עבודה זו נתמכה על ידי למדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה. Microfabrication בוצע בתמיכה של מתקן מקגיל Nanotools Microfab באוניברסיטת מקגיל ובמחלקה לאלקטרוניקה באוניברסיטת קרלטון.

דם שנאסף מאנשים בריאים באישור ועדת האתיקה של אוניברסיטת אוטווה (H11-13-06). 1. ייצור microchannel Microchannels מיוצרות על בסיס שיטות photolithography הסטנדרטי 18. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב הגיאומטריה microchannel באמצעות עיצוב תוכנה בעזרת מחשב (CAD) ולהדפיס את התצורה בתמונה-מסכת שקיפות. מסכות אלה הן קריטיות שכן הם מכתיבים את נתיב האור במהלך תהליך הייצור. במקרה זה, את ממדי microchannel 120 מיקרומטר בעובי, 60 מיקרומטר בעומק 7 מ&quot;מ האורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחדר נקי, מעיל ספין אפוקסי שלילי מבוסס צילום להתנגד על פרוסות סיליקון ב2,000 סל&quot;ד במשך 30 שניות כדי לקבל את העומק הרצוי microchannel (60 מיקרומטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף את הרקיק והתמונה-מסכה תחת מנורת UV ב 650 mJ / 2 סנטימטר על 70 שניות. ודא לחשוף את האזורים השקופים רק שלצילום המסכה UV-האור. החשיפה של האזורים השקופים מאפשרת לפילמור של הרשתות וכתוצאה מהתקשות של התמונה-להתנגד. לטבול פיסת סיליקון למפתח כדי להסיר את העודפים של תמונה-להתנגד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע העובש הוא מפוברק, לערבב אלסטומר מבוסס סיליקון וסוכן ריפוי ביחס של 10: 1 כדי ליצור פתרון של פולי-דימתיל-siloxane (PDMS). שים את פתרון PDMS בתא ואקום לדגה. לשפוך אותו לתוך התבנית ולחמם אותו על 60 מעלות צלזיוס במשך 90 דקות כדי ליצור microchannels. אז אג&quot;ח הערוצים הבודדים לשקופיות זכוכית באמצעות מליטה פלזמה חמצן למשך 90 שניות. הערה: תהליך דגה PDMS מתבצע על מנת לחסל את בועות האוויר שנוצרו עקב תהליך הערבוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שמידות microchannel לאפשר לבדיקה מוצלחת. בפרוטוקול זה, יש לי microchannels חתך מלבני של 120 x 60 מיקרומטר. לשם השוואה, יש RBC ממוצע בקוטר של 8 מיקרומטר ועובי של 2 מיקרומטר.refore, רוחב microchannel מספיק להתבונן צבירה נכונה ולקבוע במדויק את פרופילי מהירות. </li></ol> 2. הכנת דם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איסוף דם מתורמים מתנדבים בריאים, לאחר אישור ועדת אתיקה. פנק את הדם עם חומצת ethylenediaminetetraacetic (EDTA) הנוכחי בצינורות האיסוף (7.2 EDTA מ&quot;ג ב 4 מיליליטר של דם). הערה: EDTA משמש כדי למנוע קרישת דם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה דגימות הדם שלוש פעמים במשך 10 דקות ב 1400 XG (3,000 סל&quot;ד) על מנת להפריד את מרכיבי הדם. כתוצאה מצנטריפוגה, להתבונן שלוש שכבות נפרדות. הערה: שלוש השכבות הן שכבת RBC (ממוקמת בחלק התחתון של הצינור), המעיל באפי (בהיקף של תאי דם לבנים וטסיות דם הממוקמים בחלק העליון של שכבת RBC) ושכבת הפלזמה (הממוקם בחלקו העליון של כל האחר בוחרים). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר צנטריפוגה הראשונה, לאסוף פלזמה דם בעזרת פיפטה דם. הימנע מכל ג<html> ontact עם המעיל באפי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף ולהשליך את המעיל באפי במכל עם אקונומיקה מדוללת ב 10%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 3 מיליליטר של pH 7.4 PBS לכל אחד מהצינורות עם שכבת RBC שנותר ולהבטיח האיזון הראוי של צנטריפוגות. לערבב בעדינות את הצינורות וצנטריפוגות שוב ב1,400 XG (3,000 סל&quot;ד) במשך 10 דקות. הערה: ודא שפתרון PBS אינו מכיל מגנזיום או סידן שכן הם יכולים לשנות את הידבקות התא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השלך PBS בצינורות לאחר צנטריפוגה השנייה ולהסיר את המעיל באפי שנותר אם קיימים. חזור על שלבים 2.2.3 ו2.2.4 לצנטריפוגה השלישית להניב RBCs הנקי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את הסכום הנדרש (0.05, 0.1 ו0.15 מיליליטר) של תאי הדם אדומים הנקי עם פלזמה (0.95, 0.9 ו0.85 מיליליטר) בצינור מיליליטר 1 על מנת לקבל RBC, השעיות עם (5% המתאימים, 10% ו -15% המטוקריט). בדוק hematocrits עם microcentrifuge. </li></ol> 3. נוזלי הכנה = &quot;Jove_content&quot; ילדה&gt; להציג שני נוזלים בY-microchannel הכפול: RBC, ההשעיות וPBS. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלקיקים להוסיף 60 μl של פתרון החלקיקים נותב ניאון (1% מוצקים, ד = 0. 86 מיקרומטר, שרירי בטן λ = 542 ננומטר ופליטת λ = 612 ננומטר) לצינורות RBC-ההשעיה 1 מיליליטר. הערה: החלקיקים נותב הניאון (צבועים פנימי חלקיקי פוליסטירן) משמשות למדידת המהירות של הזרימה בתוך microchannel. חלקיקים אלה לזרוח כאשר הם נחשפים לגל המקביל של קרן הלייזר (ננומטר = λ 542). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון PBS pH 7.4 ולהוסיף 60 μl של אותו פתרון חלקיקים נותב הניאון ב 1 מיליליטר של פתרון PBS. </li></ol> 4. מדידות גודל מצרפים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להכניס את הנוזלים (RBC, השעיות וPBS) בmicrochannel, להשתמש בשני מזרקים זכוכית של 25 μl 100 μl. רצון זהכדי לעזור להפחית את התאימות של המערכת. חבר את microchannel למזרקים דרך צינורות והמחברים מתאימים חורי הכניסה. מלא את המזרקים הזכוכית באמצעות הבדל הלחץ הקיים בין מיכל הנוזל והמזרק. להבטיח בועות לא קיימים במערכת. כשיטת חלופית, להשתמש במערכת לחץ מבוקר לנהוג שני הנוזלים בmicrochannel. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את microchannel על הבמה מיקרוסקופ הפוכה המחוברת למצלמה במהירות גבוהה ומערכת μPIV. תכנית משאבת המזרק לספיקות הרצויות (למשל, ש = 2 μl / שעה לדם מולידה flowrate של Q = μl 8 / שעה לPBS). הערה: רק אחד משאבת מזרק משמש. שימוש בשני מזרקים זכוכית שונים, עם שני קטרים ​​פנימיים שונים, אפשר להשתנות לflowrate נכנסת כל סניף של Y-microchannel. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס שני הנוזלים בY-microchannel הכפול כל מסניף כניסה שונה ובflowrates שונה כפי שמוצג ב <stronז&gt; איור 1. על מנת לבחון שיעורי גזירה שונים, לשנות את flowrate המשאבה. זה שומר על אותו היחס המתאים (4 במקרה זה) בין שני הסניפים 19 (איורים 2 ו -3). חכה לזרימה להגיע למצב יציב לפני רכישת המדידות: חזותי לבדוק את תמונות מצלמה במהירות הגבוהה לזרימה חלקה. הערה: היחס הוא קריטי בהשגת פרופיל מהירות ליניארי בתוך שכבת הדם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דמיין את RBCs שימוש במצלמה במהירות הגבוהה. חבר את המצלמה למחשב כדי לשלוט, להקליט ולשמור את התמונות של זרימת הנוזל. ברגע ששני זורם הנוזל להגיע למצב יציב, להתחיל בהקלטה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש כמה תמונות לתוצאות עיבוד טובות יותר. לקבוע זמן חשיפת מצלמה אופטימלי לתמונה ברורה של המצרפים. הערה: חשיפת המצלמה הזמן למקרה זה היה 0.5 msec. הבחירה של מרווח זמן בין כל מסגרת מבוססת על קצב פריימי מצלמה ואת קצב הזרימה בtהוא microchannel. הזמן בין כל מסגרת מעובד בהליך זה היה 60 אלפיות שני. לכן מצלמה מסוגלת להקליט 18 מסגרות לשניות מספיקה. הערה: הימנע מיישוב דם בצינור והמזרק, מה שעלול להוביל למדידות שגויות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות שימוש בטכניקות עיבוד תמונה (תכנית MATLAB במקרה זה) לשיפור איכות התמונה, לזהות את אגרגטים בכל אחת מהתמונות המבוססות על עוצמות פיקסל (באיור 4) כדלקמן: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שפר את התמונות בניגוד תוך שימוש בשיטת אקולייזר היסטוגרמה להשיג איכות תמונה טובה יותר לכל מסגרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת התמונות בגווני אפור לתמונות בינארי. לשם כך, נקבע ערך סף, החל 0-1, שמכתיב את ההמרה של כל פיקסל. כל פיקסל בתמונה מתחת לערך הסף יזוהה כפיקסל שחור, ואילו פיקסלים עם ערכים גדולים יותר מהסף יזוהו כפיקסלים לבנים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאחורים (אם קיימים והכרחי) המתאימים לפערים בתוך כולל אחד לתוצאות טובות יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זיהוי התאים על ידי קביעת פיקסלים לבנים שכנים בתמונה בינארי, כך שתאים סמוכים קשורים כאגרגטים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תווית המצרפים השונים זוהו ולהמיר את התמונה בינארי לתמונה כחולה-ירוק-אדום (RGB) להדמיה טובה יותר. צעדים לשלב מסגרות המקוריות עם כל אחת מתמונות מעובד המקבילות כדי לוודא את היעילות של טכניקת עיבוד תמונה ולהבטיח כי כל התאים נלקחים בחשבון, כפי שמוצגים באיור 5. בצע 4.5.1, 4.5.2, 4.5.3 , 4.5.4 ו4.5.5 לכל המסגרות שנתפסו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את השטח של כל כולל זוהה במסגרת מבוססת על מספר הפיקסלים מזוהים. בהתבסס על הגדלת העדשה משמשת, לחשב את מקדם ההמרה, באמצעות ארנק כיול, ולהמיר את התוצאות למיקרומטר 2. ממוצע הגדלים הכולל זוהו בכלמסגרת ולאחר מכן בממוצע התוצאות עבור כל המסגרות להשיג את הגודל כולל הממוצע לכל הקלטה של ​​RBC, השעיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את השטח של אחד RBC לקבוע מספר משוער נציג RBCs בתוך כל כולל זוהה. שימוש בתוצאות הללו, לחשב את חלוקת אחוזי RBCs בתוך כל המצרפי כפונקציה של הגדלים הכולל (המיוצג על ידי המספר המשוער של תאים בכל כולל), כפי שמוצג באיור 6. הערה: כדי למדוד את אגרגטים RBC, תוכנת ImageJ יכולה לשמש (במקום MATLAB) כדי לבצע את אותן משימות בכל מסגרת. </li></ol></li></ol> 5. מדידות מהירות נוזל ושאר דרג לקבוע את מהירות נוזל ולכן שיעור הגזירה באמצעות מערכת μPIV. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שהנתונים שנרכשו באמצעות המצלמה במהירות הגבוהה, לעבור למצלמה פעמו הכפולה המשמשת למערכת μPIV. השתמש בתוכנת הדמיה לAC תמונהquisition של הזרימה ועיבוד התמונה להגדרה שדה מהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את כל אמצעי הזהירות הנדרשת, בהתאם למעמד של הלייזר, לפני הפעלת הלייזר. לאחר מכן הפעל את המערכת, את המצלמה והליזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכייל את המצלמה מבוססת על הגדלת העדשה בשימוש. לשם כך, השתמש מיקרוסקופי של 10 מיקרומטר דיוק מתחת למיקרוסקופ ולהגדיר את הגודל של 1 פיקסל בתמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל הלייזר ולדמיין את החלקיקים בשני הנוזלים. מצא את מטוס אמצע microchannel על ידי התמקדות בחלקיקים המהירים ביותר בזרימה (כלומר, החלקיקים המהירים ביותר צריכים להיות הבהירים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את DT (מרווח זמן בין שתי מסגרות רצופות) כדי להבטיח את העקירה הנכונה של החלקיקים. החלקיקים המהירים ביותר צריכים לעבור על 5 עד 10 פיקסלים בין שני התמונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל להקליט את הזרימה. הגדר את התוכנה לרכוש של תמונות 100 זוגות, 5 גזרים msec. בצע את השלבים 5.4, 5.5 ו -5.6 לכל DIFferent RBC, השעיות ולשיעורי גזירה שונות. הערה: פרטים נוספים על מתודולוגיה ניתנים במחקר של פיטס וFenech 20. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעבד את ההקלטות נרכשו בשיטה חוצה קשר עם תוכנת ההדמיה. הערה: זה מורכב מdiscretizing זוג תמונות לתוך חלונות קטנים בגודל שנקבע מראש (המבוסס על זרימת נוזל ואת מרווח הזמן שנבחר על ידי המשתמש) נקרא Windows מתאם ובעקבות התזוזה של החלקיקים בכל חלון. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראשית, לקבוע אם התמונות שנרכשו דורשות עיבוד מראש (כולל רקע חיסור, &quot;בסיס-גזיר&quot; 21 או תמונה חופף 22,23) לעיבוד נתונים טוב יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן בחר את גודל חלון מתאם וצורה, כמו גם של אחוז של תמונות חופפות. מחקר מפורט בוצע על ידי פיטס et al. 24 על מנת לקבוע את הפרמטרים אופטימליים וטכניקות עיבוד מראש תמונה לדםלזרום בתצורות ערוץ אחרות. להביע את התוצאות כשדה מהירות ממוצעת מחושב מזוגות התמונה 100 ושגיאת כיכר Mean שורש (RMS) במהירות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלץ פרופיל מהירות ביציאת הערוץ, מהעיבודים כפי שמוצג באיור 7. לפרופיל טוב יותר, בממוצע שדה המהירות בחלל. הערה: הברים להלחין את פרופיל המהירות מתאים לגודל חלון המתאם נבחר יחסית לרוחב הערוץ. שגיאת RMS במהירות גם מוצגת באיור 7, המייצגת את השגיאה בהערכת המהירות הניסיונית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את הלייזר פעם אחת את כל המדידות והעיבוד מבוצעים ,. כבה את כל הרכיבים של המערכת: תוכנה, מצלמות, שלב מרגש, מחשבים והלייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לחשב את שיעור הגזירה, הראשון לזהות ולהעריך את עובי הדם בmicrochannel מבוסס על הקלטת המצלמה במהירות הגבוהה. למטרה זו, בממוצע כלהמסגרות בהקלטה הספציפית כדי להשיג תמונת רקע של הווידאו. תוחם את שכבת הדם (כפי שמוצג באיור 8 לRBC, ההשעיות זורמות בμl 10 / hr כאשר הושעו ב 5%, 10% ו -15% ההמטוקריט). לקבל את ערך המהירות לעובי שכבת הדם המתאים ולחשב את שיעור הגזירה על ידי חלוקת שווי מהירות על ידי עובי שכבת דם. </li></ol>

