Yazarlar mali destek (No 13.236,1 PFFLI-LS) Teknoloji ve Yenilik (CTI, İsviçre) için Komisyonu&#39;na teşekkür etmek istiyorum.

araştırmalar 2 bar yapılacak basınç kadar düşer min -1 ve 60 L kadar akış hızlarında mekanik stres deneyleri sağlayan borulu pompa kurulum (Figu 2 re) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Şekil l&#39;de gösterildiği gibi, U 2 deney düzeneği depolama haznesinin, pompa devresi, ve satır içi endoskopi tekniği donanımları oluşan, yeniden. Depolama kabının pervane, sadece yüzey aktif madde karışımı için kullanılmıştır. Periferik elemanlar farklı pompa ayarlarında akış hızı v ve basınç düşüşü s izlemek için kapalı döngü içine entegre edildi. araştırmalar el çarkı vanası kullanılarak değiştirildi. 1. Deney Düzeneği <ol><li> Biyoreaktör (D = 0.15 m, H / D = 2.2) yüzeyaktif maddeler feshine bir pervane ile donatılmış olduğundan emin olunnt ve giriş borusu gaz girişini önlemek için sıvı içine dips emin olun. </li><li> Bir şırınga portu, incelenen pompa, bir kelepçeli debimetre, tek kullanımlık basınç sensörü ve bir el çarkı valfli pompa döngü donatın. Depolama kabına pompa döngü bağlantısından sonra, motora pompa kafasını bağlamak ve endoskop probu hazırlar. </li><li> Prob ucunda, değişken yansıma düzlemi, bu durumda bir rodyum ayna monte ve 150 mikron ayna ve mercek arasındaki mesafeyi ayarlamak. Objektif netliğini odaklanmak 100 um vidayı ayarlayın. </li><li> Fiber optik kablo ve bir Ethernet kablosu ile bilgisayara endoskop kamera ile stroboscope prob bağlayın. Sonra, bir tetikleyici kutusu kablosu ile birlikte kamera ve stroboskop bağlayın. </li><li> Bilgisayarı başlatın ve bir görüntü elde etme ve tanıma yazılımı, yanı sıra sonuç analizörü yazılımı içerir üretici tarafından sağlanan yazılım, açın. </li><li> Ana menüde görüntü elde etme yazılımı seçin. </li><li> Düğmesinin kamerayı tespit etmek için ekranın sol üst köşesindeki &quot;cihazı Algılama&quot; düğmesine tıklayın. </li><li> &quot;Dizin Ayarları&quot; altında görüntüleri kaydetmek için bilgisayarda konumunu seçin ve komut &quot;tetik alt klasörler oluşturma&quot; etkinleştirin. </li><li> Bölümünde proses parametrelerini girin &quot;Tetik modu: Hazır&quot;. Frame rate: 7.5 Hz Tetik başına Çerçeveler: 50 Tetikleyiciler sayısı: 60 Tetik aralığı: 60 saniye </li><li> Tüm hazırlık çalışmalarının tamamlanmasından sonra, depolama kabına 5 L deiyonize su dökün ve pompa ve pompa döngü doldurmak için pompa açın. </li><li> Pompayı kapatın ve yüzey 0.9 ml (c yüzey = 0.18 ml L -1, ρ yüzey, 20 ° C = 1,070 kg m -3, kritik misel konsantrasyonu (CMC) ekleyin: ω cmc0; ≈ 0.018 ml L -1, ω yüzey ≈ 10 · karıştırılarak 10 ml pipet) ile CMC ω. 10 dakika sonra, yüzey aktif madde, tamamen çözülür. </li><li> Çarkı kapatın ve pompa açın. Lens giriş borusu altında yer almaktadır böylece endoskop probu yerleştirin. </li><li> 3.4 L dak akış hızı 1 ve pervane hızı ve el çarkı valf değiştirilerek 0.03, 0.3 veya 0.61 bar basınç düşüşü ayarlayın. </li><li> Doğrudan şırınga (β yağ = 1.26 g L -1, ρ yağ, 20 ° C = 989,5 kg m -3) yağ 6.3 gr tartılır. </li><li> Görüntü elde etme yazılımını başlatın ve şırınga port üzerinden yağ ekleyin. çalışan pompa emülsiyon damla dağıtır. </li><li> 1 saat sonra, kayma gerilmesi soruşturma bitirmek ve biyoreaktör yanı sıra satır içi endoskop temizlemeEntegre pompa döngü ile. Daha sonra, bir sonraki pompalama işlemi için deney düzeneği hazırlayabilme. </li></ol> 2. Ölçme ve Görüntü Analizi <ol><li> Ana menüde otomatik görüntü tanıma yazılımını açın. </li><li> &quot;Toplu kök Directory&quot; altında dosyalarını kaydetmek için bilgisayardaki konumunu seçin (tüm * .csv). </li><li> Sütun &quot;Resim Serisi Yolu&quot; seçin ve düğmesine tıklayın görüntü serisi yüklemek için ekranın sol alt köşesinde bulunan &quot;Resim Serisi Alt Klasörleri Ekle&quot;. </li><li> Üretici tarafından sağlanan proses parametrelerini yükleyin. Sütun &quot;Arama Ayarları (* PSS veya auftrag _ *. Mat)&quot; seçin ve açılan tanıma belirtmek amacıyla proses parametrelerini yüklemek için ekranın alt ortasında renkli &quot;Set Arama Ayarları&quot; seçeneğine tıklayın. </li><li> Sütunu seçin &quot;Desen (* .psp veya F _ *. Mat) Arama ve düğmesine tıklayın&quot; Set Arama Desen &quot;Ekranın sağ alt köşesindeki açılan analizini belirlemek amacıyla proses parametrelerini yüklemek için. </li><li> Düğmesi &quot;Başlat Toplu&quot; butonuna tıklayarak görüntü tanıma başlayın. </li><li> Görüntü tanıma tamamlanmasından sonra, Sauter tarafından tespit edilen damla boyutları çap (D 32), ortalama eksprese eden veya herhangi bir başka temsili bir sonuç analiz yazılımı kullanılarak bir değer ya da tercih edilen dağılımı anlamına gelir. </li><li> Ana menüde sonuç analizörü yazılımını açın. </li><li> Komutu &quot;Tüm * .csv 1 Klasör&quot; etkinleştirin ve düğme &quot;Load Klasör (ler)&quot; üzerine tıklayın, ekranın sol üst köşesinde önceden kaydedilmiş tüm * .csv dosyasını yüklemek için. </li><li> Sonuçları görselleştirmek için ekranın üst ortasında açılan listeden (örneğin, Sauter ortalama çapı) ilgili değer seçin. Çapının hesaplanması için üretici tarafından sağlanan sağda, 0,6591 mikron piksel -1 ölçekleme girmek. </li></ol><img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/53052/53052fig2.jpg" /> Şekil 2. Deneysel kurulum ölçüm tekniği olarak satır içi endoskopi kullanılarak borulu pompa kurulumu Pompa devresi:. (5) akış sensörü (1) depolama kabı, (2) şırınga portu, (3) pompa, (4) basınç sensörü, ( 6) stroboscope, üretici tarafından sağlanan yazılım ile (7) Bilgisayar ve (8) endoskop probu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig2highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

