability, and an approach to harvest biofilm for culture-dependent or culture-independent analyses are highlighted.

L&#39;uso di un high-throughput<em&gt; In Vitro</em&gt; Microfluidic sistema per sviluppare orale biofilm Multi-specie

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected ...

Robotic Production of Cancer Cell Spheroids with an Aqueous Two-phase System for Drug Testing

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing both mono-culture and co-culture spheroids in a high throughput 96-well plate format is described in this work. This approach utilizes an aqueous two-phase system to confine cells into a drop of the denser aqueous phase immersed within the second aqueous phase. The drop rests on the well surface and keeps cells in close proximity to form a single spheroid. This technology has been adapted to a robotic liquid handler to produce size-controlled spheroids and expedite the process of spheroid production for compound screening applications. Spheroids treated with a clinically-used drug show reduced cell viability with increase in the drug dose. The use of a standard micro-well plate for spheroid generation makes it straightforward to analyze viability of cancer cells of drug-treated spheroids with a micro-plate reader. This technology is straightforward to implement both robotically and with other liquid handling tools such as manual pipettes.

A protocol for robotic printing of cancer cell spheroids in a high throughput 96-well plate format using an aqueous two-phase system is presented.

Produzione robotica di Cancer Cell Spheroids con un sistema acquoso bifase per Drug Testing

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

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

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

Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

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

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality that shows great potential for both preclinical and clinical applications. Conventional optical parametric oscillator-based PAT (OPO-PAT) systems are bulky and expensive and cannot provide high-speed imaging. Recently, pulsed-laser diodes (PLDs) have been successfully demonstrated as an alternative excitation source for PAT. Pulsed-laser diode PAT (PLD-PAT) has been successfully demonstrated for high-speed imaging on photoacoustic phantoms and biological tissues. This work provides a visualized experimental protocol for in vivo brain imaging using PLD-PAT. The protocol includes the compact PLD-PAT system configuration and its description, animal preparation for brain imaging, and a typical experimental procedure for 2D cross-sectional rat brain imaging. The PLD-PAT system is compact and cost-effective and can provide high-speed, high-quality imaging. Brain images collected in vivo at various scan speeds are presented.

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

A compact pulsed-laser diode-based photoacoustic tomography (PLD-PAT) system for high-speed in vivo brain imaging in small animals is demonstrated.

Un sistema compatto di Tomografia Photoacoustico ad alte prestazioni per<em&gt; In Vivo</em&gt; Imaging cerebrale di piccole dimensioni

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality ...

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is fabricated. It is used to investigate the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump and to determine the reliability of the conduction pump when acetone is used as the working fluid. A testing platform is set up to evaluate conduction micropump performance under different conditions. When the chamber height is 0.2 mm, the pump pressure reaches its peak value.

This paper presents a protocol for the fabrication of a conduction micropump using symmetric planar electrodes on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) to test the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump.

Una piattaforma di test delle prestazioni per una conduzione Micropump con una piastra elettrodo rivestito di rame FR-4

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the flexural behavior of these LBBSs is important for understanding the origins of their remarkable mechanical functions.
We describe a protocol for performing three-point bending tests using a custom-built mechanical testing device that can measure forces ranging from 10-5 to 101 N and displacements ranging from 10-7 to 10-2 m. The primary advantage of this mechanical testing device is that the force and displacement capacities can be easily adjusted for different LBBSs. The device&#39;s operating principle is similar to that of an atomic force microscope. Namely, force is applied to the LBBS by a load point that is attached to the end of a cantilever. The load point displacement is measured by a fiber optic displacement sensor and converted into a force using the measured cantilever stiffness. The device&#39;s force range can be adjusted by using cantilevers of different stiffnesses.
The device&#39;s capabilities are demonstrated by performing three-point bending tests on the skeletal elements of the marine sponge Euplectella aspergillum. The skeletal elements&#8212;known as spicules&#8212;are silica fibers that are approximately 50 &#181;m in diameter. We describe the procedures for calibrating the mechanical testing device, mounting the spicules on a three-point bending fixture with a &#8776;1.3 mm span, and performing a bending test. The force applied to the spicule and its deflection at the location of the applied force are measured.