<ol>
	<li>Perkkio, J., Keskinen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hematocrit+reduction+in+bifurcations+due+to+plasma+skimming.">Hematocrit reduction in bifurcations due to plasma skimming.</a> Bull. Math. Biol. 45 (1), 41-50 (1983).</li><li>Chien, S., Jan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrastructural+basis+of+the+mechanism+of+rouleaux+formation.">Ultrastructural basis of the mechanism of rouleaux formation.</a> Microvasc. Res. 5 (2), 155-166 (1973).</li><li>Neu, B., Meiselman, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depletion-mediated+red+blood+cell+aggregation+in+polymer+solutions.">Depletion-mediated red blood cell aggregation in polymer solutions.</a> Biophys. J. 83 (5), 2482-2490 (2002).</li><li>Schmid-Sch&#246;nbein, H., Gaehtgens, P., Hirsch, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+shear+rate+dependence+of+red+cell+aggregation+in+vitro.">On the shear rate dependence of red cell aggregation in vitro.</a> J. Clin. Invest. 47 (6), 1447-1454 (1968).</li><li>Pries, A. R., Secomb, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheology+of+the+microcirculation.">Rheology of the microcirculation.</a> Clin. Hemorheol. Microcirc. 29 (3-4), 143-148 (2003).</li><li>Baskurt, O. K., Neu, B., Meiselman, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Red Blood Cell Aggregation. , (2011).</li><li>Cho, Y. I., Mooney, M. P., Cho, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemorheological+disorders+in+diabetes+mellitus.">Hemorheological disorders in diabetes mellitus.</a> J. Diabetes Sci. Technol. 2 (6), 1130-1138 (2008).</li><li>Baskurt, O. K., Hardeman, M. R., Rampling, M. W., Meiselman, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Hemorheology and Hemodynamics. , (2007).</li><li>Lindqvist, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+viscosity+of+the+blood+in+narrow+capillary+tubes.">The viscosity of the blood in narrow capillary tubes.</a> Am. J. Physiol.-Legacy Content. 96, 562-568 (1931).</li><li>Goldsmith, H. L., Cokelet, G. R., Gaehtgens, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=F&#229;hraeus:+Evolution+of+his+concepts+in+cardiovascular+physiology.">F&#229;hraeus: Evolution of his concepts in cardiovascular physiology.</a> Am. J. Physiol. 257 (3), H1005-H1015 (1989).</li><li>F&#229;hraeus, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+suspension+stability+of+the+blood.">The suspension stability of the blood.</a> Physiol. Rev. 9 (2), 241-274 (1929).</li><li>Bauersachs, R. M., Wenby, R. B., Meiselman, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+specific+red+blood+cell+aggregation+indices+via+an+automated+system.">Determination of specific red blood cell aggregation indices via an automated system.</a> Clin. Hemorheol. 9 (1), 1-25 (1989).</li><li>Hardeman, M. R., Dobbe, J. G., Ince, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+laser-assisted+optical+rotational+cell+analyzer+(lorca)+as+red+blood+cell+aggregometer.">The laser-assisted optical rotational cell analyzer (lorca) as red blood cell aggregometer.</a> Clin. Hemorheol. Microcirc. 25 (1), 1-11 (2001).</li><li>Rampling, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Red+cell+aggregation+and+yield+stress.">Red cell aggregation and yield stress.</a> Clinical Blood Rheology. , (1988).</li><li>Dusting, J., Kaliviotis, E., Balabani, S., Yianneskis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupled+human+erythrocyte+velocity+field+and+aggregation+measurements+at+physiological+haematocrit+levels.">Coupled human erythrocyte velocity field and aggregation measurements at physiological haematocrit levels.</a> J. Biomech. 42 (10), 1438-1443 (2009).</li><li>Kaliviotis, E., Dusting, J., Balabani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+variation+of+blood+viscosity:+modelling+using+shear+fields+measured+by+a+&#181;PIV+based+technique.">Spatial variation of blood viscosity: modelling using shear fields measured by a &#181;PIV based technique.</a> Med. Eng. Phys. 33 (7), 824-831 (2011).</li><li>Sherwood, J. M., Kaliviotis, E., Dusting, J., Balabani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+variation+of+blood+viscosity+and+velocity+distributions+of+aggregating+and+non-aggregating+blood+in+a+bifurcating+microchannel.">Spatial variation of blood viscosity and velocity distributions of aggregating and non-aggregating blood in a bifurcating microchannel.</a> Biomech. Model. Mechan. 13 (2), 259-273 (2014).</li><li>Chen, S., Barshtein, G., Gavish, B., Mahler, Y., Yedgar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+of+red+blood+cell+aggregability+in+a+flow+chamber+by+computerized+image+analysis.">Monitoring of red blood cell aggregability in a flow chamber by computerized image analysis.</a> Clin. Hemorhol. Microcirc. 14 (4), 497-508 (1994).</li><li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+lithography.">Soft lithography.</a> Angewandte Chemie International Edition England. , 551-577 (1998).</li><li>Mehri, R., Mavriplis, C., Fenech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+a+microfluidic+system+for+red+blood+cell+aggregation+investigation.">Design of a microfluidic system for red blood cell aggregation investigation.</a> J. Biomech. Eng. 136 (6), 064501-1-064501-5 (2014).</li><li>Pitts, K. L., Fenech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-particle+image+velocimetry+for+velocity+profile+measurements+of+micro+blood+flows.">Micro-particle image velocimetry for velocity profile measurements of micro blood flows.</a> J. Vis. Exp. (74), e50314 (2013).</li><li>Bitsch, L., Oleson, L. H., Westergaard, C. H., Bruus, H., Klank, H., Kutter, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro+particle-image+velocimetry+of+bead+suspensions+and+blood+flows.">Micro particle-image velocimetry of bead suspensions and blood flows.</a> Exp. Fluids. 39 (3), 507-513 (2005).</li><li>Wereley, S. T., Gui, L., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+algorithms+for+microscale+particle+image+velocimetry.">Advanced algorithms for microscale particle image velocimetry.</a> AIAA J. 40 (6), 1047-1105 (2002).</li><li>Nguyen, C. V., Fouras, A., Carberry, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improvement+of+measurement+accuracy+in+micro+PIV+by+image+overlapping.">Improvement of measurement accuracy in micro PIV by image overlapping.</a> Exp. Fluids. 49 (3), 701-712 (2010).</li><li>Pitts, K. L., Mehri, R., Mavriplis, C., Fenech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-particle+image+velocimetry+measurement+of+blood+flow:+validation+and+analysis+of+data+pre-processing+and+processing+methods.">Micro-particle image velocimetry measurement of blood flow: validation and analysis of data pre-processing and processing methods.</a> Meas. Sci. Technol. 23 (10), 105302 (2012).</li><li>Bhamare, M. G., Patil, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+blood+cell+analysis+by+using+digital+image+processing:+a+preliminary+study.">Automatic blood cell analysis by using digital image processing: a preliminary study.</a> Int. J. Eng. Res. Tech. 2 (9), 3135-3141 (2013).</li><li>Maitra, M., Gupta, R. K., Mukherjee, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+and+counting+of+red+blood+cells+in+blood+cell+images+using+hough+transform.">Detection and counting of red blood cells in blood cell images using hough transform.</a> Int. J. Comput. Appl. 53 (16), 18-22 (2012).</li><li>Jambhekar, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Red+blood+cells+classification+using+image+processing.">Red blood cells classification using image processing.</a> Sci. Res. Repot. 1 (3), 151-154 (2011).</li><li>Otsu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+threshold+selection+method+from+gray-level+histograms.">A threshold selection method from gray-level histograms.</a> IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. 9 (1), 62-66 (1979).</li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

