Reduzierte Gravitationsbereich Hardware Demonstrationen eines Prototyps Miniaturisierte Durchflusszytometer und Companion Microfluidic Mischtechnik

Raumfahrt Blutdiagnostik brauchen Innovation. Wenige Demonstrationen wurden veröffentlicht Darstellung im Flug, reduzierte Schwerkraft Gesundheit Diagnosetechnik. Hier präsentieren wir eine Methode zur Konstruktion und den Betrieb einer Parabelflug-Prüfstand für einen Prototyp Point-of-Care-Durchflusszytometrie Design, mit Komponenten und Vorbereitung Strategien anpassbar an andere Setups.

Bis vor kurzem wurden Astronaut Blutproben während des Fluges gesammelt, auf die Erde mit dem Space Shuttle transportiert und in terrestrischen Laboratorien untersucht. Wenn der Mensch, über niedrige Erdumlaufbahn zu reisen, ein Übergang zu Raum-ready, Point-of-Care (POC) Tests erforderlich. Eine solche Prüfung muss umfassend, einfach, in einem reduzierten Gravitationsbereich durchführen und unabhängig von den Belastungen des Start- und Raumfahrt zu sein. Unzählige POC-Geräte wurden entwickelt, um Labormaßstab Kollegen zu imitieren, aber die meisten haben schmale Anwendungen und wenige haben nachweislich die Verwendung in einem in-flight, reduzierte Gravitationsbereich. In der Tat sind Demonstrationen der biomedizinischen Diagnostik in reduzierter Schwerkraft ganz begrenzt, so dass die Komponentenauswahl und bestimmte logistische Herausforderungen schwierig, wenn es darum, neue Technologien zu testen, um zu nähern. Um die Leere füllen, präsentieren wir ein modulares Verfahren für den Bau und Betrieb eines Prototyps Blutdiagnosegerät und die zugehörige parabolic Flug Prüfstand, die die Standards für Flugerprobung an Bord eines Parabelflugs, reduzierter Schwerkraft Flugzeuge erfüllen. Das Verfahren konzentriert sich zunächst auf Gestellanordnung für das Inflight, reduzierte Schwerkraft Erprobung eines Durchflusszytometer und eine Begleit mikrofluidischen Misch Chip. Komponenten sind anpassungsfähig an andere Entwürfe und einige benutzerdefinierte Komponenten, wie beispielsweise ein Mikrovolumen Probenzuführung und die Mikromischer kann von besonderem Interesse sein. Das Verfahren dann verschiebt den Fokus auf die Flugvorbereitung, indem sie Richtlinien und Vorschläge für eine erfolgreiche Testflug im Hinblick auf Anwenderschulung, Entwicklung einer Standardarbeitsanweisung (SOP), und andere Fragen vorzubereiten. Schließlich werden während des Fluges bestimmte, unsere Demonstrationen experimentellen Verfahren beschrieben.

Die Unzulänglichkeit der aktuellen Raum-ready Gesundheitsdiagnostik stellt einen limitierenden Faktor tiefer bemannte Raumforschung. Diagnose brauchen umfassende, leicht zu einer reduzierten Schwerkraft zu nutzen, und von den Spannungen und Auflegungs Raumfahrt (zB hohe g-Kräfte, Schwingungen, Strahlung, Temperaturschwankungen, und Kabinendruckänderungen) relativ unbeeinflusst zu sein. Entwicklungen im Point-of-Care-Testing (POCT) kann eine effektive Raumfahrtlösungen durch den Einsatz von kleineren Patientenproben (zB ein Stich in den Finger), einfacher und kleiner Fluidik (dh Mikrofluidik) zu übersetzen, und reduzierten Strombedarf, unter anderem Vorteile. Durchflusszytometrie ist ein attraktiver Weg für die in-Raum-POC wegen der breiten Anwendbarkeit der Technologie, einschließlich der Richtung der Zellzählung und Biomarker Quantifizierung sowie signifikante Miniaturisierung Potential. Zurück raumrelevanten Durchflusszytometern gehören die "Kernverpackungs efficiency "(NPE) Instrument, das gleichzeitige Bogenlampe induzierte Fluoreszenz und elektronische Lautstärke (Coulter Volumen) Messung ^1-4 genutzt, eine relativ kleine Tisch Durchflusszytometer, die die" erste Generation der Echtzeit-Durchflusszytometrie Daten während der Schwerelosigkeit ^"5, a 'schleusenMikro Cytometer "fähig 4- und 5-Teil der weißen Blutzellen (WBC) Differentialzählung unter Verwendung vorbehandelt 5 ul Gesamtblut-Proben ^6-9 und a' Glasfaserbasis" Durchflusszytometer kurzem Bord in der Internationalen getestet Space Station ^10.

Auswertung der Diagnosetechnik für potenzielle Weltraumanwendungen wird typischerweise an Bord reduziert Gravitation Flugzeuge, die eine annähernd parabolische Flugbahn benutzen, um eine angestrebte Niveau der Schwerelosigkeit (zB Schwerelosigkeit, mars-Schwerkraft) ¹¹ simulieren geführt. Evaluation ist eine Herausforderung, weil Fluggelegenheiten sind begrenzt, Repetitive kurzen Fenstern der Schwerelosigkeit kann es schwierig machen, Methoden oder Verfahren, die normalerweise ununterbrochene Zeiträume von mehr als 20 bis 40 sec bewerten und Demonstrationen kann zusätzliche Ausrüstung nicht leicht in-flight ^12-15 genutzt erfordern. Darüber hinaus sind früheren Demonstrationen der in vitro Diagnostik (IVD) -Technologien in verwendet werden, oder für reduzierte Schwerkraft ausgelegt begrenzt und viel Arbeit bleibt unveröffentlicht. Zusätzlich zu den oben Durchflusszytometern andere raum relevant in der Literatur beschrieben IVD-Technologien beinhalten eine Vollblut-Färbung Vorrichtung zur Immunphänotypisierung Anwendungen ^16, eine automatische Kamera-basierten Cytometer ^12, einen klinischen Analysehandgerät für integrierte Potentiometrie, Amperometrie und conductometry ^12,17, eine mikrofluidische 'T-Sensor "Produkt für Analytquantifizierung, die auf Diffusion beruhende Misch- und Trenn ^18, und einem rotierenden stützt Labor auf einer CD' Diagnoseplattform ¹9,20. Neulinge auf reduzierte Schwerkraft Prüfung kann auch auf Parabelflugvorführungen in keinem Zusammenhang mit In-vitro-Diagnostik aussehen, wenn versucht Gerät Auswertung möglich zu machen (oder herauszufinden, was möglich ist). Demonstrationen von anderen früheren medizinischen oder biologischen Experimente mit gut dokumentierten Flugvorbereitung, Bordstrategien und Testfluggeräte sind in Tabelle 1 ^{15, 21-35} enthalten. Diese können informativ sein aufgrund des Einschlusses von manuellen in-flight Aufgaben, Einsatz von Spezialgeräten und experimentelle Eindämmung.

