프로토 타입 소형 흐름 사이토와 동반자 미세 유체 혼합 기술의 감소 - 중력 환경 하드웨어 데모

요약

우주 비행 혈액 진단은 혁신이 필요합니다. 몇몇 시위, 기내 감소 중력 건강 진단 기술을 설명하는 발표되었다. 여기에서 우리는 구성 요소와 다른 설정에 적용 할 준비 전략과 프로토 타입 현장 진료 흐름 세포 계측법 설계를위한 포물선 비행 시험 장비의 건설 및 운영을위한 방법을 제시한다.

초록

최근까지, 우주 비행사 혈액 샘플, 기내 수집 된 우주 왕복선에 지구로 전송하고, 지상 실험실에서 분석 하였다. 인간이 낮은 지구 궤도를 넘어 여행하는 경우, 공간 준비, 현장 진료으로 전환 (POC) 테스트가 필요합니다. 이러한 시험 발사 및 우주 비행의 스트레스에 의한 종합 감소 된 중력 환경에서 수행하기 쉽고, 영향을받지 할 필요가있다. 수많은 POC 장치는 실험실 규모 대응을 모방하기 위해 개발되었지만, 가장 좁은 애플리케이션을 가지고 거의 기내, 감소 된 중력 환경에서 사용이 입증. 사실, 감소 중력에서 생물 의학 진단의 시위는 새로운 기술을 테스트하고자 할 때 어려운 구성 요소의 선택과 특정 물류 도전에 접근 할 수있게, 모두 제한됩니다. 빈 공간을 채울 수 있도록하기 위해, 우리는 건설 및 운영 프로토 타입 혈액 진단 장치 및 그 관련 페이지에 대한 모듈 식 방법을 제시하고 있습니다포물선 비행 감소 중력 기내 비행 테스트를위한 기준을 충족 arabolic 비행 시험 장비입니다. 이 방법은 첫 번째 비행 감소 중력 유동 세포 계수기의 테스트 및 동반자 미세 유체 혼합 칩 장비의 조립에 초점을 맞추고있다. 구성 요소는 microvolume 샘플 로더로 다른 디자인 및 일부 사용자 지정 구성 요소에 적용 할 수 있으며 마이크로 믹서이 특히 관심의 대상이 될 수있다. 방법은 다음의 변화는 사용자 교육, 표준 운영 절차 (SOP)의 개발, 및 기타 문제와 관련하여 성공적인 비행 시험을 준비하기 위해 가이드 라인과 제안을 제공함으로써, 비행 준비에 초점을 맞추고있다. 마지막으로, 우리의 시위에 특정 비행 실험 절차가 설명되어 있습니다.

서문

현재의 공간을 준비 건강 진단의 무능력은 깊은 유인 우주 탐사에 대한 제한 요소를 제공합니다. 진단, 종합 감소 중력에서 사용하기 쉬운, 그리고 발사 및 우주 비행 (예를 들어, 높은 G-힘, 진동, 방사선, 온도 변화 및 기내 압력 변화)의 스트레스에 의해 상대적으로 영향을받지 않을 필요가있다. 현장 진료 검사 (POCT)의 발전은 작은 환자 표본 (예를 들어, 손가락 찌르기), 단순하고 작은 유체 공학 (즉, 미세 유체)의 사용을 통해 효과적인 우주 비행 솔루션 번역 및 기타 중, 전력 요구 사항을 줄일 수 있습니다 장점. 하나 매력적인 방식은 셀 카운팅과 바이오 마커 정량뿐만 아니라 상당한 소형화 전위 향해 포함한 때문에 기술의 광범위한 효용의 공간 POC 대해 유동 세포 계측법이다. 이전 공간 관련 유동 세포 계측기는 '핵 포장 effic 포함iency '동시 아크 램프 유도 형광 및 전자 볼륨 (풀 베는 볼륨) 측정 ^1-4 사용 (NPE) 악기, 대표 사이토 상대적으로 작은 벤치 탑 흐름'무중력 ^'5시 데이터 세포 계측법 실시간 흐름의 1 세대, '사이토 쉬스 마이크로 플로우'는 4 - 5 부분으로 백혈구 (WBC) 차동 수있는 5 μL 전체 혈액 샘플 ^6-9를 전처리하고, 사용하는 '광섬유 기반의'최근 국제에 내장 된 테스트의 유동 세포 계측기 우주 정거장 ^10.

잠재적 인 공간 응용 프로그램에 대한 평가 진단 기술은 일반적으로 무중력 상태 (예를 들어, 무중력, 화성의 중력) ^(11)의 선택 수준을 시뮬레이션하기 위해 약 포물선 비행 궤도를 사용 감소 중력 항공기 수행됩니다. 비행의 기회가 제한되어 있기 때문에 평가가 도전, repet미세 중력의 짧은 창을 직관적으로 어려운 방법이나 일반적으로 20 ~ 40 초 이상 중단 기간을 필요로 프로세스를 평가하기 위해 할 수 있습니다, 시위 쉽게 기내 ^12-15 활용되지 않은 추가 장비가 필요할 수 있습니다. 또한, 체외 진단 (IVD) 기술의 사용, 또는 감소 중력을 위해 설계의 이전 시위는 제한되어 있으며 많은 작업이 게시되지 않은 남아있다. 상기 유동 세포 계측기에 더하여, 문헌에 기술 된 다른 공간 관련 IVD-기술은 자동화 ¹² 사이토 카메라 기반 면역 표현형 애플리케이션 ¹⁶ 전혈 염색 장치, 통합 전위차, amperometry 및 conductometry위한 휴대용 임상 분석기를 포함 ^12,17, 진단 플랫폼 ¹ 'CD에 랩'확산 기반 혼합 및 분리 ^(18), 및 회전에 의존하는 분석 정량 분석을위한 미세 유체 'T-센서'장치9,20. 장치 평가가 가능하도록 시도 (또는 가능한 무엇인지 파악) 할 때 감소 중력 테스트를 처음으로 사용하는 사람은, 또한 체외 진단 관련이없는 포물선 비행 시범을 보일 수 있습니다. 잘 문서화 비행 준비, 기내 전략, 비행 시험 장비와 다른 이전 의료 또는 생물학적 실험에서 데모 표 1 ~ ^{15, 21 ~ 35에} 포함되어 있습니다. 이 때문에 수동 비행 작​​업, 전문 장비의 사용 및 실험 봉쇄의 포함에 유익 할 수있다.