שימוש במתודולוגיה הנוכחית, ניתן לנתח איכותי וכמותית RBC אגרגטים בתנאי זרימה שונות וhematocrits. לבדיקה מוצלחת וזיהוי כולל, חשוב לקבוע את יחס מהירות הראוי בין שני הנוזלים בכניסת microchannel. יחס זה הוא חשוב מאוד כדי להשיג עובי שכבת דם אופטימלי שבו פרופיל המהירות הוא מעין-ליניארי 19. גורם מרכזי נוסף לבדיקה מוצלחת הוא איכות תמונה טובה. למעשה, מאז השיטה מבוססת על עיבוד תמונה, זה מאוד חשוב שיהיה ניגוד בין רקע התמונה (הנוזל בתוך הערוץ) והחלקיקים כדי להתגלות. כאן, כפי שמוצגים באיורים 2 ו -3, החלקיקים נראים כהה יותר מהרקע, אשר מסייע באיתור הכולל. הפרמטר החשוב ביותר שיש לשקול לטכניקת עיבוד תמונה הוא לאערך hreshold. לכן, המבוסס על הניגוד שהושג זה הוא חיוני כדי לבחור את ערך הסף האופטימלי שבו כל המצרפים יילקחו בחשבון, כפי שמוצגים באיור 5. פילוח התמונה הנוכחי, המשמש למחקר זה, נעשה שימוש נרחב לגילוי תאים וספירה 25 27. אם איכות התמונה היא לא כרצויה וערך סף גלובלי הוא לא מתאים, אפשר להשתמש באלגוריתם שונה כדי לקבוע את ערך הסף האופטימלי כגון השיטה של Otsu 28 או שיטת סף המסתגל (discretizing התמונה ו קבלת סף מקומי לכל חלון discretized). גורם נוסף שיש לקחת בחשבון הוא גורם קנה המידה להמרה נכונה מפיקסלים למיקרומטר. שימוש במקדם ההמרה המתאים, ניתן לקבוע את הקוטר ועובי של אחד RBC שישמש כדי לקבוע את התפלגות הגודל הכוללת (המבוסס על הערכת number של RBCs בכל כולל). בהתאם לכיוון של אגרגטים, לחשב כראוי את האזור על אחד RBC (קדמי או מבט מצד). כאמור בסעיף 4 (שלב 4.4.1), חשוב לקבוע את זמן חשיפת מצלמה הנכון וקצב פריימים כדי להבטיח שהתכונות הדינמיות של אגרגטים נלכדות בין כל מסגרת ברציפות. ערך זה מבוסס על קצב הזרימה משמש בעת רכישת המדידות. גורמים אחרים כמה צריכים להילקח בחשבון בעת רכישת תוצאות שימוש במערכת μPIV והם דנו באופן ברור במחקר של פיטס וFenech 20. המתודולוגיה נוסתה בהצלחה בכמה RBC, השעיות זורמות בהמטוקריט שונה. עם זאת, בשל ההגבלה של טכניקת עיבוד תמונה וחוסר הניגוד בין רקע התמונה ואגרגטים, קשה לזהות את RBC אגרגטים לhematocrits גבוה יותר (מ -20% ל -45%). ואכן כאמורבעבר, איכות התמונה היא חיונית למתודולוגיה זו. שימוש בפרוטוקול זה, ניתן למדוד את הגודל הכולל RBC במכשיר microfluidic מבוקר ולכן ניתן לקבל מידע על צבירת RBC דינמית בזרימת דם ולהשיג בגדלים כולל RBC עבור מגוון רחב של שיעורי גזירה פיסיולוגיים. אפשר גם להשלים את הלימודים מספריים וניסיוניים של rheology דם ומתייחסים גדלים והתנהגות המצרפי למחקרים קליניים ופתולוגיים.

An erratum was issue for <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/video/52719">Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation</a>. The introduction section was updated.

An erratum was issued for <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/video/52719">Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation</a>. The introduction section was updated.