Tabelle 1. Flight Para Demonstration Beispiele mit gut beschrieben Methoden / Übungen

Um auf den vorherigen Beispielen erweitern und einen besseren Einblick in erfolgreich-Flugvorführungen präsentieren wir eine modulare und anpassungsVerfahren für den Bau und den Betrieb eines Prototyps Durchflusszytometer mit verwandten mikrofluidischen Mischtechnik als Teil eines Parabelflugs Prüfstand. Das Rigg ermöglicht Demonstrationen der Probenbeladung, mikrofluidischen Mischen und fluoreszierende Partikelerkennung, und wurde an Bord der 2010 NASA den erleichterten Zugang zum Space Environment (FAST) Parabel flig getestethts, vom 29. September - 1. Oktober geflogen, ziehen 2010. Diese Demonstrationen vom Anfang, Mitte und Ende jeweils eines potenziellen Gerät Workflow, in dem der Fingerkuppe große Blutproben werden geladen, verdünnt oder mit Reagenzien gemischt und über optische analysiert Detektion. Skalieren eines Durchflusszytometer zu einer kompakten Einheit erfordert Innovation und sorgfältige Bauteilauswahl. Individuelle und off-the-shelf-Komponenten zum Einsatz, wie am besten früh Annäherungen der letzte Komponente Wahlen gewählt und kann anpassungsfähig an den Entwürfen von anderen Innovatoren. Nach einem Überblick über Prototyp Komponente Auswahl, wird das Setup auf einer Trägerstruktur wie ein Skelett für Gestellanordnung dient beschrieben. Prototypkomponenten Orten zugeordnet, befestigt und begleitet von zusätzlichen Komponenten für die erfolgreiche Experimente notwendig. Achtung verschiebt sich dann zu abstrakteren Verfahren mit Standard Operating Procedure (SOP) Entwicklung, Schulung und andere Logistik. Schließlich sind Demonstrationsspezifische Verfahrenbeschrieben. Die hier beschriebenen Strategien und die Entscheidungen, die der Unterstützung rig Komponenten (zB Mikroskop, Acryl-Box, usw.), obwohl hier für spezifische Prototypen umgesetzt, sprich zu den allgemeinen Fragen und Herausforderungen für das Testen kein Blut Diagnosegeräte in einem reduzierten Gravitationsbereich .

In den 2010 Flügen, zwei Mondgravitation (Erreichung etwa 1/6 der Erde die Schwerkraft) und zwei Mikrogravitations Flüge wurden auf 4 Tage angesetzt, auch wenn letztlich diese wurden über 3 Tage nachgeholt. Demonstrationen waren an Bord eines modifizierten privat betriebene, Schmalrumpf Jet Airliner ³⁶ durchgeführt. Jeder Flug vorgesehen 30-40 Parabeln, die jeweils, was etwa 20 Sekunden von High-Gravitation (etwa 1,8 g), gefolgt von 20-25 sec reduzierter Schwerelosigkeit. Nach der Hälfte der Parabeln hingerichtet wurden, blieb das Flugzeug für einen Zeitraum von etwa 5-10 min im Horizontalflug, um das Flugzeug zu ermöglichen, sich umzudrehen und den Kopf zurück in Richtung der Landestelle während performing den Rest der Parabeln.

Die menschlichen Blutproben in diesem Protokoll verwendet wurden mit IRB-Zulassung mit minimal-invasiven Protokolle (siehe Danksagung) gesammelt.

