המחברים מודים Stratasys (רחובות, ישראל) עבור הדפסה תלת מימדית של המכשיר. אנו מודים Microdyne-Nadir (גרמניה) עבור דגימות קרום. מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע (גרנט 1474-1413) כדי CJA

תכנון ייצור 1. של מערכת הבדיקה Microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב מכשיר microfluidic כמו שני חלקים נפרדים: חלק עליון חלק תחתון (איור 1) בתכנית CAD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל לעשות את החלק התחתון על ידי שימוש באפשרות מלבן לצייר 40 מ&quot;מ על 60 מ&quot;מ מלבן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בפינה אחת באמצעות כלי המעגל ליצור מעגל 6.2 מ&quot;מ קוטר מרוכז 10 מ&quot;מ מן הקצוות. בעזרת הכלי דפוס ליניארי לשכפל החורים ברחבי מלבן עם ריווח 20 מ&quot;מ עבור סכום כולל של 6 חורים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי הפילה המלבן עם רדיוס של 1 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Extrude את מ&quot;מ חלק 10 עם כלי extrude. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במרכז של הפאה העליונה, עם כלי מלבן ליצור מלבן 30 מ&quot;מ על 1 מ&quot;מ ועם כלי לחתוך extrude לחתוך 0.2 מ&quot;מ עבור ערוץ הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי המעגל עושה עיגול בקוטר 1 מ&quot;מ בסוף ערוץ הזרימה. אז עם כלי השורה לבנות נתיב חיבור המעגל הקרוב40 מ&quot;מ על פני 10 מ&quot;מ, כולל 4 מ&quot;מ רדיוס עשה עם כלי פילה. ביצוע חתך לאורך המסלול הזה עם כלי לחתוך נסחף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי המעגל ליצור מעגל בקוטר 3.9 מ&quot;מ במרכז את נתיב הזרימה וחותכים 8 מ&quot;מ עם כלי לחתוך extrude לאפשר למדידות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזרו על שלבים 1.7 ו -1.8 עבור הצד השני של ערוץ הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם החזרה החלק העליון צעדים 1.2-1.5. לאחר מכן, בשנת במרכז הפאה העליונה ליצור ערוץ לפעפע שימוש באפשרות מלבן ליצור מלבן 30 מ&quot;מ על 1 מ&quot;מ וחותכים 0.5 מ&quot;מ שימוש באפשרות extrude לחתוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכלי המעגל כדי ליצור מעגל 1 מ&quot;מ מרוכז בתוך מ&quot;מ 5 ערוץ לפעפע מן התכלית. בעזרת הכלי קו לבנות נתיב חיבור המעגל לאחד 1 ס&quot;מ על 6 פרצופים ס&quot;מ, כולל 4 מ&quot;מ רדיוס עשה עם כלי פילה. ביצוע חתך לאורך הנתיב עם כלי לחתוך נסחף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כלי המעגל ליצור מעגל בקוטר 3.9 מ&quot;מ נוסף עם במרכזו על שביל לפעפע וחותכים 8 מ&quot;מ עם האקסטרוד לחתוך כלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יחד עם חלקי דף 40 מ&quot;מ בקצוות, עם הכלי המלבן, ליצור מלבנים 40 מ&quot;מ על 5 מ&quot;מ הוספת רדיוס 4 מ&quot;מ עם כלי הפילה. השתמש בכלי extrude כדי למתוח 3 מ&quot;מ כלפי מטה עבור ידיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלקי הדפסה עם מדפסת 3-D photopolymer רב חומר בעזרת פולימר שקוף קשיח, כולל 0.05 מ&quot;מ overcoating עם פולימר גומי רך על פני כל חלק המכיל את הערוץ. השתמש הפרוטוקול הסטנדרטי של יצרן, כיול והגדרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אשכולות קש (M5) להזנה, retentate ויחלחלו נקבים. השתמשו קלטת של השרברב להתחבר 1/8 &quot;אבזרים כדי להאכיל את retentate ו 1/16&quot; אבזרים כדי לפעפע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר תקני microfluidic לשאוב, שסתום, מתמר לחץ רגולטור backpressure עם 1/8 &quot;צינורות (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר 0.45 מיקרומטר מסננים מפרצון צינורות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פריקה לחלחל לזרום מטר כוסות על יתרות עם 1/16 &quot;צינורות. </li><li&gt; צרף סרוו סיבוב רציף backpressure רגולטור עם ברגי סרוו סטנדרטי שסתום 3 כיוונים עם תילי שוויון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר סרוו ואת אספקת החשמל יעלה על המגן סרוו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר התמר לחץ, מתגים מגנים סרוו מיקרו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מייקרו, יתרה, תזרים מטר משאבה למחשב עבור איסוף נתונים ובקרת מערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר יתרה להדפיס נתוני היציאה טורית שלהם. </li></ol> 2. כן ממברנות להיבדק <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים ממברנות עד 40 מ&quot;מ x 8 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משרים ממברנות במי ultrapure (3 x 10 דקות) עם sonication. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ואז לטבול את הקרומים ב 50/50 ultrapure מים / אתנול עבור שעה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שוטפים את ממברנות עם מי ultrapure ולאחסן מי ultrapure על 4 מעלות צלזיוס. 8 </li></ol> 3. הכינו פתרונות להיבדק עם ממברנות nanofiltration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 500 מ&quot;ל מים ultrapure אל הבקבוק Erlenmeyer. לאחר מכן מוסיפים 0.04 גרם של BSA0.29 ד גרם של NaCl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 500 מיליליטר מי ultrapure בבקבוק Erlenmeyer נפרד. לאחר מכן להוסיף 0.6 גרם של MgSO 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 500 מ&quot;ל מים ultrapure בבקבוק Erlenmeyer השלישי. לאחר מכן מוסיפים 0.29 גרם של NaCl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס ומערבבים ברים לתוך כל צלוחיות הבקבוק ומניחים על צלחות ומערבבים. מערבבים במשך 5 דקות ב 500 סל&quot;ד. </li></ol> 4. בצעו ניסוי nanofiltration עכירות הערה: בצע את הניסוי ב RT (בערך 24 מעלות צלזיוס). ראשית להגדיר את המערכה למדידת קרום יחיד על ידי סגירה שסתומה לזרום תאים לא מחוברים-מד הזרימה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור יניקת משאבה אחת לתוך