Die Autoren danken Stratasys (Rehovot, Israel) für dreidimensionale Drucken des Gerätes. Wir sind dankbar, dass Microdyne-Nadir (Deutschland) für die Membranproben. Diese Forschung wurde von der Israel Science Foundation (Grants 1474-1413) zu CJA unterstützt

1. Aufbau und Herstellung der Mikrofluid-Testsystem <ol><li> Entwerfen Mikrofluidik-Vorrichtung in zwei getrennten Teilen: einem Oberteil und Unterteil (Abbildung 1) in einem CAD-Programm. </li><li> Starten Sie das Unterteil zu machen, indem Sie das Rechteck-Werkzeug ein 40 mm mal 60 mm Rechteck zu zeichnen. </li><li> An einer Ecke mit dem Kreis-Tool erstellen 6,2 mm Durchmesser-Kreis 10 mm von den Rändern zentriert. Mit der linearen Muster Werkzeug, um die Löcher für die Rechteck mit 20 mm Abstand für insgesamt 6 Löcher replizieren. </li><li> Mit dem Filet Werkzeug, um die Rechtecke mit einem Radius von 1 mm abrunden. </li><li> Extrudieren Sie das Teil 10 mm mit dem Extrusionswerkzeug. </li><li> In der Mitte der Oberseite, mit dem Rechteck-Werkzeug ein Rechteck von 30 mm x 1 mm erstellen und mit dem Extrudieren Schnittwerkzeug geschnitten 0,2 mm für den Strömungskanal. </li><li> Mit dem Kreis-Werkzeug machen einen 1 mm Durchmesser-Kreis am Ende des Strömungskanals. Dann mit dem Linienwerkzeug ein Pfad konstruieren, den Kreis zum nächstgelegenen Anschluss40 mm x 10 mm Fläche, darunter ein 4 mm Radius mit dem Filet Werkzeug gemacht. Machen Sie einen Schnitt auf diesem Weg mit dem durchlaufenden Schnittwerkzeug. </li><li> Mit dem Kreis-Werkzeug ein 3,9 mm Durchmesser-Kreis in der Mitte des Strömungswegs erstellen und schneiden 8 mm mit dem Extrudieren Schnittwerkzeug für Armaturen zu ermöglichen. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1.7 und 1.8 für die gegenüberliegende Seite des Strömungskanals. </li><li> Mit dem oberen Teil wiederholen Sie die Schritte 1,2-1,5. Dann in der Mitte der Oberseite ein Permeat-Kanal zu erstellen Sie das Rechteck-Werkzeug ein Rechteck von 30 mm x 1 mm zu erstellen und schneiden 0,5 mm das Extrudieren-Schnitt-Tool. </li><li> Verwenden Sie die Kreis-Werkzeug, um eine 1 mm Kreis machen im Permeat Kanal 5 mm von einem Ende zentriert. Mit dem Linienwerkzeug ein Weg verbindet den Kreis zu einer der 1 cm mal 6 cm Gesichter, darunter ein 4 mm Radius konstruieren mit dem Filet Werkzeug gemacht. Machen Sie einen Schnitt entlang der Bahn mit dem durchlaufenden Schnittwerkzeug. </li><li> Mit dem Kreis-Werkzeug schaffen zusätzliche 3,9 mm Durchmesser-Kreis mit seinem Mittelpunkt auf dem Weg Permeat und schneiden 8 mm mit dem ExTrude schneiden Werkzeug. </li><li> Auf die Teile 40 mm Kanten oben, mit dem Rechteck-Werkzeug, erstellen Sie Rechtecke 40 mm um 5 mm Zugabe von 4 mm Radien mit dem Filet-Tool. Verwenden Sie das Extrusionswerkzeug zu extrudieren 3 mm nach unten für Griffe. </li><li> Druckteile mit einer Multimaterialphotopolymer 3-D-Drucker ein hartes transparentes Polymer verwenden, einschließlich 0,05 mm Überziehen mit einem weichen gummiartigen Polymer auf der Fläche jedes Teil, das den Kanal enthält. Verwenden Herstellerstandardprotokoll, Kalibrierung und Einstellungen. </li><li> Tippen Gewinde (M5) in Futtermitteln, Retentat und Öffnungen durchdringen. Verwenden Klempner Band 1/8 &quot;-Anschlüsse zum Futter und Retentat und 1/16&quot; Armaturen in das Permeat zu verbinden. </li><li> Verbinden mikrofluidischen Systemen zu pumpen, Ventile, Drucksensoren und Druckregelgerät mit 1/8 &quot;Schlauch (Abbildung 2). </li><li> Verbinden 0,45 um Filter Rohre zum Einlass. </li><li> Entlastung durchdringen zu Durchflussmesser und Becher aus Guthaben bei 1/16 &quot;Schlauch. </li><li&gt; Anhängen kontinuierliche Drehung Servoregler mit Schrauben und Normservo bis 3-Wege-Ventil mit Bindedraht zu Gegendruck. </li><li> Schließen Sie Servos und Stromversorgung Servo Schild. </li><li> Verbinden Druckwandler, Schalter und Servo Schild an den Mikrocontroller. </li><li> Verbinden Mikrocontroller, Bilanzen, Durchflussmesser und Pumpe an einen PC zur Datenerfassung und Systemsteuerung. </li><li> Konfigurieren Salden Daten an ihre serielle Schnittstelle zu drucken. </li></ol> 2. Bereiten Membranen zu test <ol><li> Schneiden Membranen 40 mm x 8 mm. </li><li> Tränken Membranen in ultrareinem Wasser (3 x 10 min) unter Beschallung. </li><li> Dann genießen Sie die Membranen in 50/50 Reinstwasser / Ethanol 1 Stunde. </li><li> Spülen Sie die Membranen mit ultrareinem Wasser und lagern in ultrareinem Wasser bei 4 ° C. 8 </li></ol> 3. Bereiten Sie Lösungen, um mit Nanofiltrationsmembranen getestet <ol><li> In 500 ml hochreines Wasser zu einem Erlenmeyerkolben. Dann fügen 0,04 g BSA eind 0,29 g NaCl. </li><li> In 500 ml hochreinem Wasser in eine separate Erlenmeyerkolben. Dann fügen Sie 0,6 g MgSO 4. </li><li> In 500 ml hochreinem Wasser mit einem dritten Erlenmeyerkolben. Dann 0,29 g NaCl hinzu. </li><li> Legen Rührstäbe in jedem Kolben und Ort Flaschen auf rühren Platten. Mischen für 5 Minuten bei 500 Umdrehungen pro Minute. </li></ol> 4. Führen Sie eine Nanofiltration Fouling Experiment Hinweis: Führen Sie das Experiment bei RT (ca. 24 ° C). Zuerst das System so konfigurieren, um ein einzelnes Messmembran