<ol>
	<li>Wollny, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Partikelbeanspruchung in ger&#252;hrten (Bio ) Reaktoren (Experimental and numerical investigations of particle stress in stirred (bio-) reactor). , (2010).</li><li>Jaouen, P., Vandanjon, L., Qu&#233;m&#233;neur, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+shear+stress+of+microalgal+cell+suspension+(Tetraselmis+suecica)+in+tangential+flow+filtration+systems:+the+role+of+pumps.">The shear stress of microalgal cell suspension (Tetraselmis suecica) in tangential flow filtration systems: the role of pumps.</a> Bioresour. Technol. 68 (2), 149-154 (1999).</li><li>Bee, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+a+concentrated+monoclonal+antibody+formulation+to+high+shear.">Response of a concentrated monoclonal antibody formulation to high shear.</a> Biotechnol. Bioeng. 103 (1), 936-943 (2009).</li><li>Klaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bluttraumatisierung bei der Passage zeitkonstanter und zeitvarianter Scherfelder (Blood trauma during passage through steady and transient shear fields). , (2004).</li><li>Blaschczok, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigations+on+mechanical+stress+caused+to+CHO+suspension+cells+by+standard+and+single-use+pumps.">Investigations on mechanical stress caused to CHO suspension cells by standard and single-use pumps.</a> Chem. Ing. Tech. 85 (1-2), 144-152 (2012).</li><li>Dittler, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cost-effective+and+reliable+method+to+predict+mechanical+stress+in+single-use+and+standard+pumps.">A cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps.</a> Eng. Life Sci. 14 (3), 311-317 (2014).</li><li>Kaiser, S. C., Eibl, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-use+Pumpen+in+der+Prozesstechnologie+(Single-use+pumps+in+the+process+technology).">Single-use Pumpen in der Prozesstechnologie (Single-use pumps in the process technology).</a> Chemie extra. , 30-31 (2013).</li><li>Aggarwal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+a+single-circuit+CentriMag&#174;+for+biventricular+support+in+postpartum+cardiomyopathy.">Use of a single-circuit CentriMag&#174; for biventricular support in postpartum cardiomyopathy.</a> Perfusion. 28 (2), 156-159 (2012).</li><li>Kouretas, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience+with+the+Levitronix+CentriMag&#174;+in+the+pediatric+population+as+a+bridge+to+decision+and+recovery.">Experience with the Levitronix CentriMag&#174; in the pediatric population as a bridge to decision and recovery.</a> Artif. Organs. 33 (11), 1002-1004 (2009).</li><li>Khan, N. U., Al Aloul, M., Shah, R., Yonan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+experience+with+the+Levitronix+CentriMag&#174;+device+for+extra+corporeal+membrane+oxygenation+following+lung+transplantation.">Early experience with the Levitronix CentriMag&#174; device for extra corporeal membrane oxygenation following lung transplantation.</a> Eur. J. of Cardio Thorac. 34 (6), 1262-1264 (2008).</li><li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+and+experimental+evaluation+of+the+fluid+dynamics+and+hemocompatibility+of+the+CentriMag+blood+pump.">Computational and experimental evaluation of the fluid dynamics and hemocompatibility of the CentriMag blood pump.</a> Artif. Organs. 30 (3), 168-177 (2006).</li><li>Maa&#223;, S., Gr&#252;nig, J., 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=Measurement+techniques+for+drop+size+distributions+in+stirred+liquid-liquid+systems.">Measurement techniques for drop size distributions in stirred liquid-liquid systems.</a> Chem. Process Eng. 30 (4), 635-651 (2009).</li><li>Maa&#223;, S., Rojahn, J., H&#228;nsch, R., 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=Automated+drop+detection+using+image+analysis+for+online+particle+size+monitoring+in+multiphase+systems.">Automated drop detection using image analysis for online particle size monitoring in multiphase systems.</a> Comput. Chem. Eng. 45, 27-37 (2012).</li><li>Maa&#223;, S., Wollny, S., Voigt, A., 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=Experimental+comparison+of+measurement+techniques+for+drop+size+distributions+in+liquid/liquid+dispersions.">Experimental comparison of measurement techniques for drop size distributions in liquid/liquid dispersions.</a> Exp. Fluids. 50 (2), 259-269 (2011).</li><li>Henzler, H. 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+Stress+in+Bioreactors.">Particle Stress in Bioreactors.</a> Adv. Biochem. Eng./ Biotechnol. 67, 35-82 (2000).</li><li>Sprow, F. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+size+distributions+in+strongly+coalescing+agitated+liquid-liquid+systems.">Drop size distributions in strongly coalescing agitated liquid-liquid systems.</a> AIChE J. 13 (5), 995-998 (1967).</li><li>Shinnar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+behaviour+of+liquid+dispersions+in+mixing+vessels.">On the behaviour of liquid dispersions in mixing vessels.</a> J. Fluid Mech. 10 (2), 259-275 (1961).</li><li>Ritter, J., 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=On-line+measurement+technique+for+drop+size+distributions+in+liquid/liquid+systems+at+high+dispersed+phase+fractions.">On-line measurement technique for drop size distributions in liquid/liquid systems at high dispersed phase fractions.</a> Chem. Eng. Technol. 23 (7), 579-581 (2000).</li><li>Fries, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Quantifizierung der mechanischen Beanspruchung von Pumpen auf tierische Zellen mittels des nicht-biologischen Modellsystems Emulsion (Quantification of mechanical stress caused by pumps on mammalian cells using a non-biological emulsion model system). , (2014).</li><li>Maa&#223;, S., Wollny, S., Sperling, R., 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=Numerical+and+experimental+analysis+of+particle+strain+and+breakage+in+turbulent+dispersions.">Numerical and experimental analysis of particle strain and breakage in turbulent dispersions.</a> Chem. Eng. Res. 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>

