Name: reduced-gravity environment hardware demonstrations of a prototype miniaturized flow cytometer and companion microfluidic mixing technology
Uploaded: 2014-11-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 59 s
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하드웨어 개발은​​ NASA SBIR 계약의 NNX09CA44C 및 NNX10CA97C에 의해 지원되었다. 광학 블록 및 샘플 로더 시위에 대한 데이터 분석은 NASA 단계 III 계약 NNC11CA04C에 의해 지원되었다. 인간 혈액 수집은 NASA IRB 프로토콜 # SA-10-008를 사용하여 수행 하였다. 내쇼날 인스트루먼트의 의료 기기 그랜트 프로그램을 통해 제공되는 제어 / 수집 소프트웨어. 마이크로 칩에 대한 금형은 존스 홉킨스 미세 시설 및 나노 시스템에 대한 하버드 센터에서 이루어졌다. 오토 J. Briner 복음과 누가 복음 제피 (DNA 의학 연구소) 비행 주 동안 2010 년 여름 NASA 비행 영상 직원이 제공하는 비디오 영상 중에 랙 어셈블리에 도움. 카를로스 바리 (DNA 의학 연구소) 사진과 그림 도움을 제공했다. 기술 2010 프로그램에 대한 공간 환경으로의 촉진 액세스, NASA 감소 중력 사무실, 인간의 적응 및 대책 부, NASA 글렌 연구 센터에 대한 특별 감사,ZIN 기술, 및 인간 연구 프로그램.

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Effect of pH and DAPI concentration on dual parametric analysis of DNA/DAPI fluorescence and electronic nuclear volume.</a> Cytometry. 43, 12-15 (2001).</li><li>Krishan, A., Wen, J., Thomas, R. A., Sridhar, K. S., Smith, W. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NASA/American+Cancer+Society+High-Resolution+Flow+Cytometry+Project+-+III.+Multiparametric+analysis+of+DNA+content+and+electronic+nuclear+volume+in+human+solid+tumors.">NASA/American Cancer Society High-Resolution Flow Cytometry Project - III. Multiparametric analysis of DNA content and electronic nuclear volume in human solid tumors.</a> Cytometry. 43, 16-22 (2001).</li><li>Cram, L. 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유진 Y. 찬, 캔디스 배, 줄리아 Z. 샤프는 DNA 의학 연구소, 상업 기업을 통해 신청 관련 기술 특허에 발명자이다.

여기에 설명 된 방법은 지상 시험 비교 결과, 2010 FAST 포물선 항공편 중 주요 기술 구성 요소 (샘플 로딩, 미세 유체 혼합 및 광 검출)을 효과적으로 시연 가능. 여기에 기술 교육 및 SOP 방법은 특히 효과적이었고, 포물선 비행 온보드 사용할 수없는 것입니다 연습 시위에 의존 도구와 다른 &#39;목발&#39;의 존재를 조명하는 데 도움이. 개선을위한 지역 봉쇄와 레이아웃을 포함한다. 사용자 정의 아크릴 구성 요소는 봉쇄 목적을 위해 충분히 강력하지 않을 수 있습니다. &#39;글러브&#39;상자가 중력 전환하는 동안 기내 승객 치고 이후 거친 비행기 착륙하는 동안 무너졌다. 미세 유체 칩에 연결된 튜브는 잠시 오두막 환경에 음식 염료 누출, 파랑 - 노랑 염료 혼합 데모 중 벗겨되었다. 이 중 고정 될 필요가마이크로 보어 튜브를 다시 연결하는 것은 손재주와 사용자의 안정성을 필요로하기 때문에 특히 어려웠다 고 g 간격. 레이아웃의 관점에서, 기립 높이에서 노트북의 배치가 곤란 하이 g 간격 동안 작동했다. 높은 g 단계에 서 할 때 사용자 빛 머리가 될 수 있습니다. 중간 수준의 컴퓨터가 더 나은 대안이 될 수 있지만, 여기에 프로토 타입 하위 구성 요소의 변위를 요구했을 것이다. 이 포물선 항공편 부족의 추가 공간을 필요로하지만 다른 연구자들은, 테스트 연산자 (26)의 안정화를 위해 자신의 포물선 비행 설정에 좌석을 포함했다. 포물선 비행의 이전 시위 유동 세포 계측법에 비해 준비 및 설치에 관한 세부 사항의 높은 수준을 제공 할뿐만 아니라,이 작품은 잠재적으로 중요한 &#39;동반자&#39;기술 (즉, 시약의 마이크로 유체 칩을 혼합 및 샘플 D의 포함을 설명합니다ilution) 계측기와 함께. 샘플 전처리 (예를 들어, 형광 염색, 혼합, 배양), 지상에서 수행으로, 어렵거나 공간에서 위험 할 수 있습니다 감소 중력에서 동일한 기능을 달성하기 위해 필요한 이러한 혼합 칩으로 차례를 만드는 동반자 기술에 . 본 연구는 대조적으로, 잠재적으로 공간 가치 흐름 세포 계측기의 이전 데모 샘플 전처리의 차이를 극복하고 지시 된 전략없이 (지구에 사전 처리 된 샘플을 사용) 세포 계측법 성능에 거의 전적으로 초점을 맞추고있다. 면역 표현형 및 대한 설명 &#39;광섬유 기반&#39;예를 들면, 유동 세포 계측기, 지상에 장착 된 샘플 카트리지 사이토킨 분석법을 마이크로 비드는 기반하며 시스템이 실제 기내 진단을 위해 적응 될 수 있는지 명확하지 않다. 일부 노력은 부분적으로 최근의 개선 (41)을 본 전혈 염색 장치의 개발을 포함하여, 문제를 다루었 다. NASA-전혈 염색 장치 (5) 잠재적으로 가능한 사전 염색법을 이용 유동 세포 계측기를 시험했다. 또, 필요한 공간 준비 컴패니언 기술을 개발하기위한 노력은 가까운 미래에 공간 및 다른 자원이 제한된 환경에서 진단 목적으로 비실용적 유세포 계속 유동 세포 계측기를 개발하기 위해 그 뒤에 충분히 지연 보인다. 더 일반적으로, 우주에 대한 사후 관리의 개발자는 기술에 대한 전체 워크 플로우 적응을 고려할 필요가 항상 제한 감소 중력 비행 기회를 최대한 활용하기 위해 잠재적으로 필요한 동반자 기술의 테스트를 고려해야한다. 기재된 프로토 플로우 사이토 고급 유체 공학, 광학, 전자를 이용하는 더 정교한 설계를위한 시작점이다. 초점 유체 역학의 흐름과 추가 감지 채널 (예를 들면, 빛 산란, 흡수)와 같은 애플리케이션을위한 입자 차별을 개선하는 것백혈구 차동. 일부 구성 요소들은 장비 기반 설계에 편리하지만, 실제 휴대용 기기 (예를 들어, 폐 유리 병, 제어 / 수집 전자)에서 비현실적 간단하기 때문에 교체해야합니다. 마이크로 전자 공학을 포함 할 것보다 진보 된 전자는 노트북 및 관련 DAQ 카드를 제거하기 위해 소형 스크린 인터페이스와 임베디드 마이크로 프로세서를 사용하여 작동.

