著者は、テクニカルサポートにLaVision、社のリチャード·プレボ、プロトコルをテストするためのふくらはぎアブ·Mallouhとフレデリックファヒム、初期の実行で彼女の助けのための資金のためにNSERC（自然科学とカナダの技術評議会）、キャサリンPagiatikisに感謝したいと思い、とダルサ高速度カメラのローンのモントリオール大学のガイクルーティエ。

1。マイクロチップの作製最初のステップは、マイクロチャネルを作成したり、購入することです。マイクロチップ材料のための多くのオプションがあります。 選択された最も一般的な材料の一つは、ポリ（ジメチルシロキサン）（PDMS）である。ソフトリソグラフィ16,17,18を通じてPDMS製作のための方向性に関する多くの出版物があります。 PDMSチャネルが作製されると、その自然の疎水性を逆に利用可能ないくつかの表面処理がある。酸素プラズマ処理は、一般的な選択肢である。 周、エリス、そしてフェルカー（2009）表面処理の評価を与えると、彼らはPDMSにどのような影響を与えるか。これらの結果は、しかしながら、水用であり、血液は異なる特性を有する。その表面処理は、血液のために何を意味するのかについての研究は、ピッツらによって行われています（2012A）。 ここに示された結果については、マイクロチップの表面とガラスが彼らがいたスライド45秒間酸素プラズマに曝されると、その後しっかりと永久結合の結果一緒に押されたの両方に接着。 2。血の準備<ol><li>認定施設から血液サンプルを収集します。たとえばブタ血液は抗凝固剤としてエチレンジアミン四酢酸（EDTA）と共に使用することができる。水4mlで1グラムのEDTAを追加し、軽く10倍の混合、全血の1 Lにソリューションを追加。 </li></ol>血液サンプルを拾ったときに、彼らはRTにゆっくりと冷却することができます。血液サンプルは、新鮮で、理想的に、それらが血液のレオロジー特性を節約するために収集された日に使用してください。 サンプルは室温で一度冷蔵してもよいが抗凝固剤なしの全血は、冷凍した後に使用できなくなります。抗凝固剤に応じて、最高42日間のために赤血球は冷蔵保管することができ、全血を35日間冷蔵保管することができますが、汚染が非Mで可能でしょうedical施設21。 また、ウシやブタのサンプルと収集方法に注意して、骨髄による汚染を避ける。 <ol start="2"><li> 10分毎に時間のために3,000 rpmで3倍の血液サンプルを遠心分離。最初の遠心分離後、破棄し、血漿およびバフィーコートを除去する。これは、第1のプラズマを除去するために、一般的に最も簡単です、その後単独のバフィーコートを除去するために、その後、破棄するか、将来の使用のために保管してください。 </li></ol>血液中に戻ってバフィーコートを混在させないように、ゆっくりとピペットをご紹介します。バフィーコートを除去した後、リン酸塩の約20 mlを加える緩衝生理食塩水（PBS）と、軽く遠心しを混ぜる。最後のステップを繰り返します。第三の遠心分離後、破棄し、PBS、残りのバフィーコートを除去する。 それは、血液の凝集性を維持したい場合は、代わりにPBSのネイティブプラズマを使用することも可能である。任意のバフィーコートや白を混ぜて使用しないようにしてください血漿中へ血液細胞。 <ol start="3"><li>清浄化赤血球（RBCの）を取り、（ヘマトクリット値）を所望の濃度でPBS又は血漿中に懸濁する。遠心（CritSpin FisherSci、USA）とヘマトクリットを確認してください。 </li></ol> 10から20までパーセントヘマトクリットにおける血液は40または50％（生理ヘマトクリット値）よりも可視化することが容易でなければなりません。微小循環では、血液は一般的にマクロ循環の半分ヘマトクリットなので、H = 20は15で十分です。 <ol start="4"><li>血液サンプルに所望の濃度で蛍光トレーサー粒子を追加します。一般的なルールは、事前に算出することができる相関窓内の粒子10を有することである。 </li></ol>例えば、粒子の30μlをビデオに示されるセットアップのための血液溶液1mlを添加する。また、赤血球自体は蛍光標識することができます。 <ol start="5"><li>さらに、水やインフルエンザに校正液を作る粒子をorescing。これは、ニュートン溶液にシステムを較正する必要がある。 </li></ol>例えば、100ミクロンのスケールでチャネルに10X対物レンズを使用する場合は、適当な濃度は、蒸留水15mlと混合した粒子を300μlである。別のオプションは、血液粘度のマクロに近い3CPの粘度に​​蒸留水で希釈した、グリセロールを使用することである。 3。 μPIV測定<ol><li>レーザーの安全性：温度と湿度をチェックしてください。適切なレーザー安全メガネを着用してください。レーザーのカーテンを閉めたり、研究室のドアさらされてから保護されていない人々を防ぐために上にレーザーのサインオンにします。 </li><li>デイビスソフトウェアと手順は、ビデオに示されています。詳細については、特定のシステムのユーザーマニュアルを参照してください。 </li><li>データを取得する前に、カメラは、マイクロメータースケールを使用して較正される必要がある。 </li><li>システムの適合性を低減するために、チューブの最短時間を使用dのような15または50μlのハミルトンガスタイトシリンジできるだけ最小剛性シリンジ。システム内に血液や吸気の漏れを減らすために、シリンジに、チップにチューブを密封。これは、接着剤、PDMSまたはワセリン（血液を汚染しないように注意しながら）で行うことができます。 </li></ol>マイクロシリンジの容量は通常埋めるために音量よりもはるかに小さいため、トレーサ粒子を混入水でマイクロシリンジを埋めるためには逆流メソッドを使用します。 