作者は彼らの財政支援（第13236.1 PFFLI-LS）のために技術革新委員会（CTI、スイス）を感謝したいと思います。

調査はL minから最大60流量で機械的応力実験を可能-1、圧力を実行する2バールまで低下パイプで連結されたポンプの設定を（Figu 2の再 ）を用いて行きました。 uが2を再び図1に示すように、実験は、インライン内視鏡検査法のための貯蔵容器、ポンプ回路、および装置から構成されています。貯蔵容器の羽根車は、界面活性剤を混合するために使用されました。周辺素子は、異なるポンプ設定で流速Vと圧力損失Pを監視するために、閉ループ内に組み込まれました。調査はハンドホイール弁を使用することにより変化させました。 1。実験のセットアップ<ol><li>バイオリアクター（D = 0.15メートル、H / D = 2.2）をsurfactaの溶解のためのインペラが装備されていることを確認してくださいNTと入口管はガス入りを回避するために、流体中に浸漬することを確認します。 </li><li>注射器ポート、調査ポンプ、クランプオン流量計、使い捨て圧力センサとハンドホイールバルブとポンプループを装備。貯蔵容器にポンプループの接続の後、モータにポンプヘッドを接続し、内視鏡プローブを準備します。 </li><li>プローブ先端で、この場合には、変更反射面、ロジウムミラーをマウントし、150μmとミラーとレンズとの距離を調整します。目的のシャープネスを集中する100ミクロンのネジを調整します。 </li><li>光ファイバ·ケーブルとイーサネットケーブルを介してコンピュータに内視鏡のカメラを介してストロボにプローブを接続します。そして、トリガーボックスケーブルを介して一緒にカメラとストロボを接続してください。 </li><li>コンピューターを起動して、画像取得と認識ソフトウェア、ならびに結果解析ソフトウェアが含まれ、メーカーが提供するソフトウェアを開きます。 </li><li>メインメニューの画像取得ソフトウェアを選択します。 </li><li>カメラを検出するために、画面の左上にある「デバイスの検出」ボタンをクリックします。 </li><li> 「ディレクトリの設定」の下で画像を保存するコンピュータ上の場所を選択し、コマンド「トリガーサブフォルダを作成する」を有効にします。 </li><li>セクションのプロセスパラメータを入力し、「トリガモード：レディ &quot;。 フレームレート：7.5ヘルツ トリガあたりのフレーム数：50 トリガの数：60 トリガ間隔：60秒</li><li>すべての準備作業が完了した後、貯蔵容器に5リットルの脱イオン水を注ぎ、ポンプとポンプループを埋めるためにポンプのスイッチを入れます。 </li><li>ポンプの電源を切り、界面活性剤の0.9ミリリットルを追加します（Cの界面活性剤 = 0.18ミリリットルL -1、ρ 界面活性剤、20°C = 1070キロのM -3、臨界ミセル濃度（CMC）：CMCω0;攪拌下で10 mlピペットで≈0.018ミリリットルL -1、CMCωω界面活性剤 ≈10·）。 10分後、界面活性剤が完全に溶解します。 </li><li>インペラの電源を切り、ポンプをオンにします。レンズは、入口管の真下に位置するように内視鏡プローブを配置します。 </li><li> 3.4 Lの分の流速-1とインペラー速度及びハンドホイール弁を変化させることによって0.03、0.3または0.61バールの圧力降下を設定します。 </li><li> （ 油 = 1.26グラムのL -1、ρ 油、20°C = 989.5キロのM -3β）を注射器で直接オイルの6.3グラムを計量。 </li><li>画像取得ソフトウェアを起動し、シリンジポートを介してオイルを追加します。実行中のポンプは、エマルジョン滴を配布します。 </li><li> 1時間後、せん断応力の調査を終了し、バイオリアクターと同様のインライン型内視鏡をきれいに統合されたポンプループを有します。続いて、次のポンピングプロセスのための実験を​​準備します。 </li></ol> 2.測定と画像解析<ol><li>メインメニューで自動画像認識ソフトウェアを開きます。 </li><li> 「バッチのルートディレクトリ」の下にファイルを保存するコンピュータ上の場所を選択します（すべての* .csv）に。 </li><li>コラム「画像シリーズのパス」を選択し、ボタンをクリックして画像シリーズをロードするために、画面の左下隅にある「画像シリーズサブフォルダを追加します」。 </li><li>製造業者によって提供されているプロセスパラメータをロードします。コラム「検索設定（* .pssまたはauftrag _ *。マット）」を選択し、ドロップ認識を指定するためにプロセスパラメータをロードするには、画面の下の中央にあるボタン「設定検索設定」をクリックします。 </li><li>列を選択し、「パターン（* .pspまたはF _ *。マット）を検索ボタンをクリックし、「設定された検索パターン」画面の右下隅にドロップ解析を指定するためにプロセスパラメータをロードします。 </li><li> 「バッチを起動」ボタンをクリックすることで、画像認識を開始します。 </li><li>画像認識が終了した後、直径（D 32）を意味し、または任意の他の代表的な結果は、アナライザソフトウェアを使用して任意の値又は分布を意味するソーターによって検出された液滴サイズを表します。 </li><li>メインメニューの結果解析ソフトウェアを開きます。 </li><li>以前は、すべての* .csvファイルを保存しロードするには、画面左上に「1フォルダ内のすべての* .CSV &quot;コマンドをアクティブにし、ボタン「ロード·フォルダ（S）」をクリックします。 </li><li>結果を視覚化するには、画面の上部中央にあるドロップダウンリストで（ 例えば、ザウター平均直径）関連値を選択します。直径の計算のために、製造業者によって提供されて、右、上0.6591ミクロンピクセル-1のスケーリングを入力してください。 </li></ol><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig2.jpg" /> 図2実験セットアップの測定手法としてインライン内視鏡を使用してパイプ·ポンプの設定のためのポンプ回路：（1）貯蔵容器、（2）シリンジポート、（3）ポンプ、（4）圧力センサ、（5）流量センサ、（ 6）ストロボ、製造元が提供するソフトウェアと（7）コンピュータ、および（8）内視鏡プローブ。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53052/53052fig2highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a>