durch Schließen von Ventilen Zellen fließen nicht in die Durchflussmesser verbunden. <ol><li> Ein Pumpeneinlaßrohr in das Reservoir Reinstwasser Einsatz und dem anderen Einlaßrohr in die MgSO 4 -Lösung (Abbildung 2). </li><li> Verwenden Sie eine Spritze Wasser und MgSO 4 Lösung durch das Rohr zu ziehen, um alle Luftblasen in dem System zu entfernen. </li><li> Legen Sie eine Nanofiltrationsmembran auf dem unteren Teil der Durchflusszelle, mit deraktive Seite in Richtung der Zufuhrkanal, und auf den oberen Teil der Durchflusszelle. </li><li> Befestigen Muttern von Hand anziehen und dann gleichmäßig mit einem Schraubenschlüssel, um ein Auslaufen zu minimieren. </li><li> Wählen Sie das Reinstwasser mit dem Reservoir Wahlschalter. </li><li> Stellen Pumpenleistung bis 2 ml / min und die Pumpe starten. </li><li> Passen Druckregler bis 4 bar. </li><li> Stellen experimentellen Parameter Reservoirs mit dem Wasserreservoir Start alle 45 Minuten zu wechseln. </li><li> Stellen Sie Speicherschalter auf Auto, und starten Experiment. </li><li> Bei 60 min sammeln MgSO4 Permeat in einem Rohr der nächsten 30 min. </li><li> Bei 91 min ersetzen MgSO 4 Kolben mit Kolben, der die Lösung von BSA und NaCl enthält. </li><li> Schnell Pumpe stoppen und eine Spritze verwenden BSA-Lösung durch das Einlassrohr zu ziehen MgSO4 Überbleibsel in Rohr zu entfernen. Dann Pumpe wieder starten. </li><li> Bei 150 min sammeln BSA in einem Rohr der nächsten 30 min durchdringen. </li><li> Nach 225 Minuten, das System herunterfahren und Nano entfernen<html> Filtrationsmembran aus der Durchflusszelle. </li><li> Unter Verwendung einer Spritze, spülen Testlösung Einlassrohr mit hochreinem Wasser. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 4,1-4,15 für jede weitere Membran getestet. </li><li> Für NaCl nur Tests, wiederholen Sie die Schritte 4,1-4,10 und 4,14-4,16 MgSO 4 Lösung mit NaCl-Lösung ersetzt und das Experiment nach 90 Minuten anstelle von 225 Minuten beendet. </li></ol> 5. Berechnen Salzrückhaltung von Nanofiltrationsmembranen <ol><li> Spülen Elektroden des Potentiostaten Testzelle mit Reinstwasser. </li><li> Mit einer Pipette, Kaution 5 ul MgSO 4 Lösung auf die Testzelle Elektroden. </li><li> Nehmen Widerstand der Lösung. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 5,1-5,3 vier weitere Male und berechnen den Mittelwert. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.4 für die NaCl und BSA / NaCl-Lösungen sowie jeweils Permeatlösung gesammelt. </li><li> Berechnen Salzrückhaltung mit Gleichung 1: 6eq1.jpg &quot;/&gt; wobei Ω s ist der Widerstand der Testlösung und Ω p ist der Widerstand des Permeats. Der Widerstand ist umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit einer Lösung, die Salzkonzentration direkt korreliert. </li></ol> 6. Lösung Bereiten Sie sich mit Ultrafiltrationsmembranen getestet <ol><li> In 1 l Reinstwasser zu einem 4-Liter-Becher. Dann 0,32 g BSA hinzu. </li><li> Legen Rührstab in Becher und auf einer Rührplatte. Mischen für 5 Minuten bei 500 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Fügen Sie weitere 3 l Reinstwasser Becherglas und wieder mischen für 5 Minuten bei 500 Umdrehungen pro Minute. </li></ol> 7. Führen Sie eine Ultrafiltration Fouling Experiment Hinweis: Führen Sie ein Experiment, bei RT (ca. 24 ° C). Konfigurieren Sie zunächst das System vier Membranen parallel zu messen, indem alle Ventile öffnen Zellen zu fließen. <ol><li> Legen Sie eine Pumpeneinlassrohr in das ultrareine Wasser-Reservoir und andere Einlassrohr in the BSA-Lösung (Abbildung 2). </li><li> Verwenden Sie eine Spritze mit dem Wasser und der BSA-Lösung durch den Schlauch zu ziehen, um alle Luftblasen in dem System zu entfernen. </li><li> Legen Ultrafiltrationsmembranen auf dem unteren Teil der Durchflusszellen, die mit den aktiven Seiten in Richtung der Zufuhrkanäle und die Zellen mit den oberen Hälften der mikrofluidischen Vorrichtung schließen. </li><li> Befestigen Muttern von Hand anziehen, dann gleichmäßig mit einem Schraubenschlüssel. Ungeeignetes Anziehen kann zu Wasserschäden führen. </li><li> Wählen Reinstwasser mit Speicherschalter. </li><li> Stellen Pumpenleistung bis 8 ml / min und die Pumpe starten. </li><li> Passen Druckregler auf 0,4 bar. </li><li> Überwachen Flusswerte von Membranen mit Datenerfassungssoftware dem Protokoll des Herstellers entsprechend. </li><li> Passen Druckregler bis mittlere Fluss ist 200 LMH ± 10%. </li><li> Ersetzen einzelnen Membran wenn Fluss nicht 200 LMH ± 20% ist. </li><li> Geben Sie experimentellen Laufparameter. Wählen Sie zunächst die Reinstwasser Reservoir für 60 Minuten mit einem konstanten Strom von 200 ± 20 LMH. Wählen Sie dann die BSA Reservoir für 420 min mit manueller Steuerung des Druckreglers. Wählen Sie schließlich das ultrareine Wasser-Reservoir für 15 Minuten mit manueller Steuerung des Druckreglers mit dem Spülsystem am Ende des Experiments. </li><li> Stellen Sie Speicherschalter auf Auto, und starten Experiment. </li><li> Nach dem Hochlauf der Fertigstellung herunter System herunter und entfernen Membranen von Durchflusszellen. </li><li> Mit einer Spritze, bündig Pumpeneinlassrohr mit hochreinem Wasser. </li></ol>