我々の逆流法は、二次プラスチックシリンジを用いて、チャンネルの出力を介して一緒にマイクロシリンジと流路を埋めるために構成されている。すべてのマイクロバブルは、マイクロシリンジ、チューブや外になるまでそのためには、最初のマイクロシリンジのプランジャを取り外し、次にチャンネルの出口に接続されている古典的なプラスチック製の注射器を用いて液体を押し、マイクロシリンジからの液体の流れを聞かせてチップは、最終的にプランジャーバックを入れて、プラスチックの注射器を抜いてください。プレゼンスOマイクロバブルのR不在を顕微鏡で確認することができます。 <ol start="5"><li>水平配管を達成するために、シリンジポンプを平準。所望の流量にシリンジポンプをプログラム。 </li></ol>剛性のシステムや実際の流量を変更し、システムの適合性のための &quot;ボトルネック効果&quot;、などの可能性一時的な効果、注意してください。システムの特性時間は、システムの材料及び寸法の関数として推定することができる。 （第2集、pp 77-81、Tabeling、2005） <ol start="6"><li>顕微鏡ステージ上でマイクロチップを置き、ポンプを起動します。真ん中の速度プロファイルにシステムを校正し（パルス画像間の時間）dTはを校正するために粒子と水を使用してください。 </li></ol>粒子は良好な相関関係11フレーム間の5〜10ピクセルを移動する必要があります。キャリブレーションすると、チャネルの途中で測定するように注意してください。中間の焦点面は、最高を有する速度8。 ラウンドチャネルを使用している場合、影響をシャドウイングのように注意してください。 サンプル画像は、上面映像が最初のパルスであり、ボトム画像秒パルスであるのに対し、パルスカメラを用いて、 図2に示されている。これは、最も明るい点が（蛍光粒子）合焦で最もであることを図から分かる。 <ol start="7"><li>オプション：異なる高さでデータを取ることによって3次元速度プロファイルを単一の画像に異なるベクターを加えることによって再構成することができる。ビデオは、プロセスの自動化のために開発されたルーチンを提示します。 </li><li>血でデータを取得する場合は、水と同じ方法で、血液の所望量で注射器を埋める。所望の流量にシリンジポンプをプログラムして、目的のデータを取る。得られた原画像の例を図2に示されている。同様に赤血​​球沈降に注意してください。シリンジを補充すべての実行または毎他のランは、RBCの沈降が削減されます。 </li><li>画像を取得した後、相互相関は、画像間の速度ベクトル場を取得する画像対で行われる。それは良好な相関を持つように良好な画像を有することが重要である。相関の前に、前処理がバックグラウンドノイズを除去するために行うことができる。 </li></ol>相互相関は、相関に影響を与え大きさ及び形状に変化させることができる、隣接する画像ウィンドウ間で行われる。相互相関後、画像後処理は、誤ったベクターまたは外れ値を除去するために行うことができる。 別の使用可能なオプションとその精度の詳細な説明はピッツらで見つけることができます（2012B）、血のため最善の処理はウィンドウの長さが拡張され、流れに合わせて&quot;重複画像&quot;の方法であることが判明した場合に。これらの操作は、MATLABのような、またはあなたのシステムとソフトウェアパッケージ内のプログラムに手動で行うことができます。ザ<html>ソフトウェアは重要ではありませんが、操作の背後に数学がより重要であり、各操作は、最終的な速度プロファイルの精度に影響を与えることができる。 得られたベクターは、瞬間速度プロファイルを得るために、チャネル間に領域で平均化した後、平均値、代表的な速度プロファイルを得るために、時間内に再度平均化することができる。 Kloosterman ら （2011）被写界深度が大きいμPIV測定における誤差の説明を与える。ここで提示されたデータ処理の誤りに関する議論は、高速測定のためのパルス測定とChayer ら （2012）のためにピッツら （2012B）で見つけることができます。 速度プロファイルの例は、 図3及び図4に示されている。 図3は、140μm幅のチャネルでH = 10でRBCを10μl/時の流れの中心に単一の速度プロファイルを示している。 テント &quot;&gt;この単一のプロファイルは速度プロファイルを得るために、チャネル両端の相関ベクトルを平均化することによって達成され、次いで、代表測定値を得るために時間内に平均化される。この場合、09031は、視野を横切って、即座に平均した。 30μlの/ hrでプログラムされた流量と100μmの正方形チャネル内の水のキャリブレーションフローのために取ら3D再構成プロファイルの一例を図4に見られる。 図4において、プロファイルが1μmの間隔で測定される。 <ol start="10"><li>オプション：セットアップ示さ高速画像、スイッチングカメラ（およびデータ·アクイジション·システム）で同じ条件で撮影することができる。これにより、チャネル内の無細胞層を可視化するため、および凝集を定量化するために有用であり得る。データ解析は、（Chayer ら 、2012）とは若干異なります。 </li></ol> RBCアグリゲーションとない白色光像の例としては、presaの複数形であるH = 20で図5にnted。トップ画像を1μl/時間で、集計にRBCの能力を除去し、PBSでH = 20を示している。一番下の画像は、0.5μL/時でのネイティブプラズマ中のH = 20である。一番下の画像では、集約が表示されます。 <ol start="11"><li>測定が完了した場合には、安全な方法でシステムをシャットダウンします。レーザ電源が完全にシャットダウンされるまで、適切なレーザーの安全手順を使用します。 </li></ol>