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</ol>

ヴォルフガングDornfeldとレトSchöbはLevitronix株式会社、MagLevの遠心ポンプの製造業者の従業員です。

このプロトコルの目的は、ポンピングプロセスにおける液滴サイズの測定のためのインライン内視鏡検査法の適合性を示すことです。この目的のために、決定された油 - 水エマルジョン系のサイズをドロップし、測定ザウター平均直径はMagLevの遠心の機械的ストレスがそれらの対応、蠕動4-ピストンダイヤフラムポンプと同様にポンプ特徴付けるために計算されました。結果は、測定ザウターの低い変動がその液滴サイズを確実にかつ正確に測定された15％を表す以下の標準偏差によって定量化した直径を意味示しました。その結果、測定ザウター平均粒径が正常調査ポンプの機械的ストレスを評価するために比較基準として使用することができます。 MagLevの遠心ポンプは、蠕動と4ピストンダイヤフラムポンプと比較して、乳化液滴の低い機械的応力を示す、より大きな測定ザウター平均直径を明らかにしました。スタッドでこれまでのIES、インライン内視鏡検査は、また、この調査により確認された信頼性の高い液滴サイズ測定1,6,12-14,20-21に対する堅牢かつ簡単な方法であることが示されています。このような光ファイバFBRセンサなどの代替測定技術に比較して、FBRM及び2D-ORM技術は、内視鏡技術は、液体/液体アプリケーション12,14に正確なデータを得るための標準的な方法として使用することができます。 インライン内視鏡検査および非生物学的油 - 水エマルジョン系の簡単な製造の容易な取扱いは（上記参照）のプロトコル·テキストに従って滴サイズの検出のための簡単​​な手順を可能にします。それにもかかわらず、内視鏡プローブの位置は、貯蔵容器内の流体の流れに依存することが言及されるべきです。さらなる調査（データは示さず）は、プローブのレンズL 5分までのより低い流量用の導入管の真下に配置されるべきであることを明らかにした-1一滴19の複数の検出を避けるために。 -1分5リットル以上の流量で鮮明な画像のためには、10 cm以上離して導入管からのプローブを配置することをお勧めします。プロセスパラメータとは独立して、インライン内視鏡検査のホルダーはぼやけた画像をもたらすことができるプローブの移動を防止するために安定でなければなりません。 また、特に検出された液滴サイズは、検出可能な最小ドロップ径は6.5μmで適用される光光学系、検出下限に近いことに留意すべきです。メーカー提供のソフトウェアが改善されているように、インライン内視鏡検査技術は確実に1ミクロンの最小の液滴サイズを検出することができます。また、画像処理は、さらに、工業的用途のオンライン監視を可能にするために開発されます。 本研究は、最大3.4 Lの比較的低い流量に焦点を当てながら、<html> 60; -1 MIN、今後の研究では、動作条件の広い範囲を検討する必要があります。最初の調査は、最小-1（データは示していない）20 Lまでの流量で行いました。しかし、1：2希釈（C 界面活性剤 = 0.09ミリリットルL -1、 油 = 0.64ミリリットルL -1 C）油-水エマルジ ​​ョン系のは、増加したドロップ分裂として、1分あたり19 10 Lにわたって流量で推奨されます高い機械的ストレスによって引き起こされると、そうでなければ検出ドロップ影響し、検出された液滴の数を減少させるであろう。試験は1で実施した：2希釈および未希釈油 - 水エマルジョン系の結果​​と比較しました。両方のアプローチについては、ザウター平均直径は確実に（5％以下の標準偏差）を測定しました。したがって、減少した体積分率（1：2希釈）を測定ザウター平均直径に影響を与えなかった、従って、ドロップドロップ崩壊はごくわずかでした。 NT &quot;&gt;これらの強力な実験的アプローチは、内視鏡検査技術の向上だけでなく、関連する画像取得、認識と結果アナライザソフトウェアのための良好な基礎を提供する。また、内視鏡技術の適合性は、それらの機械によるポンプタイプとシリーズを分類します応力をうまく実証された。得られた結果をポンプ設計の開発と細胞損傷を低減するために、ポンプの最適化のために必須です。