범주	예
응급 의료	기관 삽관 (후두경 유도에 매닉21)에서, 심장 생활 지원 (마취 돼지) (22)
외과 치료	복강경 수술 (영상 (24, 25), 마취 된 돼지 23 시뮬레이션)
의학 화상 진찰 또는 생리 평가	하체 부압 실 (26), 도플러 유량계 (헤드 장착) (27), 중심 정맥압 모니터 (28)와 초음파
전문 생물학적 장비	마이크로 플레이트 리더 (및 기내 글로브 박스) (29), 세포주기 실험 30, 현미경 용 온도 제어 시스템 (시야, 위상차, 및 멀티 채널 형광 능력) (15), 모세관전기 영동 장치는 비디오 현미경 (31)에 결합
다른	관찰 집게 (32)와 공장 수확, 포함 된 쥐 33, 34 및 물고기 (35)

잘 설명 된 방법 / 실험을 표 1. 포물선 비행 데모 예제

앞의 예에서 확장하여 성공적인 비행 시위에 더 큰 통찰력을 제공하기 위해, 우리는 포물선 비행 시험 장비의 일부로서 관련 미세 유체 혼합 기술의 유동 세포 계측기 프로토 타입의 건설 및 운영을위한 모듈 형 및 적응 절차를 제시한다. 장비는 샘플 로딩, 미세 유체 혼합, 형광 입자 검출 시연을 가능하게하고, 공간 환경에 2010 년 NASA의 촉진 액세스 (FAST) 포물선 flig 온보드 테스트되었습니다9 월 29 일부터 10 월 1 일에 비행 HTS는 2010 년이 시위는 손가락 끝 크기의 혈액 샘플을로드 희석 또는 시약과 혼합되는 잠재적 인 장치 워크 플로우의 각각 시작, 중간 및 끝에서 끌어, 광학을 통해 분석 검출. 소형 장치에 흐름 cytometer 스케일링 혁신과주의 부품 선택이 필요합니다. 사용자 정의 및 기성 구성 요소는 마지막 구성 요소 선택의 가장 초기 근사치로 선정, 여기에 사용되며, 다른 혁신의 설계에 적용 할 수 있습니다. 프로토 성분 선택의 윤곽을 따라 설치가 감싸고 조립 골격로서의지지 구조체에 대하여 설명한다. 프로토 타입 구성 요소는 위치를 할당 확보, 성공적인 실험에 필요한 추가 구성 요소와 함께 제공됩니다. 주의는 표준 운영 절차 (SOP) 개발, 교육 및 기타 물류를 포함하는 더 추상적 인 절차에 이동합니다. 마지막으로, 데모 특정 절차는설명. 특정 프로토 타입 여기를 구현하지만 여기에 설명 된 전략과 장비 구성 요소 (예를 들어, 현미경, 아크릴 상자, 등) 지원의 선택, 감소 된 중력 환경에서 어떤 혈액 진단 장비를 테스트에 관련된 일반적인 문제와 도전 이야기 .

2010 년에 위치한 두 개의 달 중력은 (약 1/6 지구 중력을 달성) 궁극적으로이 3 일에 걸쳐 일정이 변경 되었더라도 두 개의 마이크로 중력 비행은 4 일에 걸쳐 예정되었다. 데모는 수정 개인적으로 운영, 좁은 바디 제트 여객기 ³⁶ 내장 하였다. 각 비행은 각각 높은 중력이 감소 - 중력 상태의 20 ~ 25 초 다음에 (약 1.8 g)의 20 초를 산출, 30 ~ 40 포물선을 제공했다. 포물선의 절반이 실행 된 후, 비행기는 턴어라운드 비행기를 활성화하고 체육 동안 착륙 지점을 향해 다시 머리를 수평 비행에서 약 5 ~ 10 분 동안 일시 중지포물선의 나머지 부분을 rforming.

프로토콜

이 프로토콜에서 사용되는 사람의 혈액 샘플을 최소 침습 프로토콜 (사사 참조)을 사용 IRB 승인을 수집 하였다.