현재의 공간을 준비 건강 진단의 무능력은 깊은 유인 우주 탐사에 대한 제한 요소를 제공합니다. 진단, 종합 감소 중력에서 사용하기 쉬운, 그리고 발사 및 우주 비행 (예를 들어, 높은 G-힘, 진동, 방사선, 온도 변화 및 기내 압력 변화)의 스트레스에 의해 상대적으로 영향을받지 않을 필요가있다. 현장 진료 검사 (POCT)의 발전은 작은 환자 표본 (예를 들어, 손가락 찌르기), 단순하고 작은 유체 공학 (즉, 미세 유체)의 사용을 통해 효과적인 우주 비행 솔루션 번역 및 기타 중, 전력 요구 사항을 줄일 수 있습니다 장점. 하나 매력적인 방식은 셀 카운팅과 바이오 마커 정량뿐만 아니라 상당한 소형화 전위 향해 포함한 때문에 기술의 광범위한 효용의 공간 POC 대해 유동 세포 계측법이다. 이전 공간 관련 유동 세포 계측기는 &#39;핵 포장 effic 포함iency &#39;동시 아크 램프 유도 형광 및 전자 볼륨 (풀 베는 볼륨) 측정 1-4 사용 (NPE) 악기, 대표 사이토 상대적으로 작은 벤치 탑 흐름&#39;무중력 &#39;5시 데이터 세포 계측법 실시간 흐름의 1 세대, &#39;사이토 쉬스 마이크로 플로우&#39;는 4 - 5 부분으로 백혈구 (WBC) 차동 수있는 5 μL 전체 혈액 샘플 6-9를 전처리하고, 사용하는 &#39;광섬유 기반의&#39;최근 국제에 내장 된 테스트의 유동 세포 계측기 우주 정거장 10. 잠재적 인 공간 응용 프로그램에 대한 평가 진단 기술은 일반적으로 무중력 상태 (예를 들어, 무중력, 화성의 중력) (11)의 선택 수준을 시뮬레이션하기 위해 약 포물선 비행 궤도를 사용 감소 중력 항공기 수행됩니다. 비행의 기회가 제한되어 있기 때문에 평가가 도전, repet미세 중력의 짧은 창을 직관적으로 어려운 방법이나 일반적으로 20 ~ 40 초 이상 중단 기간을 필요로 프로세스를 평가하기 위해 할 수 있습니다, 시위 쉽게 기내 12-15 활용되지 않은 추가 장비가 필요할 수 있습니다. 또한, 체외 진단 (IVD) 기술의 사용, 또는 감소 중력을 위해 설계의 이전 시위는 제한되어 있으며 많은 작업이 게시되지 않은 남아있다. 상기 유동 세포 계측기에 더하여, 문헌에 기술 된 다른 공간 관련 IVD-기술은 자동화 12 사이토 카메라 기반 면역 표현형 애플리케이션 16 전혈 염색 장치, 통합 전위차, amperometry 및 conductometry위한 휴대용 임상 분석기를 포함 12,17, 진단 플랫폼 1 &#39;CD에 랩&#39;확산 기반 혼합 및 분리 (18), 및 회전에 의존하는 분석 정량 분석을위한 미세 유체 &#39;T-센서&#39;장치9,20. 장치 평가가 가능하도록 시도 (또는 가능한 무엇인지 파악) 할 때 감소 중력 테스트를 처음으로 사용하는 사람은, 또한 체외 진단 관련이없는 포물선 비행 시범을 보일 수 있습니다. 잘 문서화 비행 준비, 기내 전략, 비행 시험 장비와 다른 이전 의료 또는 생물학적 실험에서 데모 표 1 ~ 15, 21 ~ 35에 포함되어 있습니다. 이 때문에 수동 비행 작​​업, 전문 장비의 사용 및 실험 봉쇄의 포함에 유익 할 수있다. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr height="17"><td height="17" style="height:17px;width:133px;"> 범주 </td><td style="width:497px;"> 예 </td></tr><tr height="40"><td height="40" style="height:40px;width:133px;"> 응급 의료 </td><td style="width:497px;"> 기관 삽관 (후두경 유도에 매닉21)에서, 심장 생활 지원 (마취 돼지) (22) </td></tr><tr height="20"><td height="20" style="height:20px;width:133px;"> 외과 치료 </td><td style="width:497px;"> 복강경 수술 (영상 (24, 25), 마취 된 돼지 23 시뮬레이션) </td></tr><tr height="41"><td height="41" style="height:41px;width:133px;"> 의학 화상 진찰 또는 생리 평가 </td><td style="width:497px;"> 하체 부압 실 (26), 도플러 유량계 (헤드 장착) (27), 중심 정맥압 모니터 (28)와 초음파 </td></tr><tr height="65"><td height="65" style="height:65px;width:133px;"> 전문 생물학적 장비 </td><td style="width:497px;"> 마이크로 플레이트 리더 (및 기내 글로브 박스) (29), 세포주기 실험 30, 현미경 용 온도 제어 시스템 (시야, 위상차, 및 멀티 채널 형광 능력) (15), 모세관전기 영동 장치는 비디오 현미경 (31)에 결합 </td></tr><tr height="20"><td height="20" style="height:20px;width:133px;"> 다른 </td><td style="width:497px;"> 관찰 집게 (32)와 공장 수확, 포함 된 쥐 33, 34 및 물고기 (35) </td></tr></tbody></table> 잘 설명 된 방법 / 실험을 표 1. 포물선 비행 데모 예제 앞의 예에서 확장하여 성공적인 비행 시위에 더 큰 통찰력을 제공하기 위해, 우리는 포물선 비행 시험 장비의 일부로서 관련 미세 유체 혼합 기술의 유동 세포 계측기 프로토 타입의 건설 및 운영을위한 모듈 형 및 적응 절차를 제시한다. 장비는 샘플 로딩, 미세 유체 혼합, 형광 입자 검출 시연을 가능하게하고, 공간 환경에 2010 년 NASA의 촉진 액세스 (FAST) 포물선 flig 온보드 테스트되었습니다9 월 29 일부터 10 월 1 일에 비행 HTS는 2010 년이 시위는 손가락 끝 크기의 혈액 샘플을로드 희석 또는 시약과 혼합되는 잠재적 인 장치 워크 플로우의 각각 시작, 중간 및 끝에서 끌어, 광학을 통해 분석 검출. 소형 장치에 흐름 cytometer 스케일링 혁신과주의 부품 선택이 필요합니다. 사용자 정의 및 기성 구성 요소는 마지막 구성 요소 선택의 가장 초기 근사치로 선정, 여기에 사용되며, 다른 혁신의 설계에 적용 할 수 있습니다. 프로토 성분 선택의 윤곽을 따라 설치가 감싸고 조립 골격로서의지지 구조체에 대하여 설명한다. 프로토 타입 구성 요소는 위치를 할당 확보, 성공적인 실험에 필요한 추가 구성 요소와 함께 제공됩니다. 주의는 표준 운영 절차 (SOP) 개발, 교육 및 기타 물류를 포함하는 더 추상적 인 절차에 이동합니다. 마지막으로, 데모 특정 절차는설명. 특정 프로토 타입 여기를 구현하지만 여기에 설명 된 전략과 장비 구성 요소 (예를 들어, 현미경, 아크릴 상자, 등) 지원의 선택, 감소 된 중력 환경에서 어떤 혈액 진단 장비를 테스트에 관련된 일반적인 문제와 도전 이야기 . 2010 년에 위치한 두 개의 달 중력은 (약 1/6 지구 중력을 달성) 궁극적으로이 3 일에 걸쳐 일정이 변경 되었더라도 두 개의 마이크로 중력 비행은 4 일에 걸쳐 예정되었다. 데모는 수정 개인적으로 운영, 좁은 바디 제트 여객기 36 내장 하였다. 각 비행은 각각 높은 중력이 감소 - 중력 상태의 20 ~ 25 초 다음에 (약 1.8 g)의 20 초를 산출, 30 ~ 40 포물선을 제공했다. 포물선의 절반이 실행 된 후, 비행기는 턴어라운드 비행기를 활성화하고 체육 동안 착륙 지점을 향해 다시 머리를 수평 비행에서 약 5 ~ 10 분 동안 일시 중지포물선의 나머지 부분을 rforming.