Wolfgang Dornfeld ve Reto schob Levitronix, Ltd., Maglev santrifüj pompaların üreticisi çalışanlarıdır.

Bu protokolün amacı, pompalama süreçlerinde damla boyutu ölçümleri için satır içi endoskopi tekniği uygunluğunu göstermektir. Bu amaçla, tespit edilmiştir, bir yağ-su emülsiyonu sisteminin boyutlarını açılan ve ölçülü bir Sauter ortalama çapı Maglev santrifüj mekanik stres, meslektaşları, peristaltik ve 4-pistonlu diyafram pompası gibi pompalar karakterize etmek için hesaplandı. Sonuçlar ölçülen Sauter düşük varyasyon güvenilir ve doğru ölçülmüş olması damla boyutları belirten% 15&#39;in altında standart sapmaları ile ölçüldü çapları, ortalama gösterdi. Bunun bir sonucu olarak, ölçülebilir Sauter ortalama çap başarılı bir şekilde araştırılmıştır pompa mekanik stresi değerlendirmek için bir karşılaştırma kriter olarak kullanılabilir. Maglev santrifüj pompalar peristaltik ve 4 pistonlu diyafram pompaları ile karşılaştırıldığında emülsiyon damla alt mekanik stresleri belirten geniş ölçülen Sauter ortalama çapları saptandı. Stud&#39;daBugüne kadar ler, inline endoskopi de bu çalışma ile teyit edildi güvenilir damla boyutu ölçümü 1,6,12-14,20-21 için sağlam ve basit bir teknik olduğu gösterilmiştir. Bu gibi fiber optik FBR sensörü gibi alternatif ölçüm teknikleri, karşılaştırıldığında, FBRM ve 2D-orm tekniği, endoskop tekniği, sıvı / sıvı uygulamalar 12,14 kesin veriler elde etmek için standart bir yöntem olarak kullanılabilir. inline endoskopi ve biyolojik olmayan yağ-su emülsiyonu sisteminin basit üretiminin kolay kullanım protokolü metnine göre damla boyutu algılamaları için basit bir prosedür (yukarıya bakınız) sağlar. Bununla birlikte, bu endoskop sondanın pozisyonu depolama haznesi sıvı akışına bağlı olduğu belirtilmelidir. Prob lens en az 5 L kadar düşük akış oranları için giriş borusu hemen altındadır gerektiğini ileri araştırmalar (veriler gösterilmemiştir) ortaya koymuştur -1sırayla tek damla 19 çoklu yakalanmamak için. -1 Dakika 5 L üzerinde akış hızlarında keskin görüntüler için, en az 10 cm uzakta giriş tüpünden probu konumlandırmak için tavsiye edilir. Işlem parametrelerinin bağımsız olarak, satır içi endoskopi tutucu da bulanık bir görüntüye yol açabilir prob, bir vites değiştirme önlemek için kararlı olmalıdır. Ayrıca, özellikle de tespit edilen damla boyutu minimum bulgulanabilir damla çapı 6.5 um olan uygulanan foto-optik sistem, alt saptama sınırı yakın olduğunu belirtmek gerekir. Üretici tarafından sağlanan yazılım geliştirilmiştir gibi, inline endoskopi teknikleri güvenilir 1 mikron minimum damla boyutu algılayabilir. Ayrıca, görüntü işleme daha endüstriyel uygulamalar online izleyebilmek için geliştirilecektir. Bu çalışmada en fazla 3.4 L nispeten düşük akış oranları odaklanırken<html> 60; -1 dk, gelecekteki çalışmalarda çalışma şartlarından daha geniş düşünmelisiniz. İlk araştırmalar (veriler gösterilmemiştir) min -1 20 L kadar akış hızlarında gerçekleştirilmiştir. Ancak, 1: yağ-su emülsiyonu sistemi 2 seyreltme (c yüzey = 0.09 ml L -1, c yağ = 0.64 ml L-1), min -1 19 10 L üzerinde akış hızlarında tavsiye edilir artan bırakma dağılmasından olarak Aksi takdirde etkileyen algılama bırakın ve tespit edilen damla sayısını azaltacağını yüksek mekanik stres nedeniyle. Testler, 1 ile gerçekleştirilmiştir: 2 seyreltme ve seyreltilmemiş yağ-su emülsiyonu sistemi sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Her iki yaklaşımda da, Sauter çapları güvenilir (% 5&#39;in altında standart sapma) ölçülmüştür anlamına gelir. Bu nedenle, düşük hacim fraksiyonu (1: 2 seyreltme) ölçülen Sauter çapları ortalama etkilemek vermedi ve böylece bir damla damla dağılmasından önemsiz oldu. nt &quot;&gt; Bu güçlü deneysel yaklaşımlar endoskopi tekniği iyileştirilmesi yanı sıra ilgili görüntü elde etme, tanıma ve sonuç analiz yazılımı için iyi bir zemin sağlamaktadır. Ayrıca, endoskopi tekniği uygunluğu pompa türleri ve dizi sınıflandırmak mekanik göre Stres başarıyla gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar pompa tasarımı geliştirme ve hücre hasarını azaltmak için pompaların optimizasyonu için önemlidir.

