이 연구는 (국립 과학 JOD에게 수여 재단 (OCE - 0623475), SPC (OCE - 0623534 및 0727544) 및 JHC (OCE - 0727587과 OCE - 0623508)에 의해 지원과 해군 연구소의 사무실에서 JHC에게 수여됩니다 N000140810654). 주식은 Devonshire 재단에서 제공하는 자금과 우즈 홀 해양 연구소에서 박사 과정 이수 학자 프로그램에 의해 지원됩니다.

<ol><li> 이 절차를 시작하기 위해, 우리는 모든 SCUVA 구성 요소가 올바르게 충분한 배터리, 녹화 테이프 (고화질 또는 HD 비디오 카메라) 및 기능을 가지고 있는지 확인합니다. 측정하려는 흐름에 따라, 비디오 카메라 해상도와 디지털 입자 이미지 velocimetry (DPIV)에 대한 최상의 결과를 얻을 수 프레임 속도를 선택합니다. 1,2은 </li><li> 깨끗한 수건으로 O - 링 홈 및 O - 링을 청소하여 사용하기 위해 레이저 및 카메라 하우징을 준비하거나 닦으십시오. 보급 제조 업체가 균일 O - 링에 O - 링 그리스를 제공하고 주택의 홈에서 그들을 대체합니다. 또한, 카메라 하우징 렌즈에 레이저 시트 변형 및 점수를 방지하기 위해 레이저 및 카메라 하우징 apertures를 청소하십시오. </li><li> 물이 가득한 욕조에 빈 주택을 모두 배치하여 O - 링 밀봉을 확인합니다. 가중 개체 때 빈 주택이 부동 이후 잠수함 그들에게 하우징의 상단에 배치해야합니다. 5-10분 후, 욕조 및 수건 건조 t에서 하우징을 제거외부 사람. 하우징 내부에있는 습기가 있는지 확인합니다. 또한 습기가 검사 후 하우징에 있는지 나타내는 압력 테스트 중에 일회용 종이 수분 스트립을 사용하여 고려하십시오. </li><li> 하우징의 압력 시험을 통과 후, 하우징 내부 SCUVA 구성 요소를 배치합니다. </li><li> 카메라 하우징에 부착 높은 강도 방전 (HID) 라이트 포드. 불빛들이 직접 미리 카메라와 연산자의 영역을 조명 것과 같은 방식으로 지향하고 있으며, 핸들 및 카메라 컨트롤의 작동에 손잡이를 유지에 방해가되지 않도록. </li><li> 낮은 조명 환경에서 레이저 빔을 제대로 레이저 주택에 설치된 광학 렌즈를 기준으로 정렬되었는지 확인하십시오. 제대로 정렬하면 레이저 / 렌즈 조합은 카메라 하우징에 직각 방향입니다 빛의 수직 시트를 생성합니다. 안전을 위해, 레이저 시트 방향을 결정하기 위해 종이의 온도에 민감한 시트를 사용합니다. </리&gt; <li> SCUVA 첨부 파일과 까다로운, 확장 가능 팔을 사용하여, 서로 레이저 주택과 카메라 하우징을 연결합니다. 하우징 단단히 부착되었는지와 하​​우징이 서로에 대하여 회전할 수 있는지 확인합니다. 이것은 레이저 시트 측정을 통해보기의 카메라의 필드에 수직 방향으로 유지하는 것이 중요합니다. </li><li> SCUVA의 현재 능력으로 인해, 측정 다이빙은 레이저 시트 자연광의 간섭을 방지하기 위해 낮은 위치에 조명이나 야간에 실시하실 수 있습니다. 