<table><tbody><tr><td>Micro air pump</td><td>Smart Products, Inc.</td><td>AP-2P02A</td><td>Max pressure = 6.76 psi; 1.301&amp;rdquo; x 0.394&amp;rdquo; x 0.650&amp;rdquo;, 0.28 oz (8 g); available direct from Smart Products</td></tr><tr><td>Differential pressure sensor</td><td>Honeywell International, Inc.</td><td>ASDX015D44R</td><td>Range&amp;nbsp; of&amp;nbsp; 0-15 psi; 0.974&quot; x 0.550&quot; x 0.440&quot;, 0.09 oz (2.565 g); suppliers include Digi-Key and Mouser Electronics</td></tr><tr><td>Rigid plastic vial (small size)</td><td>Loritz &amp;amp; Associates, Inc.</td><td>55-05</td><td>Polystyrene; ID 0.81&quot; (20.6 mm), IH 2.06&quot; (52.4 mm); available direct from LA Container Inc.; similar product available from Dynalab Corp.</td></tr><tr><td>latex examination gloves</td><td>dynarex corporation</td><td>2337</td><td>Middle finger used for latex diaphragm in fluid source vial.&amp;nbsp; Other brands (&lt;em&gt;e.g.&lt;/em&gt;, Aurelia &amp;reg;&amp;nbsp; Vibrant &amp;trade;) acceptable.</td></tr><tr><td>Optical glue</td><td>Norland Products</td><td>NOA 88</td><td>Low outgassing adhesive; available direct from Norland; Also available from Edmund Optics Inc.</td></tr><tr><td>3-way solenoid valves</td><td>The LEE Company</td><td>LHDA0531115H</td><td>Gas valves, but can function with liquid; 1.29&quot; L, 0.28&quot; D.&amp;nbsp; Discontinued product.&amp;nbsp; Similar products available from The LEE Company.</td></tr><tr><td>Volumetric water flowmeter</td><td>OMEGA Engineering inc.&amp;nbsp;</td><td>FLR-1602A</td><td>Non-contacting flow rate meter strongly preferred.&amp;nbsp; We recommend SENSIRION LG16 OEM Liquid Flow Sensor for flow rates from nl/min up to 5 ml/min.</td></tr><tr><td>PCD-mini photon detector&amp;nbsp;</td><td>Sensl</td><td>PCDMini-00100</td><td>For fluorescence detection; available direct from Sensl</td></tr><tr><td>Accelerometer</td><td>Crossbow Technology, Inc.</td><td>CXL02LF3</td><td>3-demensional force detection.&amp;nbsp; Supplied to DMI by NASA.&amp;nbsp; Similar product available from Vernier Software &amp;amp; Technology, LLC.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Stereomicroscope</td><td>AmScope</td><td>SE305R-AZ-E</td><td></td></tr><tr><td>CCD Camera</td><td>Thorlabs</td><td>DCU223C</td><td>1,024 x 768 Resolution, Color, USB 2.0; available direct from Thorlabs</td></tr><tr><td>USB and Trigger Cable (In/Out) for CCD Camera</td><td>Thorlabs</td><td>CAB-DCU-T1</td><td>Available direct from Thorlabs</td></tr><tr><td>Microbore tubing</td><td>Saint-Gobain Corporation</td><td>AAD04103</td><td>Tygon&amp;reg;; ID 0.02&quot;, OD 0.06&quot;, 500 ft, 0.02&quot; wall. Suppliers: VWR, Thermo Fisher Scientific Inc.</td></tr><tr><td>Hollow steel pins</td><td>New England Small Tube</td><td>(Custom)</td><td>0.025&quot; OD, 0.017&quot; ID, 0.500&amp;rdquo; L, stainless steel tube, type 304, cut, deburred, passivated; enable microbore tubing connections, chip tubing connections</td></tr><tr><td>Slide clamp</td><td>World Precision Instruments, Inc.</td><td>14042</td><td>Available direct from World Precision Instruments</td></tr><tr><td>Leur adaptor pieces</td><td>World Precision Instruments, Inc.</td><td>14011</td><td>Available direct from World Precision Instruments</td></tr><tr><td>Silicon wafer</td><td>Addison Engineering, Inc.</td><td></td><td>6&quot; diameter; for SU-8 mold fabrication</td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer curing agent</td><td>Dow Corning</td><td>3097358-1004</td><td>Supplier: Global Industrial SLP, LLC</td></tr><tr><td>Needle (23 gauge), bevel tip</td><td>Terumo Medical Corporation</td><td>NN-2338R</td><td>Ultra thin wall; 23 G x 1.5&quot;; 22 G also usable; suppliers: Careforde, Inc.,&amp;nbsp; Port City Medical</td></tr><tr><td>Dispensing needle (23 gauge), blunt tip</td><td>CML Supply</td><td>901-23-100</td><td>23 G x 1&quot;;&amp;nbsp; available from CML Supply</td></tr><tr><td>Cover glass</td><td>Thermo Fisher Scientific, Inc.</td><td>12-518-105E</td><td>Gold Seal&amp;trade; noncorrosive borosilicate glass; for PDMS chip cover; 24 x 60 mm; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.</td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>Mountain</td><td>MTN8407</td><td>For degassing PDMS; supplier:&amp;nbsp; Ryder System, Inc.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Vacuum chamber</td><td>Thermo Fisher Scientific, Inc.