<ol>
	<li>Santiago, J. G., Wereley, S. T., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+particle+image+velocimetry+system+for+microfluidics.">A particle image velocimetry system for microfluidics.</a> Experiments in Fluids. 25, 316-319 (1998).</li><li>Sugii, Y., Okamoto, K., Nishio, S., Nakano, A. <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+Velocity+Measurement+in+Micro+Tube+by+Highly+Accurate+PIV+Technique.">Evaluation of Velocity Measurement in Micro Tube by Highly Accurate PIV Technique.</a> , 1-5 (2001).</li><li>Park, J. S., Choi, C. K., Kihm, K. 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Eng. 32 (6), 803-814 (2004).</li><li>Lima, R., Wada, S., Tsubota, K., Yamaguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+micro-PIV+measurements+of+three-dimensional+profiles+of+cell+suspension+flow+in+a+square+microchannel.">Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel.</a> Meas. Sci. Tech. 17 (4), 797-808 (2006).</li><li>Wereley, S. T., Santiago, J. G., Chiu, R., Meinhart, C. D., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-resolution+particle+image+velocimetry.">Micro-resolution particle image velocimetry.</a> Micro- and Nanofabricated Structures and Devices for Biomedical Environmental Applications. 3258, 122-133 (1998).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+microcirculation:+Physiology+at+the+mesoscale.">The microcirculation: Physiology at the mesoscale.</a> J. Physiol. 589 (5), 1047-1052 (2011).</li><li>Popel, A. S., Johnson, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microcirculation+and+hemorheology.">Microcirculation and hemorheology.</a> Annual Review of Fluid Mechancis. 37, 43-69 (2005).</li><li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angewandte Chemie International Edition England. 37, 551-577 (1998).</li><li>Whitesides, G. M., Stroock, A. 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F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-particle+image+velocimetry+measurement+of+blood+flow:+validation+and+analysis+of+data+pre-processing+and+processing+methods.">Micro-particle image velocimetry measurement of blood flow: validation and analysis of data pre-processing and processing methods.</a> Measurement Science and Technology. 23, 105302 (2012).</li><li>Kloosterman, A., Poelma, C., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+rate+estimation+in+large+depth-of-field+micro-PIV.">Flow rate estimation in large depth-of-field micro-PIV.</a> Exp. Fluids. 50 (6), 1587-1599 (2011).</li><li>Goldsmith, H. 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著者らは、開示することは何もありません。