1. Rig Versammlung

1. Montieren Prototyp Komponenten (Fluidik, optische, Steuer- / Datenerfassungselektronik) für eine einfache Durchflusszytometrie System in reduzierten Schwerkraftbedingungen verwendet werden
   1. Bereiten Sie ein Drucksystem mit minimalem Gewicht und Kraft braucht, um die System Fluidik fahren
      1. Verbinden eines miniaturisierten Luftpumpe auf einen Differenzdrucksensor.
      2. Um eine konstante Fahrdruck aufrechtzuerhalten, steuern Pumpenausgang mit Pulsweitenmodulation und ein Tastverhältnis geregelt mit einem Proportional-Integral-Differential-Regler in der kundenspezifischen Steuerungssoftware (Schritt 1.1.7).
   2. Bauen Sie eine Fluidquelle Container, ohne Luft eingelegt werden können (siehe Schritt 3.4)
      1. Fit ein starres Kunststoffröhrchen (Abbildung 1A) mit einem Latex diaphragm, fest festlegbar Kappe und Einlassluftschlauch an der Ampulle Basis (dichte Verbindung mit optischen Kleber).
      2. Sicherzustellen, dass die Pumpe unter Druck das Fläschchen ohne Luft oder Flüssigkeitslecks, Komprimieren der Membran, um eine Fluidströmung aus der Kappe Austrittsrohr zu treiben.
   3. Entwerfen Sie ein Flüssigkeitsabfallbehälter, Abfall sammeln, ohne den Aufbau einer Gegendruck, die Durchfluss Kompromiss wird
      1. Verwenden Sie ein Fläschchen-Brett im-Fläschchen-Design (Abbildung 1B) für Doppelcontainment.
      2. Verschließen Sie die Fläschchen mit einer gesicherten Schaumschwamm Fenster, das schwimmende Siphons sondern ermöglicht Luftdruckausgleich mit der Kabinenumgebung.
   4. Machen Sie eine Probenzuführung für den Einsatz in reduzierter Schwerkraft
      1. Maschine zusammen eine federbelastete Klemm Design mit Führungsschienen (1C), so daß er zuverlässig klemmt einen Mantel versehene Kapillare zwischen zwei O-Ringen in der Fluidleitung. Stellen Sie sicher, es bewahrt Probenvolumen beim Laden beherbergt System preim, wenn eine Probe nicht eingesetzt ist, und vermeidet fehlerhafte Blaseneinführung.
      2. Stellen Sie sicher, dass in der Abwesenheit einer Kapillare, die Federn drücken die O-Ringe zusammen, um die Fluidleitung Priming ohne undicht zu vervollständigen und zu aktivieren (1D, links).
   5. Entwerfen Sie ein Mikromischer, die nicht eingeschaltet mechanischen Teilkomponenten angewiesen zu funktionieren
      1. Vorstellen, ein Zwei-Eintrittsspirale Wirbel Mikromischer (1E), die chaotische Advektion erzielt notwendig, laminare Strömung innerhalb der mikrofluidischen Kanälen zu überwinden. Dieses Design bietet alle eintretende Fluid nachgeschalteten, so dass eine Probe Lauf keinen Einfluss auf die nächste.
      2. Für die Bequemlichkeit, fabrizieren gewählte Design mit der S-Prototyp Polydimethylsiloxan (PDMS) Methode (1F). Verwenden eine zweidimensionale computergestützten Photomaske entwickelt bei 20.000 dpi gedruckt, um die notwendige SU-8-Form in einer Reinraum-Anlage ³⁷ herzustellen.
         HINWEIS: Verwenden Sie ein modiFied 23 Gauge fit zu einer vertikalen Bohrungen Mühle, um Löcher an den Einlässen, Vortex, Erkennung Einlass und Nachweisaustrittsflecken zu bohren, und eine Handlupe, um zu helfen wollen die Nadel. Schneiden Sie die Chips aus PDMS mit einer Rasierklinge und passen Sie die Löcher mit 0,5 "hohlen Stahlstifte aus dem nicht-geformten Rückseite des Chips kleben. Den zentralen Spirale Ausfahrt Pin an die Detektionskanal Eingang Pin mit microbore Schläuche.
      3. Gründlich reinigen Chip mit Ethanol und trocken Formfläche mit mattem Klebeband. Verwenden Sie eine leere Spritze, um Ethanol aus den Stiften zu blasen. Gönnen PDMS-Chip und eine unberührte Deckglas im Inneren Plasmareiniger und binden sie innerhalb von 10 Sekunden mit leichtem Druck, sofort die Überprüfung durch Lichtmikroskopie, die der Chip vollständig ohne Kompromisse Kanal Durchgängigkeit gedrückt.
   6. Montieren Sie eine handtellergroße Miniatur optischen Block auf einzelne fließenden Teilchen detektieren
      1. Das Design in Abbildung 2AB eignet sich für zweifarbige epifluorescence Laserbeleuchtung und Detektion und nutzt eine PDMS geraden Kanal (120 von 200 & mgr; m) Durchflusszelle für die Bequemlichkeit.
      2. Montageblock (2C) mit kommerziell erhältlichen optomechanischen Komponenten und auszurichten fasergekoppelten Einzelphotonenzählung Module.
   7. Design Elektronik und Software zur Gerätesteuerung und Datenerfassung
      1. Zur Vereinfachung der frühen Prototypen, nutzen handgelötet Stücke mit der Datenerfassung (DAQ) Karten (2D) verbunden ist.
      2. Code und Programmierung einer Individualsoftware (beispielsweise in 2E) zu manipulieren Geräte zu betreiben und alle Daten zu synchronisieren.
2. Zusätzliche Komponenten (nicht offiziell Teil der Prototyp)
   1. Integrieren Sie eine 3-dimensionale Beschleunigungsmesser (2D, links) und einen Durchflussmesser (nicht abgebildet). Ein Beschleunigungsmesser ist an Bord des Flugzeugs vorhanden, aber (wahrscheinlich) nicht direkt synchronisiert zu o werdenther zeichneten Daten.
3. Elektrische Energieschema
   1. Ein Mechanismus für die schnelle und komplette Elektronik shutdown (aus Sicherheitsgründen auf reduzierter Schwerkraft Flüge erforderlich)
      1. Schließen Sie einen einzigen Steckerleiste (mit Einzel I / O-Taste), um das Flugzeug Stromverteiler (120 VAC 60 Hz).
      2. Entfernen Laptop-Batterie und setzen Laptop Stromkabel allein durch zu betreiben.
   2. Stromversorgung aller Geräte
      1. Direkt Einschalten des Laptops (Batterie entfernt), eines Lichtmikroskops und zwei Photonendetektoren mit Steckdosenleiste.
      2. Strom restlichen Geräte über USB-Datenerfassungskarten zu den Laptop oder mit Batterien verbunden.
4. Flight-ready rig Layout
   1. Überlegungen für eine erfolgreiche In-Flight-Performance
      1. Gesamtraum ist begrenzt auf einen kleineren Bereich als bei einer ähnlichen Demonstration auf dem Boden (3A) vorgesehen ist. Betrachten insgesamt verfügbare Speicherplatz und wie, dass sTempo wird zwischen experimentellen Anlage Raum unterteilt werden (einschließlich der Komponenten über diejenigen formal Teil des Prototyps) und Benutzer Raum um das Rigg. Experimentelle Rigs unterscheiden sich hinsichtlich der vorderen oder hinteren Positionierung, aber dies weitgehend nicht beeinflusst verfügbaren Betriebsraum (oder im Flug Physik).
      2. Bestimmen Sie, welche Komponenten Mehrfachprüfungen auf einer stehenden, knienden oder Bodenhöhe abgerufen werden, sowie unter Berücksichtigung, welche Komponenten am meisten von der Schutz innerhalb einer Tragstruktur erreicht profitieren.
   2. Rig Trägerstruktur
      1. Erhalten oder Selbstbau eines vertikalen Gestell, das als Layout Bedürfnissen entspricht, enthält alle Komponenten, ermöglicht unterschiedliche vertikale Ebenen für die Organisation, widersteht Flug Beschleunigungen, und sicher wird an der vorgesehenen Luftfahrzeuge Kabinenboden.
      2. Weisen Sie Komponenten auf Werte innerhalb der Geräteträger (3B): ein Top-Level, um den Laptop, eine Mitte Rack-Ebene weiter nach Contain Prototyp Subkomponenten und eine Bodenniveau um zusätzliche Tücher, Handschuhe und eine sonstige Abfallbehälter enthalten.
      3. Begreifen zusätzliche Strukturen innerhalb des Racks, um verschiedene gewünschte Ebenen unterzubringen. Implementieren Stützbalken an 'mid'-Höhe auf eine 2 ft halten. Um 2 ft. Mikroskop Steckbrett Platte für Verschraubung Riggkomponenten und Stützbalken ca. 2 Meter höher, um einen Flug genehmigten Laptop Trog unterstützt.
      4. Innerhalb vertikale Ebenen bestimmen optimale Bauteilanordnung unter Berücksichtigung der Zugänglichkeit Einschränkungen aufgrund der Anwesenheit anderer Komponenten sowie entstehen aufgrund des potenziellen Position / Orientierung des Rig selbst an Bord eines Fluges (zB ^4. Mai Seite eines Rahsegel nahe zu sein Flugzeugwand, so dass nur drei Seiten zugänglich).
         HINWEIS: Die Beingurte zur Sicherung Testteilnehmer sind in einem festen Abstand von der Anlage und ist möglicherweise nicht auf allen Seiten zur Verfügung.
      5. Basierend auf diesen Feststellungen, divide das Steckbrett Platte in 4 Quadranten (3C), indem dedizierte Standorte für Elektronik und optischen Block in Richtung der Flugzeugwand und der Probenzuführung und Mikrofluidik-Chip in Richtung der Kabinenraum.
5. Prototype Sicherung, Eindämmung und Visualisierung Setup
   1. Audio-Elektronik
      1. Design, lasergeschnitten, und montieren Sie eine benutzerdefinierte Acryl-Box (2D), um die DAQ-Karten (angeschnallt) und hand gelöteten Platinen enthalten (zum Kastenwand verschraubt).
      2. Nutzen Sie eine Schwingtür für einfachen Zugang (Inflight mit Stoff Haken-und Klettverschluss gesichert) und Austrittslöcher für USB Kabel und Leitungen.
   2. Probenzuführung
      1. Fabrizieren eine benutzerdefinierte Acryl 'Handschuh' Feld (4A) mit Arm Zugangslöcher, um einen kubischen Raum, in dem er in den Loader Demonstration (4C), ohne die Gefahr einer Verunreinigung der Flugkabine durchzuführen bieten.
      2. Saugschlauch zu und von der Ladevorrichtung durch kleine kreisförmige Löcher in der Seite der Box.
   3. Mikromischer
      1. Passen die Ausrüstung am Boden eingesetzt. Bolt ein Stereomikroskop (4B) mit dem Steckbrett Platte und passen Sie es mit einem individuell gestalteten Acrylchiphalter, auch mit der Platte verschraubt.
      2. Setzen Sie einen USB-CCD-Kamera, um das Okular des Mikroskops und verbinden Sie es mit dem Laptop (4D), um Video mit anderen Daten synchronisiert speichern (Schwerkraft, Antriebsdruck und Durchfluss).
   4. Optischen Block
      1. Fabrizieren einen benutzerdefinierten undurchsichtigen Acryl-Box (4A, rechts), um den Block zu decken, Abschirmung aus Umgebungslicht und Controlling Lasergefahren.
      2. Setze ein optisches Filter "Fenster", um sicher zu überprüfen Laserfunktion.
   5. Laptop
      1. Bolt einen Flug genehmigten Laptop Fach in die Stützbalken in der Trägerstruktur.
      2. Verwenden hook-und Klettverschluss an den USB-Kabeln entlang Rack-Architektur zu sichern.
6. In-Flight Demonstration Umsetzung
   1. Einfache Eingriffe durch Demonstrationen vorgehen
      1. Integrieren Sie zusätzliche Komponenten, die erforderlich beseitigen manuelle Schlauch Anpassungen während des Fluges oder anderen Aktionen, die erhebliche Geschicklichkeit erfordern oder könnte riskieren ausgelaufenen Flüssigkeiten in die Kabine Umwelt.
         1. Sonderanfertigungen Maschinen- und integrieren eine Druckverteiler (5A), bestehend aus einem Aluminiumzylinder gebohrt und geklopft, um eine Schraube auf der Nadel Luer Adapter als Druckeinlass dient passen. Bohren kleiner Löcher um den Umfang des O-Ringes und mit Mikroschlauch als Stellen passen. Verwenden, um mehrere Quell Fläschchen gleichzeitig unter Druck.
         2. Bauen Sie ein Panel von Drei-Wege-Magnetventile (5B) durch Tandem-MOSFET-Schalter (5C) in eine Messkarte verdrahtet gesteuert. Adapt microbore Schlauch zu passenVentilanschlüsse. Verwenden Sie den Fluidstrom aus den verschiedenen Fläschchen steuern.
      2. Programm-Software, durch Demonstrationen gehen (Abbildung 6) mit Ein-Knopf-Interventionen (zB Klick auf dem Laptop).
   2. Sicherungshandsteuerung
      1. In Gleitklemmen zu manipulieren, um eine manuelle Kontrolle über die Fluidik zu aktivieren, vielleicht, wenn die Rohrleitung unerwartet muss getrennt und während des Fluges wieder angeschlossen werden.
      2. Fügen ausreichende Bereinigung Tücher in den Boden Zahnstangenabschnitt bei Undichtigkeiten im Flug.
7. Flugstörung Bereitschaft: Bereit System auf mögliche plötzliche Erschütterungen Kräfte, Vibrationen oder Passagier Kollision im Flug.
   1. Alignment Stabilisierung
      1. Bewerben schnell trocknende Epoxy auszurichtenden Komponenten, die leicht verstellt werden, insbesondere optische Komponenten.
      2. Bewerben Klasse Epoxy Industrie über die quick-dry Epoxy sowie zu anderen componen sichernts wie erforderlich, einschließlich der CCD-Kamera Befestigung an das Okular des Mikroskops.
   2. Physikalische Störung Tests
      1. Schütteln rig Trägerstruktur mit allen Komponenten im Ort.
      2. Überprüfen einzelner Komponentenfunktionalität, nachdem das Rig auf die Störung, insbesondere ausgerichtet optischen Komponenten.
   3. Passagierrisikomanagement
      1. Bewerben Schaumstoffpolsterung auf Bereiche (Ecken, Kanten) des vertikalen Rack-Struktur, die ein Fluggast, die versehentlich klopft ins Rigg (4C) schaden könnte.
      2. Sichere Polsterung mit schwarzem Klebeband.

