作者は彼らの財政支援（第13236.1 PFFLI-LS）のために技術革新委員会（CTI、スイス）を感謝したいと思います。

調査はL minから最大60流量で機械的応力実験を可能-1、圧力を実行する2バールまで低下パイプで連結されたポンプの設定を（Figu 2の再 ）を用いて行きました。 uが2を再び図1に示すように、実験は、インライン内視鏡検査法のための貯蔵容器、ポンプ回路、および装置から構成されています。貯蔵容器の羽根車は、界面活性剤を混合するために使用されました。周辺素子は、異なるポンプ設定で流速Vと圧力損失Pを監視するために、閉ループ内に組み込まれました。調査はハンドホイール弁を使用することにより変化させました。 1。実験のセットアップ<ol><li>バイオリアクター（D = 0.15メートル、H / D = 2.2）をsurfactaの溶解のためのインペラが装備されていることを確認してくださいNTと入口管はガス入りを回避するために、流体中に浸漬することを確認します。 </li><li>注射器ポート、調査ポンプ、クランプオン流量計、使い捨て圧力センサとハンドホイールバルブとポンプループを装備。貯蔵容器にポンプループの接続の後、モータにポンプヘッドを接続し、内視鏡プローブを準備します。 </li><li>プローブ先端で、この場合には、変更反射面、ロジウムミラーをマウントし、150μmとミラーとレンズとの距離を調整します。目的のシャープネスを集中する100ミクロンのネジを調整します。 </li><li>光ファイバ·ケーブルとイーサネットケーブルを介してコンピュータに内視鏡のカメラを介してストロボにプローブを接続します。そして、トリガーボックスケーブルを介して一緒にカメラとストロボを接続してください。 </li><li>コンピューターを起動して、画像取得と認識ソフトウェア、ならびに結果解析ソフトウェアが含まれ、メーカーが提供するソフトウェアを開きます。 </li><li>メインメニューの画像取得ソフトウェアを選択します。 </li><li>カメラを検出するために、画面の左上にある「デバイスの検出」ボタンをクリックします。 </li><li> 「ディレクトリの設定」の下で画像を保存するコンピュータ上の場所を選択し、コマンド「トリガーサブフォルダを作成する」を有効にします。 </li><li>セクションのプロセスパラメータを入力し、「トリガモード：レディ &quot;。 フレームレート：7.5ヘルツ トリガあたりのフレーム数：50 トリガの数：60 トリガ間隔：60秒</li><li>すべての準備作業が完了した後、貯蔵容器に5リットルの脱イオン水を注ぎ、ポンプとポンプループを埋めるためにポンプのスイッチを入れます。 </li><li>ポンプの電源を切り、界面活性剤の0.9ミリリットルを追加します（Cの界面活性剤 = 0.18ミリリットルL -1、ρ 界面活性剤、20°C = 1070キロのM -3、臨界ミセル濃度（CMC）：CMCω0;攪拌下で10 mlピペットで≈0.018ミリリットルL -1、CMCωω界面活性剤 ≈10·）。 10分後、界面活性剤が完全に溶解します。 </li><li>インペラの電源を切り、ポンプをオンにします。レンズは、入口管の真下に位置するように内視鏡プローブを配置します。 </li><li> 3.4 Lの分の流速-1とインペラー速度及びハンドホイール弁を変化させることによって0.03、0.3または0.61バールの圧力降下を設定します。 </li><li> （ 油 = 1.26グラムのL -1、ρ 油、20°C = 989.5キロのM -3β）を注射器で直接オイルの6.3グラムを計量。 </li><li>画像取得ソフトウェアを起動し、シリンジポートを介してオイルを追加します。実行中のポンプは、エマルジョン滴を配布します。 </li><li> 1時間後、せん断応力の調査を終了し、バイオリアクターと同様のインライン型内視鏡をきれいに統合されたポンプループを有します。続いて、次のポンピングプロセスのための実験を​​準備します。 </li></ol> 2.測定と画像解析<ol><li>メインメニューで自動画像認識ソフトウェアを開きます。 </li><li> 「バッチのルートディレクトリ」の下にファイルを保存するコンピュータ上の場所を選択します（すべての* .csv）に。 </li><li>コラム「画像シリーズのパス」を選択し、ボタンをクリックして画像シリーズをロードするために、画面の左下隅にある「画像シリーズサブフォルダを追加します」。 </li><li>製造業者によって提供されているプロセスパラメータをロードします。コラム「検索設定（* .pssまたはauftrag _ *。マット）」を選択し、ドロップ認識を指定するためにプロセスパラメータをロードするには、画面の下の中央にあるボタン「設定検索設定」をクリックします。 </li><li>列を選択し、「パターン（* .pspまたはF _ *。マット）を検索ボタンをクリックし、「設定された検索パターン」画面の右下隅にドロップ解析を指定するためにプロセスパラメータをロードします。 </li><li> 「バッチを起動」ボタンをクリックすることで、画像認識を開始します。 </li><li>画像認識が終了した後、直径（D 32）を意味し、または任意の他の代表的な結果は、アナライザソフトウェアを使用して任意の値又は分布を意味するソーターによって検出された液滴サイズを表します。 </li><li>メインメニューの結果解析ソフトウェアを開きます。 </li><li>以前は、すべての* .csvファイルを保存しロードするには、画面左上に「1フォルダ内のすべての* .CSV &quot;コマンドをアクティブにし、ボタン「ロード·フォルダ（S）」をクリックします。 </li><li>結果を視覚化するには、画面の上部中央にあるドロップダウンリストで（ 例えば、ザウター平均直径）関連値を選択します。直径の計算のために、製造業者によって提供されて、右、上0.6591ミクロンピクセル-1のスケーリングを入力してください。 </li></ol><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig2.jpg" /> 図2実験セットアップの測定手法としてインライン内視鏡を使用してパイプ·ポンプの設定のためのポンプ回路：（1）貯蔵容器、（2）シリンジポート、（3）ポンプ、（4）圧力センサ、（5）流量センサ、（ 6）ストロボ、製造元が提供するソフトウェアと（7）コンピュータ、および（8）内視鏡プローブ。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig2highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a>