Pompalar, farmasötik ve biyoteknolojik endüstrilerinde hücre kültürlerinin aktarmak için kullanılır. Pompalama işlemi sırasında mekanik stres ürünün 1-4 miktarını ve kalitesini bozabilecek geri dönüşümsüz hücre hasarı, neden olabilir. önceki çalışmalarda 5-6 gösterildiği gibi mekanik stres düzeyi, pompa tipi ve pompa ayarlarına bağlıdır. Genel olarak, peristaltik şırınga ve diyafram pompaları tek kullanımlık (SU) teknolojisini temel uygulamalar için kullanılır. Bu pompalar, pompa boru sıkıştırma ve darbeli akışı 7 neden yüksek lokal kesme kuvvetleri ile sonuçlanır. Bu sakıncaları, manyetik olarak kaldırılan pompalar (Maglev santrifüj pompalar) üstesinden gelmek için umut verici bir alternatif oluşturmaktadır. Motor manyetik pervane ve pompa gövdesi (Şekil 1) arasındaki dar boşlukları önlemek için sürülür. Bir önceki çalışmada Maglev santrifüj araştırdıkpompa ve peristaltik ve 4-pistonlu diyafram 5 pompalar ile karşılaştırıldığında, Çin Hamsteri Yumurtalık (CHO) hücreleri içinde düşük bir mekanik stres göstermiştir. Buna ek olarak, hemoliz analizleri bu pompaları 8-11 kullanarak çalışma koşulları aralığında anlamlı kan travma ve trombüs oluşumu olduğu görüldü. bulgular, bu özel olarak tasarlanmış pompaların kullanımının peristaltik ve diyafram pompaları ile karşılaştırıldığında biyolojik sistemlerde daha az mekanik stres uygular göstermektedir. Sınırlı deney masrafla mekanik stresi araştırmak için, bir yağ-su emülsiyonu model sistemi nedeniyle maliyet-(yaklaşık% 99.8) ve biyolojik hücre kültür sistemlerine kıyasla zaman indirgenmiş (yaklaşık% 99.5), bir uygulama için tavsiye edilir. Yağ-su emülsiyonu sistemi damla dağılmasından mekanik stres bir fonksiyonu olduğu için, boyutları kesme gerilmesi araştırmaların deneysel zaman içinde sayılmalıdır bırakın. Damla boyutlandırma için birçok teknik w mevcutturhich ses, lazer ve verilmedi göre tekniklerin 12 ayrılabilir. Özellikle, foto-optik prob inline endoskopi kullanımı manuel ve otomatik tespitleri için hemen hemen aynı damla boyutları (% 10&#39;un altında standart sapma) gösterir ve dakikada 13 250 damla bir algılama sağlar. Doğruluğu ve güvenilirliği, endoskop tekniği sıvı / sıvı dispersiyonlar düşüş boyutu dağıtımları için etkili bir standart ölçüm tekniği olduğu gösterilmiştir Çünkü yaygın olarak kullanılan diğer sondalar (örn fiber optik ileri-geri-oranı (FBR) sensörü ile karşılaştırıldığında odaklanmış ışını yansıtma yöntemi (FBRM) ve iki boyutlu optik yansıtma ölçüm tekniği (2D-orm)) 12,14. Ayrıca, karıştırılan kap içinde, damla boyutları ölçmek için satır içi endoskopi uygunluğu daha önceki araştırmalarda 15-18 birkaç kez kanıtlanmıştır. Bir önceki çalışmada 6 dayanarak, bu protokol açıklardamla boyutlarını belirlemek için satır içi endoskopi kullanımı pompalarda bir yağ-su emülsiyonu sistemi (Sauter ortalama çapı). Sauter çapına çoklu kullanım (MU) Maglev santrifüj pompalar, bir peristaltik ve tek kullanımlık (SU), 4-pistonlu diyafram pompa mekanik stresi tahmin etmek amacıyla bir karşılaştırma kriter olarak kullanılmıştır anlamına gelir. <img alt="Figür 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig1.jpg" /> Şekil 1. Manyetik santrifüj pompa sistemini levitated. (A) YATAKSIZ motor ve (B) PuraLev 200mu ilkesi örnek olarak gösterilmektedir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig1highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</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