微小スケールで血流測定のためμPIVを使用して、関連する、生物医学的、機械的及​​び化学工学プロセス多数の洞察を与えることができる。を考慮するために重要な要因のいくつかは、RBC自身、蛍光微粒子のRBC、凝集や運動の集約や変形、およびチャネルにおけるRBCの沈降の密度である。上にレイアウトされ、一般的なガイドラインに従っている場合は、これらのすべては、会計処理する?...

人間の体は、血液や組織間の主な交換サイトです直径50μm未満、と数多くの船が含まれています。これらの血管内の血流の研究は、測定の規模や血液の流体特性の両方のために相当な課題である。圧力勾配、壁にせん断し、動脈と静脈の速度プロファイルを含むこれらの測定は、生理的な反応とリンク重要な要因である。これらの測定の課題を解決するための前例のない機会、微小循環を研究し、このマルチスケール問題を解決するために、ミクロスケールでの新しい実験技術のおかげで今があります。 ミクロ粒子画像流速（μPIV）は、相互相関を介してマイクロチャネル内の血流の速度プロファイルを評価するために使用されるパーティクルベースの​​流れの可視化技術である。第チリらによって開発されたμPIVは、血液レオロジーで使用されている杉井らから研究が2001年に100μmの円形のガラス管に1,2血流を測定するための手法を使用していました。 μPIVへの異なるアプローチが存在する。高速カメラは赤血球（RBC）の動きを相関させるために使用することができ、パルス状の画像がトレーサー粒子の移動を相関させるために使用することができる。これらのオプションのどちらかは、アプリケーションに応じて、正立または倒立顕微鏡と結合することができる。両方の場合において、結果は、2D速度プロファイルである。別のアプローチは、2Dおよび3Dプロファイルを達成するために、共焦点顕微鏡を使用することである。この方法は、血液3,4,5に適用されている。 マクロPIVと比較した場合、マイクロスケールPIVは、いくつかの合併症を持っています。マクロPIVでは、データは光のシートを通じて単一の平面に限定することができますが、マイクロスケールの音量照明で必要である。赤血球自体はCに比べて大きいようにボリューム照明、マイクロ血流のイメージングのための大きい問題であるhannels、およびトレーサー粒子として赤血球を使用して大幅に相互相関結果6,7,8の精度を減少させることができ、相関の深さ（DOC）をもたらす。 1μmのトレーサー粒子とDOCは6.7程度である中に次Wereley ら （1998）トレーサーとしてRBCと40μmの背のチャネルに対するDOCは、8.8程度である。流路高さ、倍率を変更する際にこの差はより顕著になる。また、赤血球は不透明であり、流れの中で赤血球の密度を増加させる撮像困難を引き起こす。可能な最小の粒子を使用する際に第チリら （1998）によって使用される蛍光トレーサー粒子が、ピンボケ粒子の影響を減少するためのツールとして提唱されている。レーザーと相まって微粒子直径1μmの蛍光を使用すると、マイクロ血流イメージング10のフォーカス問題の深さを減少させることができる1つのアプローチである。 μPIVテックの状態のいくつかの現在の口コミがあります血流研究11,12にμPIVの重要性を強調して各々がhnology。血μPIVを使用する際にいくつかの重要な点を考慮しなければならない。ミクロレベルでは、微小規模は、血液は、それがニュートン流体（プラズマ）に懸濁し可撓性赤血球（RBC）、大型の白血球、血小板および他のタンパク質の懸濁液であるように、均質な流体とみなすことはできない。 ここで測定された速度プロファイルは、マイクロ血流の特定の特性を測定するために使用することができる。 microhemorheologyの重要な因子は、血液の流量、速度プロファイルの形状は、容器の壁におけるせん断応力である。