1. 조작 조립

1. 시스템 계측법 간단한 흐름 원형 요소 (유체 공학, 광학, 제어 / 데이터 수집 전자 기기)를 조립 저감 중력 환경에서도 사용될
   1. 최소의 중량 및 전력 압력 시스템을 준비하는 유체기구 시스템을 구동 할 필요
      1. 차동 압력 센서의 소형화 공기 펌프를 연결한다.
      2. 일정한 운전 압력을 유지 펄스 폭 변조 및 맞춤형 제어 소프트웨어에 비례 - 적분 - 미분 제어기 (단계 1.1.7)를 사용하여 조절 듀티 사이클을 이용하여 펌프 출력을 제어한다.
   2. 공기를 포획하지 않고로드 될 수 유체 공급원 용기를 조립 (단계 3.4 참조)
      1. 라텍스 diaphra와 단단한 플라스틱 병 (그림 1A)을 장착GM, 유리 병 기지에서 단단히 보안 개체 캡, 및 입구 공기 튜브 (광학 접착제를 사용하여 연결을 밀봉).
      2. 펌프 캡 출구 배관에서 유체 흐름을 구동 다이어프램을 압축 공기 나 유체 누출없이 병을 가압 있는지 확인합니다.
   3. 흐름을 손상하는 배압을 구축하지 않고 폐기물을 수집하는 액체 폐기물 용기 디자인
      1. 이중 밀폐 유리 병 - 접착 - 내 - - 유리 병 디자인 (그림 1B)를 사용합니다.
      2. 부유 오물을 트랩하지만 기내 환경 공기 압력 등화를 허용하는 보안 발포 스폰지 창 튜브 씌우고.
   4. 감소 된 중력에 사용하기위한 샘플 로더 만들기
      1. 기계하고 확실하게 유체 라인에 두 개의 O 링 사이의 외피 - 끼워 모세관 클램프되도록 guiderails (도 1C)와 스프링 장착 클램프 방식을 조립한다. 시스템 P를 수용,로드 할 때 샘플 볼륨을 유지 확인샘플을 삽입하고, 잘못된 버블 도입을 피할 수없는 경우 riming.
      2. 모세관이 없을을 확인, 스프링 (왼쪽 그림 1D)를 누출하지 않고 프라이밍을 유체 라인을 완료하고 수 있도록 함께 O 링을 누릅니다.
   5. 기능 기계적 구동 하위 구성 요소에 의존하지 않는 마이크로 믹서 설계
      1. 미세 유체 채널 내에서 층류 흐름을 극복 할 필요가 혼란 이류를 달성하는 두 개의 입구 나선형 소용돌이 마이크로 믹서 (그림 1E)를 임신. 이 디자인은 하나의 샘플 실행은 다음에 영향을주지 않도록 모든 다운 스트림 유체 입력 제공합니다.
      2. 편의를 위해, 신속한 프로토 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 메소드 (도 1F)를 사용하여 선택받은 디자인을 제조. 청정실 설비 ^(37)에서 필요한 SU-8 몰드를 제작 20,000 dpi로 인쇄 된 이차원 컴퓨터 이용 설계의 포토 마스크를 이용한다.
         참고 : MODI를 사용하여수직 시추 기계 공장에 대한 얘기들이었다 23 게이지 맞는 입구에서 구멍, 소용돌이, 탐지 입구, 검출 콘센트 명소를 드릴하고, 손 돋보기는 바늘을 목표로 도움이됩니다. 면도칼을 사용하여 PDMS에서 칩을 잘라 0.5 "중공 강철 핀이 칩의 비 성형 뒷면의 튀어 나와있는 구멍에 맞게. 마이크로 보어 튜브를 사용하여 검출 채널 입구 핀에 중앙 나선형 출구 핀을 연결합니다.
      3. 매트 스카치 테이프와 에탄올 건조 성형 표면으로 깨끗하게 청소 칩. 핀에서 에탄올을 날려 빈 주사기를 사용합니다. PDMS 칩과 플라즈마 청소기 내부에 자연 그대로의 커버 유리를 치료하고, 가벼운 압력을 적용하는 칩이 완전히 채널 개통을 손상시키지 않고 누르면 광학 현미경에 의해 즉시 확인하여 10 초 이내에을 결합.
   6. 개인 흐르는 입자를 감지하는 손바닥 크기의 소형 광학 블록을 탑재
      1. 도 2AB의 설계는 2 색 전자 적합pifluorescence 레이저 조명 및 검출, 그리고 PDMS 직선 채널 (200 μm의 120)의 편의를 위해 플로우 셀을 이용한다.
      2. 장착 블록 (도 2C) 시판 현미경 구성 요소를 사용하고 광섬유 결합 단일 광자 카운팅 모듈 정렬.
   7. 디자인 전자 장치 제어 및 데이터 수집을위한 소프트웨어
      1. 초기 프로토 타입의 편의를 위해, 데이터 수집 (DAQ) 카드 (그림 2D)에 연결된 손으로 납땜 조각을 사용합니다.
      2. 코드 및 프로그램 사용자 정의 소프트웨어 (그림 2E의 예) 장비 장치를 작동하고 모든 데이터를 동기화합니다.
2. 추가 구성 요소 (안 공식적으로 프로토 타입의 일부)
   1. 3 차원 가속도계 (도 2D, 왼쪽) 및 유량계 (도시되지 않음)를 통합. 가속도계는 기내 존재하지만 (가능성이) 직접 O에 동기화 될 수 없습니다거기는 데이터를 기록했다.
3. 전기 전원 구성표
   1. (감소 중력의 항공편에 대한 안전을 위해 필요) 신속하고 완전한 전자 셧다운 메커니즘
      1. 항공기 전원 분배 패널 (120 VAC 60 Hz에서)에 (단일 I / O 버튼) 하나의 전원 스트립에 연결합니다.
      2. 혼자 전원 케이블을 통해 작동하는 노트북 배터리 및 설정 노트북을 제거합니다.
   2. 모든 장치의 전원
      1. 직접 노트북 (배터리 제거), 광학 현미경, 및 파워 스트립을 사용하여 두 개의 광자 검출기의 전원을 켭니다.
      2. 노트북 또는 사용하여 배터리에 연결된 USB DAQ 카드를 통해 잔량 장치.
4. 비행 준비 장비 배치
   1. 성공적인 비행 성능에 대한 고려 사항
      1. 사용 가능한 총 공간은 지상 (그림 3A)에 유사한 시위에 제공보다 작은 영역으로 제한됩니다. 사용 가능한 총 공간을 고려하여 그 s의 방법속도가 실험 장비 공간 사이에서 분할되고 장비를 주변의 사용자 공간 (그 공식적으로 프로토 타입의 부분을 넘어 구성 요소 포함). 실험 리그는 전후방 위치의 측면에서 다양하지만이 크게 (또는 기내 물리학) 가능한 운영 공간에 영향을주지 않습니다.