ポンプは、製薬およびバイオテクノロジー産業で細胞培養物を移すために使用されます。ポンピングプロセスの間、機械的応力は、製品1〜4の量と質を損なう可能性があり、不可逆的な細胞損傷をもたらすことができます。機械的ストレスのレベルは、以前の研究5-6で示したように、ポンプの種類とポンプの設定に依存します。一般的に、蠕動、シリンジおよびダイヤフラムポンプは、単回使用（SU）技術ベースのアプリケーションに使用されます。これらのポンプは、ポンプチューブと脈流7の圧縮による高い局所せん断力が生じます。 これらの欠点を克服するために、磁気浮上遠心ポンプ（MagLevの遠心ポンプ）は、有望な代替手段を構成しています。モータは磁気羽根車とポンプハウジング（ 図1）との間の狭い隙間を回避するために駆動されます。以前の研究では、MagLevの遠心を調査しました蠕動ポンプと、4ピストンダイアフラムポンプ5と比較して、チャイニーズハムスター卵巣 （CHO）細胞において低い機械的応力を示しました。また、溶血分析は、これらのポンプ8-11を用いた操作条件の範囲にわたって有意な血液外傷および血栓形成を示さありませんでした。調査結果は、これらの特別に設計されたポンプの使用は、蠕動とダイヤフラムポンプと比較して生物学的システムにあまり機械的​​応力を加えることを示しています。限られた実験的な費用で機械的応力を調べるために、油-水エマルジ ​​ョンモデルシステムは、生物学的細胞培養システムと比較して、その費用（ 約 99.8％）と時間の減少（ 約 99.5％）のアプリケーションに推奨されます。 油 - 水エマルジョン系の低下割れは、機械的応力の関数であるように、液滴サイズは、せん断応力の調査の実験時間中にカウントされなければなりません。液滴をサイジングするための多くの技術はwが、利用可能ですHICHは、音、レーザーおよび写真ベースの技術12に分割することができます。具体的には、光の光プローブインライン内視鏡の使用は、手動と自動検出のためのほぼ同じ液滴サイズ（10％以下の標準偏差）を示し、13分あたり250滴を検出することができます。その精度と信頼性のため、内視鏡技術は、液体/液体分散液中の液滴サイズ分布のために効果的な標準測定法であることが示されているので、他の一般的に使用されるプローブ（ 例えば、光ファイバ前後比（FBR）センサーと比較した場合、集束ビーム反射法（FBRM）と2次元光反射率測定法（2D-ORM））12,14。また、攪拌容器に液滴サイズを測定するためのインライン内視鏡検査の適合性は、以前の研究15-18で数回実証されています。 試験前6に基づいて、このプロトコルは説明します液滴の大きさを決定するために、インライン内視鏡検査の使用は、ポンプで油 - 水エマルジョン系の（ザウター平均直径）。ザウター直径マルチユース（MU）MagLevの遠心ポンプ、蠕動及び使い捨て（SU）4ピストンダイアフラムポンプの機械的応力を推定するために比較基準として使用された平均します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig1.jpg" /> 図1は、磁気遠心ポンプシステムを浮上。（A）ベアリングレスモータと（B）PuraLev 200MUの原理を例として示している。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53052/53052fig1highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a>

<table><tbody><tr><td>CCD camera</td><td>Allied Vision Technologies GmbH</td><td>GX2750</td><td>Equipment for inline endoscopy</td></tr><tr><td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td><td>Saint-Gobain Performance Plastics</td><td>374-375-4</td><td>Tube&lt;br/&gt; Select a tubing length of about 45&amp;nbsp;cm before the pump.</td></tr><tr><td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td><td>Saint-Gobain Performance Plastics</td><td>374-375-3</td><td>Tube&lt;br/&gt; Select a tubing length of about 45&amp;nbsp;cm after the pump and clamp on the flow sensor to this tubing.</td></tr><tr><td>CLAVE Connector</td><td>Victus</td><td>011-C2000</td><td>Sampling port</td></tr><tr><td>Controller LPC-200.1-02</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-30030</td><td>PuraLev 200MU controller</td></tr><tr><td>Controller LPC-600.1-02</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-30033</td><td>PuraLev 600MU controller</td></tr><tr><td>LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-30329</td><td>Flow sensor for flow rates below 5&amp;nbsp;L&amp;nbsp;min&lt;sup&gt;-1&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>LeviFlow Converter LFC-1C-CS</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-30328</td><td>Flow sensor output device&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Masterflex I/P Easy Load</td><td>Fisher Scientific AG</td><td>EW-77963-10</td><td>Peristaltic pump</td></tr><tr><td>Mitos free flow valve</td><td>Parker Hannifin Europe S&amp;agrave;rl</td><td>FFLQR16S6S6AM</td><td>Valve</td></tr><tr><td>Mobil Eal Arctic</td><td>Exxon Mobil Corporation</td><td>Mobil EAL Arctic 22</td><td>Oil&lt;br/&gt; Prepare the emulsion directly before the experiment.</td></tr><tr><td>Motor</td><td>Elektromotorenwerk Brienz AG</td><td>7WAC72N4THTF</td><td>Motor for agitator shaft</td></tr><tr><td>Motor BSM-1.4</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-10005</td><td>PuraLev 200MU motor</td></tr><tr><td>Motor LPM-600.4</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-10038</td><td>PuraLev 600MU motor</td></tr><tr><td>Norm-Ject 10 ml Luer Lock</td><td>Restek Corporation</td><td>22775</td><td>Syringe</td></tr><tr><td>Pump Head LPP-200.5</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-90525</td><td>PuraLev 200MU pump head</td></tr><tr><td>Pump Head LPP-600.18</td><td>Levitronix GmbH</td><td>100-90548</td><td>PuraLev 600MU pump head</td></tr><tr><td>Quattroflow 1200-SU</td><td>Almatechnik AG</td><td>QF 1200</td><td>4-piston diaphragm pump</td></tr><tr><td>SciPres Sensor</td><td>SciLog</td><td>080-695PSX</td><td>Pressure sensor</td></tr><tr><td>SciPres Sensor Monitor</td><td>SciLog</td><td>080-690</td><td>Pressure sensor output device&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SOPAT-VF Inline Endoscopic Probe</td><td>SOPAT GmbH</td><td></td><td>Inline endoscopy</td></tr><tr><td>Stroboscope</td><td>Drello GmbH &amp;amp; Co KG</td><td>Drelloscop 255-01</td><td>Equipment for inline endoscopy</td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>X100</td><td>Surfactant&lt;br/&gt;Handle with gloves and goggles.&lt;br/&gt; (acute toxicity, eye irritation)</td></tr></tbody></table>

a cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps

バイオ医薬品とバイオテクノロジーの製造工程中の無菌培養液を転送するときにポンプが主に用いられています。しかしながら、ポンピングプロセス中に剪断力は、定性的および/または定量的な生成物の損失につながる可能性が生じます。限定された実験的な費用で機械的応力を計算するために、油-水エマルジ ​​ョン系は、その適合性、バイオリアクター1における液滴サイズの検出のために示された、使用されました。油 - 水エマルジョン系のドロップ分裂は、機械的応力の関数であるので、液滴サイズは剪断応力調査の実験時間中にカウントされる必要があります。以前の研究では、インライン内視鏡検査は、液体/液体分散液中の液滴の大きさの検出のための正確で信頼できる測定技術であることが示されています。このプロトコルの目的は、ポンピングプロセスにおける液滴サイズの測定のためのインライン内視鏡検査法の適合性を示すことです。液滴の大きさを表現するために、ザウター平均直径D 32は、油-水エマルジ ​​ョン中の液滴の代表径としました。結果は、測定技術の信頼性を示す、15％以下の標準偏差によって定量したザウター平均直径、低変動を示しました。

光学評価 uが3を再び図1時間の励起時間の後、粒子認識画像を示します。上部の4つの画像は、認識の前に低下し、下4つの画像が認識ソフトウェアでマークされた液滴を示す表示されます。検出された液滴は緑のエッジにハイライト表示さ​​れます。上下の画像を比較することドロップエッジが正確に画像認識ソフトウェアによって検出されたことを示しています。左の画像は、MagLevの遠心のドロップ分布はPuraLev 200MUとPuraLev 600MUをポンプ示し、右側のものは4ピストンのダイヤフラムと蠕動ポンプを示しています。光学的評価は、モデルエマルジョン系に機械的ストレスの初期分類を可能にしました。これは、より大きな滴サイズと低いドロップカウントが4ピストンdiaphrと比較MagLevの遠心ポンプによって生成されたことを明らかにしましたAGMと蠕動ポンプ。したがって、MagLevの遠心ポンプ、特にPuraLev 200MUは、低い機械的応力を示す、縮小落下破損を示しました。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig3.jpg" /> インライン内視鏡の図3の画像。エマルジ ​​ョンは、（（A、E）PuraLev 200MUを用いてポンプの1時間後にする前に（A、B、C、D）と後（E、F、G、H）の粒子認識を低下B、F）PuraLev 600MU、（C、G）4ピストンダイヤフラムポンプ、および（D、H）同一の動作条件下で蠕動ポンプ（3.4 L分-1および0.03バール）。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53052/53052fig3highres.jpg" target="_blank">表示するにはこちらをクリックしてくださいこの図の拡大版。</a> ザウター私直径さらなる調査がd 32±0.4ミクロン以下の標準偏差を明らかにし、インライン内視鏡19を使用するときに再現性のある結果を保証しました。したがって、複数の調査はさらに、実験費用を低減し、このアプローチのために必要されていませんでした。 液滴の大きさを表現するために、ザウターは直径d 32を意味する（式1参照）、このアプローチのために、油-水エマルジ ​​ョン中の水滴の代表径としました。一般的に、ザウター平均直径定常状態12に到達するまで、すべてのポンプタイプとポンプの設定のための時間をかけて減少しました。本研究における調査ザウターの進行は平均直径を確認した（ 図uはDに4Aを再）、uは＆再 PuraLev 200MU（ 図の曲線＃160; 4A）および例示的に、このプロトコルで説明されている蠕動ポンプ（ 図uは4Dを再 ）。 PuraLev 200MUとは対照的に、ザウターは直径が同じ動作条件での蠕動ポンプのための小さい40％（;圧力降下= 0.03バール、流速= -1分3.4 L）までであった意味します。その結果、より高い機械的応力が大きく低下分裂、したがってより小さい滴サイズが得られました。さらに、ザウター平均直径圧力降下に液滴サイズの依存性を示したPuraLev 200MU（ 図4A uは再 ）で増加する圧力降下と共に減少しました。対照的に、蠕動ポンプは、ザウターは（すべてのプロセスパラメータの実験の終了時に図のD 32,60min =10μmの平均直径を示しましたu）は、4Dを再び 。したがって、ザウター直径は圧力降下とは無関係であることが見出された平均します。しかし、結果はドロップ崩壊の物理的理解を反映：高い機械的ストレスで、小さいザウター平均直径は（uは5を再も、 図を参照）を決定しました。 各測定点は、少なくとも300滴統計的確実性を保証するために測定しました。最大の標準偏差は、ポンピングプロセスの最後に約Dに21ミクロン±Dの32,6minから42ミクロン±とPuraLev 600MUのためのD 32,4minからPuraLev 200MUのために32±0.5μmで減少しました。定常状態に達するまで減少し、標準偏差が大きく均一な液滴サイズ分布から得られました。比較T INMagLevの遠心ポンプO、蠕動と4ピストンダイヤフラムポンプは、D 32±10ミクロン以下の標準偏差を明らかにしました。 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/53052/53052eq1.jpg" width="80" /> （1） <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig4.jpg" /> ザウターの図4.代表的なプロファイルは、直径が時間をかけて32日間測定ザウター平均直径の決意であり、mが32を dは意味します。ザウターの比較は、直径がPuraLev 200MU、蠕動ポンプ4ピストンダイアフラムポンプのPuraLev 600MUための（B）、（C）及び（D）、32（A）の dを意味します。ザウター平均直径は32分-1 3.4 Lの流量で測定されたDおよび圧力は、0.03〜0.61バールの範囲で低下します。測定ザウター平均径D 32は、mが最後の10分（境界）を計算しました。ザウター平均直径の結果として得られる標準偏差は32（N≥300）が示されている日間。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53052/53052fig4highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> 比較システムとして測定ザウター平均直径 上述したように液滴サイズが定常状態に達するまで、ザウター平均直径は、時間とともに減少しました。実験時間の最後の10分で、ザウター平均値直径を比較基準として使用された直径を意味測定ザウターを決定するために計算された平均値（uは図4A-Dを再図の境界線を参照）。測定ザウター平均直径が32 D、Mは、3.4 Lの流量のために示されています＆＃160;分-1および0.03からuは5を再度図 0.61バールの圧力降下範囲。大きな測定ザウター平均直径は、両方のMagLev遠心ポンプ（200MUと600MU）と低い圧力が低下し、インペラ速度で4ピストンダイヤフラムポンプについて決定しました。蠕動ポンプは、ザウターは、すべてのプロセスパラメータのためのD 32、M = 10ミクロンの直径を意味する測定が明らかになりました。前述のように、剪断力は、蠕動ポンプの圧力降下とは無関係でした。 PuraLev 200MUとPuraLev 600MUのためのD 32、M = 34ミクロンのためのD 32、M = 36ミクロンの最大測定ザウター平均直径は0.03バールの圧力低下で得られました。それらの対応と比較して、59％より大きいまで得MagLevの遠心ポンプシリーズは、ザウターは直径を意味する測定。これらの結果Sは、ドロップ崩壊の低い速度と遠心ポンプを使用した結果このように低い機械的応力を示しました。 定常状態の間に測定ザウター平均直径の標準偏差は、それによって、液滴サイズのために信頼性が高く、正確な値を確認し、15％未満でした。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig5.jpg" /> 測定ザウター平均直径の図5の比較では32、Mを dは。測定ザウターは、最小3.4 LでMagLevの遠心ポンプとの対応のための直径を意味する-1および0.03、0.30および0.61バールの圧力低下。測定ザウター平均直径の標準偏差が得られ、定常状態中、mが示され、32日間。 略語 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53052/53052fig5highres.jpg" target="_blank">PLE</a>ASEこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 2D-ORM </td><td>二次元の光反射率の測定</td></tr><tr><td> CCD </td><td>電荷結合素子</td></tr><tr><td> CHO </td><td>チャイニーズハムスター</td></tr><tr><td> CMC </td><td>臨界ミセル濃度</td></tr><tr><td> FBR </td><td>前後比</td></tr><tr><td> FBRM </td><td>集束ビーム反射率法</td></tr><tr><td> MU </td><td>マルチユース</td></tr><tr><td> SU </td><td>使い捨ての</td></tr></tbody></table> 命名 <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td><img alt="V" fo:content-="" src="/files/ftp_upload/53052/V.jpg" width="8
" /></td><td> [M 3秒-1] </td><td>流量</td></tr><tr><td> C言語</td><td> [M 3メートル-3] </td><td>濃度</td></tr><tr><td> D 32 </td><td> [M] </td><td>ザウター平均直径</td></tr><tr><td> D 32、M </td><td> [M] </td><td>測定ザウター平均直径</td></tr><tr><td> D S </td><td> [M] </td><td>面径</td></tr><tr><td> DのV </td><td> [M] </td><td>体積直径</td></tr><tr><td> F </td><td> [Hz]の</td><td>周波数</td></tr><tr><td> N </td><td> [秒-1] </td><td>インペラー速度</td></tr><tr><td> N </td><td> [ - ] </td><td>滴数</td></tr><tr><td> P </td><td>パ</td><td>圧力降下</td></tr><tr><td> T </td><td>秒</td><td>時間</td></tr><tr><td> β </td><td> 【キロM -3] </td><td>質量濃度</td></tr><tr><td> ρ </td><td> 【キロM -3] </td><td>密度</td></tr><tr><td>69; </td><td> [M 3メートル-3] </td><td>質量分率</td></tr></tbody></table> 略語および命名法の表1表。