따라서, 우리는 물을 들어가기 전에 황혼까지 이상 기다리는 것이 좋습니다. </li><li> 물에 들어가기 전에 카메라 하우징을 켭니다. 카메라 하우징은 카메라 주택에 수분의 경우 (LED 조명을 점멸) 시각 경고를 제공하는 내장된 전자 수분 센서가 있습니다. 카메라 하우징가되면 센서에만 효과가 있습니다. </li><li> 물에 젖어 SCUVA 자신이 사용하는 장치를 부착라인. 일단기구에 부착된, 장치의 부력 특성을 결정하기 위해 SCUVA을 놓습니다. 부력 특성에 따라 부력의 거품을 첨부하거나 중립 부력을 확보하고 물에 장치의 회전을 방지하기 위해 하나 또는 둘 모두 하우징에 가중치를 리드. </li><li> 다음, 레이저 스위치를 장치가 정지 만요. 다이버 유도 흐름의 측정을 최소화하기 위해 다이버에서 충분히 멀리 확장 가능 팔을 사용하여 레이저를 놓습니다. 대상 근처 다이버 유발 흐름의 측정 오류를 소개하고 후속 분석을 위해 사용되지 않습니다. 보기 프레임 대상 분야와 주변 유체 때까지 카메라의 확대를 조정합니다. </li><li> 장치가 정지 유지하면서 입자가 선명한 표시하고 초점 때까지 레이저 시트에 비디오 카메라를 중점을두고 있습니다. 레이저 시트 비행기 초점되면, 수동 초점 모드로 카메라를 전환합니다. 이 분야에 나타나는 객체에 환기 시켰을 뿐일세에서 카메라를 방지할 수 있습니다레이저 시트에 흐린 입자의 결과, 측정하는 동안 볼 수 있습니다. </li><li> SCUVA를 보정하려면,보기의 비디오 카메라 분야 내에서 레이저 시트에 알려진 크기와 개체를 배치합니다. 몇 초 동안 기록합니다. 다이빙 후, 이미지가 cm로 픽셀 단위보기에서 크기의 필드를 변환하는 보정 상수를 결정하기 위해이 비디오 시퀀스에서 추출한 것입니다. 언제든지 운영자가보기 크기 필드는 다이빙 동안 다시 위치 확장 가능 팔이나 카메라 줌 변경 될 조정하는 경우 단계 12 13 반복해야합니다. </li><li> 작업 깊이 내림차순으로 다이빙을 시작합니다. 대상을 찾을시, 환경 대량 유동 특성 결정해야합니다. 있는 경우, 현재 방향은 장치 및 측정 기간 동안 대상에 대한 상대 다이버의 위치를​​ 지시합니다. 대상 주변 대량의 흐름 방향은 거품이 다이버에서 exhaled 관찰하고 그들의 측면 움직임을 지적하여 유추하실 수 있습니다. 에거품 이외는 형광 염료의 작은 수량 (즉, 플루오레신)은 현재의 방향을 결정하기 위해 공개 수 있습니다. 다이버 생성된 흐름이 DPIV 측정 오류의 원천이 될 수 있기 때문에 다이버는 타겟의 상류에 위치해서는 안됩니다. 또한, 레이저 시트 따라서 DPIV 오류를 최소화 레이저 시트 내의 입자 체류 시간을 극대화하기 때문에 같은 전류의 방향으로 평행하게 위치해야합니다. 도 현재 또는 대량 흐름이 존재없는 경우 단, 다이버 및 대상에 대한 상대 SCUVA 위치는 무제한입니다. </li><li> 위치 SCUVA는 밝게와 대상을 둘러싼 유체 움직임을 기록합니다. 움직이지 유지하면서 움직이는 대상을 둘러싼 흐름을 기록하려고하면 먼저 예상 위치로 대상의 위치, 그리고 위치 SCUVA을 예측할 수있는 경우. 