2. Demonstration Vorbereitung und Logistik

1. In Flugzeugen und Bodenteam Rollenzuweisungen
   1. Vergeben rig Betreiber (n), um sowohl rig Setup und alle Hands-on-Operationen im Flug durchzuführen. Hands-on Betreiber am besten visualisieren, wenn rig Setup abgeschlossen ist.
   2. Zuweisen einer SOP Leser die SOP laut während des Trainings und während des Fluges zu lesen. Der Prozess der SOP Lesung während des Trainings kann umständlich oder Unzeit Inszenierung identifizieren.
   3. Vergeben Ground Support, um die Probenvorbereitung und alle anderen Vorbereitungsaufgaben nicht unter direkter Beteiligung der rig, die Minimierung der Zeit Belastungen für rig Betreiber durchzuführen.
2. Initial Standard Operating Procedure (SOP) Entwicklung
   1. Schreiben Sie alle Schritte, um vor dem Flug (Tag vor und am Morgen vor) zu übernehmen, im Flug, und Post-Flugverfahren unter Verwendung von nur Geräte und Materialien, die an Flug Lage sein wird. A 5 bis 10 min Block-Level-Ebene Flug kann für Last-Minute-Setup-Verfahren verfügbar sein, bevor Parabeln beginnen oder auf halber Strecke, als das Flugzeug dreht sich um.
   2. Weisen Sie im Flug experimentellen Verfahren gewidmet Zahlen Parabeln und bemerkte, dass die Parabeln wird wahrscheinlich partway getrennt werden durch, damit das Flugzeug umdrehen und zurück nach der LandungWebsite und dass eine andere Gruppe kann das Flugzeug zu ersuchen, nivellieren Mitte Experiment oder weniger Parabeln kann geflogen werden als erwartet.
   3. Begreifen Demonstrationsverfahren zur biologischen Gefahrenrisiko über wirksame Eindämmung zu minimieren, vermeiden tatsächlichen biologischen Proben, wenn möglich. Nutzen blaue Lebensmittelfarbe versetzt mit fluoreszierenden Zählen Kügelchen (1D) als Alternative zum Blut während der Probenzuführung Demonstration.
3. Demonstration Ausbildung
   1. Legen Sie einen Trainingsplan aus, um vollständig zu überarbeiten und zu verfeinern, die SOP sowie erzeugen gründliche Bodenkontrolldaten mit Flugdaten zu vergleichen.
   2. Nach dem Durchführen vor dem Flug SOP, "Lock" das Rigg in einen Raum, um die In-Flight-Erfahrung zu simulieren, Schneiden Zugriff auf Werkzeuge oder Bodenmaterialien. Noch strengere Ausbildung, Mark von einem Abschnitt des Bodens, welche den zugeordneten Dimensionen, die während des Fluges ³² verfügbar sein wird.
   3. Während des Trainings folgen SOP eXactly, und verwenden Sie eine Stoppuhr zu verkünden, 20 bis 30 sec Parabeln, was Ein- und Ausgang reduziert die Schwerkraft, sowie eine Halbflugparabel Pause.
   4. Integrieren finali SOPs in tatsächliche Flugtag Pläne, Teilungsaktivitäten "Pre-Flight" zwischen Tag-of-Flight und Tag-vor-Flug.
   5. Trainieren Sie für unerwartete Inflight Vorkommen einschließlich plötzlicher Kräfte schlagen die Rig oder das Flugzeug plötzlich Nivellierung in der Mitte eines Experiments.
   6. Test Stabilitäten von Proben und Reagenzien, wann eine längere Pause (h oder mehr) zwischen Pre-Flight-Verfahren und In-Flight-Aktivität unterzogen. Beachten Sie auch, dass die Temperaturen können in Flug Lage deutlich höher sein.
   7. Trainieren mehrere Personen als primäre Betreiber fachmännisch das Gerät während des Fluges zu arbeiten. Es ist unberechenbar, die krank in den Parabeln bekommen, und ein bestimmter Benutzer kann unberührt auf einem Flug sein und werden krank auf einem anderen.
4. Bodenausrüstung und UnterstützungMaterialien
   1. Montieren Sie einen Werkzeugkasten, um Backup-Komponenten und Anlagen für Reparaturen notwendig, einschließlich Handwerkzeuge, Lötgeräte und Kleber / Epoxy unter vielen anderen Einzelteile umfassen.
   2. Sammeln von Proben und Reagenzien Mengen hinausgehen, was für den Einsatz während der Linienflüge im Falle unerwarteten Flug Verschiebung auftritt, nachdem eine Probe oder Reagenz hat bereits für den Flug vorbereitet wurde gedacht.
5. Versand
   1. Setup-Versand notwendig, das Rigg zu transportieren, Bodenausrüstung (Werkzeuge, Zentrifuge, Pipetten, Wirbelmischer, ua) und Frischwaren (Blutzellen, Reagenzien). Für ausreichende Zeit, um für das Flugkampagne empfangen, kontrollieren, montieren und Testhardware.
   2. Encase rig auf allen Seiten außer unten mit Luftpolsterfolie. Schiffs rig mit einem benutzerdefinierten Holzkiste Box, innen mit Schaumstoff-Pads und Schock-Material ausgestattet.
   3. Schiffsuntergrundes Geräte / Werkzeuge in einem starren Behälter oder Brust.
   4. Schiff verderbliche in 1 in. Dicken isoliertSchaumkasten, enthält Trockeneis für Produkte erfordern -20 ° C und Tiefkühl Kälte-Akku für die Einzelteile erfordern 4 ° C Lagerung.
6. Pre-Flugerprobung
   Führen Sie vor dem Flug Tests auf dem Flug Ort, um die Funktionalität aller Komponenten einige Tage vor dem Flug zu überprüfen.
   Flugplattformen werden gewogen und Kran in das Flugzeug geladen wird, und wahrscheinlich noch am Flugzeug für die Dauer des Fluges Woche.