Erratum: Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation

תאי דם אדומים (RBCs) לשחק תפקיד מכריע בקביעת התנהגות rheological של דם. הם כמעט להפליא אחראים לתכונות מסוימות של דם במבחנת in vivo. בתנאים פיסיולוגיים, RBCs לכבוש 40% ל -45% מנפח הדם. בזרימת דם, תאי הדם אדום לכבוש רק עד 20% מנפח הדם בשל קטרי כלי קטנים והפלזמה ברפרוף השפעת 1. תופעה זו של ירידה בזרימת דם פלזמה ידועה כאפקט Fåhræus. בשיעורי גזירה נמוכים, RBCs מסוגל לגשר יחד וליצור מבנים ממדיים חד ממדי או שלושה בשם &quot;rouleaux&quot; או אגרגטים, ומכאן תורם להתנהגות שאינה הניוטונית של דם. עם זאת, המנגנון של צבירת RBC אינו מובן לחלוטין. שתי תאוריות קיימות מודל הצבירה של RBCs: הגישור של תיאורית התאים עקב המקשר בין-של מקרומולקולות 2 וattrac הכוחתיאורית tion נגרמת על ידי דלדול של המולקולות בשל השיפוע האוסמוטי 3. בדרך כלל, לדם אדם, אגרגטים יוצרים בשיעורי גזירה נמוכים מאוד 4 החל 1-10 שניות -1. מעל לטווח זה, RBCs נוטה להיות משורש ולזרום בנפרד בתוך הכלי. הבנת התנאים של היווצרות אגרגטים היא של חשיבות רבה לשדה hemorheology במונחים של הגדרת התנהגות rheological של הדם. אגרגטים אלה נראים לעתים קרובות ברמת macrocirculation (&gt; 300 מיקרומטר הקוטר) 5. בקנה המידה הזה, דם נחשב כנוזל הניוטונית ותערובת הומוגנית. עם זאת, אגרגטים אלה נתפסים לעתים רחוקות ברמת הנימים (4-10 מיקרומטר קוטר) והם בדרך כלל אינדיקציה למצבים פתולוגיים כגון סוכרת והשמנה 6. מצבים פתולוגיים אחרים שיכולים לשנות צבירת RBC כוללת מצבים דלקתיים או מדבקים,מחלות לב וכלי דם כמו יתר לחץ דם או טרשת עורקים, הפרעות גנטיות ומחלות כרוניות 7. לכן, הבנת מנגנון צבירת RBC וניתוח גורמים אלה (על ידי הגדרת קשר בין הגודל של אגרגטים אלה ותנאי הזרימה) יכולה להוביל להבנה של התנהגות microrheological של דם ולכן מתייחס זה ליישומים קליניים. ניתן לשנות אגרגטים RBC על ידי מספר גורמים כגון המטוקריט (נפח של תאי דם אדומים בדם), שיעור הגזירה, קוטר הכלי, קרום נוקשות RBC והרכב הבינוני השעיית 8-10. לכן, תנאים מבוקרים נדרשים על מנת לנתח ביעילות מצרפי RBC. כמה שיטות יכולות לנתח היווצרות המצרפי על ידי מתן מדידות צבירת סטטי (מדד צבירה) שמציע מידע רלוונטי על דם התנהגות. שיטות אלה כוללות, בין היתר, שקיעת הדם11 שיטה, שיטת העברת אור 12, שיטת השתקפות אור 13 ושיטת צמיגות הגזירה הנמוכה 14. מחקרים מעטים ניסה ללמוד צבירת RBC ולקבוע את מידת הצבירה בזרימת תנאים מבוקרים 15-17. עם זאת, מחקרים אלה בעקיפין לחקור RBC גדלים המצרפי על ידי קביעת היחס של השטח הכבוש במערכת גז שנמדדה על בסיס תמונות דם מיקרוסקופיים מתן מידע על התואר של צבירה כמו גם הצמיגות המקומית. לפיכך, אנו מציגים נוהל חדש לכמת ישירות RBC צובר בזרימת דם, באופן דינמי, תחת שיעורי גזירה מבוקרים וקבועים. RBC, השעיותיהם לרכבת, בY-microchannel כפול (כפי שמודגם באיור 1), עם פתרון בופר פוספט (PBS) ומכאן יצירת זרימת גזירה בשכבת הדם. בתוך הדם הזה שכבת שיאה קבועהניתן להשיג שיעור r. RBC, ההשעיות נבדקות בהמטוקריט שונה (H) רמות (5%, 10% ו -15%) ותחת שיעורים שונים גזירה (2-11 שניות -1). מהירות הדם וקצב גזירה נקבעות באמצעות מערכת velocimetry תמונת החלקיקים מיקרו (μPIV) ואילו הזרימה דמיין באמצעות מצלמה במהירות גבוהה. התוצאות שהתקבלו לאחר מכן מעובד עם קוד MATLAB מבוסס על עוצמות תמונה כדי לזהות את תאי הדם האדומים ולקבוע גדלים כולל.

<table><tbody><tr><td>SU8-50 epoxy based negative Photo-resist</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SU8-50 developer</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) Sylgard-184</td><td>Dow-Corning</td><td>3097358-1004</td><td></td></tr><tr><td>PE-50 series Plasma system&amp;nbsp;</td><td>Plasma Etch</td><td>PE-50 series</td><td></td></tr><tr><td>Blood collection tubes with K&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;-EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)</td><td>FisherSci</td><td>B367861</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; Thermo Scientific CL2</td><td>Thermo Scientific</td><td>004260F</td><td></td></tr><tr><td>Poshpate buffered saline (PBS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P5368-10PAK</td><td></td></tr><tr><td>Tracer fluorescent particles solution (15 ml)</td><td>FisherSci</td><td>R800</td><td></td></tr><tr><td>Aggregometer</td><td>RheoMeditech</td><td>Rheo Scan AnD300</td><td></td></tr><tr><td>Glass syringes (50 &amp;micro;l)</td><td>Hamilton</td><td>80965</td><td></td></tr><tr><td>Tubing (Tygon)</td><td>FisherSci</td><td>AAA00001</td><td></td></tr><tr><td>High speed camera (Basler)</td><td>Graftek Imaging Inc.</td><td>basler acA2000-340km</td><td>A camera capable of recording 18 frames per second could be used.</td></tr><tr><td>Double pulsed camera&amp;nbsp;</td><td>LaVision</td><td>Imager Intense</td><td></td></tr><tr><td>Microscope MITAS</td><td>LaVision</td><td>MITAS</td><td></td></tr><tr><td>Nd:YAG laser</td><td>New Wave Research</td><td>Solo-II</td><td></td></tr><tr><td>Syringe pump (Nexus3000 and PicoPlus)</td><td>Chemyx Inc. and Harvard Apparatus</td><td>Nexus3000 and PicoPlus</td><td></td></tr><tr><td>DaVis software</td><td>LaVision</td><td>Davis</td><td></td></tr></tbody></table>

controlled microfluidic environment for dynamic investigation of red blood cell aggregation

דם, כBiofluid אינו הניוטונית, מייצג את המוקד של מחקרים רבים בתחום hemorheology. מרכיבי דם כוללים תאי דם אדומים, תאי דם לבנים וטסיות דם שמושעים בפלזמת דם. בשל הריבוי של תאי הדם האדומים (40% עד 45% מנפח הדם), ההתנהגות שלהם מכתיבה את התנהגות rheological דם במיוחד בזרימת הדם. בשיעורי גזירה נמוכים מאוד, RBCs נראה להרכיב וגופי טופס הנקראים אגרגטים, שגורם להתנהגות לא-הניוטונית של דם. חשוב להבין את התנאים של היווצרות אגרגטים להבין rheology הדם בזרימת דם. הפרוטוקול המתואר כאן מפרט את הליך הניסוי כדי לקבוע כמותית מצרפי RBC בזרימת דם בשיעור גזירה מתמדת, המבוסס על עיבוד תמונה. למטרה זו, RBC, השעיות נבדקות ונותחו ב120 x 60 מיקרומטר פולי-דימתיל-siloxane (PDMS) microchannels. RBC, ההשעיות הן אף אוזן גרוןירד גשם באמצעות נוזל שני על מנת לקבל פרופיל מהירות ליניארי בתוך שכבת הדם ובכך להשיג מגוון רחב של שיעורי גזירה קבועים. שיעור הגזירה נקבע באמצעות שימוש במערכת velocimetry תמונת החלקיקים מיקרו (μPIV), בעוד אגרגטים RBC הם דמיינו באמצעות מצלמה במהירות גבוהה. קטעי הווידאו שנתפס של אגרגטים RBC מנותחים באמצעות טכניקות עיבוד תמונה על מנת לקבוע את הגודל הכולל המבוסס על עוצמות תמונות.