<ol>
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Des. 87 (4), 565-572 (2009).</li><li>Maa&#223;, S., Metz, F., Rehm, T., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+of+drop+sizes+for+liquid/liquid+systems+in+stirred+slim+reactors+-+Part+I:+Single+stage+impellers.">Prediction of drop sizes for liquid/liquid systems in stirred slim reactors - Part I: Single stage impellers.</a> Chem. Eng. 162 (2), 792-801 (2010).</li></ol>

ヴォルフガングDornfeldとレトSchöbはLevitronix株式会社、MagLevの遠心ポンプの製造業者の従業員です。

このプロトコルの目的は、ポンピングプロセスにおける液滴サイズの測定のためのインライン内視鏡検査法の適合性を示すことです。この目的のために、決定された油 - 水エマルジョン系のサイズをドロップし、測定ザウター平均直径はMagLevの遠心の機械的ストレスがそれらの対応、蠕動4-ピストンダイヤフラムポンプと同様にポンプ特徴付けるために計算されました。結果は、測定ザウターの低い変動がその液滴サイズを確実にかつ正確に測定された15％を表す以下の標準偏差によって定量化した直径を意味示しました。その結果、測定ザウター平均粒径が正常調査ポンプの機械的ストレスを評価するために比較基準として使用することができます。 MagLevの遠心ポンプは、蠕動と4ピストンダイヤフラムポンプと比較して、乳化液滴の低い機械的応力を示す、より大きな測定ザウター平均直径を明らかにしました。スタッドでこれまでのIES、インライン内視鏡検査は、また、この調査により確認された信頼性の高い液滴サイズ測定1,6,12-14,20-21に対する堅牢かつ簡単な方法であることが示されています。このような光ファイバFBRセンサなどの代替測定技術に比較して、FBRM及び2D-ORM技術は、内視鏡技術は、液体/液体アプリケーション12,14に正確なデータを得るための標準的な方法として使用することができます。 インライン内視鏡検査および非生物学的油 - 水エマルジョン系の簡単な製造の容易な取扱いは（上記参照）のプロトコル·テキストに従って滴サイズの検出のための簡単​​な手順を可能にします。それにもかかわらず、内視鏡プローブの位置は、貯蔵容器内の流体の流れに依存することが言及されるべきです。さらなる調査（データは示さず）は、プローブのレンズL 5分までのより低い流量用の導入管の真下に配置されるべきであることを明らかにした-1一滴19の複数の検出を避けるために。 -1分5リットル以上の流量で鮮明な画像のためには、10 cm以上離して導入管からのプローブを配置することをお勧めします。プロセスパラメータとは独立して、インライン内視鏡検査のホルダーはぼやけた画像をもたらすことができるプローブの移動を防止するために安定でなければなりません。 また、特に検出された液滴サイズは、検出可能な最小ドロップ径は6.5μmで適用される光光学系、検出下限に近いことに留意すべきです。メーカー提供のソフトウェアが改善されているように、インライン内視鏡検査技術は確実に1ミクロンの最小の液滴サイズを検出することができます。また、画像処理は、さらに、工業的用途のオンライン監視を可能にするために開発されます。 本研究は、最大3.4 Lの比較的低い流量に焦点を当てながら、<html> 60; -1 MIN、今後の研究では、動作条件の広い範囲を検討する必要があります。最初の調査は、最小-1（データは示していない）20 Lまでの流量で行いました。しかし、1：2希釈（C 界面活性剤 = 0.09ミリリットルL -1、 油 = 0.64ミリリットルL -1 C）油-水エマルジ ​​ョン系のは、増加したドロップ分裂として、1分あたり19 10 Lにわたって流量で推奨されます高い機械的ストレスによって引き起こされると、そうでなければ検出ドロップ影響し、検出された液滴の数を減少させるであろう。試験は1で実施した：2希釈および未希釈油 - 水エマルジョン系の結果​​と比較しました。両方のアプローチについては、ザウター平均直径は確実に（5％以下の標準偏差）を測定しました。したがって、減少した体積分率（1：2希釈）を測定ザウター平均直径に影響を与えなかった、従って、ドロップドロップ崩壊はごくわずかでした。 NT &quot;&gt;これらの強力な実験的アプローチは、内視鏡検査技術の向上だけでなく、関連する画像取得、認識と結果アナライザソフトウェアのための良好な基礎を提供する。また、内視鏡技術の適合性は、それらの機械によるポンプタイプとシリーズを分類します応力をうまく実証された。得られた結果をポンプ設計の開発と細胞損傷を低減するために、ポンプの最適化のために必須です。