대상은보기의 카메라의 필드를 통해 움직임으로 녹음을 시작합니다. 대상이 움직이지 않으면, 비디오 카메라 &amp;의 목표와 주변 유체를 프레임# x2019; 움직이지 남아있는 동안 기록을 확인하고 시작의 일부 필드. 연산자는 잘못된 DPIV 결과에 이러한 모션 결과부터 비디오 녹화 중에 회전과 밖에서 비행기 동작 자제해야합니다. 따라서 측정은 회전과 밖에서 비행기 잠수부의 움직임이 더 데이터 분석을 위해 사용되지 않습니다 수집된. </li><li> 동영상 수집가 완료되면, SCUVA의 모든 구성 요소를 해제하고 철회 위치로 레이저 팔을 복원합니다. 물이 SCUVA를 제거하고 ARM에서 카메라와 레이저 하우징을 분리합니다. 린스 또는 장치의 꼼짝없이 방지하기 위해 건조하기 전에 담수의 장치를 적시게. 하우징이 건조되면, 주택의 구성 요소를 제거하고 재충전하고 다른 다이빙에 필요한 경우에는 배터리를 교체하십시오. </li><li> 컴퓨터에 비디오 카메라를 연결하고 HD 비디오 소프트웨어 패키지를 (즉, 어도비 프리미어 프로 또는 iMovie)을 사용하여 HD 테이프에서 비디오 압축을 풉니다. 동영상이 추출되면 범위를 결정동영상이 DPIV 분석에 대한 이미지의 일련로 변환할 수 있습니다. 픽셀 가로 세로 비율 및 추출 이미지 크기는 HD 비디오 설정과 일치 있는지 확인하십시오. </li><li> 이러한 이미지는 DPIV 처리 프로그램 (즉, 데이비스 또는 MatPIV)로 가져옵니다. 보정 상수 및 DPIV 소프트웨어 패키지에서 메시지가 이미지 캡처 매개 변수의 적절한 선택 후, 속도 필드는 연속 입자 이미지 생성하실 수 있습니다. 측정의 품질과 종류에 따라 추가 후처리 단계는,에도 적용될 수있다 3. </li></ol> 대표 결과 : 프로토콜이 올바르게 완료되면 대상을 둘러싼 입자 이미지는 샤프하고 구별하기 쉬운 것입니다. SCUVA의 비디오 카메라 (그림 1A) 및 DPIV 프로세싱 소프트웨어 패키지 대상을 둘러싼 흐름 (그림 1B)의 속도 필드에 의해 현장에서 캡처된 입자 필드를 사용하는 것은 공개됩니다. veloci의 벡터타이 필드는 국부 유속의 크기와 방향을 나타냅니다. 충분한 비디오 이미지의 시계열을 제공하기 위해 수집하는 경우, 속도 분야의 시계열도 확인할 수 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/2615/2615fig1.jpg" alt="그림 1"/> 그림 1은 아우렐 리아 labiata을 둘러싼 현장 입자 분야 (A)로 측정. 흐름 방향과 크기를 나타내는 노란색 벡터와 대응 속도 필드 (B). <img src="/files/ftp_upload/2615/2615fig2.jpg" alt="그림 2"/> Mastigias SP를 둘러싼 현장 입자 필드에 그림 2. 그리고 Solmissus SP. (A와 B, 각각). 빨간색 화살표는 어려운 입자와 대상 사이에 구별하고, 이미지의 채도 결과 높은 반사율의 영역을 나타냅니다. B의 빨간색 화살표는 흐름 속도가 때 결과를 줄이의 영역을 나타냅니다높은 주파수에서 충분히 맛볼 수 없습니다.