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A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

シングル利用と標準ポンプに機械的応力を予測するために費用対効果と信頼性の高い方法

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

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Nanyang Technological University

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9.4K ビュー.  Zurich University of Applied Sciences. Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol. 

ビデオ: A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of tri-leaflet polymer valve prostheses. However, identification of a protocol for initial assessment of polymer valve hydrodynamic functionality is paramount during the early stages of the design process. Traditional in vitro pulse duplicator systems are not configured to accommodate flexible tri-leaflet materials; in addition, assessment of polymer valve functionality needs to be made in a relative context to native and prosthetic heart valves under identical test conditions so that variability in measurements from different instruments can be avoided. Accordingly, we conducted hydrodynamic assessment of i) native (n = 4, mean diameter, D = 20 mm), ii) bi-leaflet mechanical (n= 2, D = 23 mm) and iii) polymer valves (n = 5, D = 22 mm) via the use of a commercially available pulse duplicator system (ViVitro Labs Inc, Victoria, BC) that was modified to accommodate tri-leaflet valve geometries. Tri-leaflet silicone valves developed at the University of Florida comprised the polymer valve group. A mixture in the ratio of 35:65 glycerin to water was used to mimic blood physical properties. Instantaneous flow rate was measured at the interface of the left ventricle and aortic units while pressure was recorded at the ventricular and aortic positions. Bi-leaflet and native valve data from the literature was used to validate flow and pressure readings. The following hydrodynamic metrics were reported: forward flow pressure drop, aortic root mean square forward flow rate, aortic closing, leakage&#160;and regurgitant volume, transaortic closing, leakage, and total energy losses. Representative results indicated that hydrodynamic metrics from the three valve groups could be successfully obtained by incorporating a custom-built assembly into a commercially available pulse duplicator system and subsequently, objectively compared to provide insights on functional aspects of polymer valve design.