</td><td>5311-0250</td><td>Nalgene&amp;trade; Transparent Polycarbonate; available from Thermo Fisher Scientific, Inc.</td></tr><tr><td>Plasma cleaner</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td></td></tr><tr><td>Hand magnifier</td><td>Mitutoyo</td><td>183-131</td><td>Use in reverse direction to enable viewing at ~15&quot;.</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>CAROLINA</td><td>861283</td><td>For chip cleaning. Dilute to 70% using millipore water.</td></tr><tr><td>Water purification system</td><td>Thermo Fisher Scientific, Inc.</td><td>D11901</td><td>Available direct from Thermo Fisher Scientific, Inc.</td></tr><tr><td>Optomechanical translation mounts</td><td>Thorlabs</td><td>K6X</td><td>6-Axis Kinematic Optic Mount; discontinued product; new product (K6XS) available direct from Thorlabs</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Hewlett-Packard</td><td>VP209AV</td><td>HP Pavilion Laptop running Windows 7</td></tr><tr><td>Laptop tray (spring loaded)</td><td>National Products, INC.</td><td>RAM-234-3&amp;nbsp;</td><td>RAM Tough-Tray&amp;trade;. Can accommodate 10 to 16 inch wide laptops.</td></tr><tr><td>USB splitter</td><td>Connectland Technology Limited</td><td>3401167</td><td></td></tr><tr><td>USB Data Acquisition Cards (8 analog input, 12 digital I/O)</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6008</td><td>12-Bit, 10 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ</td></tr><tr><td>USB Data Acquisition Cards (16 analog input, 32 digital I/O)</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6216</td><td>16-Bit, 400 kS/s Isolated M Series MIO DAQ, Bus-Powered</td></tr><tr><td>Control/acquisition Software</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2009</td><td>Custom coded National Instruments (NI) LabVIEW&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>3D Solid Modeling Software</td><td>Dassault Syst&amp;egrave;mes SolidWorks Corp.</td><td>SolidWorks 2011</td><td></td></tr><tr><td>2D Modeling Software</td><td>AUTODESK</td><td>AutoCAD LT 2008</td><td></td></tr><tr><td>Vertical equipment rack</td><td>(NASA provided)</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Solid aluminum optical breadboard</td><td>Thorlabs</td><td>MB2424</td><td>24&quot; x 24&quot; x 1/2&quot;, 1/4&quot;-20 Taps; available direct from Thorlabs</td></tr><tr><td>Industrial grade steel and hardener</td><td>The J-B Weld Company</td><td></td><td>J-B Weld Steel Reinforced Epoxy Glue</td></tr><tr><td>Micro-hematocrit capillary&amp;nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>22-362-574</td><td>inner diamter 1.1 to 1.2 mm</td></tr><tr><td>1 ml syringes</td><td>Henke-Sass, Wolf</td><td>4010.200V0</td><td>NORM-JECT&amp;reg;; supplier: Grainger, Inc.</td></tr><tr><td>Human red blood cells</td><td>Innovative Research</td><td>IPLA-WB3</td><td>Tested and found negative by supplier for: HBsAg, HCV, HIV-1, HIV-2, HIV-1Ag or HIV 1-NAT, ALT, and syphilis by FDA-Approved Methods.&amp;nbsp; Because no test methods can guarantee with 100% certainty the absence of an infectious agent, human derived products should be handled as suggested in the U.S. Department of Health and Human Services Manual on BIOSAFETY IN MICROBIOLOGICAL AND BIOMEDICAL LABORATORIES, FOR POTENTIALLY INFECTIOUS HUMAN SERUM OR BLOOD SPECIMENS</td></tr><tr><td>Phosphate buffered saline concentrate</td><td>P5493</td><td>SIGMA</td><td>10x; diluted to 1x</td></tr><tr><td>Tween</td><td>P9416</td><td>SIGMA</td><td>TWEEN&amp;reg; 20</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>LW Scientific</td><td>STRAIGHT8-5K</td><td>Swing-Out 8-place Centrifuge.&amp;nbsp; Available through authorized dealers.&amp;nbsp; Other centrifuges available direct from LW Scientific.</td></tr><tr><td>HD video recorder</td><td>Sony</td><td>MHS-CM5</td><td></td></tr><tr><td>Orange fluorescent nucleic acid stain</td><td>Invitrogen</td><td>S-11364</td><td>SYTO&amp;reg; 83 Orange Fluorescent Nucleic Acid Stain.&amp;nbsp; Stored in DMSO solvent. Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling&lt;br/&gt; advice required.</td></tr><tr><td>Fluorescent counting beads</td><td>Invitrogen</td><td>MP 36950</td><td>CountBright&amp;trade; Absolute Counting Beads.&amp;nbsp; Always wear reccommended Personal Protective Equipment. No special handling advice required.</td></tr></tbody></table>