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	<li>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=Particle-imaging+techniques+for+experimental+fluid+mechanics.">Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 23, 261-304 (1991).</li><li>Willert, C. E., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+particle+image+velocimetry.">Digital particle image velocimetry.</a> Exp. Fluids. 10, 181-193 (1991).</li><li>Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. , (2007).</li><li>Agrawal, Y. C., Pottsmith, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+diffraction+particle+sizing+in+STRESS.">Laser diffraction particle sizing in STRESS.</a> Cont. Shelf Res. 14, 1101-1121 (1994).</li><li>Katz, J., Donaghay, P. L., Zhang, J., King, S., Russell, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Submersible+holocamera+for+detection+of+particle+characteristics+and+motions+in+the+ocean.">Submersible holocamera for detection of particle characteristics and motions in the ocean.</a> Deep Sea Res. 46, 1455-1481 (1999).</li><li>Katija, K., Dabiri, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+field+measurements+of+aquatic+animal-fluid+interactions+using+a+self-contained+underwater+velocimetry+apparatus+(SCUVA).">In situ field measurements of aquatic animal-fluid interactions using a self-contained underwater velocimetry apparatus (SCUVA).</a> Limnol. Oceanogr.-Meth. 6, 162-171 (2008).</li></ol>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

현장에서 잠재적인 제약 디지털 입자 이미지 velocimetry (DPIV)를 구현하는 데 필요한 흐름 입자가 필요합니다. 해안 물에 정지 미립 물질 10 직경 μm의와 0.002와 mm 3 당 10 사이의 농도의 순서에 크기를 전시 4. 추가 연구가 바다 물 속에 DPIV을 수행하기 위해 입자를 시딩 충분한 존재 확인 입자 감지를위한 잠수 holocamera를 사용합니다. 5 열고 바다와 연안 바다 다이빙을하는 동안, 우리는 입자 밀도와 크기는 현장 DPIV에 실시에 대한 제약하지 것으로 나타났습니다. 이외 입자 밀도 및 크기에서 DPIV 측정과 관련된 또 다른 관심사는 입자 농도의 균질성입니다. 심문 창 내의 지역이 다른보다 큰 입자 농도가있다면 질적, 속도 크기는 D에 의해 생성된PIV 분석은 높은 입자의 농도와 지역에 대한 편견 것입니다. 입자 농도 변화가 최소화 어디 따라서 SCUVA 측정을 실시해야합니다. 우리는 thatcle 농도는 다이버가 물 열의 중간에 정지 잠수하는 동안 비교적 일정한 아르 입자 농도 동안 상대적으로 지속적으로 발견되는. 그러나, 저생 환경에서 입자 필드는 바다의 바닥 근처 환경 또는 다이버 유발 흐름에 의한 입자의 resuspension로 인해 inhomogeneity에 대한 잠재력을 지니고 있습니다. 관리는 저생 환경에서 측정하는 동안 입자의 중단을 최소화하기 위해 이동해야합니다. 저자 &#39;지식, inhomogeneous 입자 농도 필드에 의해 생성된 오류의 공식적인 분석 실험실 또는 현장 조건 중 하나에 실시되지 않았으며, 별도의 발행물에 추가 고려 대상이 될 것입니다. 준비 및시 여러 가지 문제가 고려되어야프로토콜을 사용하여 현장 실험에서 실시. 녹음하는 동안 연산자는 정지 상태 및 모든 out - of - 비행기와 회전 운동하지 않도록 지시합니다. 이 요청은 실제 이론 간단하지만 어려운, 이러한 측정이 성공적으로 완료하기 위해 고급 다이빙 기술을 필요로합니다. 밖에서 비행기와 잘못된 DPIV 데이터에 연산자 결과의 회전 동작. 그러나,에 - 비행기 움직임은 자체 소프트웨어를 사용하여 해결할 수 있습니다. 6 그것은 측정 효율을 극대화하기 위해 SCUVA를 사용하기 전에 몇 가지 다이빙을위한 부력 조절 연습을 교환하는 것이 좋습니다. 부력 고려 사항 외에, 교환 대상 흐름 방향을 알고 있어야합니다. 레이저 시트에 상대적인 수준의 비행기 여​​행 흐름이 안정적인 DPIV의 결과를 얻을되지 않으며, 교환 동양 SCUVA해야 가장 효과적으로 이러한 흐름을 캡처합니다. 또한, 대상에 상대적인 다이버의 위치 selecte되어야합니다d는만큼 측정에서 다이버 유발 흐름을 최소화하기 위해. 다이버 유도된 흐름이 대상 흐름에 오류를 소개하고, 다이버 효과를 포함 성능은 더 분석을 위해 사용해서는 안됩니다. 목표는 고도의 반사 표면을 가지고있는 경우, 대상을 둘러싸고있는 유체 지역은 강력 어려운 주변 유체 (빨간색 화살표 그림 2A에 표시된 지역)에서 인근 개별 입자를 구별하고, 조명 것입니다. 필터 또는 polarizers는 비디오 카메라 센서에 의해 캡처된 레이저 빛의 강도를 줄이기 위해 레이저 또는 카메라 하우징에 추가할 수 있습니다. 이 때문에 병참 제약 및 내부 소프트웨어를 사용하여 이미지의 설비, 후처리에 제한적으로 액세스할 수 없다면 이미지에서 대상 근처의 고가 픽셀 농도를 빼는 방법으로 충분한 교정을 제공할 수 있습니다. DPIV 데이터의 품질에 영향을 미치는 또 다른 고려 사항은 입자 줄무늬가 존재 여부이다. 경우 입자필드 줄이의 지역 (빨간색 화살표 그림 2B로 표시)가, 비디오 카메라는 이러한 높은 판매율을 해결하기 위해 너무 낮은 프레임 속도로 녹음됩니다. 프레임 속도를 증가시켜, 입자 줄이을 줄일 수 있습니다. 그러나 빛이 비디오 카메라 센서에 도달하고 입자 필드 모양의 주차를 만드는의 감소이 발생합니다. 비디오 카메라가 수동으로 조리개 설정을 설정할 수있는 능력이있다면, 입자 필드의 dimming 방지하기 위해 조리개 설정을 향상시킬 수 있습니다. 최적의 장치 설정을 결정하는 것은 성공적인 데이터 수집하기 전에 SCUVA 여러 다이빙을 요구할 수 있습니다.