3. In-Flugvorführungen

Demonstrationen / Experimente sind zwischen 2 Tage Bezeichnungen ("Tag A" und "B Day" weiter unten) unterteilt. Tag A ist für die Mikrovermischung Demonstrations bezeichnet und Tag B wird für die Partikelerfassung und Probenlade Demonstrationen bezeichnet.

1. Bodenprobenvorbereitung für Mikromischer Demonstrationen (Tag A nur)
   1. Verdünnen 3 ml blauer Lebensmittelfarbstoff in 12 ml 1x Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (PBS).
   2. Verdünnen 3 ml gelbe Lebensmittelfarbe into 12 ml 1x PBS.
   3. Stamm 15 ml handels gereinigten roten Blutkörperchen.
      ACHTUNG: Da keine Testmethoden können mit 100% Sicherheit die Abwesenheit des Erregers zu gewährleisten, sollte Produkte menschlichen Ursprungs immer als biologische Gefahren behandelt werden.
   4. Lastprobenfläschchen (siehe Schritt 3.3) für jede Probe, plus eine zusätzliche Fläschchen mit nur Kochsalzlösung.
2. Bodenprobenvorbereitung für die optischen Block Demonstration
   1. Kombinieren Sie 60 ul Fluoreszenz Zählen Perlen mit 14 ml 1x PBS (4,3 Perlen / ul) mit 1% Tween. Laden Sie in Probenfläschchen.
      VORSICHT: Gehen Sie alle Chemikalien mit Vorsicht und unter Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung (PSA).
   2. Verdünnen Sie eine 50 ul Fingerstock Vollblutprobe 100-fach mit 1x PBS und fügen SYTO 83 Farbstoff für [Finale] = 5 & mgr; M. Leicht Vortex mischen. Inkubieren> 5 min bei Raumtemperatur.
      ACHTUNG: SYTO 83 Farbstoff in dimethylsulfoxi gelöstde (DMSO), die leicht durch die Haut absorbiert wird. Kann reizend auf die Augen, Atmungsorgane und die Haut. Handle mit PSA.
   3. Zentrifuge Zellprobe (bei 2.300 × g für 4 min), pipettieren off Überstand.
   4. Gefärbten Zellprobe durch Zugabe von 1 ml 1x PBS, Zentrifugation bei 2300 × g für 4 min Abpipettieren Stand waschen. Diesen Vorgang zweimal wiederholen.
   5. Rückgabevolumen bis 15 ml mit 1x PBS für eine endgültige 1 zu erreichen: 500-fache Verdünnung der Originalhandels Lager. Stammzellen und Last in Probenfläschchen.
3. Bodenprobenvorbereitung für die Probenzuführung Demonstration (Tag B nur)
   1. Bereiten Kapillare Verbrauchsmaterialien für Probenzuführung Demonstration durch Schneiden Mikro-Hämatokrit-Kapillaren in 15 mm Segmente mit einer Rasierklinge.
   2. Bereiten Probe für loader Demonstration: Mischen Sie 250 ul Lager fluoreszierende Kügelchen mit 250 ul unverdünntem blauer Lebensmittelfarbstoff (500 Perlen / ul). Zeichnen 250 ul-Probe in zwei 1 ml Spritzen, die jeweils mit einer stumpfen Spitze versehen neEdle, die mit Isolierband abgeklebt wird geschlossen.
4. Legen Fluidquelle Fläschchen
   1. Bewerben frisch, puderfreie Latexmembran um Fläschchen (Schnitt in den Finger vom Handschuh akzeptabel). Achten Sie darauf, die Membran ist lang genug, um aus dem Fläschchen Boden erstrecken und falten Sie die obere Außenrand. Schieben Sie die Fläschchen Ring über dem gefalteten Abschnitt.
   2. Legen Sie einen temporären Schiebeklemme auf Kappe Ablaufschlauch, der Fluid Vertreibung während Kappe Einsetzen verhindert.
   3. Vor dem Befüllen der Ampulle, negativ unter Druck das Fläschchen mit einer Spritze, um die Membran zu erweitern. Gießen Flüssigkeit nach oben Fläschchen und legen Sie die Kappe in einem Winkel, so dass keine Luft unter der Kappe während Kappe Platzierung gefangen (etwas Flüssigkeit austreten). Entfernen Sie kurz Schiebeklemme prime durch die Membran ausgeübte Auslaufschlauch und Freigabe Kollapsdruck.
5. Bereiten rig Demonstrationen
   1. Schließen Sie und überprüfen Sie alle Schlauchverbindungen
   2. Haken Quelle Fläschchen in das System. Fit Fläschchen in eine benutzerdefinierte acrylic Fläschchenhalter und sichern Sie sie mit und Haken-und Klettverschluss.
   3. Leeren Sie jegliche enthaltenen Abfälle in Fläschchen oder Behälter.
   4. Überprüfen Sie auf der Festplatte und Inbetriebnahme individuelle Demo-Software.
   5. Durchführen der System Fluidik Auffüllvorgangs spezifisch für jede Demonstration.
   6. Swap in neue Batterien einem batteriebetriebenen Gerät (zB, Beschleunigungsmesser).
   7. Manuelles schütteln fluoreszierenden Partikelproben.
   8. Führen Sie kurze Pre-Flight-Testexperiment.
6. Vermeiden Sie während des Fluges Reisekrankheit
   1. Nehmen vorgesehen Medikamente (Scopolamin und Dextroamphetamin, sicher und wirksam zur Verhinderung Krankheit in-flight)
   2. Heed empfohlenen Körperpositionierungsstrategien in-flight (zB flach auf während erhöhte Schwerkraft zurück, mit dem Körper gerade und Kopf gespannt nach vorne, und lassen Sie Körper, um sich auf seine eigene im Übergang zu reduzierten Schwerkraft schweben). Wenn möglich, verwenden einige frühe Parabeln, die den Schwereänderungen anzupassen.
   3. Behalten Sie einen Plastik Erbrochenem Tasche in einem Fronttasche leicht zugänglich. Erbrechen kann plötzlich und ohne vorherige Übelkeit auftreten.
7. Position rig Betreiber einmal im Flug, kurz vor der engagierten Parabel Luftraum. Bieten ausreichend Platz, damit rig Betreiber während der Hochgravitations Abständen hinlegen und ermöglichen den Zugriff auf den Beinschlaufen. Sobald Parabeln zu beginnen, nicht starke Kräfte auf den Körper während der reduzierten Schwerkraft gelten, da dies den Körper zu schnell und etwas gefährlich senden.
8. Führen mikrofluidischen Mixerhofprobe (Tag A nur)
   1. Manuelles schütteln Blutfläschchen vor Testlauf.
   2. Mischungs Blut und Salzlösung in einem Verhältnis 1: 1 mit 1,5, 2, 3, 4, 5 und 6 psi, für jeweils mindestens 2 Parabeln Aufzeichnung von Videodaten auf andere Mess synchronisiert.
   3. Injizieren Luft in Salzeinlaß zu testen, ob Kanalarchitektur Willen Falle eine Blase, die optimale Durchmischung verhindern könnten.
   4. Mischungs blauen und gelben Lebensmittelfarbstoffe bei 1,5, 2, 3, 4, 5 und 6 psi für mindestens 2Parabeln jeweils die Aufnahme erneut synchronisiert Daten.
   5. Bewerben Gleitklemmen um System Fluidik, wenn Sie fertig, weitere Abfallproduktion zu verhindern.
   6. Überprüfen Sie die Datenintegrität vor dem Herunterfahren der Elektronik bei Demo Wiederholung ist erforderlich.
9. Führen optischen Block und Probenzuführung Demonstrationen (Tag B nur)
   1. Schüttelt von Hand Proben vor der Ausführung.
   2. Fahren Fluoreszenz Zählen Kügelchen durch den optischen Block 3 Parabeln. Flush-System mit Kochsalzlösung für mindestens 1 Parabel zwischen Probentypen.
   3. 3.9.2 Wiederholung der Fluoreszenz Hydrogelteilchen und Leukozyten.
   4. Überprüfen Sie die Daten für alle fehlenden Einheiten, die, bevor sie zu Probenzuführung Demonstration wiederholt werden müssen.
   5. Starten Sie die Aufnahme Probenzuführung Demonstration mit HD-Video-Recorder.
   6. Als das Flugzeug betritt reduzierte Schwerkraft, mit einem Probenspritze, um einen Tropfen der Perle Zählen Farbstoffgemisch auf einer Fingerspitze zu platzieren, um einen Stich in den Finger Probe zu simulieren. Verwenden Sie einunrealistisch große Tropfen (1D), die Grenzen der einen Stich in den Finger Probe halten auf einem Finger während des reduzierten Schwerkraft zu testen.
   7. Verwenden Kapillare Verbrauchs ausgeschaltet Finger und Lastaufnahme Probe (etwa 10 ul) in die Kapillare Loader.
   8. Wischen Sie verbleibende Probe aus dem Finger mit Tüchern im Karton enthalten.
   9. Antrieb Probe in optische System für die Erkennung.
   10. Wiederholungsprüfungen mehrmals mit verschiedenen Betreibern.
   11. Überprüfen Sie die Daten für alle fehlenden Einheiten, die vor dem Herunterfahren der Elektronik wiederholt werden müssen.
10. Post-Flug Abschaltung
    1. Leere und entsorgen Abfälle ordnungsgemäß mit Biohazard markiert Contain Aufnahmen wie nötig. Gefährliche Abfälle können Versand aus dem Flugzeug-Anlage erforderlich.
    2. Gründlich System, unter Verwendung einer 5-ml-Spritze mit Wasser geladen, um kraftvolle Reinigung bieten. Druckspüler rückwärts und vorwärts durch alle 3 Ports.
    3. Wischen Sie jede Sauerei mit Alkoholtupfern.
    4. Entlüften System zur nächsten Demonstration.