reduced-gravity environment hardware demonstrations of a prototype miniaturized flow cytometer and companion microfluidic mixing technology

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

실체 현미경에 장착 된 CCD 카메라로 볼 때 마이크로 믹서의 데모 대표 결과, 그림 7에 나타납니다. 혈액 / 식염수와 파란색 / 노란색 염료 : 혼합은 시각적으로뿐만 아니라 유체의 두 세트를 포함하는 실험 종료 채널에 나선 어느 지점에서 평가 될 수있다. 출판물 38-40에 나타낸 바와 같이 2 차원 화상의 정량 분석은, 서로 다른 영역에서의 채널 폭에 걸쳐 균일 그늘의 결정을 포함 할 수있다. 자세한 내용은 보충 그림 1을 참조하십시오. 미세 유체 칩에 의해 거품 취급을 보여주는 보충 그림 2를 참조하십시오. 광학 블록 및 샘플 로더 시위의 입자 검출 결과는 각각 그림 7 (c) 및 D에 나타납니다. 형광 표지 백혈구의 광학 블록 검출 (FIgure 7C) 거의 제로 g에 약 1.5 g에서 전환하여 상대적으로 교란이 나타납니다, 다시 1.5 g로 전환하는 동안 계속됩니다. 샘플 로더 데이터 샘플을 성공적으로 (달 중력 조건에서 여기)를로드 및 검출 용 광학 블록 (도 7D)에 도달되었다는 것을 보여준다. 데이터 판독의 정량 분석​​은 정상 및 높은 중력 조건에 비해 감소 된 개수 및 신호 대 잡음비를 비교하는 커스텀 피크 카운팅 알고리즘을 이용한다. 확장 된 흔적과 예 분석을위한 보충 그림 3을 참조하십시오. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51743/51743fig1highres.jpg" width="500" /> 그림 1. 하위 플루이 딕스 (A)는 후보 소스 바이알은 INSE 따라 두 개의 O 링 장착 맞춤 가공 알루미늄 캡을 사용rted 부분. 상단에 절단 된 구멍을 통해 통과 할 유체 캡 상단 유리 병 가장자리에 맞게 조정 캡을 잡고 유리 병에 아래로 나사 &#39;링&#39;. (B) 후보 폐 유리 병 캡은 공기 수 있지만. (C) 후보 샘플 로더는 개별적으로 두 guiderails에 맞게 가공 머리, 센터, 발 조각을 포함한다. 가이드 레일 간격은 모세관 위치 결정을 용이하게한다. (D)은 손가락 끝으로부터 수집 된 샘플 방울 유체 라인. (E) 후보 나선형 와류 마이크로 믹서는 ( &#39;1&#39;, 3 회 통해 두 용액을 혼합 &#39;2&#39;로로드, &#39;3&#39;) 나선형 (1.9 mm ~ 0.9)와 소용돌이 드레인 ( &#39;V&#39;, 직경 320 μm의)에서 내부 반경. 유체는 출구 채널 ( &#39;E&#39;)에 마이크로 보어 튜브를 통해 전달합니다. 채널은 높은 120 μm의는 폭 200 μm의 수 있습니다. 와류 드레인 (V)의 높이 1~2mm 핀을 만나기 전에이다. (F)는 칩 풋 프린트는한푼보다 상대적으로 작은. <img alt="그림 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51743/51743fig2highres.jpg" width="500" /> 그림 2 : 광학 및 전자 하위 구성 요소가 포함되어 있습니다. (A) 후보 광학 블럭 성분 설계는 두개의 레이저 ( &#39;그린&#39;및 &#39;적색&#39;) 플러스 몇 빔 스플리터 ( &#39;BS&#39;), 렌즈, 및 광자 검출기 ( &#39;PD&#39;). (B)의 고체 모델링 된 설계 (삽입)을 포함한다 , 가공 양극 처리 및 조립된다. 셀 배치 사이트 (파란색 화살표), 적색 레이저 (빨간색 화살표) 흐름 단계 (S)가 표시되어 있습니다. (C) 비행 테스트를 위해, 블록은 광섬유는 광자에 먹이를 잡고있는 클램프 및 정렬기구를 사용하여 고정 모듈을 계산. (D) 큰 DAQ 보드 및 손으로 납땜 전자 제어 전에 실제 솔루션입니다 / 수집 전자는 마이크로 전자 equivale로 줄일 수있다<html> 국세청. (왼쪽 레이블이없는 사용자 정의 검은 아크릴 상자에 덮여) 광학 블록은 가속도계 ( &#39;액세서리.&#39;) 상단에 고정으로 사진에서 볼 수 있습니다. 마이크로 믹서의 데모 (E) 예제 사용자 정의 소프트웨어 동시 장치 제어가 가능, 판독 및 데이터 저장. <img alt="그림 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51743/51743fig3highres.jpg" width="500" /> 그림 3 :. 시험 조작 레이아웃 (A) 비행 환경은 동시에 기내 실험을 실행하는 방법을 여러 그룹에 따라 혼잡 할 수있다 (B) 의장의 구성 요소는 3 단계로 나누어 수직 장비 랙에 조립됩니다.. (빨간색과 노란색) 다리 끈 랙 주변의 아크에 볼 수 있습니다. (C) 현미경 브레드 보드 판 데모 및 전자 상자의 배치를 위해 4 사분면으로 나누어 져 있습니다. 