ポンプは、製薬およびバイオテクノロジー産業で細胞培養物を移すために使用されます。ポンピングプロセスの間、機械的応力は、製品1〜4の量と質を損なう可能性があり、不可逆的な細胞損傷をもたらすことができます。機械的ストレスのレベルは、以前の研究5-6で示したように、ポンプの種類とポンプの設定に依存します。一般的に、蠕動、シリンジおよびダイヤフラムポンプは、単回使用（SU）技術ベースのアプリケーションに使用されます。これらのポンプは、ポンプチューブと脈流7の圧縮による高い局所せん断力が生じます。 これらの欠点を克服するために、磁気浮上遠心ポンプ（MagLevの遠心ポンプ）は、有望な代替手段を構成しています。モータは磁気羽根車とポンプハウジング（ 図1）との間の狭い隙間を回避するために駆動されます。以前の研究では、MagLevの遠心を調査しました蠕動ポンプと、4ピストンダイアフラムポンプ5と比較して、チャイニーズハムスター卵巣 （CHO）細胞において低い機械的応力を示しました。また、溶血分析は、これらのポンプ8-11を用いた操作条件の範囲にわたって有意な血液外傷および血栓形成を示さありませんでした。調査結果は、これらの特別に設計されたポンプの使用は、蠕動とダイヤフラムポンプと比較して生物学的システムにあまり機械的​​応力を加えることを示しています。限られた実験的な費用で機械的応力を調べるために、油-水エマルジ ​​ョンモデルシステムは、生物学的細胞培養システムと比較して、その費用（ 約 99.8％）と時間の減少（ 約 99.5％）のアプリケーションに推奨されます。 油 - 水エマルジョン系の低下割れは、機械的応力の関数であるように、液滴サイズは、せん断応力の調査の実験時間中にカウントされなければなりません。液滴をサイジングするための多くの技術はwが、利用可能ですHICHは、音、レーザーおよび写真ベースの技術12に分割することができます。具体的には、光の光プローブインライン内視鏡の使用は、手動と自動検出のためのほぼ同じ液滴サイズ（10％以下の標準偏差）を示し、13分あたり250滴を検出することができます。その精度と信頼性のため、内視鏡技術は、液体/液体分散液中の液滴サイズ分布のために効果的な標準測定法であることが示されているので、他の一般的に使用されるプローブ（ 例えば、光ファイバ前後比（FBR）センサーと比較した場合、集束ビーム反射法（FBRM）と2次元光反射率測定法（2D-ORM））12,14。また、攪拌容器に液滴サイズを測定するためのインライン内視鏡検査の適合性は、以前の研究15-18で数回実証されています。 試験前6に基づいて、このプロトコルは説明します液滴の大きさを決定するために、インライン内視鏡検査の使用は、ポンプで油 - 水エマルジョン系の（ザウター平均直径）。ザウター直径マルチユース（MU）MagLevの遠心ポンプ、蠕動及び使い捨て（SU）4ピストンダイアフラムポンプの機械的応力を推定するために比較基準として使用された平均します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig1.jpg" /> 図1は、磁気遠心ポンプシステムを浮上。（A）ベアリングレスモータと（B）PuraLev 200MUの原理を例として示している。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig1highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CCD camera</td>
			<td>Allied Vision Technologies GmbH</td>
			<td>GX2750</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-4</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm 
			before the pump.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-3</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm after the pump and clamp on the flow sensor to this tubing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CLAVE Connector</td>
			<td>Victus</td>
			<td>011-C2000</td>
			<td>Sampling port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-200.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30030</td>
			<td>PuraLev 200MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-600.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30033</td>
			<td>PuraLev 600MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30329</td>
			<td>Flow sensor for flow rates below 5 L min-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Converter LFC-1C-CS</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30328</td>
			<td>Flow sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masterflex I/P Easy Load</td>
			<td>Fisher Scientific AG</td>
			<td>EW-77963-10</td>
			<td>Peristaltic pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mitos free flow valve</td>
			<td>Parker Hannifin Europe S&#224;rl</td>
			<td>FFLQR16S6S6AM</td>
			<td>Valve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobil Eal Arctic</td>
			<td>Exxon Mobil Corporation</td>
			<td>Mobil EAL Arctic 22</td>
			<td>Oil 
			Prepare the emulsion directly before 
			the experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor</td>
			<td>Elektromotorenwerk Brienz AG</td>
			<td>7WAC72N4THTF</td>
			<td>Motor for agitator shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor BSM-1.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10005</td>
			<td>PuraLev 200MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor LPM-600.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10038</td>
			<td>PuraLev 600MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norm-Ject 10 mL Luer Lock</td>
			<td>Restek Corporation</td>
			<td>22775</td>
			<td>Syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-200.5</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90525</td>
			<td>PuraLev 200MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-600.18</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90548</td>
			<td>PuraLev 600MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quattroflow 1200-SU</td>
			<td>Almatechnik AG</td>
			<td>QF 1200</td>
			<td>4-piston diaphragm pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-695PSX</td>
			<td>Pressure sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor Monitor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-690</td>
			<td>Pressure sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOPAT-VF Inline Endoscopic Probe</td>
			<td>SOPAT GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stroboscope</td>
			<td>Drello GmbH &#38; Co KG</td>
			<td>Drelloscop 255-01</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>X100</td>
			<td>Surfactant 
			Handle with gloves and goggles. 
			(acute toxicity, eye irritation)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps

バイオ医薬品とバイオテクノロジーの製造工程中の無菌培養液を転送するときにポンプが主に用いられています。しかしながら、ポンピングプロセス中に剪断力は、定性的および/または定量的な生成物の損失につながる可能性が生じます。限定された実験的な費用で機械的応力を計算するために、油-水エマルジ ​​ョン系は、その適合性、バイオリアクター1における液滴サイズの検出のために示された、使用されました。油 - 水エマルジョン系のドロップ分裂は、機械的応力の関数であるので、液滴サイズは剪断応力調査の実験時間中にカウントされる必要があります。以前の研究では、インライン内視鏡検査は、液体/液体分散液中の液滴の大きさの検出のための正確で信頼できる測定技術であることが示されています。このプロトコルの目的は、ポンピングプロセスにおける液滴サイズの測定のためのインライン内視鏡検査法の適合性を示すことです。液滴の大きさを表現するために、ザウター平均直径D 32は、油-水エマルジ ​​ョン中の液滴の代表径としました。結果は、測定技術の信頼性を示す、15％以下の標準偏差によって定量したザウター平均直径、低変動を示しました。

光学評価 uが3を再び図1時間の励起時間の後、粒子認識画像を示します。上部の4つの画像は、認識の前に低下し、下4つの画像が認識ソフトウェアでマークされた液滴を示す表示されます。検出された液滴は緑のエッジにハイライト表示さ​​れます。上下の画像を比較することドロップエッジが正確に画像認識ソフトウェアによって検出されたことを示しています。左の画像は、MagLevの遠心のドロップ分布はPuraLev 200MUとPuraLev 600MUをポンプ示し、右側のものは4ピストンのダイヤフラムと蠕動ポンプを示しています。光学的評価は、モデルエマルジョン系に機械的ストレスの初期分類を可能にしました。これは、より大きな滴サイズと低いドロップカウントが4ピストンdiaphrと比較MagLevの遠心ポンプによって生成されたことを明らかにしましたAGMと蠕動ポンプ。したがって、MagLevの遠心ポンプ、特にPuraLev 200MUは、低い機械的応力を示す、縮小落下破損を示しました。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig3.jpg" /> インライン内視鏡の図3の画像。エマルジ ​​ョンは、（（A、E）PuraLev 200MUを用いてポンプの1時間後にする前に（A、B、C、D）と後（E、F、G、H）の粒子認識を低下B、F）PuraLev 600MU、（C、G）4ピストンダイヤフラムポンプ、および（D、H）同一の動作条件下で蠕動ポンプ（3.4 L分-1および0.03バール）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig3highres.jpg" target="_blank">表示するにはこちらをクリックしてくださいこの図の拡大版。</a> ザウター私直径さらなる調査がd 32±0.4ミクロン以下の標準偏差を明らかにし、インライン内視鏡19を使用するときに再現性のある結果を保証しました。したがって、複数の調査はさらに、実験費用を低減し、このアプローチのために必要されていませんでした。 液滴の大きさを表現するために、ザウターは直径d 32を意味する（式1参照）、このアプローチのために、油-水エマルジ ​​ョン中の水滴の代表径としました。一般的に、ザウター平均直径定常状態12に到達するまで、すべてのポンプタイプとポンプの設定のための時間をかけて減少しました。本研究における調査ザウターの進行は平均直径を確認した（ 図uはDに4Aを再）、uは＆再 PuraLev 200MU（ 図の曲線＃160; 4A）および例示的に、このプロトコルで説明されている蠕動ポンプ（ 図uは4Dを再 ）。 PuraLev 200MUとは対照的に、ザウターは直径が同じ動作条件での蠕動ポンプのための小さい40％（;圧力降下= 0.03バール、流速= -1分3.4 L）までであった意味します。その結果、より高い機械的応力が大きく低下分裂、したがってより小さい滴サイズが得られました。さらに、ザウター平均直径圧力降下に液滴サイズの依存性を示したPuraLev 200MU（ 図4A uは再 ）で増加する圧力降下と共に減少しました。対照的に、蠕動ポンプは、ザウターは（すべてのプロセスパラメータの実験の終了時に図のD 32,60min =10μmの平均直径を示しましたu）は、4Dを再び 。したがって、ザウター直径は圧力降下とは無関係であることが見出された平均します。しかし、結果はドロップ崩壊の物理的理解を反映：高い機械的ストレスで、小さいザウター平均直径は（uは5を再も、 図を参照）を決定しました。 各測定点は、少なくとも300滴統計的確実性を保証するために測定しました。最大の標準偏差は、ポンピングプロセスの最後に約Dに21ミクロン±Dの32,6minから42ミクロン±とPuraLev 600MUのためのD 32,4minからPuraLev 200MUのために32±0.5μmで減少しました。定常状態に達するまで減少し、標準偏差が大きく均一な液滴サイズ分布から得られました。比較T INMagLevの遠心ポンプO、蠕動と4ピストンダイヤフラムポンプは、D 32±10ミクロン以下の標準偏差を明らかにしました。 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/53052/53052eq1.jpg" width="80" /> （1） <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig4.jpg" /> ザウターの図4.代表的なプロファイルは、直径が時間をかけて32日間測定ザウター平均直径の決意であり、mが32を dは意味します。