微小循環は、体内の栄養交換のためのサイトですので、この情報は、臨床的意義を持っており、この交換は、せん断に依存します。微小循環の研究の状態に関するいくつかの現在のレビュー研究は、同様に13あります14,15。 ここで紹介するポリジメチルシロキサン（PDMS）マイクロチャネル内の血流のμPIV測定するためのプロトコルです。 PDMSチャネルはプロトコルのセクション1でソースに続く自社で作製した。ブタの血液サンプルが認定屠殺場から得られ、プロトコルのセクション2続いて洗浄した。プロトコルのセクション3に記載されているようにすべてのデータが、LaVision MITASμPIVシステムを用いて得た。 YAGレーザー（ニューウェーブリサーチ、USA）、プログラマブルトリガユニット、3つの軸で移動ステージと相まって、蛍光顕微鏡、およびコンピュータによって制御CCDカメラ（画像インテンス、Lavision）：セットアップのNdで構成されています高速度カメラ（ダルサ1M150、オランダ）に加えて、赤血球自体の可視化のために追加されました。両方のカメラを2ポートファイバーボックス（ツァイスによってカスタム、ドイツ）に接続されている。血流のin vivo測定における典型的には、正立顕微鏡で赤血球を追跡するために使用されますmselves、 インビトロ用途において典型的に倒立顕微鏡は、トレーサー粒子を追跡するために使用されている。セットアップこの独自のデュアルでは、光学箱は、両方のトレーサーは倒立顕微鏡を用いて画像化することができます。血液は高精度シリンジポンプ（Nexus3000、Chemyx社、USA）を介してマイクロチップに導入した。システムの図が、図の上部は、PDMSから製造さ40μmの矩形チャネルで140ミクロンを表す図1に示されており、底部には、両方のカメラ、レーザ、シリンジポンプとを含むシステム全体を表す顕微鏡。 通常、独自のソフトウェアで利用可能な現在のμPIVセットアップ、TSI、Dantecダイナミクス、およびLaVisionが含まれています。標準の相互相関アルゴリズムはMATLABを含む多数のソフトウェアオプション、によって達成することができる。ソフトウェアはキーではありません、ダイアログボックスが数学的に対応しているかを理解することは利用サービスを提供しますrははるかに良い。このプロトコルデイビス、LaVision独自のソフトウェアやMATLABが利用される。プロトコルは、特定のソフトウェアではありませんが、メニューオプションが異なるソフトウェアパッケージで異なる場所にあるかもしれない。

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

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

ミクロ粒子画像流速（μPIV）は血流に播種微粒子の一対の像を可視化するために使用される。画像は、正確な速度プロファイルを与えるクロス相関している。プロトコルは、マイクロチャネル内の血流のμPIV測定のために提示される。微小スケールで、血液は、それが血漿、ニュートン流体中に懸濁さ可撓性粒子の懸濁液であるように、均質な流体とみなすことはできない。剪断速度、最大速度、速度プロファイルの形状、流量がこれらの測定値から導出することができる。例えば、焦点深度、粒子濃度、およびシステムコンプライアンスのようないくつかの重要なパラメータは、種々のヘマトクリット及び流量条件を実施例および代表的な結果と共に、正確なデータを確実にするために提示される。

全ての図面において、流れは、生画像と算出された速度プロファイルの上方で左から右です。ヘマトクリットH = 10を10μl/時で流れる血液とで得られた生データの一例を図2に示されている。生データは、速度プロファイルを達成するために任意のデータ処理なしでクロス相関させることができる。前処理およびデータ処理方法の影響はピッツら 、（2012B）によって議論され?...