      2. 더 적절하게뿐만 아니라 지원 구조 내에서 달성 보호에서 가장 혜택을 구성 요소를 고려로, 서, 무릎을 꿇고, 또는 바닥 높이에 액세스 할 수 있습니다 구성 요소를 결정합니다.
   2. 장비 지원 구조
      1. 구하거나 레이아웃의 요구를 고려 충족 수직 장비 랙을 구성, 의도 된 항공기 객실 바닥에 부착 안전하게, 모든 구성 요소가 포함되어 조직에 대해 서로 다른 수직 수준을 가능하게 비행 가속도를 견딜 수,과.
      2. 노트북, C에 중간 랙 레벨을 배치하는 최상위 레벨 : 장비 랙 (그림 3B) 내 수준으로 구성 요소를 할당ontain 프로토 타입 하위과 바닥 레벨이 추가 와이프, 장갑, 및 기타 폐기물 컨테이너를 포함합니다.
      3. 다른 원하는 수준을 수용하기 위해 랙에서 추가 구조를 임신. 장비 구성 요소를 조여을 위해 2피트에 의해. 2 피트 개최 'mid' 높이에서 현미경 브레드 보드 판을 지원 빔을 구현하고, 더 높은 지원 빔 약 2 발은 비행 승인 노트북 저점을 지원합니다.
      4. 수직 수준 내에서, 때문에 (이 예를 들어, 사각형 리그의 4 ^번째 측면은 수있는 비행 온보드 장비 자체의 잠재적 인 위치 / 방향으로 다른 구성 요소의 존재뿐만 아니라 인해 발생한 계정 접근 ​​제한을 고려, 최적의 구성 요소 배치를 결정 항공기 벽에 가까운) 만 액세스 3면을 떠나.
         참고 : 다리 끈이 테스트 연산자는 장비에서 고정 된 거리에 있으며 모든면에서 사용할 수 없습니다 고정합니다.
      5. 이러한 결정에 기초하여, 디객실 공간을 향해 전자 및 항공기 벽을 향해 광 블록, 샘플 로더와 마이크로 유체 칩 전용 위치를 배치, 4 사분면 (그림 3C)에 브레드 보드 판을 제공해 줄.
5. 프로토 타입의 확보, 봉쇄 및 시각화 설치
   1. 시스템 전자
      1. 디자인, 레이저 절단 및 DAQ 카드 (아래로 견장을) 손으로 납땜 보드를 포함하는 사용자 정의 아크릴 상자 (그림 2D)를 조립 (상자 벽에 나사 식).
      2. USB 케이블 및 전선 쉽게 (직물 후크 앤 루프 패스너와 기내 보안) 액세스 및 출구 구멍 스윙 도어를 활용합니다.
   2. 샘플 로더
      1. 비행 오두막의 오염 위험없이 로더 데모 (그림 4C)을 수행하여 입방 공간을 제공하기 위해 팔 액세스 구멍이있는 사용자 정의 아크릴 '글러브'상자 (그림 4A)를 제작합니다.
      2. 과 상자의 측면에 작은 원형 구멍을 통해 로더에서 튜브를 넣습니다.
   3. 마이크로 믹서
      1. 지상에 사용되는 장비를 적응. 브레드 보드 판에 입체 현미경 (그림 4B)를 볼트와도 플레이트에 볼트로 고정 사용자 정의 아크릴 칩 홀더와 맞 춥니 다.
      2. 현미경의 접안 렌즈에 USB CCD 카메라를 장착하고 다른 데이터와 동기화 비디오를 저장할 수있는 노트북 (그림 4D)에 연결 (중력, 운전 압력, 유량).
   4. 광학 블록
      1. 블록을 포함 주변 광에서 차폐 및 레이저 위험을 제어하기 위해 (오른쪽 그림 4A) 사용자 정의 불투명 아크릴 상자를 제작합니다.
      2. 안전하게 레이저의 기능을 확인하는 광학 필터 '창'을 활용합니다.
   5. 휴대용 퍼스널 컴퓨터
      1. 지지 구조체 내에서지지 빔에 비행 승인 노트북 트레이 볼트.
      2. 사용 출동랙 아키텍처 따라 USB 케이블을 고정하는 파스너 앤 루프 케이.
6. 기내 데모 구현
   1. 시위를 진행하는 간단한 개입
      1. 기내 또는 상당한 손재주가 필요하거나 기내 환경에 유체 누출 위험을 감수 할 수있는 다른 행동 매뉴얼 튜브 조정이 필요 없애기위한 추가 구성 요소를 통합합니다.
         1. 맞춤 기계 및 알루미늄 실린더 교련 압력 입구로서의 니들 스크류에 루어 어댑터 맞게 도청 이루어지는 압력 매니 폴드 (도 5a)를 통합한다. O 링과 아울렛 마이크로 보어 튜브에 맞게 둘레 작은 구멍을 뚫습니다. 동시에 여러 소스 병 압력을 사용합니다.
         2. DAQ 카드에 연결된 직렬 MOSFET 스위치 (그림 5C)에 의해 제어 세 방향 솔레노이드 밸브 (그림 5B)의 패널을 조립합니다. 에 맞게 마이크로 보어 튜브를 적응밸브 포트. 다른 유리 병에서 유체의 흐름을 제어하는​​ 데 사용합니다.
      2. 프로그램 소프트웨어 데모를 진행하는 하나의 버튼 개입 (노트북에 예를 들어, 한 번의 클릭)를 사용하여 (그림 6).
   2. 백업 수동 제어
      1. 예기치 않게 튜브 것은 분리 및 비행 중 재 연결 할 필요가 아마도 경우, 유체 역학을 통해 몇 가지 수동 제어를 가능하게하는 장비로 슬라이드 클램프를 추가합니다.
      2. 비행 누출시 바닥 랙 섹션에 충분한 정리 와이프를 포함합니다.
7. 비행 교란 준비 : 가능한 갑자기 요동 힘, 진동, 또는 비행에서 승객 충돌에 대한 준비 시스템.
   1. 정렬 안정화
      1. 쉽게 잘못 조절되어 정렬 된 구성 요소, 특히 광학 부품에 빠른 건조 에폭시를 적용합니다.
      2. 빠른 건조 에폭시를 통해 산업용 등급의​​ 에폭시를 적용뿐만 아니라 다른 componen을 확보하기 위해현미경 접안 렌즈에 CCD 카메라를 부착 포함한 필요한 화면 반전.
   2. 물리적 방해 테스트
      1. 위의 모든 구성 요소와 장비 지원 구조를 흔들어.
      2. 장애, 특히 정렬 된 광학 부품으로 장비를 쓰는 후 개별 구성 요소의 기능을 확인하십시오.
   3. 여객 위험 관리
      1. 실수로 조작 (그림 4C)에 노크 비행 승객을 손상시킬 수있는 수직 장비 랙 구조의 영역 (모서리, 가장자리)에 거품 패딩을 적용합니다.
      2. 블랙 덕트 테이프로 고정 패딩.