<ol>
	<li>Guo, W., Ngo, H. -. H., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mini-review+on+membrane+fouling.">A mini-review on membrane fouling.</a> Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).</li><li>Fane, A. G., Fell, C. J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+fouling+and+fouling+control+in+ultrafiltration.">A review of fouling and fouling control in ultrafiltration.</a> Desalination. 62, 117-136 (1987).</li><li>Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+interactions+and+fouling+of+NF+and+RO+membranes:+a+review.">Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review.</a> Adv. colloid interfac. 164 (1-2), 126-143 (2011).</li><li>De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membranes+and+microfluidics:+a+review.">Membranes and microfluidics: a review.</a> Lab on a chip. 6 (9), 1125-1139 (2006).</li><li>Haas, R., Gutman, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glycosphingolipids+Enhance+Bacterial+Attachment+and+Fouling+of+Nanofiltration+Membranes.">Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes.</a> Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).</li><li>Nabe, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+polysulfone+ultrafiltration+membranes+and+fouling+by+BSA+solutions.">Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions.</a> J. Membr. Sci. 133 (1), 57-72 (1997).</li><li>Ang, W., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+(BSA)+fouling+of+reverse+osmosis+membranes:+Implications+for+wastewater+reclamation.">Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation.</a> J. Membr. Sci. 296 (1-2), 83-92 (2007).</li><li>Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+dense+membranes+using+radical+graft+polymerization+enhanced+by+monomer+filtration.">Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration.</a> Langmuir. 26 (14), 12358-12365 (2010).</li><li>Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+NF/RO+separation:+Cell+design,+performance+and+application.">Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application.</a> J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).</li><li>Kaufman, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+supported+bolaamphiphile+membranes+for+water+filtration:+Roles+of+lipid+and+substrate.">Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate.</a> J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Dieses Protokoll beschreibt die Konstruktion eines dreidimensional gedruckten Mikrofluidquerstrom-Vorrichtung zum Testen von Nanofiltration und Ultrafiltrationsmembranen. Vor kurzem haben wir den Erfolg einer Variante dieses Protokolls mit Nanofiltrationsmembran Anlage und Bewuchs mit Glycosphingolipide und Lipopolysaccharide und Membranleistungsunterschiede mit anschließender Bakterienkultur Injektion. 5 gezeigt Zukünftige Anwendungen dieser Technik verwendet werden könnte Membranleistung ändert sich mit verschiedenen Schmutzstoffe zu bewerten . Im Vergleich zu größeren Durchflusszellen diese Mikrofluidik-Vorrichtung erfordert viel weniger Testlösung und kann erheblich die Kosten für die Schmutzstoffe und Verbindungen zu reduzieren, vor allem diejenigen, die in begrenzten Mengen nur zur Verfügung stehen. Das kleine Format macht es auch praktisch für die Prüfung im Labormaßstab und kann zu hohen Durchsatz Prüfung zugänglich sein. Entwurf des mikrofluidischen Cross-Flow-Gerät wurde thr erreichtough iterative Prototyping, die der große Vorteil der dreidimensionalen Druck ist. Allgemein Gerätekonstruktionsmerkmale wurden auf einem zuvor veröffentlichten mikrofluidischen basierend Querstromvorrichtung zum Nanofiltrationsmembrananwendungen eingesetzt. 9,10 Die wesentlichen konstruktiven Unterschiede waren, daß die Speisekanäle und Permeat wurden Offset nicht aber direkt einander überlagern, und die Dicke der Teile, und die Wasserabdichtungsverfahren. Die Verhinderung von Wasserlecks war das Hauptproblem, das in den Design-Prozess durch den Druck das Gerät mit einem Multi-Material-Photopolymer-3-D-Drucker überwunden wurde. Dies ermöglichte eine dünne weiche Polymer auf den Oberflächen der Vorrichtung zu sein, die in Kontakt mit der Membran sind. Nach dem Platzieren der Membran in das Gerät, und gleichmäßig mit 6 Muttern (M6) Anziehen wurden Wasser Leckagen verhindert. Andere mögliche Bereiche für die Wasserleckagen sind die Zulauf und Retentatauslass Rohrverbindungsstellen, und kann unter Verwendung von Klempner Band verhindert undachten, dass die Verbindung der Rohrleitung festziehen zu über sein, die das Einfädeln beschädigen würde. Das Gerät hat Druck wurde bis 5 bar, ohne Leckagen getestet werden. Wichtig ist, dass ultrareines Wasser für die Herstellung aller Lösungen verwendet wird. Wasser aus anderen Quellen enthält möglicherweise unbekannt Fouling Substanzen, die Abnahme der Membranleistung verursachen würde. Auch ein Filter (0,45 mm) ist das Zulaufschlauch angebracht, um die Abwesenheit von Feststoffen in dem System zu gewährleisten. Ein Permeat-Durchflussmesser wurde um genauer zu messen niedrigen Flusswerte in der repräsentativen Experiment unter Verwendung einer Nanofiltrationsmembran verwendet. Ein fester Druck von 4 bar wurde auf der Grundlage einer vorherigen Glycosphingolipide Studie ausgewählt. 5 Wiederholungsmessungen verschiedener Membran Coupons wurden gemittelt. Verwendung von Ultrafiltrationsmembranen in einem repräsentativen Experiment wurde der anfängliche Reinwasserfluss der Membran, gemessen mit einem Druck von 0,4 bar verwendet wird. Permeatfluss von MembranMembran kann stark variieren daher jeder Fluß-Membran wurde überprüft, um sicherzustellen, daß der Fluß Unterschiede waren nicht größer als ± 20%. Membranen außerhalb der gewünschten Anfangsflusswerte fielen mit neuen Membran Coupons ersetzt. In Fouling Studien kann ein konstanter Fluss bevorzugt werden, um einen konstanten Druck über weil Membranen mit unterschiedlichen Ausgangsströme getestet unterschiedlich schnell verschmutzen kann. Der Druck wurde dann eingestellt, um die gewünschte durchschnittliche anfängliche Permeatfluss von 200 LMH ± 10%, aber diese anfänglichen Startbedingungen gewählt werden, kann je nach erforderlichen Versuchsbedingungen. Nachträgliche Änderungen in Vorschublösungszusammensetzung und Überwachung der Flussänderungen wird wertvolle Einblicke in die Gebrauchseigenschaften der Membran geben.