Biofarmasötik ve biyoteknolojik üretim proseslerinde steril kültür broths aktarırken Pompalar ağırlıklı kullanılır. Bununla birlikte, pompalama işlemi sırasında kesme kuvvetleri kalitatif ve / veya kantitatif ürün kaybına yol açabilir meydana gelir. Sınırlı deneysel gideri ile mekanik stres hesaplamak için, bir yağ-su emülsiyonu sistemi olan uygunluk biyoreaktörlerde 1 damla boyutu algılamaları için gösterilmiştir kullanıldı. Yağ-su emülsiyonu sistemi damla dağılmasından mekanik stres bir fonksiyonu olduğu için, boyutları kesme gerilmesi araştırmaların deney süresi boyunca sayılan gereken bırakın. Daha önceki çalışmalarda, inline endoskopi sıvı / sıvı dispersiyonlar düşüş boyutu algılamaları için doğru ve güvenilir ölçüm tekniği olduğu gösterilmiştir. Bu protokolün amacı, pompalama süreçlerinde damla boyutu ölçümleri için satır içi endoskopi tekniği uygunluğunu göstermektir. Damla boyutu olarak ifade etmek için, Sauter ortalama çapaD 32 yağ-su emülsiyonu içinde damla temsili çapı olarak kullanılmıştır. Sonuçlar ölçüm tekniğinin güvenirliğini gösteren aşağıdaki% 15 standart sapma ile ölçüldü Sauter ortalama çap, düşük varyasyon göstermiştir.