ザウターの比較は、直径がPuraLev 200MU、蠕動ポンプ4ピストンダイアフラムポンプのPuraLev 600MUための（B）、（C）及び（D）、32（A）の dを意味します。ザウター平均直径は32分-1 3.4 Lの流量で測定されたDおよび圧力は、0.03〜0.61バールの範囲で低下します。測定ザウター平均径D 32は、mが最後の10分（境界）を計算しました。ザウター平均直径の結果として得られる標準偏差は32（N≥300）が示されている日間。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig4highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> 比較システムとして測定ザウター平均直径 上述したように液滴サイズが定常状態に達するまで、ザウター平均直径は、時間とともに減少しました。実験時間の最後の10分で、ザウター平均値直径を比較基準として使用された直径を意味測定ザウターを決定するために計算された平均値（uは図4A-Dを再図の境界線を参照）。測定ザウター平均直径が32 D、Mは、3.4 Lの流量のために示されています＆＃160;分-1および0.03からuは5を再度図 0.61バールの圧力降下範囲。大きな測定ザウター平均直径は、両方のMagLev遠心ポンプ（200MUと600MU）と低い圧力が低下し、インペラ速度で4ピストンダイヤフラムポンプについて決定しました。蠕動ポンプは、ザウターは、すべてのプロセスパラメータのためのD 32、M = 10ミクロンの直径を意味する測定が明らかになりました。前述のように、剪断力は、蠕動ポンプの圧力降下とは無関係でした。 PuraLev 200MUとPuraLev 600MUのためのD 32、M = 34ミクロンのためのD 32、M = 36ミクロンの最大測定ザウター平均直径は0.03バールの圧力低下で得られました。それらの対応と比較して、59％より大きいまで得MagLevの遠心ポンプシリーズは、ザウターは直径を意味する測定。これらの結果Sは、ドロップ崩壊の低い速度と遠心ポンプを使用した結果このように低い機械的応力を示しました。 定常状態の間に測定ザウター平均直径の標準偏差は、それによって、液滴サイズのために信頼性が高く、正確な値を確認し、15％未満でした。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig5.jpg" /> 測定ザウター平均直径の図5の比較では32、Mを dは。測定ザウターは、最小3.4 LでMagLevの遠心ポンプとの対応のための直径を意味する-1および0.03、0.30および0.61バールの圧力低下。測定ザウター平均直径の標準偏差が得られ、定常状態中、mが示され、32日間。 略語 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig5highres.jpg" target="_blank">PLE</a>ASEこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 2D-ORM </td><td>二次元の光反射率の測定</td></tr><tr><td> CCD </td><td>電荷結合素子</td></tr><tr><td> CHO </td><td>チャイニーズハムスター</td></tr><tr><td> CMC </td><td>臨界ミセル濃度</td></tr><tr><td> FBR </td><td>前後比</td></tr><tr><td> FBRM </td><td>集束ビーム反射率法</td></tr><tr><td> MU </td><td>マルチユース</td></tr><tr><td> SU </td><td>使い捨ての</td></tr></tbody></table> 命名 <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td><img alt="V" fo:content-="" src="/files/ftp_upload/53052/V.jpg" width="8
" /></td><td> [M 3秒-1] </td><td>流量</td></tr><tr><td> C言語</td><td> [M 3メートル-3] </td><td>濃度</td></tr><tr><td> D 32 </td><td> [M] </td><td>ザウター平均直径</td></tr><tr><td> D 32、M </td><td> [M] </td><td>測定ザウター平均直径</td></tr><tr><td> D S </td><td> [M] </td><td>面径</td></tr><tr><td> DのV </td><td> [M] </td><td>体積直径</td></tr><tr><td> F </td><td> [Hz]の</td><td>周波数</td></tr><tr><td> N </td><td> [秒-1] </td><td>インペラー速度</td></tr><tr><td> N </td><td> [ - ] </td><td>滴数</td></tr><tr><td> P </td><td>パ</td><td>圧力降下</td></tr><tr><td> T </td><td>秒</td><td>時間</td></tr><tr><td> β </td><td> 【キロM -3] </td><td>質量濃度</td></tr><tr><td> ρ </td><td> 【キロM -3] </td><td>密度</td></tr><tr><td>69; </td><td> [M 3メートル-3] </td><td>質量分率</td></tr></tbody></table> 略語および命名法の表1表。