<html> דוגמא של הזרימה דו-הנוזל בY-microchannel הכפול מוצגת באיור 2 לRBCs אדם המושעה ב 5%, 10% ו -15% ההמטוקריט וזורם בμl 10 / hr. איור 3 מציג את ההבדל בגדלים מצטברים כאשר הזרימה בערוץ מצטמצמת מ -10 μl / שעה 5 μl / שעה להמטוקריט של 10%. זה נותן רעיון איכותי של הגדלים של המצרפים כאשר משתנה המטוקריט ושיעור גזירה. איור 5 כדלקמן עקירתם של ארבעה מצרפי RBC אדם, לשלוש מסגרות רצופות, מספק מדד איכותי של קצב המצלמה המסגרת נדרשת ורעיון איכותי של צובר הפצה בתוך כל מסגרת. באיור 5, אגרגטים הקטנים (עם RBCs 8 או פחות משוער) מוצגים בכחול, ואילו אגרגטים בינוניים (החל 9-30 מוערכים RBCs) ואגרגטים גדולים (יותר מ 30 נאמדו RBCs) מוצגים בירוק ואדום, בהתאמה. התחת = &quot;jove_content&quot;&gt; פרופילי המהירות של RBC, ההשעיות השונות בערוץ מוצגים באיור 7, שבו העקומות האדומות, כחולות וירוקות מייצגות את פרופילי המהירות של RBCs המושעה ב 5%, 10% ו -15% ההמטוקריט בהתאמה. RMS השגיאות של המהירות, גם מוצגות באיור 7 עבור כל RBC, השעיה, הם קטנות יחסית בהשוואה לערכי מהירות, המציינות את הדיוק של מדידות המהירות, ומכאן גזירה שיעורים. מקומות הממשק מסומנים כ&#39;E &#39;ומוצגים כקווים מוצקים בדמות אותה. השיעורים המקבילים הגזירה לRBC, ההשעיות השונות (המבוססים על פרופילי מהירות ועובי שכבת דם) מוצגים בלוח 1. גדלים כולל הממוצע שנקבעו לכל אחד מRBC, ההשעיות, המבוססים על שיטת עיבוד תמונה לזיהוי אזור של אגרגטים RBC, מוצג באיור 9, כfunctיון של שיעור הגזירה המקביל. דוגמא של חלוקת אחוז RBCs בתוך כל כולל מוצגת באיור 6. הגדלים הכולל מיוצגים כמספר משוער של RBC במצרפים. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig1.jpg" /> איור 1. נוזלי תצורת Y-microchannel וכניסה זוגי. דם נכנס לסניף הראשון בQ = 2 μl / שעה תוך PBS נכנס לסניף השני בש = 8 μl / שעה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig1highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig2.jpg" /> איור 2. אדם RBC, השעיה בהמטוקריט שונה. הדמות מייצגת נתפסה מסגרות של RBC, השעיות אדם זורמות בQ = 10 μl / שעה ב() 5% (ב)10% והמטוקריט של 15% (C). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig2highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig3.jpg" /> איור 3. אדם RBC, השעיה בflowrates שונה. הדמות מייצגת נתפסה מסגרות של RBCs האדם המושעה ב 10% H המטוקריט זורם () Q = 10 μl / שעה וQ (B) = 5 μl / שעה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig3highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig4.jpg" /> איור 4. תרשים זרימה של תכנית עיבוד תמונה המשמשת לאיתור כולל. הצעדים מוצגים לתאר את המתודולוגיה הבסיסית בשימוש. איכות התמונה משופרת להיות ג<html> onverted לתמונה בינארית. אגרגטים מזוהים ומסומנים מבוססים על הגדלים שלהם. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig4highres.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig5.jpg" /> איור 5. RGB צביעה ותנועת נטו של כמה RBC האדם צוברים במשך שלוש מסגרות רצופות. איור מציג את התנועה הנקי של ארבעה מצרפים זוהו בשלוש מסגרות ברציפות ב() t = 0 msec, t = 60 אלפיות שני (B) ו (ג) t = 120 אלפיות שני. אגרגטים הגדולים (&gt; 30 העריכו RBCs), אגרגטים בינוניים (9-30 RBCs המשוער) ואגרגטים קטנים (&lt;8 מוערכים RBCs) מוצגים בבהתאמה אדומה, ירוק וכחול. כל אחד מהמצרפים זוהו מסומנים בעיגול שחור._blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig6.jpg" /> איור 6. הפצת RBC גודל כולל של 10% H RBC, השעיה לספיקות שונות. התפלגות גודל צבירה לדגימות דם המושעית בH 10%, זורמת בQ = 10 ו -5 μl / שעה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig6highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig7.jpg" /> איור השוואת פרופיל 7. מהירות להמטוקריט שונה. פרופילי המהירות מוצגות לתאי דם אדומים בפלזמה המושעית ב 5 H% (אדום), 10% H (כחול), H 15% (ירוק) וסימולציה 19 (קו מוצק) ל 120 x 60 מיקרומטר Y-microchannel כפול עם = 10 μl / שעה ש. מיקום הממשק הוא כונה על ידי E לניסויים. שגיאות RMS המקבילה פרופילי מהירות השונים מוצגות. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig7highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig8.jpg" /> רקע איור 8. תמונה לRBC, ההשעיות והתיחום השונים של עובי שכבת דם. איור מציג את התיחום של עובי שכבת דם של RBC, ההשעיות זורמות בμl 10 / hr מושעה ב 5%, (ב () ) 10% ו() ח 15% C <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig8highres.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/52719/52719fig9.jpg" /> Figuמחדש 9. גדלים כולל ממוצע כפונקציה של שיעורי גזירה המקבילות. התוצאות מתקבלות לRBC, ההשעיות השונות זורמות בQ = 10 μl / שעה ב 5% (), 10% (ב) ​​ו- H 15% (C). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52719/52719fig9highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> המטוקריט </td><td> קצב זרימה (μl / שעה) </td><td> שיעור גזירה (סעיף -1) </td></tr><tr><td> 5% </td><td> 10 </td><td> 11.02 </td></tr><tr><td> 5% </td><td> 5 </td><td> 5.36 </td></tr><tr><td> 10% </td><td> 10 </td><td> 8.17 </td></tr><tr><td> 10% </td><td> 5 </td><td> 4.47 </td></tr><tr><td> 15% </td><td> 10 </td><td> 7.41 </td></tr><tr><td> 15% </td><td> 5 </td><td> 2.51 </td></tr></tbody></table> ערכי שיעור 1. שאר שולחן למקרי זרימת דם שונים. ערכי שיעור הגזירה מתקבלים באמצעות תוצאות עיבוד נתונים ותמונת μPIV לRBC, השעיות שונות עם 5%, 10% ו -15% H, זורמים בQ = 10 μl / hr וQ = 5 μl / שעה.