quantitatively measuring in situ flows using a self-contained underwater velocimetry apparatus (scuva)

직접 액체 환경에서 속도 필드를 측정하는 능력은 해양학, 생태학, 생물학, 그리고 유체 역학 등 다양한 분야로 연구 경험 데이터를 제공하는 것이 필요합니다. 필드 측정은 환경 조건, 동물의 가용성 및 현장 호환 측정 기술의 필요성과 실천 과제를 소개합니다. 이러한 문제를 방지하려면, 과학자들은 일반적으로 동물 - 유체 상호 작용을 연구하기 위해 제어 실험실 환경을 사용합니다. 그러나, 하나는 실험실 측정에서 (현장에서 발생하는 즉,) 자연 동작을 추정 수 있는지 여부를 질문에 대한 합리적인 것입니다. 따라서, 현장 양적 흐름 측정에 정확하게 자신의 자연 환경 속에서 동물 수영을 설명하는 데 필요합니다. 우리는 표면에 어떤 연결의 독립적인 운영 자체 포함, 휴대용 장치를 설계, 그리고 흐름 필드 surrou의 양적 측정을 제공할 수동물을 nding. 이 장치는 자체 포함된 수중 velocimetry 장치 (SCUVA)는 40 M.에 깊이에 한 스쿠버 다이버에 의해 운영됩니다 실험실 측정에 비해 현장 조건, 추가 고려 사항 및 준비 고유 추가 복잡으로 인해이 필요합니다. 이러한 고려 사항을 포함하지만, 수영 목표, 가능한 자연 정지 미립자, 그리고 관심의 흐름에 상대적으로 SCUVA의 방향의 위치를​​ 예측하고, 운영자의 움직임에 제한되지 않습니다. 다음 프로토콜은 이러한 일반적인 현장 문제를 해결하기 위해 및 측정 성공을 극대화하기위한 것입니다.

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

이 프로토콜은 원위치 동물 생성 흐름에의 부량 위해 설계 자체에 포함된 수중 velocimetry 장치 (SCUVA)를 사용하는 방법에 대한 지침을 제공합니다. 또한,이 프로토콜은 현장 조건으로 인한 문제를 해결하고, 운영 모션, 동물의 예측 위치, 그리고 SCUVA의 방향을 포함하고 있습니다.

양적 측정 현장에서</em독립적인 수중 Velocimetry 장치 (SCUVA)을 사용하여> 흐름

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

quantitatively-measuring-situ-flows-using-self-contained-underwater

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

12.9K 조회수.  Woods Hole Oceanographic Institution. 이 프로토콜은 원위치 동물 생성 흐름에의 부량 위해 설계 자체에 포함된 수중 velocimetry 장치 (SCUVA)를 사용하는 방법에 대한 지침을 제공합니다. 또한,이 프로토콜은 현장 조건으로 인한 문제를 해결하고, 운영 모션, 동물의 예측 위치, 그리고 SCUVA의 방향을 포함하고 있습니다.

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Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. Electrospinning is a process in which a charged polymer jet is collected on a grounded collector; a rapidly rotating collector results in aligned nanofibers while stationary collectors result in randomly oriented fiber mats. The polymer jet is formed when an applied electrostatic charge overcomes the surface tension of the solution. There is a minimum concentration for a given polymer, termed the critical entanglement concentration, below which a stable jet cannot be achieved and no nanofibers will form - although nanoparticles may be achieved (electrospray). A stable jet has two domains, a streaming segment and a whipping segment. While the whipping jet is usually invisible to the naked eye, the streaming segment is often visible under appropriate lighting conditions. Observing the length, thickness, consistency and movement of the stream is useful to predict the alignment and morphology of the nanofibers being formed. A short, non-uniform, inconsistent, and/or oscillating stream is indicative of a variety of problems, including poor fiber alignment, beading, splattering, and curlicue or wavy patterns. The stream can be optimized by adjusting the composition of the solution and the configuration of the electrospinning apparatus, thus optimizing the alignment and morphology of the fibers being produced. In this protocol, we present a procedure for setting up a basic electrospinning apparatus, empirically approximating the critical entanglement concentration of a polymer solution and optimizing the electrospinning process. In addition, we discuss some common problems and troubleshooting techniques.