<html> Membrantechnologie zur industriellen und anderen Prozessen verbunden ist, die Trennung von gelösten Stoffen aus einer Vorratslösung erfordert jedoch Membranverschmutzung ist ein Haupt ständige Herausforderung. 1 Common Beispiele, wo Membranfouling die Verwendung von Ultrafiltrationsmembranen für die Größe basierend Trennung von Abwasser tritt umfassen, 2 und Dünnschicht-Verbundmembranen für die Trennung von Ionen und größer gelöste Stoffe aus Brack- oder Meerwasser. 3 Kenn Hinweise auf Verschmutzung beinhalten eine Zunahme der Transmembrandruck und eine Abnahme im Fluß. Dies verringert die Produktivität der Membran und verkürzt ihre Lebensdauer durch chemische oder andere Reinigungsprotokolle. Daher ist Membranleistung ein guter Indikator Fouling zu bewerten und die Mechanismen und Wirkungen von Fouling, Biofouling und Biofilm-Bildung auf Membranen zu verstehen. Auch Leistungsbewertung ist wichtig bei der Gestaltung oder Änderung neuer Membranen. EFT &quot;&gt; Das Interesse an der Verwendung von Membranen in mikrofluidischen Vorrichtungen hat in den letzten zehn Jahren wächst. 4 Kürzlich untersuchten wir die Wirkung von mikrobiellen Komponenten Lipopolysaccharid und Glycosphingolipid auf die Oberfläche einer Nanofiltrationsmembran Verschmutzung und die anschließende Anfälligkeit der konditionierten Oberfläche mikrobiellen Befestigungs. 5 A mikrofluidischen Querstromvorrichtung wurde verwendet, um die Leistung von Nanofiltrationsmembranen zu bewerten. Dies erlaubt die Verwendung von speziellen nicht-kommerziellen Lipidkomponenten nur in geringen Mengen für Verschmutzung Membranoberfläche, da die Membranoberfläche, war klein. Das System Größe effizienten Einsatz von Membranmaterialien und geringen Mengen von Lösungen erlaubt. In diesem Protokoll beschreiben wir das Design und die Herstellung der mikrofluidischen Vorrichtung zur Membranleistungstests und erläutern den Einbau der Vorrichtung in einem Druckströmungssystem. Demonstration der Vorrichtung wird durch Testi gezeigtenng die Leistung von Ultrafiltrationsmembranen und Nanofiltrationsmembranen ein Modell Fouling Verwendung BSA. 6,7