מאגר מי ultrapure ואת צינור היניקה האחרת לתוך תמיסת 4 MgSO (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במזרק כדי לשאוב מי MgSO 4 פתרון באמצעות צינורות כדי להסיר את כל בועות האוויר במערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס קרום nanofiltration על החלק התחתון של התא זרימה, עםצד פעיל כלפי הערוץ להאכיל, ומניח על החלק העליון של תא הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדק אגוזים ביד ואז להדק באופן שווה עם מפתח ברגים כדי למזער זליגה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מי ultrapure עם מתג בורר מאגר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר קצב זרימת משאבת 2 מיליליטר / דק ולהתחיל את המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם ווסת לחץ עד 4 בר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר פרמטרים ניסיוניים לעבור מאגרים כל 45 דקות החל מאגר המים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מתג המאגר אוטומטי, ולהתחיל בניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשעת 60 דקות לאסוף לפעפע MgSO 4 בתוך שפופרת למשך 30 דקות הבאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשעה 91 דקות להחליף בקבוק MgSO 4 עם בקבוק המכיל הפתרון של BSA ו NaCl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהירות להפסיק משאבה ולהשתמש מזרק לצייר פתרון BSA דרך צינור היניקה כדי להסיר שאריות MgSO 4 צינורות. ואז להתחיל משאבה שוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ב 150 דקות לאסוף BSA לחלחל בצינור למשך 30 דקות הבאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 225 דקות, לכבות את המערכת והסרות ננו<html> קרום סינון מן התא זרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מזרק, לשטוף את צינור יניקת פתרון מבחן עם מי ultrapure. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.1-4.15 עבור כל קרום נוסף שנבדק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבדיקות NaCl בלבד, חזור על שלבים 4.1-4.10, ו 4.14-4.16 החלפת פתרון MgSO 4 עם פתרון NaCl וסיום הניסוי לאחר 90 דקות במקום 225 דקות. </li></ol> 5. דחיית חישוב מלח של ממברנות nanofiltration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף אלקטרודות של תא בדיקת potentiostat עם מי ultrapure. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם טפטפת, μl להפקיד 5 של פתרון MgSO 4 על אלקטרודות תא הבדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיא ההתנגדות של הפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוזרים על שלבים 5.1-5.3 עוד ארבעה פעמים ולחשב את הערך הממוצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוזרים על שלבים 5.1-5.4 עבור פתרונות NaCl ו BSA / NaCl וכן לכל לחלחל שנאסף פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב דחיית מלח עם משוואה 1: 6eq1.jpg &quot;/&gt; שם Ω s הוא התנגדות של פתרון המבחן ו Ω p הוא התנגדות של לפעפע. ההתנגדות הוא ביחס הפוך המוליך של פתרון, אשר עולה בקנה אחד ישירות ריכוז מלח. </li></ol> 6. כן הפתרון להיבדק עם ממברנות Ultrafiltration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 1 ליטר מים ultrapure כדי מבחנה L 4. לאחר מכן מוסיפים 0.32 גרם של BSA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס ומערבבים בר לתוך כוס ומניחים על צלחת ומערבבים. מערבבים במשך 5 דקות ב 500 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף עוד 3 ליטר מים ultrapure כדי מבחנה ומערבבים שוב במשך 5 דקות ב 500 סל&quot;ד. </li></ol> 7. בצע ניסוי עכירות Ultrafiltration הערה: בצע ניסוי ב RT (בערך 24 מעלות צלזיוס). ראשית להגדיר את המערכת למדוד 4 ממברנות במקביל על ידי פתיחת כל השסתומים לזרום תאים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח צינור יניקת משאבה אחת לתוך מאגר מי ultrapure ו צינור יניקה אחרת לתוך הפתרון דואר BSA (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במזרק כדי לשאוב את מי ים ואת הפתרון BSA דרך צינורות כדי להסיר את כל בועות האוויר במערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס ממברנות אולטרה סינון על החלק התחתון של תאי זרימה, עם הצדדים הפעילים בחלק ערוצי ההזנה, ולסגור את התאים עם חצי העליונים של מכשיר microfluidic. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אגוזים להדק ביד, ואז להדק באופן שווה עם מפתח ברגים. הידוק לא נכון עלול להוביל לדליפת מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מים ultrapure עם מתג המאגר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר קצב זרימת משאבת 8 מיליליטר / דק ולהתחיל את המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם ווסת לחץ ל -0.4 בר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צג ערכי שטף של ממברנות עם תוכנת רכישת נתונים על פי פרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם ווסת לחץ עד השטף הממוצע הוא 200 LMH ± 10%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלף קרום פרט אם השטף הוא לא 200 LMH ± 20%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זן פרמטרים בטווח ניסיוני. ראשית בחר את rese מי ultrapurervoir למשך 60 דקות עם זרימה מתמדת של 200 ± 20 LMH. לאחר מכן, בחר מאגר BSA עבור 420 דקות עם השליטה הידנית של ווסת הלחץ. לבסוף, בחר את מאגר מי ultrapure במשך 15 דקות עם שליטה ידנית של והווסת לחץ למערכת הסומקת בסוף הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מתג המאגר אוטומטי, ולהתחיל בניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלמת ריצה, לסגור מערכת למטה ולהסיר ממברנות מתאי הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם מזרק, צינור יניקת משאבת סומק עם מי ultrapure. </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>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