Electrospinning techniques can create a variety of nanofibrous scaffolds for tissue engineering or other applications. We describe here a procedure to optimize the parameters of the electrospinning solution and apparatus to obtain fibers with the desired morphology and alignment. Common problems and troubleshooting techniques are also presented.

Electrospinning 기본 : 최적화 솔루션 및 장치 매개 변수

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. ...

연구

생체공학

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1 While microcontact printing can be employed to directly print a large number of molecules, including proteins,2 DNA,3 and silanes,4 the formation of self-assembled monolayers (SAMs) from long chain alkane thiols on gold provides a simple way to confine proteins and cells to specific patterns containing adhesive and resistant regions. This confinement can be used to control cell morphology and is useful for examining a variety of questions in protein and cell biology. Here, we describe a general method for the creation of well-defined protein patterns for cellular studies.5 This process involves three steps: the production of a patterned master using photolithography, the creation of a PDMS stamp, and microcontact printing of a gold-coated substrate. Once patterned, these cell culture substrates are capable of confining proteins and/or cells (primary cells or cell lines) to the pattern.
The use of self-assembled monolayer chemistry allows for precise control over the patterned protein/cell adhesive regions and non-adhesive regions; this cannot be achieved using direct protein stamping. Hexadecanethiol, the long chain alkane thiol used in the microcontact printing step, produces a hydrophobic surface that readily adsorbs protein from solution. The glycol-terminated thiol, used for backfilling the non-printed regions of the substrate, creates a monolayer that is resistant to protein adsorption and therefore cell growth.6 These thiol monomers produce highly structured monolayers that precisely define regions of the substrate that can support protein adsorption and cell growth. As a result, these substrates are useful for a wide variety of applications from the study of intercellular behavior7 to the creation of microelectronics.8
While other types of monolayer chemistry have been used for cell culture studies, including work from our group using trichlorosilanes to create patterns directly on glass substrates,9 patterned monolayers formed from alkane thiols on gold are straight-forward to prepare. Moreover, the monomers used for monolayer preparation are commercially available, stable, and do not require storage or handling under inert atmosphere. Patterned substrates prepared from alkane thiols can also be recycled and reused several times, maintaining cell confinement.10

Self-assembled monolayers (SAMs) formed from long chain alkane thiols on gold provide well-defined substrates for the formation of protein patterns and cell confinement. Microcontact printing of hexadecanethiol using a polydimethylsiloxane (PDMS) stamp followed by backfilling with a glycol-terminated alkane thiol monomer produces a pattern where protein and cells adsorb only to the stamped hexadecanethiol region.

단백질과 세포 교도소에 대한 2 차원 문양의 기판 만들기

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

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

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 give an accurate velocity profile. A protocol is presented for &mu;PIV measurements of blood flows in microchannels. At the scale of the microcirculation, blood cannot be considered a homogeneous fluid, as it is a suspension of flexible particles suspended in plasma, a Newtonian fluid. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate can be derived from these measurements. Several key parameters such as focal depth, particle concentration, and system compliance, are presented in order to ensure accurate, useful data along with examples and representative results for various hematocrits and flow conditions.

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows which are cross-correlated to give an accurate velocity profile. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate, each of which has clinical applications, can be derived from these measurements.

마이크로 혈액 흐름의 속도 분포 측정을위한 마이크로 입자 이미지 유속계

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 ...