Repräsentative Ergebnisse für die Mikro Demonstration werden in Figur 7, wie durch die CCD-Kamera des Stereomikroskops angebracht angesehen. Das Mischen kann visuell an jedem Punkt entlang der Spirale bewertet werden, sowie in den Austrittskanal für Versuche mit zwei Sätzen von Flüssigkeiten: Blut / Kochsalzlösung und blau / gelben Farbstoff. Quantitative Analyse der zweidimensionalen Bilder können umfassen die Bestimmung der Schatten Gleichmäßigkeit über die Kanalbreite in unterschiedlichen Bereichen, wie auch in anderen Veröffentlichungen ^38-40 dargestellt. Siehe Ergänzende Abbildung 1 für weitere Details. Siehe Ergänzende Abbildung 2 für die Demonstration der Blasen Handhabung durch den mikrofluidischen Chips.

Ergebnisse für die Partikelerfassung in den optischen Block und Probenzuführung Demonstrationen erscheinen in 7C und D verbunden. Optische Block Nachweis von fluoreszierend markierten weißen Blutkörperchen (FiAbbildung 7C) wird durch einen Übergang von etwa 1,5 g auf nahezu Null-g relativ ungestörten und weiterhin während des Übergangs zurück zu 1,5 g. Die Probenzuführung Daten zeigen, dass eine Probe wurde erfolgreich (hier unter Mondschwerkraftbedingungen) geladen und erreichte den optischen Block zum Nachweis (7D). Quantitative Analyse des Datenlese nutzt eine individuelle Spitzen Zählalgorithmus zu Grafen und Signal-zu-Rausch-Verhältnis in reduzierter gegenüber normalen und hohen Schwerkraftbedingungen zu vergleichen. Siehe Ergänzende Abbildung 3 für längere Spuren und Beispielanalyse.

Abb. 1: Fluidtechnik Unterkomponenten (A) Der Kandidat Quelle Fläschchen verwendet eine benutzerdefinierte bearbeiteten Aluminiumkappe mit zwei O-Ringen entlang seiner Inse ausgestattetrted Teil. Die Kopfschrauben auf dem Fläschchen "Ring", mit der die Kappe fest gegen die obere Phiolenrand. (B) Der Kandidat Abfall Phiolenkappe lässt Luft aber nicht Fluid durch die Schnittöffnung im oberen geben. (C) Der Kandidat Probe loader umfasst individuell bearbeiteten Kopf, Mitte und Fußteile, fit zu zwei Führungsschienen. Führungsschiene Abstand erleichtert Kapillare Positionierung. (D) A gesammelt Probentropfen aus der Fingerspitze in die Fluidleitung. (E) Der Kandidat Spiralwirbel Mikromischer mischt zwei Lösungen durch eine 3-Rotation ('1', '2' geladen, '3') Spirale (Innenradien von 1,9 bis 0,9 mm) und Wirbel Drain ('V', Durchmesser 320 & mgr; m). Fluid gelangt dann durch Kapillar-Rohrleitung zu einem Austrittskanal ('E'). Kanäle werden 200 & mgr; m breit und 120 & mgr; m hoch. Die Höhe des Wirbels Drain (V) ist 1-2 mm vor dem Treffen mit Pin. (F) Chip-Fußabdruck istvergleichsweise kleiner als ein Cent.