פרוטוקול זה מתאר את העיצוב של מכשיר צולבות זרימה microfluidic מודפסים בתלת ממד לבדיקה של ממברנות nanofiltration ו אולטרה סינון. לאחרונה, הראינו את ההצלחה של וריאציה של פרוטוקול זה עם מיזוג קרום nanofiltration ו עכירות עם glycosphingolipids ו lipopolysaccharides והפרשי ביצועים הממברנה עם הזרקת התרבות עוקבת חיידקים. 5 יישומים עתידיים העסקה טכניקה זו יכולה לשמש כדי להעריך את שינויי ביצועים הממברנה עם foulants השונה . לעומת תאי זרימה גדולות המכשיר microfluidic זה דורש הרבה פחות פתרון מבחן ויכול להפחית את העלויות משמעותיות עבור foulants ותרכובות, במיוחד אלה זמינים רק בכמויות מוגבלות. הפורמט הקטן גם עושה את זה נוח עבור בדיקות בקנה מידה מעבדתי ועלול להיות מקובל בדיקות קצב העברת נתונים גבוהים. עיצוב של מכשיר צולבת זרימת microfluidic הושג thrprototyping איטרטיבי ough, וזה היתרון העיקרי של הדפסה תלת ממדית. תכונות עיצוב מכשיר כללי התבססו על מכשיר קרוס-זרימת microfluidic שפורסם בעבר לשמש ליישומי קרום nanofiltration. 9,10 הבדלי העיצוב המשמעותיים ביותר היו כי להאכיל לחלחל ערוצים לא קוזזו אלא ישירות שכיסה זה לזה, ואת העובי של חלקים, ואת שיטת איטום מים. מניעת דליפות המים הייתה בעיה גדולה כי היה להתגבר בתהליך העיצוב דרך הדפסת המכשיר עם מדפסת 3-D photopolymer רב-חומר. זה אפשר פולימר רך דק להיות על פני שטח של המכשיר שהיו במגע עם קרום. אחרי המיקום של הקרום במכשיר, והידוק שווה עם 6 אגוזים (M6), דליפות מים סוכלו. תחומים אפשריים אחרים עבור דליפות מים הם כניסה להאכיל ונקודות חיבור צינורות לשקע retentate, וייתכן שיימנעו באמצעות קלטת של השרברבנזהרים שלא להדק יתר על המידה את הקשר של צינורות, אשר יפגע השחלה. המכשיר כבר לחץ נבדק עד 5 בר ללא דליפות. חשוב כי מים טהורים משמש להכנת כל הפתרונות. מים ממקורות אחרים עלולים להכיל חומרי עכירות ידועים כי יגרמו לירידה בביצועים הממברנה. כמו כן, מסנן (0.45 מ&quot;מ) מחובר בצינור הזנה על מנת להבטיח היעדר של חומר חלקיקים במערכת. מד זרימה לפעפע שמש כדי למדוד ערכי שטף נמוכים יותר במדויק בניסוי הנציג באמצעות קרום nanofiltration. מופעל לחץ קבוע של 4 ברים נבחר מבוסס על מחקר glycosphingolipids הקודם. 5 מדידות חוזרות באמצעות קופונים קרום שונים היו ממוצעים. בניסוי נציג באמצעות ממברנות אולטרה סינון, שטף המים הטהור הראשוני של קרום נמדד באמצעות לחץ של 0.4 בר. להדיף שטף מן הממברנההממברנה יכול להשתנות במידה רבה ולכן כל השטף של קרום נבדק על מנת להבטיח כי הבדלי השטף לא היו גדולים יותר מאשר ± 20%. ממברנות נופלות מחוץ ערכי שטף הראשוניים הרצויים הוחלפו קופונים קרום חדשים. במחקרי עכירות שטף קבוע עשוי להיות מועדף על פני לחץ תמידי מכיוון ממברנות נבדקו עם ונתיבים ראשוניים שונים עשויים לקלקל בשיעורים שונות. לחץ ואז הותאם עבור השטף לפעפע ראשוני הממוצע הרצוי של 200 LMH ± 10%, לעומת זאת, תנאי פתיחה ראשוניים אלה עשויים להיבחר על פי תנאי ניסוי נדרשים. שינויים לאחר בהרכב פתרון הזנה, וניטור שינויי השטף ינתנו תובנה חשובה מאפייני ביצועים של הממברנה.