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="915">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">BSA</td>
			<td style="width:148px;">SIGMA-ALDRICH</td>
			<td style="width:143px;">A6003</td>
			<td style="width:383px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaCl</td>
			<td>DAEJUNG</td>
			<td>7548-4100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">MgSO4</td>
			<td>EMSURE</td>
			<td>1058861000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NF Membrane</td>
			<td>Filmtec</td>
			<td>NF200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">30 kDa UF Membrane</td>
			<td>MICRODYN NADIR</td>
			<td>UH030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">50 kDa UF Membrane</td>
			<td>MICRODYN NADIR</td>
			<td>UH050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pressure Transducer</td>
			<td>Midas</td>
			<td>43006711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ball Valves</td>
			<td>AV-RF</td>
			<td>Q91SA-PN6.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3-way Valve</td>
			<td>iLife Medical Devices</td>
			<td>902.071</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pressure Regulator</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>KCB1G0A2A5P20000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Flow-meter</td>
			<td>Bronkhorst</td>
			<td>L01-AGD-99-0-70S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Balances</td>
			<td>MRC</td>
			<td>BBA-1200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pump</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td style="width:143px;">EW-00354-JI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/8&#34; Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06605-27</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/16&#34; Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06407-41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/16&#34; Fittings</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-30486-70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1/8&#34; Fittings</td>
			<td>Kiowa</td>
			<td>QSM-B-M5-3-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microcontroller</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>50</td>
			<td>Arduino UNO R3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Continuous Rotation Servo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>154</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Standard Servo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>1142</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Power Supply</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>658</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Servo Shield</td>
			<td>SainSmart</td>
			<td>20-011-905</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Switches</td>
			<td>Parts Express</td>
			<td>060-376</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.45 Micron Filters</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>SLHV033RS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potentiostat</td>
			<td>Gamry</td>
			<td>PCI4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sonicator</td>
			<td>MRC</td>
			<td>DC-150H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Connex 3D Printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>Objet Connex</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Veroclear&#160;</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>RGD810&#160;</td>
			<td>transparent polymer for printing flow cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tangoblack-plus</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>FLX980</td>
			<td>soft rubbery polymer for gasket layers on flow cell</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensionally printed microfluidic cross-flow system for ultrafiltration/nanofiltration membrane performance testing

Minimierung und Management von Membranverschmutzung ist eine große Herausforderung in den unterschiedlichsten Industrieprozesse und andere Praktiken, die Membran-Technologie nutzen. die Verschmutzung Prozessverständnis könnte Optimierung und höhere Effizienz der Membran basierend Filtration führen. Hier zeigen wir die Konstruktion und Herstellung eines automatisierten dreidimensional (3-D) gedruckt mikrofluidischen Querstromfiltrationssystem, das bis zu 4 Membranen parallel testen kann. Die Mikrofluidik-Zellen wurden unter Verwendung von Multi-Material-Photopolymer 3-D Drucktechnik gedruckt, die ein transparentes hartes Polymer zur mikrofluidischen Zellkörper verwendet und eine dünne kautschukartige Polymerschicht eingebracht, die Leckagen im Betrieb verhindert. Die Leistung der Ultrafiltration (UF) und Nanofiltration (NF) Membranen wurden getestet und Membranfouling könnte mit einem Modell Fouling Rinderserumalbumin (BSA) beobachtet werden. Feed-Lösungen BSA enthielten, zeigten Fluss Rückgang der Membran. Dieses Protokoll kann erweiterned Fouling oder Biofouling mit vielen anderen organischen, anorganischen oder mikrobiellen haltigen Lösungen zu messen. Die mikrofluidische Konstruktion ist besonders vorteilhaft für Testmaterialien, die teuer sind und nur in geringen Mengen, beispielsweise Polysaccharide, Proteine, Lipide oder aufgrund der kleinen Fläche der Membran getestet. Dieses modulare System auch für Hochdurchsatz-Untersuchung von Membranen leicht erweitert werden kann.