2. 데모 준비 및 물류

1. 기내 및 지상 팀 역할 할당
   1. 장비 설치 및 모든 실습 운영에 비행을 모두 수행하는 장비 운영자 (들)을 지정합니다. 장비의 설치가 완료되면 손-에 운영자 최고의 시각화 할 수 있습니다.
   을 소리내어 훈련 도중 및 기내 SOP를 읽어 SOP 리더를 지정합니다. 훈련 도중 SOP 독서의 과정은 어색하거나 병이 타이밍에 준비를 식별 할 수있다.
   2. 샘플 준비와 직접적으로 장비 사업자에 시간 부담을 최소화, 장비를 포함하는 다른 준비 작업을 수행하기 위해 지상 지원을 할당합니다.
2. 초기 표준 운영 절차 (SOP) 개발
   1. 에 비행, 비행 전 (전 전날 아침)을 통합 할 모든 단계를 작성, 항공권 위치에서 사용할 수 있습니다 만 장비 및 재료를 이용하여 비행 후 절차. 레벨 비행기 비행의 5 ~ 10 분 블록은 포물선을 시작하기 전에 최종 할인 설정 절차에 사용할 수 또는 평면으로 중간 지점에서 돌아 서서 수 있습니다.
   2. 포물선이 가능성이 비행기가 돌아서 방문에 머리를 뒤로 할 수 있도록 도중에 분리 될 것이라고 지적, 포물선의 전용 번호에 비행 실험 절차를 할당또 다른 그룹은 예상보다 중간 실험 이하의 포물선이 비행 할 수있다 밖으로 수준으로 비행기를 요청할 수있다 사이트, 그.
   3. 가능한 한 실제의 생물학적 시료를 피하고, 효과적인 봉쇄 넘어 생물학적 위험 위험을 최소화하는 시범 절차 임신. 푸른 식품 색소는 샘플 로더 데모 동안 혈액에 대한 대안으로 카운팅 형광 비드 (도 1d)를 타서 활용.
3. 시범 훈련
   1. 완전히 수정하고 SOP를 수정뿐만 아니라 비행 데이터와 비교하는 철저한 지상 제어 데이터를 생성하기에 충분한 훈련 일정을 설정합니다.
   2. 비행 전 SOP를 수행 한 후, 도구 또는 접지 자료에 대한 액세스를 절단, 기내 경험을 시뮬레이션하기 위해 방에 장비를 '고정'. 심지어 엄격한 훈련의 경우, 기내 ⁽³²⁾ 사용할 수 있습니다 할당 된 치수를 충족 바닥의 섹션을 표시합니다.
   3. 훈련하는 동안, SOP 전자를 따라xactly, 그리고 입구와 감소 중력의 출구뿐만 아니라 중간 비행 포물선 휴식을 나타내는, 20 ~ 30 초 포물선을 발표 스톱워치를 사용합니다.
   4. 하루의 비행과 하루 전에 비행 사이에 '비행 전'활동을 나누어, 실제 비행 하루 일정으로 확정 된 표준 운영 절차를 통합합니다.
   5. 장비 또는 갑자기 실험의 중간에서 수평 비행기를 타격 갑자기 힘을 포함하여 예기치 않은 기내 발생을 교육합니다.
   6. 샘플 및 시약의 시험 안정성이 활동 비행 전 절차 사이에서 비행 확장 휴식 (시간 이상)을받을 때. 온도가 비행 위치에서 상당히 높은 수 있음을 유의하십시오.
   7. 주 사업자는 전문적으로 비행 장치를 작동하기 위해 여러 개인 훈련. 그것은 포물선 동안 아픈 것, 주어진 사용자가 하나의 비행에 영향을받지 않을 수 있으며, 다른에 병이있는 사람 예측할 수 없다.
4. 지상 장비와 지원자료
   1. 다른 많은 항목 중 손 도구, 납땜 장비, 접착제 / 에폭시를 포함하여 수리에 필요한 백업 구성 요소와 장비를 포함하는 도구 상자를 조립합니다.
   2. 샘플이나 시약이 이미 비행을 위해 준비 된 후 예기치 않은 비행 연기가 발생하는 경우에 정기 항공편 동안 사용하기위한 것입니다 것 이상의 시료와 시약 수량을 수집합니다.
5. 선박
   1. 장비를 운반하는데 필요한 설치 선적, 지상 장비 (툴, 원심 분리기, 피펫, 볼텍스 믹서, 등) 및 부패성 (혈액 세포, 시약). 비행 캠페인, 수신 검사, 조립 및 테스트 하드웨어에 충분한 시간을 확인합니다.
   2. 버블 랩을 사용하여 바닥을 제외한 모든 측면에 싸는 장비입니다. 거품 패드 및 충격 물질로 내부적으로 장착되어 사용자 정의 나무 상자 상자를 사용하여 선박 장비,.
   3. 선박 지원하는 지상 장비 / 단단한 용기 또는 가슴에 도구입니다.
   4. 1에서 선박 신선 식품은. 두께의 절연4 ° C의 저장을 필요로하는 항목에 대한 -20 ° C 저장 및 냉동고 시원한 팩을 필요로하는 항목에 대한 드라이 아이스를 포함 거품 상자.
6. 비행 전 테스트
   며칠 항공편 전에 모든 구성 요소의 기능을 확인하기 위해 비행 위치에서 비행 전 테스트를 수행합니다.
   비행 리그의 무게를 측정하고 크레인은 항공기에 탑재하고 비행 주일의 기간 동안 항공기에 남아있을 가능성이 높습니다.