<html> טכנולוגיית ממברנה היא חלק בלתי נפרדת בתהליכים תעשייתיים, תוך אחרים הדורשות ההפרדה מומס מפתרון בתפזורת, לעומת זאת, עכירות הממברנה היא אתגר מתמשך גדול. 1 דוגמאות נפוצות שבו עכירות קרום מתרחשות לכלול את השימוש של ממברנות אולטרה סינון עבור פרדה על בסיס הגודל של שפכים, ממברנות מרוכבים הסרט 2 ורזה להפרדת יונים מומסים גדול מן מליחים או מי ים. 3 סימנים אופייניים של עכירות כוללים עלייה בלחץ הטרנסממברני וירידה השטף. זה מקטין את הפרודוקטיביות של קרום ומקצר את חייה עקב פרוטוקולי ניקוי כימי או אחר. לכן הביצועים הממברנה הוא אינדיקטור טוב כדי להעריך עכירות ו להבין את המנגנונים ואת ההשפעות של עכירות, biofouling היווצרות ביופילם על ממברנות. כמו כן, הערכת ביצועים חשוב בעיצוב או שינוי של ממברנות חדש. EFT &quot;&gt; עניין השימוש של ממברנות במכשירי microfluidic גדל בעשור האחרון. 4 לאחרונה חקרנו את השפעת lipopolysaccharide רכיבי חיידקים, ואת glycosphingolipid על עכירות פני שטח של קרום nanofiltration, ואת הרגישות הבאה של המשטח המותנה מיקרוביאלי מצורף. 5 מכשיר צולבות זרימה microfluidic שימש כדי להעריך את הביצועים של ממברנות nanofiltration. זה איפשר שימוש ברכיבי השומנים לא מסחרי מיוחד זמין רק בכמויות קטנות עכירות משטח הממברנה בגלל שטח הפנים קרום היה קטן. גודל המערכת אפשר ניצול יעיל של חומרי קרום כמויות נמוכות של פתרונות. בפרוטוקול זה, אנו מתארים את העיצוב ואת ייצור של המכשיר microfluidic לבדיקות ביצועים קרום, ולהתוות את ההתאגדות של המכשיר למערכת זרימת לחץ. הפגנה של מכשיר מוצגת על ידי testing את הביצועים של ממברנות אולטרה סינון וממברנות nanofiltration באמצעות foulant מודל, 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