항상 &quot;&gt; :&quot;유지 - together.within 페이지를 = FO &quot;ve_content <img alt="그림 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51743/51743fig4highres.jpg" width="500" /> 그림 4 : 봉쇄 및 시각화. (A) 맞춤 제작 아크릴 &#39;글러브&#39;상자가 기내 샘플 로더 데모를 할 수 있습니다. 내부 쓰레기통 샘플, 모세 혈관, 및 사용자 정의 제작 된 미세 유체 칩 홀더를 장착 폐기물. (B)의 실체는 마이크로 믹서 데모의 비행 시각화를 가능하게 보유. 현미경은 두 개의 칩을 동시에 그 신속하게 두 위치 중 하나에 고정하는 자석 장착 된 칩 트레이를 사용하여 사이에 이성을 상실 할 수 있습니다 보유하고있는 칩 홀더를위한 공간을 확보하기 위해 확장 된 목 수정됩니다. (C) 장비 운영자가 수행하는 샘플 로더 데모는 기내 무릎을 꿇고있다. 두 번째 운영자는 자신의 왼쪽에 비디오 카메라를 운영하고 있습니다. (D) 마이크로 믹서는 노트북에서 볼 수 있습니다. 그림 5 : 추가 구성 요소는 단순 개입을 통해 작동하는 데모를 사용합니다. (A) 공기 압력 스플리터 부분적 중공 구성되며 바늘 적응되는 실린더 도청. 압력 출구는 선택적 일 수 출구 포트의 수를 줄이기 위해 고정 할 수있다. (B) 12 삼방 솔레노이드 밸브의 패널 (C)에서의 탠덤 MOSFET 회로를 통해 제어된다. <img alt="그림 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51743/51743fig6highres.jpg" width="500" /> 그림 6 :. 기내 데모 3 웨이 솔레노이드 밸브는 항상 하나의 기본 OFF 포에 연결되어 공통 포트 (흰색 화살표 끝)가T (빨간색) 또는 포트 (녹색). ON 상태로 스위치 5V의 I / O 신호에 의해 트리거된다. (A) 샘플 로더 데모 샘플 로딩 및 검출 용 광학 블록 (OB)에 샘플을 구동 포함한다. 설치는 두 개의 밸브, 전에 하나 로더 후 하나를 사용합니다. 로드하는 동안, 두 밸브 로더가 사용된다 유체의 움직임을 방지, OFF로 설정됩니다. 밸브를 돌리면 ON 식염수 (S)로부터 연장되는 유체 역학 경로, 폐기물 (W) 유리 병에 유리 병 분석을 위해 샘플을 구동 펌프를 허용을 엽니 다. (B) &#39;1 버튼&#39;개입에 &#39;수동&#39;으로의 전환을 튜브 연결을 다시 구성 할 필요없이 - 형광 계산 구슬 (CB), 고유의 형광 하이드로 겔의 미세 입자 (NS) 및 형광 표지 된 백혈구 - 광학 블록 데모에 세 가지 다른 종류의 시료 순차적 인 테스트를 할 수 있습니다. 식염수 샘플 사이 체제를 플러시 할 수있다. SPL. = 공기압력 분배기. <img alt="그림 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51743/51743fig7highres.jpg" width="500" /> 그림 7 : 대표 결과. (A) 마이크로 중력 조건에서 혼합 파랑 - 노랑 염료. (B) 달의 중력 조건에서 피 식염수 혼합. 미세 중력 비행 중 (C) WBC 감지. 데이터 유세포 대한 긴급 성능 메트릭은 신호 - 대 - 잡음 비들, 피크 카운트 속도 및 검출 효율이 피크 강도의 변동 계수를 포함한다. (D) 형광 카운팅 비드로드 샘플로 아군 것은 실증 따라 검출 달의 중력에 로더. 보충 그림 1 : 혼합 분석 (혈액 식염수). (A) 혼합 된 이미지는 당 계조로 변환되고 분석 지정된 영역에서 (입구 1-3 나선, 종료)된다방정식 σ = &lt;(I - &lt;I&gt;) 2&gt; σ는 0과 1 사이의 혼합, 나는 = 그레이 스케일 강도의 정도를 반영하고, &lt;&gt; 샘플에서 평균 1/2,. 이 방법은 출간 된 문헌 38-40에서 유사한 결정을 반영한다. 완전히 혼합 된 샘플의 경우, σ는 0 인. 혼합되지 않은 시료의 경우, σ는 0.5, 0.4와 동일합니다. 실제로, 완전한 혼합 시그마 값이 0.1 미만인 경우. 혼합은 3 차원 프로세스이므로 완전히 혼합의 정도를 설명하는 (공 촛점 현미경 또는 다른 수단을 통해) 3 차원 평가를 필요로하기 때문에이 방법은 설명을 위해 충분하더라도 제한된다. (B) 피 식염수 혼합 결과 비행에서 얻은 서로 다른 중력 조건에서 표시됩니다. &#39;높은&#39;중력 그래프는 마이크로 중력 비행 중 얻었다. 펌프 구동 압력 자체에서 tting 증가는 각 그래프의 왼쪽에서 오른쪽으로. 보충 그림 2 : 거품 처리의 데모. 하나 높은 중력과 마이크로 중력에 주입 한 주입 두 거품은, 비디오 감시를 통해 시간이 지남에 따라 추적됩니다. 각 거품 효과적으로 미세 유체 칩을 지 웁니다. 성능에 기포 트랩 경향이 큰 다른 지상 시험 혼합 형상의 대조 (데이터는 보이지 않음). 흰색 화살표는 정적 인 이미지에 식염수를 구분하기 어려운 칩을 통해 공기의 이동을 나타냅니다. 보충 그림 3 :. 흔적 세포 계측법 확장 흐름 형광 계산 비드 (A)와 (3) 포물선을 통해 기록 된 백혈구 (B) 탐지 추적이 표시됩니다. 탐지율 (피크 / 초)는 사용자 정의 소프트웨어를 통해 결정 높고 낮은 중력 기간 동안 (흰색 텍스트)이 표시됩니다. 다른 중요 지표 (예를 들어, 계수 값피크 세기, 신호 - 대 - 잡음 비)의 변화는 효율적인 유체 공학 및 광 검출 아키텍처에 중력의 효과에 대한 통찰력을 위해 측정 될 수있다.