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A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

シングル利用と標準ポンプに機械的応力を予測するために費用対効果と信頼性の高い方法

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

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A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

3Dで切断された銀ナノ構造体を製造する方法

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

工学

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new attention as a unique mechanism for pattern transformation. Nature is full of such examples where a wealth of exotic patterns are formed through mechanical instability2-5. Inspired by this elegant mechanism, many studies have demonstrated creation and transformation of patterns using soft materials such as elastomers and hydrogels6-11. Swelling gels are of particular interest because they can spontaneously trigger mechanical instability to create various patterns without the need of external force6-10. Recently, we have reported demonstration of full control over buckling pattern of micro-scaled tubular gels using projection micro-stereolithography (P&mu;SL), a three-dimensional (3D) manufacturing technology capable of rapidly converting computer generated 3D models into physical objects at high resolution12,13. Here we present a simple method to build up a simplified P&mu;SL system using a commercially available digital data projector to study swelling-induced buckling instability for controlled pattern transformation.
A simple desktop 3D printer is built using an off-the-shelf digital data projector and simple optical components such as a convex lens and a mirror14. Cross-sectional images extracted from a 3D solid model is projected on the photosensitive resin surface in sequence, polymerizing liquid resin into a desired 3D solid structure in a layer-by-layer fashion. Even with this simple configuration and easy process, arbitrary 3D objects can be readily fabricated with sub-100 &mu;m resolution.
This desktop 3D printer holds potential in the study of soft material mechanics by offering a great opportunity to explore various 3D geometries. We use this system to fabricate tubular shaped hydrogel structure with different dimensions. Fixed on the bottom to the substrate, the tubular gel develops inhomogeneous stress during swelling, which gives rise to buckling instability. Various wavy patterns appear along the circumference of the tube when the gel structures undergo buckling. Experiment shows that circumferential buckling of desired mode can be created in a controlled manner. Pattern transformation of three-dimensionally structured tubular gels has significant implication not only in mechanics and material science, but also in many other emerging fields such as tunable matamaterials.