מזעור וניהול של עכירות קרום הנו אתגר משמעותי בתהליכים תעשייתיים מגוונים ושיטות אחרות העושות שימוש בטכנולוגיה הממברנה. הבנת תהליך העכירות יכולה להוביל אופטימיזציה ויעילות גבוהה יותר של סינון מבוסס הממברנה. הנה אנחנו מראים את העיצוב ואת הייצור של אוטומטי בתלת ממד (3-D) מודפסת מערכת microfluidic חוצה זרימה סינון שיכול לבדוק עד 4 ממברנות במקביל. תאי microfluidic הודפסו באמצעות טכנולוגיית הדפסה רבה-חומר photopolymer 3-D, אשר ממשמשים פולימר קשה שקוף עבור גוף תא microfluidic ושלב שכבת פולימרים דקה דמוית גומי, המונעת דליפות במהלך מבצע. המופע של אולטרה סינון (UF), ו nanofiltration (NF) ממברנות נבדקו עכירות הממברנה יכול להיבחן עם אלבומין בסרום שור מודל foulant (BSA). פתרונות עדכונים המכילים BSA הראו ירידת שטף של הממברנה. פרוטוקול זה ניתן להאריךed למדוד עכירות או biofouling עם אורגניים רבים אחרים, אנאורגניות או חיידקים המכילים פתרונות. עיצוב microfluidic במיוחד יתרון לבדיקות חומרים כי הם יקרים או זמינים רק בכמויות קטנות, עבור סוכרים למשל, חלבונים, שומנים או בשל שטח פנים הקטן של הממברנה נבדקת. מערכת מודולרית זו עשויה גם להיות מורחבת בקלות לבדיקת קצב העברת נתונים גבוהה של ממברנות.