3. 기내 데모

데모는 / 실험은 이틀 지정 ( "일"과 아래의 "날 B") 사이에 분할된다. 날은 micromixing 데모 용으로 지정된 하루 B는 입자 감지 및 샘플 로딩 시위 지정되어 있습니다.

1. 마이크로 믹서 시위에 대한 기본 샘플 준비 (하루 만)
   1. 12 ㎖의 1X 인산염 완충 생리 식염수 (PBS)로 3 ㎖ 푸른 식품 염료를 희석.
   2. 3 ㎖ 식용 황색 염료 I 희석NTO PBS 1X 12 ml의.
   3. 스트레인 시판 정제 적혈구 15ml를.
      주의 : 어떠한 테스트 방법은 100 % 확실성 감염원의 부재로 보장 할 수 있기 때문에, 인간 유래의 제품이 항상 생물학적 위해로서 취급되어야한다.
   4. 로드 샘플 병은 각 샘플에 대한 (단계 3.3 참조), 플러스 추가 유리 병은 식염수 포함.
2. 광학 블록 데모에 대한 기본 샘플 준비
   1. 1 % 트윈과 PBS 1X 14 ㎖ (4.3 비즈 / μL) 60 μL 형광 계산 구슬을 결합합니다. 샘플 유리 병에 넣습니다.
      주의 :주의 및 개인 보호 장비 (PPE)를 사용하여 모든 화학 물질을 처리합니다.
   2. 1X PBS로 50 μL 손가락 스틱 전체 혈액 샘플 100 배 희석하고, [최종] = 5 μM에 대한 SYTO 83 염료를 추가합니다. 가볍게 소용돌이 혼합합니다. 실온에서> 5 분 동안 인큐베이션.
      주의 : 83 SYTO 염료 dimethylsulfoxi에 용해쉽게 피부를 통해 흡수되어 드 (DMSO). 눈, 호흡계 및 피부를 자극 할 수 있음. PPE를 사용하여 처리합니다.
   3. 원심 분리기 세포 샘플 (4 분 2,300 XG에서), 상층 액을 피펫.
   4. 뜨는 오프 4 분의 검체 2,300 XG에서 원심 분리, PBS 1X 1 mL를 넣은 스테인드 세포 샘플을 씻으십시오. 두 번 더 반복합니다.
   5. 원래 상업 주식의 500 배 희석 : 최종 1에 도달하는 1X PBS로 15 ml의 부피를 돌려줍니다. 샘플 유리 병에 변형 세포와 부하.
3. 샘플 로더 데모에 대한 기본 샘플 준비 (일 B 만)
   1. 면도날 15mm 세그먼트로 마이크로 헤마토크릿 모세관 튜브를 절단하여 샘플 로더 데모 모세관 소모품을 준비합니다.
   2. 로더 데모 용 샘플을 준비 : 250 μL 희석 푸른 식품 염료 250 μL 재고 형광 구슬 (500 비즈 / μL)을 섞는다. 두 1ml를 주사기에 250 μL 샘플 그리기, 각각 무딘 팁 NE 장착전기 테이프로 차단을 녹화한다 edle.
4. 유체 소스 병을로드
   1. 바이알에 신선한, 분말 무료 라텍스 다이아 프램 (장갑 허용에서 잘라 손가락)를 적용합니다. 다이어프램이 유리 병 바닥에서 확장하고 상위 외부 테두리 부분을 에워 충분히 긴 있는지 확인합니다. 접힌 부분을 통해 병 반지를 밀어 넣습니다.
   2. 캡 삽입하는 동안 유체 추방을 방지 캡 출구 호스에 임시 슬라이드 클램프를 놓습니다.
   3. 유리 병을 채우기 전에 부정적인 다이어프램을 확장 주사기와 유리 병에 압력을. 유리 병의 상단에 유체 붓고 공기가 (일부 유체가 흘러 나올 것입니다) 캡 배치하는 동안 캡 아래에 갇혀되지 않도록 각도로 캡을 삽입합니다. 간단히 다이아 프램에 의해 가해 주요 출구 튜브 및 릴리스 붕괴 압력에 슬라이드 클램프를 제거합니다.
5. 장비 데모를 준비
   1. 연결하고, 모든 튜브 연결을 확인
   2. 시스템에 소스 병 후크. 사용자 정의 acry에 맞는 병LIC 유리 병 홀더와 함께 후크 앤 루프 패스너를 고정합니다.
   3. 유리 병이나 빈에있는 포함 된 폐기물을 비 웁니다.
   4. 하드 드라이브 공간 및 시작 사용자 정의 데모 소프트웨어를 확인합니다.