There has been renewed interest in developing polymer valves. Here, the objectives are to demonstrate the feasibility of modifying a commercial pulse duplicator to accommodate tri-leaflet geometries and to define a protocol to present polymer valve hydrodynamic data in comparison to native and prosthetic valve data collected under near-identical conditions.

トライリーフレットポリマーバルブの相対的な流体力学的評価のためのプロトコル

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of ...

生物工学

A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. brain, liver, tendon, fat, etc.) when exposed to high strain rates. This study utilized a Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) to generate strain rates of 100-1,500 sec-1. The SHPB employed a striker bar consisting of a viscoelastic material (polycarbonate). A sample of the biomaterial was obtained shortly postmortem and prepared for SHPB testing. The specimen was interposed between the incident and transmitted bars, and the pneumatic components of the SHPB were activated to drive the striker bar toward the incident bar. The resulting impact generated a compressive stress wave (i.e. incident wave) that traveled through the incident bar. When the compressive stress wave reached the end of the incident bar, a portion continued forward through the sample and transmitted bar (i.e. transmitted wave) while another portion reversed through the incident bar as a tensile wave (i.e. reflected wave). These waves were measured using strain gages mounted on the incident and transmitted bars. The true stress-strain behavior of the sample was determined from equations based on wave propagation and dynamic force equilibrium. The experimental stress-strain response was three dimensional in nature because the specimen bulged. As such, the hydrostatic stress (first invariant) was used to generate the stress-strain response. In order to extract the uniaxial (one-dimensional) mechanical response of the tissue, an iterative coupled optimization was performed using experimental results and Finite Element Analysis (FEA), which contained an Internal State Variable (ISV) material model used for the tissue. The ISV material model used in the FE simulations of the experimental setup was iteratively calibrated (i.e. optimized) to the experimental data such that the experiment and FEA strain gage values and first invariant of stresses were in good agreement.

The current study prescribes a coupled experiment-finite element simulation methodology to obtain the uniaxial dynamic mechanical response of soft biomaterials (brain, liver, tendon, fat, etc.). The multiaxial experimental results that arose because of specimen bulging obtained from Split-Hopkinson Pressure Bar testing were rendered to a uniaxial true stress-strain behavior when simulated through iterative optimization of the finite element analysis of the biomaterial.

ソフトバイオマテリアルの高ひずみ速度機械的応答を評価するための結合実験、有限要素モデリング手法

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. ...

In Vitro Model of Physiological and Pathological Blood Flow with Application to Investigations of Vascular Cell Remodeling

Vascular disease is a common cause of death within the United States. Herein, we present a method to examine the contribution of flow dynamics towards vascular disease pathologies. Unhealthy arteries often present with wall stiffening, scarring, or partial stenosis which may all affect fluid flow rates, and the magnitude of pulsatile flow, or pulsatility index. Replication of various flow conditions is the result of tuning a flow pressure damping chamber downstream of a blood pump. Introduction of air within a closed flow system allows for a compressible medium to absorb pulsatile pressure from the pump, and therefore vary the pulsatility index. The method described herein is simply reproduced, with highly controllable input, and easily measurable results. Some limitations are recreation of the complex physiological pulse waveform, which is only approximated by the system. Endothelial cells, smooth muscle cells, and fibroblasts are affected by the blood flow through the artery. The dynamic component of blood flow is determined by the cardiac output and arterial wall compliance. Vascular cell mechano-transduction of flow dynamics may trigger cytokine release and cross-talk between cell types within the artery. Co-culture of vascular cells is a more accurate picture reflecting cell-cell interaction on the blood vessel wall and vascular response to mechanical signaling. Contribution of flow dynamics, including the cell response to the dynamic and mean (or steady) components of flow, is therefore an important metric in determining disease pathology and treatment efficacy. Through introducing an in vitro co-culture model and pressure damping downstream of blood pump which produces simulated cardiac output, various arterial disease pathologies may be investigated.

In Vitro Model of Physiological and Pathological Blood Flow with Application to Investigations of Vascular Cell Remodeling

This protocol replicates physiological or pathological blood flow in vitro to aid in determining cell response in disease pathologies. By introducing a pressure damping chamber downstream of a blood pump, blood flow across the vasculature can be recapitulated and imposed on a monolayer of vascular endothelium or a mimetic co-culture.

血管細胞リモデリングの研究への応用生理学的および病理学的血流のインビトロモデル

Vascular disease is a common cause of death within the United States. Herein, we present a method to examine the contribution of flow dynamics towards ...

A Multi-Cue Bioreactor to Evaluate the Inflammatory and Regenerative Capacity of Biomaterials under Flow and Stretch

The use of resorbable biomaterials to induce regeneration directly in the body is an attractive strategy from a translational perspective. Such materials induce an inflammatory response upon implantation, which is the driver of subsequent resorption of the material and the regeneration of new tissue. This strategy, also known as in situ tissue engineering, is pursued to obtain cardiovascular replacements such as tissue-engineered vascular grafts. Both the inflammatory and the regenerative processes are determined by the local biomechanical cues on the scaffold (i.e., stretch and shear stress). Here, we describe in detail the use of a custom-developed bioreactor that uniquely enables the decoupling of stretch and shear stress on a tubular scaffold. This allows for the systematic and standardized evaluation of the inflammatory and regenerative capacity of tubular scaffolds under the influence of well-controlled mechanical loads, which we demonstrate on the basis of a dynamic co-culture experiment using human macrophages and myofibroblasts. The key practical steps in this approach&#8212;the construction and setting up of the bioreactor, preparation of the scaffolds and cell seeding, application and maintenance of stretch and shear flow, and sample harvesting for analysis&#8212;are discussed in detail.

The goal of this protocol is to execute a dynamic co-culture of human macrophages and myofibroblasts in tubular electrospun scaffolds to investigate material-driven tissue regeneration, using a bioreactor which enables the decoupling of shear stress and cyclic stretch.