Measuring the Mechanical Properties of Living Cells Using Atomic Force Microscopy

Mechanical properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many biological processes including stem cell differentiation, tumor formation, and wound healing. Changes in stiffness of cells and ECM are often signs of changes in cell physiology or diseases in tissues. Hence, cell stiffness is an index to evaluate the status of cell cultures. Among the multitude of methods applied to measure the stiffness of cells and tissues, micro-indentation using an Atomic Force Microscope (AFM) provides a way to reliably measure the stiffness of living cells. This method has been widely applied to characterize the micro-scale stiffness for a variety of materials ranging from metal surfaces to soft biological tissues and cells. The basic principle of this method is to indent a cell with an AFM tip of selected geometry and measure the applied force from the bending of the AFM cantilever. Fitting the force-indentation curve to the Hertz model for the corresponding tip geometry can give quantitative measurements of material stiffness. This paper demonstrates the procedure to characterize the stiffness of living cells using AFM. Key steps including the process of AFM calibration, force-curve acquisition, and data analysis using a MATLAB routine are demonstrated. Limitations of this method are also discussed.

This paper demonstrates a protocol to characterize the mechanical properties of living cells by means of microindentation using an Atomic Force Microscope (AFM).

원자 힘 현미경을 사용하여 살아있는 세포의 기계적 특성을 측정

Mechanical  properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many  biological processes including stem cell differentiation, ...

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an additional application for these instruments- viewing viral assemblies in a liquid environment. This exciting and novel method of visualizing biological structures utilizes a recently developed microfluidic-based specimen holder. Our video article demonstrates how to assemble and use a microfluidic holder to image liquid specimens within a TEM. In particular, we use simian rotavirus double-layered particles (DLPs) as our model system. We also describe steps to coat the surface of the liquid chamber with affinity biofilms that tether DLPs to the viewing window. This permits us to image assemblies in a manner that is suitable for 3D structure determination. Thus, we present a first glimpse of subviral particles in a native liquid environment.

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Here we describe a procedure to image viral complexes in liquid at nanometer resolution using a transmission electron microscope.

시투에서 액체에 있는 생물학 어셈블리의 TEM

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an ...

Custom-designed Laser-based Heating Apparatus for Triggered Release of Cisplatin from Thermosensitive Liposomes with Magnetic Resonance Image Guidance

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect resulting in significant reductions in systemic toxicity. Nonetheless, insufficient release of encapsulated drug from liposomes has limited their clinical efficacy. Temperature-sensitive liposomes have been engineered to provide site-specific release of drug in order to overcome the problem of limited tumor drug bioavailability. Our lab has designed and developed a heat-activated thermosensitive liposome formulation of cisplatin (CDDP), known as HTLC, to provide triggered release of CDDP at solid tumors. Heat-activated delivery in vivo was achieved in murine models using a custom-built laser-based heating apparatus that provides a conformal heating pattern at the tumor site as confirmed by MR thermometry (MRT). A fiber optic temperature monitoring device was used to measure the temperature in real-time during the entire heating period with online adjustment of heat delivery by alternating the laser power. Drug delivery was optimized under magnetic resonance (MR) image guidance by co-encapsulation of an MR contrast agent (i.e.,&#160;gadoteridol) along with CDDP into the thermosensitive liposomes as a means to validate the heating protocol and to assess tumor accumulation. The heating protocol consisted of a preheating period of 5 min prior to administration of HTLC and 20 min heating post-injection. This heating protocol resulted in effective release of the encapsulated agents with the highest MR signal change observed in the heated tumor in comparison to the unheated tumor and muscle. This study demonstrated the successful application of the laser-based heating apparatus for preclinical thermosensitive liposome development and the importance of MR-guided validation of the heating protocol for optimization of drug delivery.

AN MRI-compatible&#160;custom-designed laser-based heating apparatus has been developed to provide local heating of subcutaneous tumors in order to activate release of agents from thermosensitive liposomes specifically at the tumor region.

자기 공명 이미지 지침에 열성 리포좀에서 시스플라틴의 트리거 된 릴리스를위한 맞춤 설계 레이저 기반의 가열 장치

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect ...