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Reduced-gravity Environment Hardware Demonstrations of a Prototype Miniaturized Flow Cytometer and Companion Microfluidic Mixing Technology

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

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

Until recently, astronaut blood samples were collected in-flight, transported to earth on the Space Shuttle, and analyzed in terrestrial laboratories. If ...

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Research

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13.7K 조회수.  DNA Medicine Institute.  우주 비행 혈액 진단은 혁신이 필요합니다. 몇몇 시위, 기내 감소 중력 건강 진단 기술을 설명하는 발표되었다. 여기에서 우리는 구성 요소와 다른 설정에 적용 할 준비 전략과 프로토 타입 현장 진료 흐름 세포 계측법 설계를위한 포물선 비행 시험 장비의 건설 및 운영을위한 방법을 제시한다. 

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Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

표면 음향 파 중심의 어쿠스틱 역류 미세 유체의 제조, 운영 및 유동 가시화

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

연구

공학

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

microfluidic 비말 플랫폼 형광 검출 방법

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

생체공학

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

Microfluidic 칩은 탄성 Microvalve의 배열을 제어

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

생물학

Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

단백질 접기 유학을위한 Microfluidic 믹서

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

단 분산 미세 방울의 크기가 제어 형성을위한 모세관 기반 원심 미세 유체 장치

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light emitting diodes (LEDs) and photovoltaics (PVs). Among this material group, inorganic/organic perovskites have demonstrated significant improvement and potential towards high-efficiency, low-cost PV fabrication due to their high charge carrier mobilities and lifetimes. Despite the opportunities for perovskite QDs in large-scale PV and LED applications, the lack of fundamental and comprehensive understanding of their growth pathways has inhibited their adaptation within continuous nanomanufacturing strategies. Traditional flask-based screening approaches are generally expensive, labor-intensive, and imprecise for effectively characterizing the broad parameter space and synthesis variety relevant to colloidal QD reactions. In this work, a fully autonomous microfluidic platform is developed to systematically study the large parameter space associated with the colloidal synthesis of nanocrystals in a continuous flow format. Through the application of a novel translating three-port flow cell and modular reactor extension units, the system may rapidly collect fluorescence and absorption spectra across reactor lengths ranging 3 - 196 cm. The adjustable reactor length not only decouples the residence time from the velocity-dependent mass transfer, it also substantially improves the sampling rates and chemical consumption due to the characterization of 40 unique spectra within a single equilibrated system. Sample rates may reach up to 30,000 unique spectra per day, and the conditions cover 4 orders of magnitude in residence times ranging 100 ms - 17 min. Further applications of this system would substantially improve the rate and precision of the material discovery and screening in future studies. Detailed within this report are the system materials and assembly protocols with a general description of the automated sampling software and offline data processing.