תאי זרימת microfluidic עוצבו באמצעות תכנית CAD והודפסו באמצעות photopolymer רב-חומר תלת ממדי (3-D) מדפסת. תא זה תוכנן בשני חלקים, כך ממברנות יכול להיות מוכנס בקלות יוסר ממכשיר (איור 1). כל חלק היה 1 ס&quot;מ עובי, מודפס פולימר קשה, ברור עבור שלמות מבנית, ואת הצדדים מול קרום היו overcoated עם שכבה דקה מאוד 50 מיקרומטר של פולימר גומי דמוי. Overcoating בוצע על מנת לספק את התא עם יכולת איטום, המונע דליפת מים. ערוץ זרימה תוכנן על 0.2 מ&quot;מ עמוק, 1 מ&quot;מ רחב 30 מ&quot;מ אורך לבדוק אזור 30 מ&quot;מ 2 של קרום. לאחר חיתוך ממברנות עד 40 מ&quot;מ ב -8 מ&quot;מ פרוטוקול כביסה, קרום מבחן הוכנס לתוך המכשיר. שישה ברגים ואומים נירוסטה (M6) שימשו להדק את המכשיר וזה היה מחובר למערכת (איור 2). באופן זה, התא הוא PErmanently מחובר למערכת, תוך ממברנות עשוי להיות מוחלף בקלות. תא אחד נותח במשך ניסויי קרום nanofiltration, וארבעה תאים הופעלו במקביל לניסויי קרום אולטרה סינון. עבור ממברנות nanofiltration, מד זרימה היה קשור למדידת השטף לפעפע. כדי לבצע ניסוי, מים טהורים בשיעור של 2 מ&quot;ל / דקה. יזם והלחץ הותאם 4 בר. זה הביא שטף לפעפע של ~ 40 LMH (איור 3), והיא תואמת ~ 10 LMH / בר. לאחר איזון ותצפית של זרימה מתמדת (דקות בקירוב 45), הפתרון הוסב MgSO 4 (10 מ&quot;מ) כדי לבדוק דחייה לוודא את תקינות של הממברנה, ויחלחל נאסף. ההתנגדות של הפתרון זה נמדדה אשר עומד ביחס הפוך מוליך. בריכוזים המלחים הנבדקים, המוליכות הן מידתיות באופן ליניארי לריכוז ואת r מלח%פליטה ניתן לחשב. הממברנות נבדקו בניסוי הנוכחי נתנו 83% ± 4%, ו -64% ± 3 דחיות% של MgSO 4 ו NaCl, בהתאמה. הזנת המערכת ואז הוחזרה מים טהורים עד שטף יציב הושג, ולאחר מכן שונה ל בתמיסה המימית של BSA (0.08 גר &#39;/ ל&#39;) ב NaCl (10 מ&quot;מימ). קיטון השטף לעומת השטף של קרום מלא בתנאים של 10 מ&quot;מ NaCl הצביע קרום עכירות בשל BSA. עבור ממברנות אולטרה סינון, ארבעה מכשירים microfluidic היו מחוברים במקביל, עם שטף לפעפע נמדד באמצעות יתרות. יתרות אלו חוברו למחשב ובהנחייה איסוף נתונים רציפים. שימוש בשיעור להאכיל מים טהורים של 8 מ&quot;ל / דקה עבור המערכת, אשר נמצא במרחק של 2 מ&quot;ל / דקה לכל תא הזרימה, הלחץ היה מותאם על מנת לקבל שטף הממוצע של 200 LMH (איור 4). השטף של כל קרום הוערך, ואת הקרום הוחלף אם הבדל השטף היה &amp; #62; 20% מן הממוצע השטף נבחר הראשונית של 200 LMH. הפתרון היה שונה ל BSA (0.08 גר &#39;/ ל) וירידת השטף היה פיקוח. הפתרון להאכיל אז היה שונה בחזרה מים טהורים. לקבלת תוצאות נציג, השווינו 30 ו -50 ממברנות אולטרה סינון הידרופילי kDa polyethersulfone, והערתי כי למרות 50 קרום kDa היה שטף מנורמל גבוהה עם סיום הניסוי (26.5% של שטף ראשוני) בהשוואה ל -23% עבור קרום 30 kDa, ההבדל לא היה משמעותי. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig1.jpg" /> עיצוב באיור 1. ותמונה של המכשיר microfluidic בשימוש. העיצוב נעשה באמצעות תוכנית CAD ו- שהודפסו במדפסת photopolymer תלת ממדי. (א) תחתי חלק המכיל את ערוץ feed (מבט מלמעלה). (ב) חלק עליון המכיל את צ&#39;אן לפעפע<html> nel (מבט מלמעלה). (ג) האסיפה הכללית של המכשיר (מבט מהצד). (ד) תמונה של מכשיר פונקציונלי כולל קופון קרום, החלקים מהודקים יחד עם ברגים ואומים. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig2.jpg" /> איור 2. ייצוג סכמטי של מערכת. בדיקת קרום nanofiltration בוצע באמצעות תא זרימת 1. בדיקות קרום אולטרה הסינון בוצעו באמצעות כל 4 תאי הזרימה במקביל. רישום נתוני מחשב לא מוצג. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> lways &quot;&gt; <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig3.jpg" /> איור 3. ביצועים עכירות של קרום nanofiltration בתנאים חוצה זרימת תנאי הניסוי לריצה מלאה (ריבוע שחור):. אני מים ultrapure), 2 מ&quot;ל / דקה, 4 בר. ii) 10 מ&quot;מ MgSO 4, 2 מ&quot;ל / דקה, 4 בר. iii) מים ultrapure, 2 מ&quot;ל / דקה, 4 בר. iv) BSA (0.08 גר &#39;/ ל&#39;) ב 10 מ&quot;מ NaCl, 2 מ&quot;ל / דקה, 4 בר. נ) מים ultrapure, 2 מ&quot;ל / דקה, 4 בר. בקרת קרום 10 מ&quot;מ NaCl, 2 מ&quot;ל / דקה, 4 בר (עיגול כחול). ברים שגיאה לציין את סטיית התקן. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig4.jpg" /> עכירות איור 4. של ממברנות אולטרה 30 kDa ( </sטרונג&gt; ריבוע אדום) ו -50 kDa (יהלום כחול) בתנאים צולב זרימה. אני בלחץ) הותאם כך השטף לפעפע מים טהורים ראשוני ממוצע היה 200 LMH. ii) BSA (0.08 גר &#39;/ ל&#39;) 2 מ&quot;ל / דקה. ברים שגיאה לציין את סטיית התקן. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53556/53556fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing at JoVE.com