フローとストレッチの下でバイオ材料の炎症と再生能力を評価するマルチキューバイオリアクター

The use of resorbable biomaterials to induce regeneration directly in the body is an attractive strategy from a translational perspective. Such materials ...

工学

Modeling and Experimental Analysis of the Single-Shaft Coaxial Motor-Pump Assembly in Electrohydrostatic Actuators

An electrohydrostatic actuator (EHA) can be the most promising alternative compared with the traditional hydraulic servo actuators for its high power density, ease of maintenance, and reliability. As the core power unit that determines the performance and service life of the EHA, the motor-pump assembly should simultaneously possess a wide speed/pressure range and a high dynamic response.
This paper presents a method to test the performance of the motor-pump assembly through simulation and experimentation. The flow output characteristics were defined through simulation and analysis of the assembly at the beginning of the experiment, leading to the conclusion of whether the pump could meet the requirements of the EHA. A series of performance tests were conducted on the motor-pump assembly via a pump test bench in the speed range of 1,450-9,000 rpm and the pressure range of 1-30 MPa.
We tested the overall efficiency of the motor-pump assembly under various working conditions after confirming the consistency between the test results of the flow output characteristics with the simulation results. The results showed that the assembly has higher overall efficiency when working at 4,500-7,000 rpm under the pressure of 10-25 MPa and at 2,000-2,500 rpm under 5-15 MPa. Overall, this method can be utilized for determining in advance whether the motor-pump assembly meets the requirements of EHA. Moreover, this paper proposes a rapid test method of the motor-pump assembly in various working conditions, which could assist in predicting EHA performance.

We built a simulation model to evaluate pump flow characteristics and performance of the single-shaft coaxial motor-pump assembly in electrohydrostatic actuators and investigate the overall efficiency in a wide set of working conditions of the motor-pump assembly experimentally.

電気油圧アクチュエータにおける単軸同軸モータポンプアセンブリのモデリングと実験解析

An electrohydrostatic actuator (EHA) can be the most promising alternative compared with the traditional hydraulic servo actuators for its high power ...

A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The variable-speed EHA has now taken priority over the variable-displacement EHA, but its driving motor and associated electronics encounter issues when applied in high-power applications: low-dynamics, high thermal dissipation, high price, etc. Therefore, a variable-displacement EHA equipped with an electro-variable displacement pump (EVDP) has been considered. The EVDP itself is a mechatronic system that integrates a piston pump, a ball screw, a gearbox, and a permanent magnet synchronous motor (PMSM). Consequently, the EVDP needs to be investigated to ensure its system-level performance when applied in an EHA. In addition to the previous research on the technical parameters of the EVDP, a dedicated design method is necessary for further reducing the cost of using the EVDP and exploring its performance potential. Here, a simulation based EVDP preliminary design method is selected for designing a 37 kW EVDP. Firstly, a previously proposed multidisciplinary model of the EVDP is extended by improving the parameter generation, including the EVDP life, reliability, control models, etc. Secondly, the proposed model is partially verified using a downsized prototype. Thirdly, the EVDP is simulated at a system level, supported by the proposed model. The EVDP performance is evaluated according to the specified design requirements. The temperature, bandwidth and accuracy, reliability and lifetime, etc., are all predicted for the EVDP. The simulation results demonstrate the EVDP's applicability in variable-displacement EHA. The proposed modeling and simulation method can be used to evaluate diverse EVDP performance and respond to general design requirements. The method can also support the resolution of the preliminary design challenges in terms of limited information and robustness. Therefore, the proposed method is appropriate for the realization of the simulation-based EVDP preliminary design method.

A simulation model specifically supporting the preliminary design of an electro-variable displacement pump (EVDP) is developed and partially verified by experiments. The control performance, life, reliability, etc., can all be evaluated using the proposed model, which covers the main performance requirements under the EVDP preliminary design task.

電気可変容量ポンプの予備設計のためのモデリングとシミュレーション手法

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The ...

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.

パフォーマンス テスト用 FR 4 銅クラッド電極に伝導マイクロ ポンプ

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

The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more viscous than traditional aqueous injections and may be semi-solid, therefore, their injectability cannot be assumed. This protocol describes a method to objectively assess the injectability of these materials using a standard mechanical tester. The syringe plunger is compressed by the crosshead at a set rate, and the force is measured. The maximum or plateau force value can then be used for comparison between samples, or to an absolute force limit. This protocol can be used with any material, and any syringe and needle size or geometry. The results obtained may be used to make decisions about formulations, syringe and needle sizes early in the translational process. Further, the effects of altering formulations on injectability may be quantified, and the optimum time to inject temporally changing materials determined. This method is also suitable as a reproducible way to examine the effects of injection on a material, to study phenomena such as self-healing and filter pressing or study the effects of injection on cells. This protocol is faster and more directly applicable to injectability than rotational rheology, and requires minimal post processing to obtain key values for direct comparisons.

Presented here is a protocol for quantitatively evaluating the injectability of a material through a syringe-needle system using a standard mechanical testing rig.

機械的試験による注入性の定量化

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more ...