   5. 각 데모에 특정 절차를 프라이밍 시스템 유체 공학을 수행합니다.
   6. 어떤 배터리 전원 장치 (예를 들어, 가속도계)에 새 배터리의 교환.
   7. 수동 형광 입자 샘플을 흔들.
   8. 짧은 비행 전 테스트 실험을 실행합니다.
6. 비행의 멀미를 피
   1. (기내 멀미를 방지하기위한 안전하고 효과적 스코 폴라 민 및 덱스 트로 암페타민) 제공 약물을 복용
   2. 유의는 (직선 몸, 예를 들어, 평면 다시 증가 중력 동안 거짓말을하고 머리가 앞으로 쏠하고, 몸이 감소 중력 전환 할 때 자체 최대 플로팅) 기내 몸 포지셔닝 전략을 추천했다. 가능하면, 중력의 변화에​​ 적응하는 데 몇 초 포물선을 사용합니다.
   3. 앞 주머니에 쉽게 액세스 할 수있는 플라스틱 구토 봉투를 보관하십시오. 구토가 갑자기 구역질을 선행하지 않고 발생할 수 있습니다.
7. 전용 포물선의 영공에 근접 위치 장비 사업자 번 비행. 장비 운영자는 높은 중력 간격 동안 누워서 다리 끈에 액세스 할 수 있도록 할 수 있도록 충분한 공간을 제공합니다. 포물선이 시작되면이가 너무 빨리 다소 위험 몸을 보낼 수 있으므로, 감소 중력 동안 몸에 강한 힘을 가하지 마십시오.
8. 미세 유체 믹서 데모를 수행합니다 (하루 만)
   1. 수동 테스트 실행하기 전에 혈액 병을 흔들어.
   2. 다른 측정 값에 동기화 된 비디오 데이터를 기록하는, 적어도 2 포물선 각각, 1.5, 2, 3, 4, 5, 6 psi에서 : 1 비율 (1)에 혈액 및 염수를 섞는다.
   3. 테스트 식염수 입구에 공기를 주입 채널 아키텍처 의지 트랩 최적의 혼합을 방지 할 수있는 거품 여부.
   4. 1.5, 2, 3, 4, 5에서 청색과 황색 식품 염료를 혼합하고, 최소 2 6 PSI각 포물선, 다시 동기화 된 데이터를 기록.
   5. 더 폐기물 생산을 방지하기 위해이 완료되면 시스템 유체 공학에 슬라이드 클램프를 적용합니다.
   6. 필요한 경우 데모 반복에 전자를 종료하기 전에 데이터 무결성을 확인합니다.
9. 광학 블록 및 샘플 로더 데모를 수행합니다 (일 B 만)
   1. 수동으로 실행하기 전에 샘플을 흔들.
   2. 3 포물선의 광학 블록을 통해 형광 계산 구슬 드라이브. 샘플 유형 사이에 최소 1 포물선 식염수로 세척 시스템.
   3. 형광 하이드로 젤 입자와 백혈구에 대한 3.9.2를 반복합니다.
   4. 샘플 로더 데모로 이동하기 전에 반복 할 필요가 누락 된 개체에 대한 데이터를 확인합니다.
   5. HD 비디오 레코더를 사용하여 샘​​플 로더 데모를 기록하기 시작합니다.
   6. 평면 중력 감소로 진입 할 때, 손가락 찌름 샘플 시뮬레이션에 손가락 카운트 비드 염료 혼합물의 드롭을 배치 샘플 주사기를 사용한다. 사용비현실적으로 큰 방울 (그림 1D)는 감소 된 중력 동안 손가락에 손가락 찌르기 샘플을 유지의 한계를 테스트합니다.
   7. 모세관 로더에 손가락 및로드 오프 샘플 (약 10 μL)를 선택하는 모세관 소모품을 사용하십시오.
   8. 상자에 포함 된 물티슈를 사용하여 손가락 오프 나머지 샘플을 닦습니다.
   9. 검출 광학계에 샘플을 드라이브.
   10. 다른 연산자를 사용하여 반복 테스트를 여러 번.
   11. 전자를 종료하기 전에 반복 할 필요가 누락 된 개체에 대한 데이터를 확인합니다.
10. 비행 후 종료
    1. 빈과 처리 폐기물은 적절하게 필요한 생물 학적 표지 봉쇄 소켓을 사용. 유해 폐기물은 항공기 시설에서 선적을 필요로 할 수있다.
    2. 강력한 청소를 제공하기 위해 물과로드 5 ML의 주사기를 사용하여 깨끗하게 세척 시스템. 플러시 밸브 전후 3 포트를 통해.
    3. 알코올 잎사귀를 사용하여 혼란을 닦습니다.
    4. 다음 데모 프라임 시스템.