Abbildung 2: Optische und Elektronische Unterkomponenten. (A) Kandidaten optischen Block Komponentendesign umfasst zwei Laser ("Grün" und "Rot") sowie mehrere Strahlteiler ("BS"), Linsen und Photonendetektoren ('PD'). (B) Eine solide modellierten Design (kleines Bild) bearbeitet wird, anodisiert, und montiert. Stufe (n), Durchflusszelle Einbaustelle (blauer Pfeil), roter Laser (roter Pfeil) markiert sind. (C) für das Inflight-Tests, wird der Block mit Schellen und Ausrichtung Leuchten befestigt, die auch halten Faseroptik Verfütterung an Photonen Zählmodule. (D) Große Datenerfassungskarten und hand verlötet Elektronik sind praktische Lösungen, bevor die Steuerung / Erfassungselektronik kann zu mikroelektronischen equivale reduziert werden nts. Der optische Block (in einem benutzerdefinierten schwarzen Acryl-Box abgedeckt, unmarkierten nach links) ist auf dem Foto sichtbar mit einem Beschleunigungsmesser ("Acc.") Auf der Oberseite befestigt. (E) Beispiel kundenspezifische Software für die Mikromischer Demonstration ermöglicht die gleichzeitige Gerätesteuerung, Anzeigen und Datenspeicherung.

Abbildung 3:. Prüfstand Layout (A) Flugumgebung kann je nachdem, wie viele Gruppen gleichzeitig laufen Versuche im Flug überfüllt sein (B) Rig Komponenten sind auf einer vertikalen Geräteträger zwischen 3 Ebenen aufgeteilt montiert.. Beingurte (rot und gelb) sind in einem Bogen um die Zahnstange sichtbar. (C) Das Mikroskop Steckbrett Platte wird für Demonstrationen und Platzierung der Elektronik-Box in 4 Quadranten unterteilt.

Abbildung 5: Zusätzliche Komponenten zu Demonstrationen Aktivieren, um über einfache Interventionen zu betreiben. (A) Das Luftdrucksplitter besteht aus einem teilweise ausgehöhlt und Gewindezylinder an dem eine Nadel geeignet ist. Druckausgänge können selektiv eingespannt zu Anzahl der Austrittsöffnungen zu reduzieren. (B) Die Tafel 12 der Drei-Wege-Elektromagnetventile wird durch die Tandem-MOSFET Schaltung (C) gesteuert wird.

Fig. 6: In-Flight Demonstrationen Die Dreiwege-Magnetventile haben einen gemeinsamen Anschluss (weiße Pfeilspitze), die immer entweder dem Standard OFF por verbunden istt (rot) oder auf Port (grün). Der Schalter auf EIN-Zustand ist mit einer 5-Volt-I / O-Signal ausgelöst. (A) Die Probenzuführung Demonstration beinhaltet Laden einer Probe und Antreiben der Probe in den optischen Block (OB) für die Erkennung. Das Setup verwendet zwei Ventile, eine vor und eine nach dem Lader. Während des Ladevorgangs werden beide Ventile auf OFF gesetzt und verhindert Flüssigkeitsbewegung als der Lader verwendet wird. Drehen Sie die Ventile ON öffnet die Fluidik-Weg, der sich von der Kochsalzlösung (S) Fläschchen zum Abfall (W) Fläschchen, so dass die Pumpe, um die Probe für die Analyse zu fahren. (B) Der Übergang von der "manuellen" zu "1-Knopf" Interventionen im optischen Block Demonstration erlaubt sequentielle Testen von drei verschiedenen Probenarten - fluoreszierende Zählen Kügelchen (CB), eine proprietäre Fluoreszenz Hydrogel-Mikropartikel (NS) und fluoreszenzmarkierten WBCs - ohne Notwendigkeit, Schlauchverbindungen neu konfigurieren. Saline ist in der Lage, das System zwischen den Proben zu spülen. SPL. = AirDrucksplitter.

Abbildung 7: Repräsentative Ergebnisse. (A) blau-gelben Farbstoff Mischen im Mikrogravitationsbedingungen. (B) Blutsalzmischung unter Mondschwerkraftbedingungen. (C) WBC Erkennung während der Schwerelosigkeit Flug. Kritische Leistungsmetriken für die Durchflusszytometrie Daten umfassen den Variationskoeffizienten der Peakintensitäten, Signal-zu-Rausch-Verhältnissen, Peak Zählraten und Detektionseffizienz. (D) Fluorescent Zählen Kügelchen in einer geladenen Probe versetzt werden erkannt folgenden Demonstration der loader in der Mondschwerkraft.

Ergänzende Abbildung 1: Mischanalyse (Blutkochsalzlösung). (A) Mischen Bilder werden in Graustufen in den ausgewiesenen Bereichen pro umgewandelt und analysiert (Einlass, Spiralen 1-3 und Ausfahrt)die Gleichung σ = <(I - ) ^{2> 1/2,} wobei σ den Grad der Vermischung, I = Graustufenintensität zwischen 0 und 1 ist, und <> den Durchschnitt der Probe. Diese Methode spiegelt ähnliche Bestimmungen in der veröffentlichten Literatur ^38-40. Für eine komplett gemischte Probe, gleich σ Null. Für einen ungemischten Probe, gleich σ 0,4 bis 0,5. In der Praxis, eine vollständige Vermischung, wenn der Sigma-Wert kleiner als 0,1. Diese Methode ist zwar ausreichend für Demonstrationszwecke, ist begrenzt, da das Mischen ein 3-dimensionalen Prozess und erfordert daher 3-dimensionale Beurteilung (durch konfokale Mikroskopie oder andere Mittel) vollständig zu beschreiben den Grad der Vermischung. (B) Blutsalzmischergebnisse im Flug erhalten werden unter verschiedenen Schwerkraftbedingungen angezeigt. Die "hohe" Schwerkraft Grafik wurde während eines Mikrogravitationsflug erhalten. Pumpenantriebsdruck seArmatur nimmt von links nach rechts in jedem Diagramm.

Ergänzende Abbildung 2: Demonstration der Blasenbehandlung. Zwei Blasen, in hoher Schwerkraft und eine in Mikrogravitation injiziert ein injiziert werden im Laufe der Zeit über Videobeobachtung zurückzuführen. Jede Blase effektiv löscht den mikrofluidischen Chips. Die Leistung im Gegensatz zu dem anderen Bodengeometrien getestet Mischen mit einer größeren Neigung zur Blasenfalle (Daten nicht gezeigt). Pfeile weiß Luftbewegungs durch den Chip, was schwierig ist, von Kochsalzlösung in den statischen Bildern zu unterscheiden.

