Name: micro-particle image velocimetry for velocity profile measurements of micro blood flows
Uploaded: 2013-04-25T12:00:00
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著者は、テクニカルサポートにLaVision、社のリチャード·プレボ、プロトコルをテストするためのふくらはぎアブ·Mallouhとフレデリックファヒム、初期の実行で彼女の助けのための資金のためにNSERC（自然科学とカナダの技術評議会）、キャサリンPagiatikisに感謝したいと思い、とダルサ高速度カメラのローンのモントリオール大学のガイクルーティエ。

1。マイクロチップの作製最初のステップは、マイクロチャネルを作成したり、購入することです。マイクロチップ材料のための多くのオプションがあります。 選択された最も一般的な材料の一つは、ポリ（ジメチルシロキサン）（PDMS）である。ソフトリソグラフィ16,17,18を通じてPDMS製作のための方向性に関する多くの出版物があります。 </p...

<ol>
	<li>Santiago, J. G., Wereley, S. T., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+particle+image+velocimetry+system+for+microfluidics.">A particle image velocimetry system for microfluidics.</a> Experiments in Fluids. 25, 316-319 (1998).</li><li>Sugii, Y., Okamoto, K., Nishio, S., Nakano, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+Velocity+Measurement+in+Micro+Tube+by+Highly+Accurate+PIV+Technique.">Evaluation of Velocity Measurement in Micro Tube by Highly Accurate PIV Technique.</a> , 1-5 (2001).</li><li>Park, J. S., Choi, C. K., Kihm, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+sliced+micro-PIV+using+confocal+laser+scanning+microscopy+(CLSM).">Optically sliced micro-PIV using confocal laser scanning microscopy (CLSM).</a> Exp. Fluids. 37 (1), 105-119 (2004).</li><li>King, M. R., Bansal, D., Kim, M. B., Sarelius, I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+hematocrit+and+leukocyte+adherence+on+flow+direction+in+the+microcirculation.">The effect of hematocrit and leukocyte adherence on flow direction in the microcirculation.</a> Ann. of Biomed. Eng. 32 (6), 803-814 (2004).</li><li>Lima, R., Wada, S., Tsubota, K., Yamaguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+micro-PIV+measurements+of+three-dimensional+profiles+of+cell+suspension+flow+in+a+square+microchannel.">Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel.</a> Meas. Sci. Tech. 17 (4), 797-808 (2006).</li><li>Wereley, S. T., Santiago, J. G., Chiu, R., Meinhart, C. D., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-resolution+particle+image+velocimetry.">Micro-resolution particle image velocimetry.</a> Micro- and Nanofabricated Structures and Devices for Biomedical Environmental Applications. 3258, 122-133 (1998).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Gray, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volume+illumination+for+two-dimensional+particle+image+velocimetry.">Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry.</a> Measurement Science and Technology. 11, 809-814 (2000).</li><li>Chayer, B., Pitts, K. L., Cloutier, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Velocity+measurement+accuracy+in+optical+microhemodynamics:+experiment+and+simulation.">Velocity measurement accuracy in optical microhemodynamics: experiment and simulation.</a> Physiological Measurement. , (2012).</li><li>Tabeling, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to Microfluidics. , (2005).</li><li>Olson, M. G., Adrian, R. 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T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+and+applications+on+microfluidic+velocimetry.">Advances and applications on microfluidic velocimetry.</a> Microfluid. Nanofluid. 8 (6), 709-726 (2010).</li><li>Chiu, J. J., Chen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+disturbed+flow+on+vascular+endothelium:+Pathophysiological+basis+and+clinical+perspectives.">Effects of disturbed flow on vascular endothelium: Pathophysiological basis and clinical perspectives.</a> Physiol. Rev. 91 (1), 327-387 (2011).</li><li>Secomb, T. W., Pries, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+microcirculation:+Physiology+at+the+mesoscale.">The microcirculation: Physiology at the mesoscale.</a> J. Physiol. 589 (5), 1047-1052 (2011).</li><li>Popel, A. S., Johnson, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microcirculation+and+hemorheology.">Microcirculation and hemorheology.</a> Annual Review of Fluid Mechancis. 37, 43-69 (2005).</li><li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angewandte Chemie International Edition England. 37, 551-577 (1998).</li><li>Whitesides, G. M., Stroock, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+methods+for+microfluidics.">Flexible methods for microfluidics.</a> Physics Today. , 42-48 (2001).</li><li>Sia, S. K., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+devices+fabricated+of+poly(dimethylsiloxane)+for+biological+studies.">Microfluidic devices fabricated of poly(dimethylsiloxane) for biological studies.</a> Electrophoresis. 24, 3563-3576 (2003).</li><li>Zhou, J., Ellis, A. V., Voelcker, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+PDMS+surface+modifications+for+microfluidic+devices.">Recent developments in PDMS surface modifications for microfluidic devices.</a> Electrophoresis. 31, 2-16 (2009).</li><li>Pitts, K. L., Abu-Mallouh, S., Fenech, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contact+angle+study+of+blood+dilutions+on+common+microchip+materials.">Contact angle study of blood dilutions on common microchip materials.</a> Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. , (2012).</li><li>Hovav, T., Yedgar, S., Manny, N., Barshtein, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alteration+of+red+blood+cell+aggregability+and+shape+during+blood+storage.">Alteration of red blood cell aggregability and shape during blood storage.</a> Transfusion. 39, 277-281 (1999).</li><li>Pitts, K. L., Mehri, R., Mavriplis, C., Fenech, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-particle+image+velocimetry+measurement+of+blood+flow:+validation+and+analysis+of+data+pre-processing+and+processing+methods.">Micro-particle image velocimetry measurement of blood flow: validation and analysis of data pre-processing and processing methods.</a> Measurement Science and Technology. 23, 105302 (2012).</li><li>Kloosterman, A., Poelma, C., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+rate+estimation+in+large+depth-of-field+micro-PIV.">Flow rate estimation in large depth-of-field micro-PIV.</a> Exp. Fluids. 50 (6), 1587-1599 (2011).</li><li>Goldsmith, H. L., Skalak, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemodynamics.">Hemodynamics.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 7, 213-247 (1975).</li></ol>

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

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

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

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

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

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

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

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

マイクロ血流の速度プロファイル測定用マイクロ粒子画像流速

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

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