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

マイクロ粒子画像流速（μPIV）が正確な速度プロファイルを与えるクロス相関である血流に播種したマイクロ粒子のペアのイメージを視覚化するために使用されます。臨床用途を有する各々が剪断速度、最大速度、速度プロファイルの形状、流量は、これらの測定値から導出することができる。

マイクロ血流の速度プロファイル測定用マイクロ粒子画像流速

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

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17.1K ビュー.  University of Ottawa. マイクロ粒子画像流速（μPIV）が正確な速度プロファイルを与えるクロス相関である血流に播種したマイクロ粒子のペアのイメージを視覚化するために使用されます。臨床用途を有する各々が剪断速度、最大速度、速度プロファイルの形状、流量は、これらの測定値から導出することができる。

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

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

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

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

定量的に測定その場で自己完結型水中速度計測装置（SCUVA）を使用してフロー

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

生物工学

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

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

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

導電性インクの平面および三次元印刷

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

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

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

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

マイクロスケール細胞刺激のための実験のための多目的自動化プラットフォーム

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

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

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

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

人間の細胞に基づく、血液脳関門の接触モデルの作製のための改善された方法

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

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

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

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

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

ハイブリッドμCT-FMT撮像と画像解析

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

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

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

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

干渉のないマイクロ/ナノ粒子の細胞工学のためのマイクロ流体緩衝液交換

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

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

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

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

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

適切なポジショニングと骨のマイクロ アーキテクチャを使用して体内のマイクロ-コンピューター断層撮影の焦点の高分解能イメージングのためのラットの後肢の拘束

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

Biological Compatibility Profile on Biomaterials for Bone Regeneration

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

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

骨再生のための生体材料の生物学的互換性プロファイル

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

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

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

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

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

体外メゾスケール粒子画像流速測定法研究神経血管の流れ

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

Intra-cardiac Side-Firing Light Catheter for Monitoring Cellular Metabolism using Transmural Absorbance Spectroscopy of Perfused Mammalian Hearts

Absorbance spectroscopy of cardiac muscle provides non-destructive assessment of cytosolic and mitochondrial oxygenation via myoglobin and cytochrome absorbance respectively. In addition, numerous aspects of the mitochondrial metabolic status such as membrane potential and substrate entry can also be estimated. To perform cardiac wall transmission optical spectroscopy, a commercially available side-firing optical fiber catheter is placed in the left ventricle of the isolated perfused heart as a light source. Light passing through the heart wall is collected with an external optical fiber to perform optical spectroscopy of the heart in near real- time. The transmission approach avoids numerous surface scattering interference occurring in widely used reflection approaches. Changes in transmural absorbance spectra were deconvolved using a library of chromophore reference spectra, providing quantitative measures of all the known cardiac chromophores simultaneously. This spectral deconvolution approach eliminated intrinsic errors that may result from using common dual wavelength methods applied to overlapping absorbance spectra, as well as provided a quantitative evaluation of the goodness of fit. A custom program was designed for data acquisition and analysis, which permitted the investigator to monitor the metabolic state of the preparation during the experiment. These relatively simple additions to the standard heart perfusion system provide a unique insight into the metabolic state of the heart wall in addition to conventional measures of contraction, perfusion, and substrate/oxygen extraction.

Here we introduce a method for using an intra-ventricle optical catheter in perfused hearts to perform absorbance spectroscopy across the heart wall. The data obtained provides robust information on tissue oxygen tension as well as substrate utilization and membrane potential simultaneously with cardiac performance measures in this ubiquitous preparation.

浸透哺乳動物の心臓のトランスムラル吸光分光法を用いた細胞代謝モニタリングのための心臓内側発射光カテーテル

Absorbance spectroscopy of cardiac muscle provides non-destructive assessment of cytosolic and mitochondrial oxygenation via myoglobin and cytochrome ...