Verwendung einer Multi-Material-Photopolymer dreidimensionale (3-D) Drucker der mikrofluidischen Durchflusszellen wurden mit einem CAD-Programm entworfen und gedruckt. Diese Zelle wurde in zwei Teilen ausgebildet, so dass Membranen leicht eingesetzt und aus der Vorrichtung (1) entfernt werden konnte. Jeder Teil war 1 cm dick, gedruckt von einem harten, klaren Polymer für die strukturelle Integrität und die Seiten der Membran zugewandten wurden mit einer sehr dünnen 50 um Schicht von gummiartigen Polymer überschichtet. Die Überzugs wurde ausgeführt, um die Zelle mit einem Dichtfähigkeit zu schaffen, der Wasseraustritt verhindert. Ein Strömungskanal wurde bei 0,2 mm tief, 1 mm breit und 30 mm lang entwickelt, um eine 30 mm 2 Bereich der Membran zu testen. Nach dem Schneiden wurde die Membranen zu 40 mm von 8 mm und Waschen Protokoll, eine Testmembran in die Vorrichtung eingesetzt. Sechs Edelstahlschrauben und Muttern (M6) wurden verwendet, um das Gerät zu ziehen und es wurde mit dem System verbunden (Abbildung 2). Auf diese Weise ist die Zelle permanently an das System angeschlossen, während Membranen leicht ersetzt werden kann. Eine Zelle wurde für Nanofiltrationsmembran Experimente betrieben und vier Zellen wurden parallel für Ultrafiltrationsmembran Experimente betrieben. Für Nanofiltrationsmembranen wurde ein Durchflussmesser verbunden, um den Permeatfluss zu messen. Um ein Experiment, reines Wasser mit einer Geschwindigkeit von 2 ml / min durchzuführen. eingeleitet und wurde der Druck auf 4 bar eingestellt. Dies führte zu einem Permeatfluss von ~ 40 LMH (Abbildung 3) und entsprach ~ 10 LMH / bar. Nach Äquilibrierung und Beobachtung eines konstanten Flusses (ca. 45 min), wurde die Lösung auf MgSO 4 (10 mM) verändert Ablehnungs zu testen und um die Integrität der Membran zu überprüfen, und Permeat gesammelt wurde. Der spezifische Widerstand dieser Lösung wurde gemessen, die zur Leitfähigkeit umgekehrt proportional ist. Bei den Salzkonzentrationen getestet ist die Leitfähigkeit linear proportional zu der Konzentration und der% Salz rAuswurf berechnet werden. Die Membranen in dem vorliegenden Experiment getestet gab 83% ± 4% und 64% ± 3% Ablehnungen von MgSO 4 und NaCl, respectively. Das System Beschickung wurde dann wieder in reinem Wasser, bis ein stabiler Fluß erreicht war, und wechselte dann zu einer wässrigen Lösung von BSA (0,08 g / L) in NaCl (10 mM). Die Abnahme im Fluß gegenüber dem Fluss einer Steuermembran unter den Bedingungen von 10 mM NaCl angegeben Membran aufgrund BSA Fouling. Für Ultrafiltrationsmembranen, vier Mikrofluidvorrichtungen wurden parallel geschaltet, wobei Permeatfluss mit Waagen gemessen. Diese Waagen wurden mit dem Computer verbunden und kontinuierliche Datenerfassung erleichtert. Unter Verwendung einer Reinwasserzufuhrrate von 8 ml / min für das System, die 2 ml / min pro Flusszelle wurde der Druck eingestellt, um einen durchschnittlichen Strom von 200 LMH (Abbildung 4) zu erhalten. Der Fluß von jeder Membran wurde beurteilt, und die Membran ersetzt wurde, wenn die Fluss Unterschied war &amp; #62; 20% von der anfänglichen gewählt Fluss durchschnittlich 200 LMH. Die Lösung wurde geändert BSA (0,08 g / L) und der Flussabnahme verfolgt. Die Zufuhrlösung wurde dann zurück zu reinem Wasser verändert. Für repräsentative Ergebnisse verglichen wir 30 und 50 kDa hydrophilen Polyethersulfon-Ultrafiltrationsmembranen, und beobachteten, dass, obwohl 50 kDa Membran einen höheren normalisierten Strom am Ende des Experiments (26,5% des anfänglichen Flusses) hatten, verglichen mit 23% für das 30 kDa-Membran, der Unterschied war nicht signifikant. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig1.jpg" /> Figur 1. Aufbau und Bild der mikrofluidischen Vorrichtung eingesetzt. Die Konstruktion wurde mit Hilfe eines CAD-Programms und gedruckt eine dreidimensionale Fotopolymer Drucker. (A) unterer Teil der Zufuhrkanal (Draufsicht) enthält. (B) Oberteil, das Permeat chan enthält<html> nel (Draufsicht). (C) Montage des Gerätes (Seitenansicht). (D) Bild des Funktionsvorrichtung, die eine Membran Coupon, die aneinander befestigt Teile mit Schrauben und Muttern. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig2.jpg" /> Abbildung 2. Schematische Darstellung des Systems. Die Prüfung Nanofiltrationsmembran wurde unter Verwendung von Zellfluss durchgeführt 1. Die Ultrafiltrationsmembran Prüfung durchgeführt wurde alle 4 Durchflusszellen parallel verwenden. Computer-Datenerfassung nicht angezeigt. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> mmer &quot;&gt; <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig3.jpg" /> Abbildung 3. Leistung und Verschmutzung einer Nanofiltrationsmembran unter Querstrombedingungen Versuchsbedingungen für vollen Lauf (schwarzes Quadrat): i.) Hochreines Wasser, 2 ml / min, 4 bar. ii) 10 mM MgSO 4, 2 ml / min, 4 bar. iii) hochreines Wasser, 2 ml / min, 4 bar. iv) BSA (0,08 g / L) in 10 mM NaCl, 2 ml / min, 4 bar. v) von ultrareinem Wasser, 2 ml / min, 4 bar. Steuermembran 10 mM NaCl, 2 ml / min, 4 bar (blauer Kreis). Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig4.jpg" /> Abbildung 4. Fouling von Ultrafiltrationsmembranen 30 kDa ( </strong&gt; rotes Quadrat) und 50 kDa (blauer Diamant) im Rahmen der Cross-Flow-Bedingungen. i) Druck wurde so eingestellt, dass die durchschnittliche anfängliche Reinwasser Permeatfluss 200 LMH war. ii) BSA (0,08 g / L) 2 ml / min. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Konstruktion und Herstellung eines dreidimensional (3-D) gedruckt mikrofluidischen Querstromfiltrationssystem wird demonstriert. Das System wird verwendet, Leistung zu testen und Verschmutzung der Ultrafiltration und Nanofiltration (thin film composite) Membranen beobachten.

Dreidimensional gedruckt Mikrofluidik-Cross-Flow-System für Ultrafiltration / Nanofiltrationsmembran Performance Testing

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

three-dimensionally-printed-microfluidic-cross-flow-system-for

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.2K Aufrufe.  Ben-Gurion University of the Negev, Sede-Boqer Campus.  Konstruktion und Herstellung eines dreidimensional (3-D) gedruckt mikrofluidischen Querstromfiltrationssystem wird demonstriert. Das System wird verwendet, Leistung zu testen und Verschmutzung der Ultrafiltration und Nanofiltration (thin film composite) Membranen beobachten. 