Pneumococcus Infection of Primary Human Endothelial Cells in Constant Flow

Interaction of Streptococcus pneumoniae with the surface of endothelial cells is mediated in blood flow via mechanosensitive proteins such as the Von Willebrand Factor (VWF). This glycoprotein changes its molecular conformation in response to shear stress, thereby exposing binding sites for a broad spectrum of host-ligand interactions. In general, culturing of primary endothelial cells under a defined shear flow is known to promote the specific cellular differentiation and the formation of a stable and tightly linked endothelial layer resembling the physiology of the inner lining of a blood vessel. Thus, the functional analysis of interactions between bacterial pathogens and the host vasculature involving mechanosensitive proteins requires the establishment of pump systems that can simulate the physiological flow forces known to affect the surface of vascular cells.
The microfluidic device used in this study enables a continuous and pulseless recirculation of fluids with a defined flow rate. The computer-controlled air-pressure pump system applies a defined shear stress on endothelial cell surfaces by generating a continuous, unidirectional, and controlled medium flow. Morphological changes of the cells and bacterial attachment can be microscopically monitored and quantified in the flow by using special channel slides that are designed for microscopic visualization. In contrast to static cell culture infection, which in general requires a sample fixation prior to immune labeling and microscopic analyses, the microfluidic slides enable both the fluorescence-based detection of proteins, bacteria, and cellular components after sample fixation; serial immunofluorescence staining; and direct fluorescence-based detection in real time. In combination with fluorescent bacteria and specific fluorescence-labeled antibodies, this infection procedure provides an efficient multiple component visualization system for a huge spectrum of scientific applications related to vascular processes.

This study describes the microscopic monitoring of pneumococcus adherence to von Willebrand factor strings produced on the surface of differentiated human primary endothelial cells under shear stress in defined flow conditions. This protocol can be extended to detailed visualization of specific cell structures and quantification of bacteria by applying differential immunostaining procedures.

一定の流れの原発性ヒト内皮細胞の肺炎球菌感染

Interaction of Streptococcus pneumoniae with the surface of endothelial cells is mediated in blood flow via mechanosensitive proteins such as the Von ...

免疫・感染学

Construction of a Human Aorta Smooth Muscle Cell Organ-On-A-Chip Model for Recapitulating Biomechanical Strain in the Aortic Wall

Conventional two-dimensional cell culture techniques and animal models have been used in the study of human thoracic aortic aneurysm and dissection (TAAD). However, human TAAD sometimes cannot be characterized by animal models. There is an apparent species gap between clinical human studies and animal experiments that may hinder the discovery of therapeutic drugs. In contrast, the conventional cell culture model is unable to simulate in vivo biomechanical stimuli. To this end, microfabrication and microfluidic techniques have developed greatly in recent years, providing novel techniques for establishing organoids-on-a-chip models that replicate the biomechanical microenvironment. In this study, a human aorta smooth muscle cell organ-on-a-chip (HASMC-OOC) model was developed to simulate the pathophysiological parameters of aortic biomechanics, including the amplitude and frequency of cyclic strain experienced by human aortic smooth muscle cells (HASMCs) that play a vital role in TAAD. In this model, the morphology of HASMCs became elongated in shape, aligned perpendicularly to the strain direction, and presented a more contractile phenotype under strain conditions than under static conventional conditions. This was consistent with the cell orientation and phenotype in native human aortic walls. Additionally, using bicuspid aortic valve-related TAAD (BAV-TAAD) and tricuspid aortic valve-related TAAD (TAV-TAAD) patient-derived primary HASMCs, we established BAV-TAAD and TAV-TAAD disease models, which replicate HASMC characteristics in TAAD. The HASMC-OOC model provides a novel in vitro platform that is complementary to animal models for further exploring the pathogenesis of TAAD and discovering therapeutic targets.

Here, we developed a human aorta smooth muscle cell organ-on-a-chip model to replicate the in vivo biomechanical strain of smooth muscle cells in the human aortic wall.

大動脈壁における生体力学的ひずみを再現するためのヒト大動脈平滑筋細胞器官チップモデルの構築

Conventional two-dimensional cell culture techniques and animal models have been used in the study of human thoracic aortic aneurysm and dissection ...

シングル利用と標準ポンプに機械的応力を予測するために費用対効果と信頼性の高い方法

要約

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トライリーフレットポリマーバルブの相対的な流体力学的評価のためのプロトコル

ソフトバイオマテリアルの高ひずみ速度機械的応答を評価するための結合実験、有限要素モデリング手法

血管細胞リモデリングの研究への応用生理学的および病理学的血流のインビトロモデル

フローとストレッチの下でバイオ材料の炎症と再生能力を評価するマルチキューバイオリアクター

電気油圧アクチュエータにおける単軸同軸モータポンプアセンブリのモデリングと実験解析

電気可変容量ポンプの予備設計のためのモデリングとシミュレーション手法

パフォーマンステスト用 FR 4 銅クラッド電極に伝導マイクロポンプ

機械的試験による注入性の定量化

一定の流れの原発性ヒト内皮細胞の肺炎球菌感染

大動脈壁における生体力学的ひずみを再現するためのヒト大動脈平滑筋細胞器官チップモデルの構築

シングル利用と標準ポンプに機械的応力を予測するために費用対効果と信頼性の高い方法

要約

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トライリーフレットポリマーバルブの相対的な流体力学的評価のためのプロトコル

ソフトバイオマテリアルの高ひずみ速度機械的応答を評価するための結合実験、有限要素モデリング手法

血管細胞リモデリングの研究への応用生理学的および病理学的血流のインビトロモデル

フローとストレッチの下でバイオ材料の炎症と再生能力を評価するマルチキューバイオリアクター

電気油圧アクチュエータにおける単軸同軸モータポンプアセンブリのモデリングと実験解析

電気可変容量ポンプの予備設計のためのモデリングとシミュレーション手法

パフォーマンス テスト用 FR 4 銅クラッド電極に伝導マイクロ ポンプ

機械的試験による注入性の定量化

一定の流れの原発性ヒト内皮細胞の肺炎球菌感染

大動脈壁における生体力学的ひずみを再現するためのヒト大動脈平滑筋細胞器官チップモデルの構築

パフォーマンステスト用 FR 4 銅クラッド電極に伝導マイクロポンプ