Watch this Scientific Journal Video about Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation at JoVE.com

Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation

הפרוטוקול מתואר פרטי הליך ניסיוני לכמת אגרגטים של תאי דם אדומים (RBC) תחת שיעור גזירה מבוקרת וקבוע, המבוסס על טכניקות עיבוד תמונה. המטרה של פרוטוקול זה היא להתייחס גדלים כולל RBC לשיעור הגזירה המקביל בסביבת microfluidic מבוקרת.

סביבת Microfluidic מבוקרת לדינמית חקירה של צבירת תאי דם האדום

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white ...

controlled-microfluidic-environment-for-dynamic-investigation-red

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.8K Views.  University of Ottawa.  הפרוטוקול מתואר פרטי הליך ניסיוני לכמת אגרגטים של תאי דם אדומים (RBC) תחת שיעור גזירה מבוקרת וקבוע, המבוסס על טכניקות עיבוד תמונה. המטרה של פרוטוקול זה היא להתייחס גדלים כולל RBC לשיעור הגזירה המקביל בסביבת microfluidic מבוקרת. 

Video: Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation

A Microfluidic Device with Groove Patterns for Studying Cellular Behavior

We describe a microfluidic device with microgrooved patterns for studying cellular behavior. This microfluidic platform consists of a top fluidic channel and a bottom microgrooved substrate. To fabricate the microgrooved channels, a top poly(dimethylsiloxane) (PDMS) mold containing the impression of the microfluidic channels was aligned and bonded to a microgrooved substrate. Using this device, mouse fibroblast cells were immobilized and patterned within microgrooved substrates (25, 50, 75, and 100 &mu;m wide). To study apoptosis in a microfluidic device, media containing hydrogen peroxide, Annexin V, and propidium iodide was perfused into the fluidic channel for 2 hours. We found that cells exposed to the oxidative stress became apoptotic. These apoptotic cells were confirmed by Annexin V that bound to phosphatidylserine at the outer leaflet of the plasma membrane during the apoptosis process. Using this microfluidic device with microgrooved patterns, the apoptosis process was observed in real-time and analyzed by using an inverted microscope containing an incubation chamber (37&deg;C, 5% CO2). Therefore, this microfluidic device incorporated with microgrooved substrates could be useful for studying the cellular behavior and performing high-throughput drug screening.

We describe a protocol for the fabrication of microfluidic devices that can enable cell capture and culture. In this approach patterned microstructures such as grooves within microfluidic channels are used to create low shear stress regions within which cell can dock.

מכשיר microfluidic עם דפוסי Groove לחקר התנהגות נייד

We describe a microfluidic device with microgrooved patterns for studying cellular behavior.  This microfluidic platform consists of a top fluidic channel ...

Biology

Endothelialized Microfluidics for Studying Microvascular Interactions in Hematologic Diseases

Advances in microfabrication techniques have enabled the production of inexpensive and reproducible microfluidic systems for conducting biological and biochemical experiments at the micro- and nanoscales 1,2. In addition, microfluidics have also been specifically used to quantitatively analyze hematologic and microvascular processes, because of their ability to easily control the dynamic fluidic environment and biological conditions3-6. As such, researchers have more recently used microfluidic systems to study blood cell deformability, blood cell aggregation, microvascular blood flow, and blood cell-endothelial cell interactions6-13.However, these microfluidic systems either did not include cultured endothelial cells or were larger than the sizescale relevant to microvascular pathologic processes. A microfluidic platform with cultured endothelial cells that accurately recapitulates the cellular, physical, and hemodynamic environment of the microcirculation is needed to further our understanding of the underlying biophysical pathophysiology of hematologic diseases that involve the microvasculature.
Here, we report a method to create an "endothelialized" in vitro model of the microvasculature, using a simple, single mask microfabrication process in conjunction with standard endothelial cell culture techniques, to study pathologic biophysical microvascular interactions that occur in hematologic disease. This "microvasculature-on-a-chip" provides the researcher with a robust assay that tightly controls biological as well as biophysical conditions and is operated using a standard syringe pump and brightfield/fluorescence microscopy. Parameters such as microcirculatory hemodynamic conditions, endothelial cell type, blood cell type(s) and concentration(s), drug/inhibitory concentration etc., can all be easily controlled. As such, our microsystem provides a method to quantitatively investigate disease processes in which microvascular flow is impaired due to alterations in cell adhesion, aggregation, and deformability, a capability unavailable with existing assays.

A method to culture an endothelial cell monolayer throughout the entire inner 3D surface of a microfluidic device with microvascular-sized channels (&lt;30 &mu;m) is described. This in vitro microvasculature model enables the study of biophysical interactions between blood cells, endothelial cells, and soluble factors in hematologic diseases.

מיקרופלואידיקה Endothelialized לחקר אינטראקציות כלי הדם במחלות המטולוגיות

Advances in  microfabrication techniques have enabled the production of inexpensive and  reproducible microfluidic systems for conducting biological and ...

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

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to give an accurate velocity profile. A protocol is presented for &mu;PIV measurements of blood flows in microchannels. At the scale of the microcirculation, blood cannot be considered a homogeneous fluid, as it is a suspension of flexible particles suspended in plasma, a Newtonian fluid. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate can be derived from these measurements. Several key parameters such as focal depth, particle concentration, and system compliance, are presented in order to ensure accurate, useful data along with examples and representative results for various hematocrits and flow conditions.

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows which are cross-correlated to give an accurate velocity profile. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate, each of which has clinical applications, can be derived from these measurements.

Velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים למדידות בפרופיל מהירות של מיקרו זורם דם

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

Microfluidic Platform for Measuring Neutrophil Chemotaxis from Unprocessed Whole Blood

Neutrophils play an essential role in protection against infections and their numbers in the blood are frequently measured in the clinic. Higher neutrophil counts in the blood are usually an indicator of ongoing infections, while low neutrophil counts are a warning sign for higher risks for infections. To accomplish their functions, neutrophils also have to be able to move effectively from the blood where they spend most of their life, into tissues, where infections occur. Consequently, any defects in the ability of neutrophils to migrate can increase the risks for infections, even when neutrophils are present in appropriate numbers in the blood. However, measuring neutrophil migration ability in the clinic is a challenging task, which is time consuming, requires large volume of blood, and expert knowledge. To address these limitations, we designed a robust microfluidic assays for neutrophil migration, which requires a single droplet of unprocessed blood, circumvents the need for neutrophil separation, and is easy to quantify on a simple microscope. In this assay, neutrophils migrate directly from the blood droplet, through small channels, towards the source of chemoattractant. To prevent the granular flow of red blood cells through the same channels, we implemented mechanical filters with right angle turns that selectively block the advance of red blood cells. We validated the assay by comparing neutrophil migration from blood droplets collected from finger prick and venous blood. We also compared these whole blood (WB) sources with neutrophil migration from samples of purified neutrophils and found consistent speed and directionality between the three sources. This microfluidic platform will enable the study of human neutrophil migration in the clinic and the research setting to help advance our understanding of neutrophil functions in health and disease.