We present a protocol for performing three-point bending tests on sub-millimeter scale fibers using a custom-built mechanical testing device. The device can measure forces ranging from 20 &#181;N up to 10 N and can therefore accommodate a variety of fiber sizes.

Un sistema di prova millimetro scala flessionale per misurare le proprietà meccaniche di spicole di spugna marina

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...

Microfluidic Model to Mimic Initial Event of Neovascularization

Neovascularization is usually initialized from an existing normal vasculature and the biomechanical microenvironment of endothelial cells (ECs) in the initial stage varies dramatically from the following process of neovascularization. Although there are plenty of models to simulate different stages of neovascularization, an in vitro 3D model that capitulates the initial process of neovascularization under the corresponding stimulations of normal vasculature microenvironments is still lacking. Here, we reconstructed an in vitro 3D model that mimics the initial event of neovascularization (MIEN). The MIEN model contains a microfluidic sprouting chip and an automatic control, highly efficient circulation system. A functional, perfusable microchannel coated with endothelium was formed and the process of sprouting was simulated in the microfluidic sprouting chip. The initially physiological microenvironment of neovascularization was recapitulated with the microfluidic control system, by which ECs would be exposed to high luminal shear stress, physiological transendothelial flow, and various vascular endothelial growth factor (VEGF) distributions simultaneously. The MIEN model can be readily applied to the study of neovascularization mechanism and holds a potential promise as a low-cost platform for drug screening and toxicology applications.

Here, we provide a microfluidic chip and an automatically controlled, highly efficient circulation microfluidic system that recapitulates the initial microenvironment of neovascularization, allowing endothelial cells (ECs) to be stimulated by high luminal shear stress, physiological level of transendothelial flow, and various vascular endothelial growth factor (VEGF) distribution simultaneously.

Modello microfluidico per imitare l&apos;evento iniziale di neovascolarizzazione

Neovascularization is usually initialized from an existing normal vasculature and the biomechanical microenvironment of endothelial cells (ECs) in the ...

Tridimensionalmente stampato Microfluidic sistema a flusso incrociato per ultrafiltrazione / nanofiltrazione membrana Performance Testing

Riepilogo

Esplora Altri Video

Capitoli in questo video

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

Analisi sistematica delle

Luminescence Resonance Energy Transfer allo Studio conformazionale Cambiamenti nella membrana proteine espresse in cellule di mammifero

L'uso di un high-throughput

Produzione robotica di Cancer Cell Spheroids con un sistema acquoso bifase per Drug Testing

Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

Un sistema compatto di Tomografia Photoacoustico ad alte prestazioni per

Una piattaforma di test delle prestazioni per una conduzione Micropump con una piastra elettrodo rivestito di rame FR-4

Un sistema di prova millimetro scala flessionale per misurare le proprietà meccaniche di spicole di spugna marina

Modello microfluidico per imitare l'evento iniziale di neovascolarizzazione

Tridimensionalmente stampato Microfluidic sistema a flusso incrociato per ultrafiltrazione / nanofiltrazione membrana Performance Testing

Riepilogo

Esplora Altri Video

Capitoli in questo video

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

Analisi sistematica delle

Luminescence Resonance Energy Transfer allo Studio conformazionale Cambiamenti nella membrana proteine ​​espresse in cellule di mammifero

L'uso di un high-throughput

Produzione robotica di Cancer Cell Spheroids con un sistema acquoso bifase per Drug Testing

Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

Un sistema compatto di Tomografia Photoacoustico ad alte prestazioni per

Una piattaforma di test delle prestazioni per una conduzione Micropump con una piastra elettrodo rivestito di rame FR-4

Un sistema di prova millimetro scala flessionale per misurare le proprietà meccaniche di spicole di spugna marina

Modello microfluidico per imitare l'evento iniziale di neovascolarizzazione

Luminescence Resonance Energy Transfer allo Studio conformazionale Cambiamenti nella membrana proteine espresse in cellule di mammifero