Optik değerlendirme U 3 re Şekil 1 saat bir pompalama süre sonra partikül tanıma görüntüleri gösterir. Üst dört görüntü tanıma önce damla ve alt dört görüntüleri tanıma yazılımı ile işaretlenmiş damla show. tespit edilen damla yeşil kenarı ile vurgulanır. Üst ve alt görüntüleri karşılaştırarak damla kenarları tam görüntü tanıma yazılımları tarafından tespit olduğunu göstermektedir. Soldaki resim Maglev santrifüj için açılan dağıtım PuraLev 200mu ve PuraLev 600MU pompaları göstermek ve sağdaki o 4 pistonlu diyafram ve peristaltik pompa göstermektedir. Optik değerlendirme modeli emülsiyon sisteminde mekanik stresin başlangıç ​​sınıflandırma izin verdi. Bu daha büyük damla boyutları ve alt damla sayımı 4 pistonlu diaphr ile karşılaştırıldığında Maglev santrifüj pompalar tarafından üretilen olduğunu göstermiştiragm ve peristaltik pompa. Sonuç olarak, Maglev santrifüj pompaları özellikle PuraLev 200mu, düşük mekanik gerilimleri göstermektedir indirgenmiş damla kırılma görüldü. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53052/53052fig3.jpg" /> Inline endoskopi Şekil 3. Görüntüler. Emülsiyon (A, B, C, D) ve sonra (E, F, G, H) partikül tanıma (A, E) PuraLev 200mu kullanılarak pompalama 1 saat sonra daha önce düşer, ( B, F) PuraLev 600MU, (C, G) 4 pistonlu diyafram pompa ve (D, H) aynı çalışma koşulları altında peristaltik pompa (3.4 L dk -1 ve 0.03 bar). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig3highres.jpg" target="_blank">Bir görmek için buraya tıklayınız Bu rakamın büyük bir sürümü.</a> Beni SauterBir çap İleri incelemelerde d 32 ± 0.4 mikron altında standart sapma ortaya çıktı ve inline endoskopi 19 kullanırken tekrarlanabilir sonuçlar garanti. Bu nedenle, birden araştırmalar ayrıca deneysel gideri azalır bu yaklaşımın, gerekli değil. Damla boyutu olarak ifade etmek için, Sauter bu yaklaşım için yağ-su emülsiyonu içinde damla temsili çapı olarak kullanıldı (Denk. 1 e bakınız) çapında D 32 anlamına gelir. Genel olarak, Sauter çapı kararlı duruma 12 ulaşana kadar tüm pompa tipleri ve pompa ayarları için zamanla azalma anlamına gelir. Bu çalışmada soruşturmalar Sauter ortalama çapı ilerlemesini (Şek u D 4A yeniden) doğruladı, PuraLev 200mu (Şekil eğrileri u yeniden &amp;# 160; 4A) ve peristaltik pompa (Şekil u 4D re) örnek olarak bu protokol tartışılan. PuraLev 200mu aksine, Sauter çapları aynı işlem koşullarında peristaltik pompa için daha küçük bir% 40 (, basınç düşmesi, = 0.03 bar akış hızı = 1 dak 3.4 L) &#39;ye kadar olan anlamına gelir. Bunun bir sonucu olarak, daha yüksek bir mekanik gerilimler artan bir damla dağılmasından sonuçlandı ve bu nedenle daha küçük damla boyları. Ayrıca, Sauter ortalama çap basınç düşüşü üzerine damla boyutunun bağımlılığını belirtilen PuraLev 200mu artan basınç düşümü (Şek u 4A yeniden) ile azalmıştır. Bunun aksine, peristaltik pompa, bir Sauter (bütün işlem parametreleri için deneyin sonunda Şek D 32,60min = 10 um ortalama çapa gösterdiu) 4D yeniden. Bu nedenle, Sauter çapına basınç düşüşü bağımsız olduğu bulunmuştur anlamına gelir. Ancak sonuçlar damla dağılmasından fiziksel anlayışını yansıtmaktadır: yüksek mekanik stres ile daha küçük Sauter ortalama çapları (u 5 re de bkz) belirlenmiştir. Her bir ölçüm noktası için, en az 300 damla istatistiksel kesinlik garanti etmek için belirlenmiştir. maksimum standart sapma pompalama işleminin sonunda 21 yaklaşık D 32 ± 0.5 um ± d 32,6min den 42 um ± ve PuraLev 600MU d 32,4min gelen PuraLev 200mu azalmıştır. kararlı durum elde edilene dek düşmüştür standart sapma artış homojen damla boyutu dağılımına kaynaklanmıştır. Karşılaştırma tMaglev santrifüj pompalar o peristaltik ve 4 piston diyafram pompalar d 32 ± 10 mikron altında standart sapmalar ortaya çıkardı. <img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052eq1.jpg" width="80" /> (1) <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53052/53052fig4.jpg" /> Sauter Şekil 4. tipik profilleri çapları zamanla 32 d ve ölçülen Sauter ortalama çaplarının belirlenmesi, m 32 d anlamına gelir. Sauter ortalama çap karşılaştırması peristaltik pompa yerine 4-pistonlu diyafram pompası, ve (D) için PuraLev 600MU, (C) PuraLev 200mu, (B), 32 (A) d. Sauter ortalama çapları 32 dakika -1 3.4 L bir akış hızında saptanmıştır d ve basınç 0.03 ila 0.61 bar kadar düşer.