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

תכנון ייצור של מערכת סינון microfluidic בתלת ממד (3-D) מודפס חוצת זרימת המודגם. המערכת משמשת כדי לבדוק את הביצועים ולבחון עכירות של אולטרה סינון ו nanofiltration ממברנות (מרוכבים סרט דק).

בתלת ממד המודפס Microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור Ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים

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 Views.  Ben-Gurion University of the Negev, Sede-Boqer Campus.  תכנון ייצור של מערכת סינון microfluidic בתלת ממד (3-D) מודפס חוצת זרימת המודגם. המערכת משמשת כדי לבדוק את הביצועים ולבחון עכירות של אולטרה סינון ו nanofiltration ממברנות (מרוכבים סרט דק). 

Video: 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 ...

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.

ניתוח שיטתי של<em&gt; במבחנה</em&gt; תא רולינג באמצעות מערכת microfluidic צלחת רב גם

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.

הארה תהודת אנרגיה העבר לחקר שינויי קונפורמציה בחלבונים בממברנה שבאו לידי ביטוי בתאי יונקים

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.

שימוש בתפוקה גבוהה<em&gt; במבחנה</em&gt; מערכת Microfluidic לפתח Biofilms Multi-מינים שבעל פה

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.

הפקה רובוטית של תאי סרטן Spheroids עם מערכת מימית שני שלבים לבדיקת סמים

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.

פוטו-ליתוגרפיה גובה רב שלבי משתנה עבור Valved רב שכבתי מכשירים microfluidic

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.

קומפקטית קומפקטית טומוגרפיה מערכת עבור<em&gt; בויבו</em&gt; הדמיה מוחית קטנה של המוח

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.

פלטפורמה בדיקות ביצועים הולכה Micropump עם צלחת אלקטרודה לבושת נחושת FR-4

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.

מילימטר סולם Flexural בדיקות מערכת למדידת התכונות המכאניות של הספוג הימי 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 ...

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.

מודל מיקרופלואידי לחקות אירוע ראשוני של ניאו-סקולריזציה

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