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances (EPS). The EPS serves as a physical and protective scaffold that houses the bacterial cells and consists of a variety of materials that includes proteins, exopolysaccharides and DNA. The composition of the EPS may change, which remodels the mechanic properties of the biofilm to further develop or support alternative biofilm structures, such as streamers, as a response to environmental cues. Despite this, there are little quantitative descriptions on how EPS components contribute to the mechanical properties and function of biofilms. Rheology, the study of the flow of matter, is of particular relevance to biofilms as many biofilms grow in flow conditions and are constantly exposed to shear stress. It also provides measurement and insight on the spreading of the biofilm on a surface. Here, particle-tracking microrheology is used to examine the viscoelasticity and effective crosslinking roles of different matrix components in various parts of the biofilm during development. This approach allows researchers to measure mechanic properties of biofilms at the micro-scale, which might provide useful information for controlling and engineering biofilms.

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Particle-tracking microrheology investigates the viscoelasticity of materials. Here, the technique is used to determine the viscoelasticity, creep compliance and effective crosslinking roles of different matrix components of a bacterial biofilm. The matrix consists of polymeric substances secreted by the bacteria and its components determine biofilm structure and mechanical properties.

입자 추적 Microrheology에 의한 바이오 필름의 기계적 성질의 제자리 매핑에서

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances ...

Measuring TCR-pMHC Binding In Situ using a FRET-based Microscopy Assay

T-cells are remarkably specific and effective when recognizing antigens in the form of peptides embedded in MHC molecules (pMHC) on the surface of Antigen Presenting Cells (APCs). This is despite T-cell antigen receptors (TCRs) exerting usually a moderate affinity (&#181;M range) to antigen when binding is measured in vitro1. In view of the molecular and cellular parameters contributing to T-cell antigen sensitivity, a microscopy-based methodology has been developed as a means to monitor TCR-pMHC binding in situ, as it occurs within the synapse of a live T-cell and an artificial and functionalized glass-supported planar lipid bilayer (SLB), which mimics the cell membrane of an Antigen presenting Cell (APC) 2. Measurements are based on F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET) between a blue- and red-shifted fluorescent dye attached to the TCR and the pMHC. Because the efficiency of FRET is inversely proportional to the sixth power of the inter-dye distance, one can employ FRET signals to visualize synaptic TCR-pMHC binding. The sensitive of the microscopy approach supports detection of single molecule FRET events. This allows to determine the affinity and off-rate of synaptic TCR-pMHC interactions and in turn to interpolate the on-rate of binding. Analogous assays could be applied to measure other receptor-ligand interactions in their native environment.

Measuring TCR-pMHC Binding In Situ using a FRET-based Microscopy Assay

This manuscript describes how to conduct (single molecule) F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET)- based assays to measure the binding dynamics between T-cell antigen receptor (TCR) and antigenic peptide-loaded MHC molecules as they occur within the immunological synapse of a T-cell in contact with a functionalized planar supported lipid bilayer.

TCR-pMHC 바인딩 측정<em&gt; 현장에서</em&gt; FRET 기반의 현미경 분석을 사용하여

T-cells are remarkably specific and effective when recognizing antigens in the form of peptides embedded in MHC molecules (pMHC) on the surface of Antigen ...

Apparatus for Harvesting Tissue Microcolumns

This manuscript describes the production process for a laboratory apparatus, made from off-the-shelf components, that can be used to collect microcolumns of full-thickness skin tissue. The small size of the microcolumns allows donor sites to heal quickly without causing donor site scarring, while harvesting full-thickness tissue enables the incorporation of all cellular and extracellular components of skin tissue, including those associated with deeper dermal regions and the adnexal skin structures, which have yet to be successfully reproduced using conventional tissue engineering techniques. The microcolumns can be applied directly into skin wounds to augment healing, or they can be used as the autologous cell/tissue source for other tissue engineering approaches. The harvesting needles are made by modifying standard hypodermic needles, and they can be used alone for harvesting small amounts of tissue or coupled with a simple suction-based collection system (also made from commonly available laboratory supplies) for high-volume harvesting to facilitate studies in large animal models.

Here we describe a protocol for producing harvesting needles that can be used to collect full-thickness skin tissue without causing donor site scarring. The needles can be combined with a simple collection system to achieve high-volume harvesting.

조직 Microcolumns 수확 용

This manuscript describes the production process for a laboratory apparatus, made from off-the-shelf components, that can be used to collect microcolumns ...

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.

Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry 혈관 흐름에서 체 외에서 의 연구

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

양적 측정 현장에서 흐름