ölçülen Sauter ortalama çapı d 32, m, son 10 dakika boyunca (sınır) için hesaplanmıştır. Sauter ortalama çap sonuçlanan standart sapması 32 (N ≥ 300) gösterilmektedir d. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig4highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Bir karşılaştırma sistemi olarak ölçülen Sauter ortalama çap Yukarıda açıklandığı gibi, Sauter damla boyutları kararlı duruma ulaşana kadar çapı zamanla azaldı demek. Deney zamanında son 10 dakika içinde, Sauter ortalama değeri çapı bir karşılaştırma kriter olarak kullanılmıştır çapı, ortalama ölçülen Sauter belirlemek için hesaplanmıştır (ortalama u 4A-D yeniden Şekil sınırını bakınız). ölçülen Sauter ortalama çapı 32 D, m 3.4 L bir akış hızı için gösterilmiştir ve# 160; 0.03 Şekil 0.61 bar -1 ve bir basınç düşüşü aralığı min u 5 yeniden. Büyük ölçülen Sauter ortalama çapları, her iki Maglev santrifüj pompalar (200mu ve 600MU) ve daha düşük olan basınç düşüşleri ve pervane hızlarında 4 pistonlu diyafram pompası için belirlenmiştir. peristaltik pompa Sauter tüm proses parametreleri için d 32 m = 10 mikron çapları ortalama ölçülmüş saptandı. Daha önce belirtildiği gibi, kesme kuvvetlerinin peristaltik pompanın basınç düşüşü bağımsız olmuştur. PuraLev 200mu ve PuraLev 600MU için D 32, m = 34 um için D 32, m = 36 um arasında en büyük ölçüm Sauter ortalama çapı 0.03 bar&#39;lık bir basınç düşüşü elde edilmiştir. Muadilleri ile karşılaştırıldığında, dizi santrifüj pompa Maglev Sauter çapları ortalama ölçülen% 59 daha büyük kadar elde etti. Bu sonuç,s bir damla dağılmasından alt oranı ve santrifüj pompaların kullanımından kaynaklanan böylece düşük mekanik stres gösterdi. kararlı durum dolayısıyla açılan boyutları için güvenilir ve doğru değerler teyit% 15 altında kaldı sırasında ölçülen Sauter standart sapma çapları anlamına gelir. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53052/53052fig5.jpg" /> Ölçülen Sauter ortalama çapları Şekil 5. Karşılaştırılması, m 32 d. 3.4 L 0.03, 0.30 ve 0.61 bar min -1 ve basınç düşümleri de Maglev santrifüj pompalar ve muadilleri için Sauter ortalama çapları ölçülür. ölçülen Sauter ortalama çap sonuçlanan standart sapmaları kararlı duruma sırasında m gösterilir, 32 d. Kısaltmalar <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig5highres.jpg" target="_blank">Ple</a>ase bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 2D-orm </td><td> iki boyutlu optik yansıtma ölçümü </td></tr><tr><td> CCD </td><td> Şarj akuplaj düzenli </td></tr><tr><td> CHO </td><td> Çin hamsteri yumurtalık </td></tr><tr><td> cmc </td><td> Kritik misel konsantrasyonu </td></tr><tr><td> FBR </td><td> ileri-geri-oran </td></tr><tr><td> FBRM </td><td> odaklanmış ışın yansıma yöntemi </td></tr><tr><td> MU </td><td> çoklu kullanım </td></tr><tr><td> SU </td><td> tek kullanımlık </td></tr></tbody></table> Terminoloji <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 sn -1] </td><td> akış hızı </td></tr><tr><td> c </td><td> [M 3 m -3] </td><td> konsantrasyon </td></tr><tr><td> d 32 </td><td> [M] </td><td> Sauter ortalama çapı </td></tr><tr><td> d 32 m </td><td> [M] </td><td> ölçülen Sauter ortalama çapı </td></tr><tr><td> d s </td><td> [M] </td><td> Yüzey çapı </td></tr><tr><td> d v </td><td> [M] </td><td> hacim çapı </td></tr><tr><td> f </td><td> [Hz] </td><td> frekans </td></tr><tr><td> n </td><td> [Sn -1] </td><td> pervane hızı </td></tr><tr><td> N </td><td> [-] </td><td> damla sayısı </td></tr><tr><td> p </td><td> Baba </td><td> basınç düşmesi </td></tr><tr><td> t </td><td> saniye </td><td> zaman </td></tr><tr><td> β </td><td> [Kg m -3] </td><td> kütle yoğunluğu </td></tr><tr><td> ρ </td><td> [Kg m -3] </td><td> yoğunluk </td></tr><tr><td>69; </td><td> [M 3 m -3] </td><td> kütle fraksiyonu </td></tr></tbody></table> Kısaltmalar ve terminoloji Tablo 1. Tablo.