Zusatz Fig. 3: Erweiterte Durchflusszytometrie Spuren Fluorescent Zählen Wulst (A) und der weißen Blutzellen (B) Detektion Spuren über 3 Parabeln erfasst sind gezeigt. Erkennungsraten (Peaks / Sekunde) werden während hoher und niedriger Schwerkraft Perioden über benutzerdefinierte Software bestimmt (weißer Text) angezeigt. Andere kritische Metriken (zB koeffizient Variation der Peakintensität, Signal-zu-Rausch-Verhältnis) für die Einsicht in die Wirkung der Schwerkraft auf die Fluidik und optische Erfassungsarchitektur zu messen.

Das hier beschriebene Verfahren aktiviert wirksame Demonstration der großen Technologie-Komponenten (Probenbeladung, mikrofluidischen Mischen und optische Detektion) während der 2010 FAST Parabelflügen, mit vergleichbaren Ergebnissen zu Bodentests. Hier beschriebenen Ausbildung und SOP Methoden waren besonders wirksam, und half, Werkzeuge und andere Wesen 'Krücken' auf für die Praxis-Demonstrationen, die nicht wäre an Bord des Parabelflug verfügbar verlassen beleuchten.

Verbesserungsbereiche umfassen Haltung und Layout. Individuelle Acryl Komponenten können nicht robust genug für Rückhaltung Zwecke. Die "Handschuh" Box wurde von einem Passagier während des Fluges bei einer Schwerkraft Übergang geschlagen und anschließend während einer rauen Flugzeug Landung fiel auseinander. Schlauch an den mikrofluidischen Chip verbunden wurde während einer blau-gelb Farbmisch Demonstration hakte kurz undicht Lebensmittelfarbe in die Kabine Umwelt. Diese musste während fixiert werdenein High-g-Intervall, die besonders schwierig war, weil der Wiederverbindung microbore Schlauch erfordert Geschicklichkeit und Benutzer Stabilität. In Bezug auf Layout, Platzierung des Laptops in Stehhöhe machte es schwierig, während der Hoch-G Intervallen arbeiten. Benutzer können Benommen werden, wenn versucht wird, während die High-g Phasen stehen. Eine Mitte-Level-Computer könnte eine bessere Alternative sein, aber hier würde Verschiebung Prototyp Subkomponenten bedurft. Andere Forscher haben Sitz in ihrer Parabelflug-Setups für die Stabilisierung der Testteilnehmer ²⁶ enthalten, obwohl dies erfordert zusätzliche Raum, der knapp am Parabelflügen ist.

Neben der Bereitstellung einer größeren Detailgrad über die Vorbereitung und Einrichtung im Vergleich zu früheren Demonstrationen der Parabelflug Durchflusszytometrie, diese Arbeit beschreibt Einbeziehung potenziell signifikante 'Begleiter' Technologie (dh die Mikrofluid-Chip für Reagenzien Mischen und Probe Dilution) neben dem Durchflusszytometer. Probe Vorverarbeitung (zB Fluoreszenzfärbung, Mischen, Inkubation), wie auf dem Boden durchgeführt wird, kann es schwierig oder im Raum gefährlich sein, was wiederum die Begleiter Technologien, wie eine Misch Chip notwendig, die die gleichen Funktionen in reduzierter Schwerkraft zu erreichen . Im Gegensatz zu der vorliegenden Arbeit haben frühere Demonstrationen von potenziell platz würdig Durchflusszytometern fast ausschließlich auf Zytometrie Leistung fokussiert (unter Verwendung von Proben auf der Erde vorverarbeitet) und ohne angedeutet Strategien, um die Lücken in der Probe-Vorverarbeitung überbrücken. Die beschriebenen "Glasfaserbasis" Durchflusszytometer zum Beispiel verwendet bahn geladenen Probenpatronen für Immunphänotypisierung und Mikrokügelchen basierende Cytokin-Assays, und es ist nicht offensichtlich, wie das System könnte zur tatsächlichen in-flight Diagnose angepaßt werden. Einige Anstrengungen wurden teilweise mit der Frage, einschließlich der Entwicklung des Vollblut-Färbung Vorrichtung, die jüngsten Verbesserungen ⁴¹ gesehen hat. Die NASA-getestet Durchflusszytometer verwendet einen Pre-Färbemethode potenziell nutzbare mit dem Vollblut-Färbung Vorrichtung ^5. Dennoch Anstrengungen zur notwendigen Raum-ready Begleiter Technologie zu entwickeln scheinen ausreichend hinter denen zurückbleiben, um Durchflusszytometer zu entwickeln, um die Durchflusszytometrie unpraktisch für diagnostische Zwecke in Raum und anderen begrenzten Ressource-Umgebungen in der nahen Zukunft zu halten. Allgemeiner Entwickler irgend IVD für Weltraum müssen volle Workflow Anpassung für ihre Technologie zu berücksichtigen und sollten immer prüfen, Prüfung von eventuell notwendige Begleiter Technologie, um alle Vorteile der begrenzten ermäßigten Gravitationsflug Möglichkeiten zu nutzen.

Der beschriebene Prototyp Durchflusszytometer ist ein Ausgangspunkt für eine differenziertere Gestaltung, Nutzung fortgeschrittener Fluidik, Optik und Elektronik. Hydrodynamischen Fluss Fokussierung und zusätzliche Detektionskanäle (zB Lichtstreuung, Absorption) würde Partikel Diskriminierung für Anwendungen wie verbessernweißen Blutkörperchen Differential. Einige Komponenten müssen ausgetauscht werden, nur weil sie bequem in der Rig-basierte Designs, sondern wäre unpraktisch in der tatsächlichen Handheld-Geräte (zB Abfallfläschchen, Steuerung / Erfassungselektronik). Weitere fortschrittliche Elektronik würde Mikroelektronik gehören betrieben mit einem Miniatur-Screen-Interface und Embedded-Mikroprozessoren, den Laptop und die zugehörige Messkarten zu beseitigen.

Eugene Y. Chan, Candice Bae und Julia Z. Sharpe sind Erfinder zu verwandten Technologie-Patente durch die DNA-Medizin Institut, einem kommerziellen Unternehmen eingereicht.

Hardware-Entwicklung wurde von der NASA SBIR Verträge NNX09CA44C und NNX10CA97C unterstützt. Datenanalyse für die optischen Block und Probenzuführung Demonstrationen wurde von der NASA Phase III Contract NNC11CA04C unterstützt. Der menschliche Blutentnahme erfolgte mit NASA IRB Protokoll # SA-10-008. Steuerung / Erfassungssoftware durch das National Instruments Medical Device Grant Program vorgesehen. Formen für die Mikrochips wurden an der Johns Hopkins Mikro Anlage und der Harvard Center for Nanoscale Systems. Otto J. Briner und Lukas Jaffe (DNA Medicine Institute) in Gestellanordnung im Sommer 2010. NASA-Flug Video Personal inklusive Videomaterial während des Fluges Woche unterstützt. Carlos Barrientos (DNA Medizin Institut) bereitgestellt Foto und Figur Unterstützung. Besonderer Dank gebührt dem erleichterten Zugang zum Space Environment for Technology 2010 Programm, die NASA Reduzierte Gravity Büro, die menschliche Anpassung und Gegenmaßnahmen der Division, NASA Glenn Research Center,ZIN Technologies, und der menschliche Forschungsprogramm.