결과

실체 현미경에 장착 된 CCD 카메라로 볼 때 마이크로 믹서의 데모 대표 결과, 그림 7에 나타납니다. 혈액 / 식염수와 파란색 / 노란색 염료 : 혼합은 시각적으로뿐만 아니라 유체의 두 세트를 포함하는 실험 종료 채널에 나선 어느 지점에서 평가 될 수있다. 출판물 ^38-40에 나타낸 바와 같이 2 차원 화상의 정량 분석은, 서로 다른 영역에서의 채널 폭에 걸쳐 균일 그늘의 결정을 포?...

토론

여기에 설명 된 방법은 지상 시험 비교 결과, 2010 FAST 포물선 항공편 중 주요 기술 구성 요소 (샘플 로딩, 미세 유체 혼합 및 광 검출)을 효과적으로 시연 가능. 여기에 기술 교육 및 SOP 방법은 특히 효과적이었고, 포물선 비행 온보드 사용할 수없는 것입니다 연습 시위에 의존 도구와 다른 '목발'의 존재를 조명하는 데 도움이.

개선을위한 지역 봉쇄와 레이아웃을 포함한?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Micro air pump	Smart Products, Inc.	AP-2P02A	Max pressure = 6.76 psi; 1.301” x 0.394” x 0.650” , 0.28 oz (8 g); available direct from Smart Products
Differential pressure sensor	Honeywell International, Inc.	ASDX015D44R	Range  of  0-15psi; 0.974" x 0.550" x 0.440", 0.09 oz (2.565 g); suppliers include Digi-Key and Mouser Electronics
Rigid plastic vial (small size)	Loritz & Associates, Inc.	55-05	Polystyrene; ID 0.81" (20.6 mm), IH 2.06" (52.4 mm); available direct from LA Container Inc.; similar product available from Dynalab Corp.
Rigid plastic vial (larger size)	Loritz & Associates, Inc.	55-140	Polystyrene; ID 1.88" (47.6 mm), IH 3.31" (84.1 mm); available direct from LA Container Inc.; similar product available from Dynalab Corp.
latex examination gloves	dynarex corporation	2337	Middle finger used for latex diaphragm in fluid source vial.  Other brands (e.g., Aurelia ®  Vibrant ™) acceptable.
Optical glue	Norland Products	NOA 88	Low outgassing adhesive; available direct from Norland; Also available from Edmund Optics Inc.
3-way solenoid valves	The LEE Company	LHDA0531115H	Gas valves, but can function with liquid; 1.29 " L, 0.28 " D.  Discontinued product.  Similar products available from The LEE Company.
Volumetric water flowmeter	OMEGA Engineering inc.	FLR-1602A	Non-contacting flow rate meter strongly preferred.  We recommend SENSIRION LG16 OEM Liquid Flow Sensor for flow rates from nl/min up to 5 ml/min.
PCD-mini photon detector	Sensl	PCDMini-00100	For fluorescence detection; available direct from Sensl
Accelerometer	Crossbow Technology, Inc.	CXL02LF3	3-demensional force detection.  Supplied to DMI by NASA.  Similar product available from Vernier Software & Technology, LLC.
Stereomicroscope	AmScope	SE305R-AZ-E
CCD Camera	Thorlabs	DCU223C	1024 x 768 Resolution, Color, USB 2.0; available direct from Thorlabs
USB and Trigger Cable (In/Out) for CCD Camera	Thorlabs	CAB-DCU-T1	Available direct from Thorlabs
Microbore tubing	Saint-Gobain Corporation	AAD04103	Tygon®; ID 0.02", OD 0.06", 500ft, 0.02" wall. Suppliers: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.
Hollow steel pins	New England Small Tube	(Custom)	0.025" OD, 0.017" ID, 0.500” L, stainless steel tube, type 304, cut, deburred, passivated; enable microbore tubing connections, chip tubing connections
Slide clamp	World Precision Instruments, Inc.	14042	Available direct from World Precision Instruments
Leur adaptor pieces	World Precision Instruments, Inc.	14011	Available direct from World Precision Instruments
Silicon wafer	Addison Engineering, Inc.		6" diameter; for SU-8 mold fabrication
Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer base	Dow Corning	3097366-1004	Supplier: Global Industrial SLP, LLC
Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer curing agent	Dow Corning	3097358-1004	Supplier: Global Industrial SLP, LLC
Needle (23 gauge), bevel tip	Terumo Medical Corporation	NN-2338R	Ultra thin wall; 23G x 1.5"; 22G also usable; suppliers: Careforde, Inc.,  Port City Medical
Dispensing needle (23 gauge), blunt tip	CML Supply	901-23-100	23Gx 1";  available from CML Supply
Rotary tool	Robert Bosch Tool Corporation	1100-01	Dremel® 1100-01 Stylus™
Cover glass	Thermo Fisher Scientific, Inc.	12-518-105E	Gold Seal™ noncorrosive borosilicate glass; for PDMS chip cover; 24x60 mm; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Vacuum pump	Mountain	MTN8407	For degassing PDMS; supplier:  Ryder System, Inc.
Vacuum chamber	Thermo Fisher Scientific, Inc.	5311-0250	Nalgene™ Transparent Polycarbonate; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Plasma cleaner	Harrick Plasma	PDC-32G
Hand magnifier	Mitutoyo	183-131	Use in reverse direction to enable viewing at ~15".
Ethanol	CAROLINA	861283	For chip cleaning. Dilute to 70% using millipore water.
Water purification system	Thermo Fisher Scientific, Inc.	D11901	Available direct from Thermo Fisher Scientific, Inc.
Optomechanical translation mounts	Thorlabs	K6X	6-Axis Kinematic Optic Mount; discontinued product; new product (K6XS) available direct from Thorlabs
Laptop	Hewlett-Packard	VP209AV	HP Pavilion Laptop running Windows 7
Laptop tray (spring loaded)	National Products, INC.	RAM-234-3	RAM Tough-Tray™. Can accommodate 10 to 16 inch wide laptops.
USB splitter	Connectland Technology Limited	3401167
USB Data Acquisition Cards (8 analog input, 12 digital I/O)	National Instruments	NI USB-6008	12-Bit, 10 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ
USB Data Acquisition Cards (16 analog input, 32 digital I/O)	National Instruments	NI USB-6216	16-Bit, 400 kS/s Isolated M Series MIO DAQ, Bus-Powered
Control/acquisition Software	National Instruments	LabVIEW 2009	Custom coded National Instruments (NI) LabVIEW
3D Solid Modeling Software	Dassault Systèmes SolidWorks Corp.	SolidWorks 2011
2D Modeling Software	AUTODESK	AutoCAD LT 2008
Vertical equipment rack	(NASA provided)	N/A
Solid aluminum optical breadboard	Thorlabs	MB2424	24" x 24" x 1/2", 1/4"-20 Taps; available direct from Thorlabs
Industrial grade steel and hardener	The J-B Weld Company		J-B Weld Steel Reinforced Epoxy Glue
Micro-hematocrit capillary	Fisher Scientific	22-362-574	inner diamter 1.1 to 1.2 mm
1 mL syringes	Henke-Sass, Wolf	4010.200V0	NORM-JECT®; supplier: Grainger, Inc.
Human red blood cells	Innovative Research	IPLA-WB3	Tested and found negative by supplier for: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag or HIV 1-NAT, ALT, and syphilis by FDA-Approved Methods.  Because no test methods can guarantee with 100% certainty the absence of an infectious agent, human derived products should be handled as suggested in the U.S. Department of Health and Human Services Manual on BIOSAFETY IN MICROBIOLOGICAL AND BIOMEDICAL LABORATORIES, FOR POTENTIALLY INFECTIOUS HUMAN SERUM OR BLOOD SPECIMENS
Phosphate buffered saline concentrate	P5493	SIGMA	10x; diluted to 1x
Tween	P9416	SIGMA	TWEEN® 20
Centrifuge	LW Scientific	STRAIGHT8-5K	Swing-Out 8-place Centrifuge.  Available through authorized dealers.  Other centrifuges available direct from LW Scientific.
HD video recorder	Sony	MHS-CM5
Orange fluorescent nucleic acid stain	Invitrogen	S-11364	SYTO® 83 Orange Fluorescent Nucleic Acid Stain.  Stored in DMSO solvent. Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required.
Fluorescent counting beads	Invitrogen	MP 36950	CountBright™ Absolute Counting Beads.  Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required.