Watch this Scientific Journal Video about A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps at JoVE.com

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.

Bir maliyet-etkin ve güvenilir Yöntemi Tek kullanımlı ve Standart Pompa mekanik Stres Tahmin etmek

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

a-cost-effective-reliable-method-to-predict-mechanical-stress-single

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Concept of Stress

SCIENTISTS IN ACTION

9.3K Görüntüleme.  Zurich University of Applied Sciences. 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. 

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

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 Disconnected Gümüş Nanoyapılar Fabrikasyona için Bir Yöntem

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

Mühendislik

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.

Yumuşak Malzemelerin Mekaniği Çalışması Dijital Projektör ve Uygulama Kullanarak Mikro 3D Baskı

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.

Çatlak kuyularda Çözümüne olarak Çelik Boru Mekanik Genişleme

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;).

Bir Robotik Platform Kaliforniya Deniz Aslan Foreflipper Eğitim için

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.

Buz Üretimi ve tuzlu su bir soğuk Bath Tanıtımı Su Isı ve Kütle Transferi

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.

Bir İzleme Ortamında plasmonik Yakalama ve Nanopartiküller Yayın

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.

Deneysel yeni bir bileşik imalat yöntemi uygulanması: bileşik yüzeyi yumuşak katman yöntemi tarafından çıplak lifleri ortaya

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.

Sürekli ve zaman değişen Rüzgar zorlama altında bir rüzgar dalga Tank dalgalar ölçümleri

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.

Yerel anlık konvektif ısı transferi boru - tek ve iki aşamalı akış ölçümleri

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.

Üç elektrot madeni para hücre hazırlık ve Electrodeposition analiz için lityum-iyon pil

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