Serie: Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Forschung

Biotechnik

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

A major challenge for cell-based therapy is the inability to systemically target a large quantity of viable cells with high efficiency to tissues of interest following intravenous or intraarterial infusion. Consequently, increasing cell homing is currently studied as a strategy to improve cell therapy. Cell rolling on the vascular endothelium is an important step in the process of cell homing and can be probed in-vitro using a parallel plate flow chamber (PPFC). However, this is an extremely tedious, low throughput assay, with poorly controlled flow conditions. Instead, we used a multi-well plate microfluidic system that enables study of cellular rolling properties in a higher throughput under precisely controlled, physiologically relevant shear flow1,2. In this paper, we show how the rolling properties of HL-60 (human promyelocytic leukemia) cells on P- and E-selectin-coated surfaces as well as on cell monolayer-coated surfaces can be readily examined. To better simulate inflammatory conditions, the microfluidic channel surface was coated with endothelial cells (ECs), which were then activated with tumor necrosis factor-&#945; (TNF-&#945;), significantly increasing interactions with HL-60 cells under dynamic conditions. The enhanced throughput and integrated multi-parameter software analysis platform, that permits rapid analysis of parameters such as rolling velocities and rolling path, are important advantages for assessing cell rolling properties in-vitro. Allowing rapid and accurate analysis of engineering approaches designed to impact cell rolling and homing, this platform may help advance exogenous cell-based therapy.

Systematic Analysis of In Vitro Cell Rolling Using a Multi-well Plate Microfluidic System

This study used a multi-well plate microfluidic system, significantly increasing throughput of cell rolling studies under physiologically relevant shear flow. Given the importance of cell rolling in the multi-step cell homing cascade and the importance of cell homing following systemic delivery of exogenous populations of cells in patients, this system offers potential as a screening platform to improve cell-based therapy.

Systematische Analyse von<em&gt; In-vitro-</em&gt; Zellroll Mit einer Multi-Well-Platte mikrofluidischen System

A major challenge for cell-based therapy is the inability to systemically target a large quantity of viable cells with high efficiency to tissues of ...

Luminescence Resonance Energy Transfer to Study Conformational Changes in Membrane Proteins Expressed in Mammalian Cells

Luminescence Resonance Energy Transfer, or LRET, is a powerful technique used to measure distances between two sites in proteins within the distance range of 10-100 &#197;. By measuring the distances under various ligated conditions, conformational changes of the protein can be easily assessed. With LRET, a lanthanide, most often chelated terbium, is used as the donor fluorophore, affording advantages such as a longer donor-only emission lifetime, the flexibility to use multiple acceptor fluorophores, and the opportunity to detect sensitized acceptor emission as an easy way to measure energy transfer without the risk of also detecting donor-only signal. Here, we describe a method to use LRET on membrane proteins expressed and assayed on the surface of intact mammalian cells. We introduce a protease cleavage site between the LRET fluorophore pair. After obtaining the original LRET signal, cleavage at that site removes the specific LRET signal from the protein of interest allowing us to quantitatively subtract the background signal that remains after cleavage. This method allows for more physiologically relevant measurements to be made without the need for purification of protein.

We describe here an improved Luminescence Resonance Energy Transfer (LRET) method where we introduce a protease cleavage site between the donor and acceptor fluorophore sites. This modification allows us to obtain specific LRET signals arising from membrane proteins of interest, allowing for the study of membrane proteins without protein purification.

Lumineszenz-Resonanzenergietransfer zu Konformationsänderungen in Membranproteinen in Säugerzellen exprimiert Studieren

Luminescence Resonance Energy Transfer, or LRET, is a powerful technique used to measure distances between two sites in proteins within the distance range ...

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected within in vivo oral biofilms. Furthermore, a system that uses natural human saliva as the nutrient source, instead of artificial media, is particularly desirable in order to support the expression of cellular and biofilm-specific properties that mimic the in vivo communities. We describe a method for the development of multi-species oral biofilms that are comparable, with respect to species composition, to supragingival dental plaque, under conditions similar to the human oral cavity. Specifically, this methods article will describe how a commercially available microfluidic system can be adapted to facilitate the development of multi-species oral biofilms derived from and grown within pooled saliva. Furthermore, a description of how the system can be used in conjunction with a confocal laser scanning microscope to generate 3-D biofilm reconstructions for architectural and viability analyses will be presented. Given the broad diversity of microorganisms that grow within biofilms in the microfluidic system (including Streptococcus, Neisseria, Veillonella, Gemella, and Porphyromonas), a protocol will also be presented describing how to harvest the biofilm cells for further subculture&#160;or DNA extraction and analysis. The limits of both the microfluidic biofilm system and the current state-of-the-art data analyses will be addressed. Ultimately, it is envisioned that this article will provide a baseline technique that will improve the study of oral biofilms and aid in the development of additional technologies that can be integrated with the microfluidic platform.

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

The goal of this methods paper is to describe the use of a microfluidic system for the development of multi-species biofilms that contain species typically identified in human supragingival dental plaque.&#160;Methods to describe biofilm architecture, biofilm viability, and an approach to harvest biofilm for culture-dependent or culture-independent analyses are highlighted.

Verwendung eines Hochdurchsatz-<em&gt; In-vitro-</em&gt; Mikrofluidik-System auf die mündliche Multi-Spezies-Biofilme entwickeln

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected ...

Robotic Production of Cancer Cell Spheroids with an Aqueous Two-phase System for Drug Testing

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing both mono-culture and co-culture spheroids in a high throughput 96-well plate format is described in this work. This approach utilizes an aqueous two-phase system to confine cells into a drop of the denser aqueous phase immersed within the second aqueous phase. The drop rests on the well surface and keeps cells in close proximity to form a single spheroid. This technology has been adapted to a robotic liquid handler to produce size-controlled spheroids and expedite the process of spheroid production for compound screening applications. Spheroids treated with a clinically-used drug show reduced cell viability with increase in the drug dose. The use of a standard micro-well plate for spheroid generation makes it straightforward to analyze viability of cancer cells of drug-treated spheroids with a micro-plate reader. This technology is straightforward to implement both robotically and with other liquid handling tools such as manual pipettes.