This protocol details an assay designed to measure human neutrophil chemotaxis from one droplet of whole blood with robust reproducibility. This approach circumvents the need for neutrophil separation and requires only a few minutes of assay preparation time. The microfluidic chip enables the repeated measure of neutrophil chemotaxis over time in infants or small mammals, where sample volume is limited.

פלטפורמת microfluidic למדידת נויטרופילים Chemotaxis מדם מלא לא מעובד

Neutrophils play an essential role in protection against infections and their numbers in the blood are frequently measured in the clinic. Higher ...

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an efficient manner. Typically, data for ~102 cells can be acquired within a 1 hr experiment. An automated image analysis program enables efficient post-experiment analysis of image data, enabling processing to be complete within a few hours. Our device geometry is unique in that cells must deform through a series of micron-scale constrictions, thereby enabling the initial deformation and time-dependent relaxation of individual cells to be assayed. The applicability of this method to human promyelocytic leukemia (HL-60) cells is demonstrated. Driving cells to deform through micron-scale constrictions using pressure-driven flow, we observe that human promyelocytic (HL-60) cells momentarily occlude the first constriction for a median time of 9.3 msec before passaging more quickly through the subsequent constrictions with a median transit time of 4.0 msec per constriction. By contrast, all-trans retinoic acid-treated (neutrophil-type) HL-60 cells occlude the first constriction for only 4.3 msec before passaging through the subsequent constrictions with a median transit time of 3.3 msec. This method can provide insight into the viscoelastic nature of cells, and ultimately reveal the molecular origins of this behavior.

We demonstrate a microfluidics-based assay to measure the timescale for cells to transit through a sequence of micron-scale constrictions.

טכניקת Microfluidic לחקור deformability הסלולרי

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

Platelet Adhesion and Aggregation Under Flow using Microfluidic Flow Cells

Platelet aggregation occurs in response to vascular injury where the extracellular matrix below the endothelium has been exposed. The platelet adhesion cascade takes place in the presence of shear flow, a factor not accounted for in conventional (static) well-plate assays. This article reports on a platelet-aggregation assay utilizing a microfluidic well-plate format to emulate physiological shear flow conditions. Extracellular proteins, collagen I or von Willebrand factor are deposited within the microfluidic channel using active perfusion with a pneumatic pump. The matrix proteins are then washed with buffer and blocked to prepare the microfluidic channel for platelet interactions. Whole blood labeled with fluorescent dye is perfused through the channel at various flow rates in order to achieve platelet activation and aggregation. Inhibitors of platelet aggregation can be added prior to the flow cell experiment to generate IC50 dose response data.

The platelet adhesion cascade takes place in the presence of shear flow, a factor not accounted for in conventional (static) well-plate assays. This article reports on a platelet-aggregation assay utilizing a microfluidic well-plate format to emulate physiological shear flow conditions.

הדבקה צבירת טסיות דם תחת זרימה באמצעות תאים תזרים Microfluidic

Platelet aggregation occurs in response to vascular injury where the extracellular matrix below the endothelium has been exposed. The platelet adhesion ...

A Microfluidic Device for Quantifying Bacterial Chemotaxis in Stable Concentration Gradients

Chemotaxis allows bacteria to approach sources of attractant chemicals or to avoid sources of repellent chemicals. Bacteria constantly monitor the concentration of specific chemoeffectors by comparing the current concentration to the concentration detected a few seconds earlier. This comparison determines the net direction of movement. Although multiple, competing gradients often coexist in nature, conventional approaches for investigating bacterial chemotaxis are suboptimal for quantifying migration in response to concentration gradients of attractants and repellents. Here, we describe the development of a microfluidic chemotaxis model for presenting precise and stable concentration gradients of chemoeffectors to bacteria and quantitatively investigating their response to the applied gradient. The device is versatile in that concentration gradients of any desired absolute concentration and gradient strength can be easily generated by diffusive mixing. The device is demonstrated using the response of Escherichia coli RP437 to gradients of amino acids and nickel ions.

This protocol describes the development of a microfluidic device for investigating bacterial chemotaxis in stable concentration gradients of chemoeffectors.

מכשיר microfluidic לכימות Chemotaxis חיידקים Gradients ריכוז אורווה

Chemotaxis allows bacteria to approach sources of attractant chemicals or to avoid sources of repellent chemicals. Bacteria constantly monitor the ...

ניתוח כמותי של אוטואגרגציה מיקרוביאלית באמצעות ציטומטריית זרימה של הדמיה

Imaging Flow Cytometry to Study Microbial Autoaggregation

Beneficial and probiotic bacteria play essential roles in their hosts, providing various health benefits, including immunity to infectious diseases. The Lactobacillaceae family consists of Gram-positive bacteria with confirmed probiotic properties. This study utilizes Lactobacillaceae species as a model to demonstrate the effectiveness of single-cell high throughput analysis in studying cellular aggregation. The focus is on analyzing the response of these beneficial species to simple carbohydrates from the diet.
The study showcases how Imaging Flow Cytometry (IFC) can overcome the fundamental differences in the assembly of probiotic bacteria in the presence and absence of carbohydrates. IFC combines the power and speed of conventional flow cytometry with the spatial resolution of microscopy, enabling high-rate complex morphometric measurements in a phenotypically defined manner across a library of beneficial bacterial strains and conditions. This protocol provides insights into the autoaggregation of Lactobacillaceae species and sheds light on their response to dietary carbohydrates, contributing to understanding the mechanisms behind the beneficial effects of these probiotic bacteria.

מחבר זרקור: קידום המחקר באואגרגציה מיקרוביאלית באמצעות ציטומטריית זרימת הדמיה

This protocol describes a quantitative approach to measure microbial autoaggregation using imaging flow cytometry.

ציטומטריית זרימה של הדמיה לחקר צבירה עצמית מיקרוביאלית

Beneficial and probiotic bacteria play essential roles in their hosts, providing various health benefits, including immunity to infectious diseases. The ...

סביבת Microfluidic מבוקרת לדינמית חקירה של צבירת תאי דם האדום

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

מכשיר microfluidic עם דפוסי Groove לחקר התנהגות נייד

מיקרופלואידיקה Endothelialized לחקר אינטראקציות כלי הדם במחלות המטולוגיות

Velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים למדידות בפרופיל מהירות של מיקרו זורם דם

פלטפורמת microfluidic למדידת נויטרופילים Chemotaxis מדם מלא לא מעובד

טכניקת Microfluidic לחקור deformability הסלולרי

הדבקה צבירת טסיות דם תחת זרימה באמצעות תאים תזרים Microfluidic

מכשיר microfluidic לכימות Chemotaxis חיידקים Gradients ריכוז אורווה

ציטומטריית זרימה של הדמיה לחקר צבירה עצמית מיקרוביאלית

ציטומטריית זרימה של הדמיה לחקר צבירה עצמית מיקרוביאלית

ציטומטריית זרימה של הדמיה לחקר צבירה עצמית מיקרוביאלית