We demonstrate controlled pattern transformation of swelling gel tubes by elastic instability. A simple projection micro stereo-lithography setup is built using an off-the-shelf digital data projector to fabricate three-dimensional polymeric structures in a layer-by-layer fashion. Swelling hydrogel tubes under mechanical constraint display various circumferential buckling modes depending on dimension.

デジタルプロジェクターとソフトマテリアル力学の研究への応用を用いたマイクロ3Dプリント

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

漏洩坑の解決策として鋼チューブの機械的な拡張

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most of their thrust with their large foreflippers. This protocol describes a robotic platform designed to study the hydrodynamic performance of the swimming California sea lion (Zalophus californianus). The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;). The kinematics of the sea lion&#39;s propulsive stroke are extracted from video data of unmarked, non-research sea lions at the Smithsonian Zoological Park (SNZ). Those data form the basis of the actuation motion of the robotic flipper presented here. The geometry of the robotic flipper is based a on high-resolution laser scan of a foreflipper of an adult female sea lion, scaled to about 60% of the full-scale flipper. The articulated model has three joints, mimicking the elbow, wrist and knuckle joint of the sea lion foreflipper. The robotic platform matches dynamics properties&#8212;Reynolds number and tip speed&#8212;of the animal when accelerating from rest. The robotic flipper can be used to determine the performance (forces and torques) and resulting flowfields.

A robotic platform is described that will be used to study the hydrodynamic performance&#8212;forces and flowfields&#8212;of the swimming California sea lion. The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;).

カリフォルニアアシカのForeflipperを研究するためのロボットプラットフォーム

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed that, under the proper conditions, ice can be produced when water is introduced to a bath of cold brine. To make ice form, in addition to having the brine and water mix, the rate of heat transfer must bypass that of mass transfer. When water is introduced in the form of tiny droplets to the brine surface, the mode of heat and mass transfer is by diffusion. The buoyancy stops water from mixing with the brine underneath, but as the ice grows thicker, it slows down the rate of heat transfer, making ice more difficult to grow as a result. When water is introduced inside the brine in the form of a flow, a number of factors are found to influence how much ice can form. Brine temperature and concentration, which are the driving forces of heat and mass transfer, respectively, can affect the water-to-ice conversion ratio; lower bath temperatures and brine concentrations encourage more ice to form. The flow rheology, which can directly affect both the heat and mass transfer coefficients, is also a key factor. In addition, the flow rheology changes the area of contact of the flow with the bulk fluid.

Here, we present a protocol to demonstrate the generation of ice when water is introduced to a cold bath of brine, as a secondary refrigerant, at a range of temperatures well below the freezing point of water. It can be used as an alternative way of producing ice for industry.

塩水の冷浴に水を導入するアイス生成と熱・物質移動現象

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

監視環境でのプラズモニックトラッピングとナノ粒子の放出

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

新しい複合加工法の試作: 軟層法による複合表面にファイバーを公開

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

定常および時間変化の風強制の下で風波浪水槽における波の計測

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

管内の単相およびフロー ローカル瞬時対流熱伝達の測定

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

3 電極コイン セル準備およびリチウム イオン電池用電着分析

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...