A protocol for robotic printing of cancer cell spheroids in a high throughput 96-well plate format using an aqueous two-phase system is presented.

Roboter-Produktion von Cancer Cell Sphäroide mit einer wässrigen Zwei-Phasen-System für Drug Testing

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

Mehrstufige Höhenverstellbarem Lithografie für Valved Mehrschichtige Mikrofluidiksysteme

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality that shows great potential for both preclinical and clinical applications. Conventional optical parametric oscillator-based PAT (OPO-PAT) systems are bulky and expensive and cannot provide high-speed imaging. Recently, pulsed-laser diodes (PLDs) have been successfully demonstrated as an alternative excitation source for PAT. Pulsed-laser diode PAT (PLD-PAT) has been successfully demonstrated for high-speed imaging on photoacoustic phantoms and biological tissues. This work provides a visualized experimental protocol for in vivo brain imaging using PLD-PAT. The protocol includes the compact PLD-PAT system configuration and its description, animal preparation for brain imaging, and a typical experimental procedure for 2D cross-sectional rat brain imaging. The PLD-PAT system is compact and cost-effective and can provide high-speed, high-quality imaging. Brain images collected in vivo at various scan speeds are presented.

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

A compact pulsed-laser diode-based photoacoustic tomography (PLD-PAT) system for high-speed in vivo brain imaging in small animals is demonstrated.

Ein leistungsstarkes kompaktes Fotoakustik-Tomographie-System für<em&gt; In vivo</em&gt; Kleintier Gehirn Bildgebung

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality ...

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is fabricated. It is used to investigate the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump and to determine the reliability of the conduction pump when acetone is used as the working fluid. A testing platform is set up to evaluate conduction micropump performance under different conditions. When the chamber height is 0.2 mm, the pump pressure reaches its peak value.

This paper presents a protocol for the fabrication of a conduction micropump using symmetric planar electrodes on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) to test the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump.

Leistungstests Plattform für eine Wärmeleitung Mikropumpe mit einem FR-4 kupferummantelte Elektrodenplatte

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the flexural behavior of these LBBSs is important for understanding the origins of their remarkable mechanical functions.
We describe a protocol for performing three-point bending tests using a custom-built mechanical testing device that can measure forces ranging from 10-5 to 101 N and displacements ranging from 10-7 to 10-2 m. The primary advantage of this mechanical testing device is that the force and displacement capacities can be easily adjusted for different LBBSs. The device&#39;s operating principle is similar to that of an atomic force microscope. Namely, force is applied to the LBBS by a load point that is attached to the end of a cantilever. The load point displacement is measured by a fiber optic displacement sensor and converted into a force using the measured cantilever stiffness. The device&#39;s force range can be adjusted by using cantilevers of different stiffnesses.
The device&#39;s capabilities are demonstrated by performing three-point bending tests on the skeletal elements of the marine sponge Euplectella aspergillum. The skeletal elements&#8212;known as spicules&#8212;are silica fibers that are approximately 50 &#181;m in diameter. We describe the procedures for calibrating the mechanical testing device, mounting the spicules on a three-point bending fixture with a &#8776;1.3 mm span, and performing a bending test. The force applied to the spicule and its deflection at the location of the applied force are measured.

We present a protocol for performing three-point bending tests on sub-millimeter scale fibers using a custom-built mechanical testing device. The device can measure forces ranging from 20 &#181;N up to 10 N and can therefore accommodate a variety of fiber sizes.

Ein Millimeter Skala Biege-Prüfsystem zur Messung der mechanischen Eigenschaften von marinen Schwamm Knochensplitter

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...

Microfluidic Model to Mimic Initial Event of Neovascularization

Neovascularization is usually initialized from an existing normal vasculature and the biomechanical microenvironment of endothelial cells (ECs) in the initial stage varies dramatically from the following process of neovascularization. Although there are plenty of models to simulate different stages of neovascularization, an in vitro 3D model that capitulates the initial process of neovascularization under the corresponding stimulations of normal vasculature microenvironments is still lacking. Here, we reconstructed an in vitro 3D model that mimics the initial event of neovascularization (MIEN). The MIEN model contains a microfluidic sprouting chip and an automatic control, highly efficient circulation system. A functional, perfusable microchannel coated with endothelium was formed and the process of sprouting was simulated in the microfluidic sprouting chip. The initially physiological microenvironment of neovascularization was recapitulated with the microfluidic control system, by which ECs would be exposed to high luminal shear stress, physiological transendothelial flow, and various vascular endothelial growth factor (VEGF) distributions simultaneously. The MIEN model can be readily applied to the study of neovascularization mechanism and holds a potential promise as a low-cost platform for drug screening and toxicology applications.

Here, we provide a microfluidic chip and an automatically controlled, highly efficient circulation microfluidic system that recapitulates the initial microenvironment of neovascularization, allowing endothelial cells (ECs) to be stimulated by high luminal shear stress, physiological level of transendothelial flow, and various vascular endothelial growth factor (VEGF) distribution simultaneously.

Mikrofluidisches Modell zur Nachahmung des ersten Ereignisses der Neovaskularisation

Neovascularization is usually initialized from an existing normal vasculature and the biomechanical microenvironment of endothelial cells (ECs) in the ...