Detailed herein are the operation and assembly protocols of a modular microfluidic screening platform for the systematic characterization of colloidal semiconductor nanocrystal syntheses. Through fully adjustable system arrangements, highly efficient spectra collection may be carried out across 4 orders of magnitude reaction time scales within a mass transfer-controlled sampling space.

콜 로이드 반도체 나노의 체계적인 연구를 위한 모듈형 미세 기술

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren system is constructed from a Hoffman modulation contrast microscope, which provides easy access to the rear focal plane of the objective lens, by removing the slit plate and replacing the modulator with a knife-edge. The working principle of microscale schlieren technique relies on detecting light deflection caused by variation of refractive index1-3. The deflected light either escapes or is obstructed by the knife-edge to produce a bright or a dark band, respectively. If the refractive index of the mixture varies linearly with its composition, the local change in light intensity in the image plane is proportional to the concentration gradient normal to the optical axis. The micro-schlieren image gives a two-dimensional projection of the disturbed light produced by three-dimensional inhomogeneity.
To accomplish quantitative analysis, we describe a calibration procedure that mixes two fluids in a T-microchannel. We carry out a numerical simulation to obtain the concentration gradient in the T-microchannel that correlates closely with the corresponding micro-schlieren image. By comparison, a relationship between the grayscale readouts of the micro-schlieren image and the concentration gradients presented in a microfluidic device is established. Using this relationship, we are able to analyze the mixing inhomogeneity from associate micro-schlieren image and demonstrate the capability of microscale schlieren technique with measurements in a microfluidic oscillator4. For optically transparent fluids, microscale schlieren technique is an attractive diagnostic tool to provide instantaneous full-field information that retains the three-dimensional features of the mixing process.

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

마이크로 스케일 슐 리렌 기술에 의해 미세 유체 소자 믹싱 비균질성 분석

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

미세 유체 정밀 작은 볼륨 샘플 처리를위한 플랫폼 및 음향 마이크로 디바이스로 구분 생물 입자 크기의 사용

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

Microfluidic Buffer Exchange for Interference-free Micro/Nanoparticle Cell Engineering

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic properties, enable bio imaging and control cell phenotype. A critical yet inadequately addressed issue is the significant number of particles that remain unbound after cell labeling which cannot be readily removed by conventional centrifugation. This leads to an increase in bio imaging background noise and can impart transformative effects onto neighboring non-target cells. In this protocol, we present an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy termed as Dean Flow Fractionation (DFF) to efficiently separate labeled cells from free NPs in a high throughput manner. The developed spiral microdevice facilitates continuous collection (&#62;90% cell recovery) of purified cells (THP-1 and MSCs) suspended in new buffer solution, while achieving &#62;95% depletion of unbound fluorescent dye or dye-loaded NPs (silica or PLGA). This single-step, size-based cell purification strategy enables high cell processing throughput (106 cells/min) and is highly useful for large-volume cell purification of micro/nanoparticle engineered cells to achieve interference-free clinical application.

This protocol describes the use of an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy to purify micro/nanoparticle engineered cells with efficient depletion of unbound particles.

간섭이없는 마이크로 / 나노 입자의 세포 공학을위한 미세 유체 버퍼 교환

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic ...

Window on a Microworld: Simple Microfluidic Systems for Studying Microbial Transport in Porous Media

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in the environment, as well as directly for the transmission of pathogens to drinking water supplies. Natural porous media is composed of an intricate physical topology, varied surface chemistries, dynamic gradients of nutrients and electron acceptors, and a patchy distribution of microbes. These features vary substantially over a length scale of microns, making the results of macro-scale investigations of microbial transport difficult to interpret, and the validation of mechanistic models challenging. Here we demonstrate how simple microfluidic devices can be used to visualize microbial interactions with micro-structured habitats, to identify key processes influencing the observed phenomena, and to systematically validate predictive models. Simple, easy-to-use flow cells were constructed out of the transparent, biocompatible and oxygen-permeable material poly(dimethyl siloxane). Standard methods of photolithography were used to make micro-structured masters, and replica molding was used to cast micro-structured flow cells from the masters. The physical design of the flow cell chamber is adaptable to the experimental requirements: microchannels can vary from simple linear connections to complex topologies with feature sizes as small as 2 &mu;m. Our modular EcoChip flow cell array features dozens of identical chambers and flow control by a gravity-driven flow module. We demonstrate that through use of EcoChip devices, physical structures and pressure heads can be held constant or varied systematically while the influence of surface chemistry, fluid properties, or the characteristics of the microbial population is investigated. Through transport experiments using a non-pathogenic, green fluorescent protein-expressing Vibrio bacterial strain, we illustrate the importance of habitat structure, flow conditions, and inoculums size on fundamental transport phenomena, and with real-time particle-scale observations, demonstrate that microfluidics offer a compelling view of a hidden world.

Microfluidic devices can be used to visualize complex natural processes in real time and at the appropriate physical scales. We have developed a simple microfluidic device that mimics key features of natural porous media for studying growth and transport of bacteria in the subsurface.

다공성 매체에서 미생물 교통 유학에 대한 간단한 Microfluidic 시스템 : 미생물의 창

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in ...