A New Designed Two-Dimensional Bifurcation Parallel-Plate Flow Chamber

解决平行平板流槽每次实验只能观测壁面培养细胞受一种剪应力作用的问题。作者在平行平板流槽的基础上,首次提出了一种改进后的流槽--二维平板分叉流槽。通过数值模拟,给出了流体作定常流动时,流速和壁面剪应力的分布。结果发现,利用这种二维平板分叉流槽可以研究壁面培养的细胞在不同大小剪应力作用下的力学行为。该研究结果为流槽的合理设计和使用,并分析剪应力空间分布对内皮细胞的影响有重要实际意义。

Study of Interaction Force between Antigen and Antibody Using Flow Chamber Method

A parallel plate flow chamber was used to study the interaction force between human IgG (immobilized on a chip surface as ligand) and goat anti-human IgG (immobilized on microspheres surface as receptor). First, it was demonstrated that the binding force between the microspheres and the chip surface came from the bio-specific interaction between the antigen and the antibody. Secondly, it was obtained that the critical shear rate to detach microspheres from the chip surface increases with the ligand surface concentration. Finally, two models to estimate the antigen-antibody bond strength considering bonds' positions were proposed and analyzed.

一种新的二维平板分叉流槽的设计

目的 解决平行平板流槽每次实验只能观测壁面培养细胞受一种剪应力作用的问题。方法 作者在平行平板流槽的基础上，首次提出了一种改进后的流槽-二维平板分叉流槽。通过数值模拟，给出了流体作定常流动时，流速和壁面剪应力的分布。结果 结果发现，利用这种二维平板分流槽可以研究壁面培养的细胞在不同大小剪应力作用下的力学行为。结论 该研究结果为流槽的合理设计和使用，并分析剪应力空间分布对内皮细胞的影响有重要实际意义。

Étude de la mécanotransduction dans la scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA)

À ce jour, la scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est la déformation rachidienne la plus commune parmi les enfants. Il est bien connu dans le domaine de recherche sur la SIA que les forces mécaniques, en particulier les forces biomécaniques internes dans le système musculosquelettique, pourraient jouer un rôle majeur dans l’initiation et le développement de la maladie. Cependant, les connaissances sur la transformation des forces et des stimulations mécaniques en activité biochimique sont peu abondantes. Cet axe de recherche est très prometteur et peut nous fournir de nouvelles idées dans le dépistage et le traitement de la SIA. Dans le cadre de cette étude, nous visons à caractériser la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA en employant des techniques novatrices aux niveaux in vivo et in vitro. Antérieurement dans notre laboratoire, nous avons démontré que les niveaux d’Ostéopontine (OPN) plasmatique chez l’humain corrèlent avec la progression et la sévérité de la maladie, et que ces changements sont observables avant le début de la scoliose. En plus, selon la littérature, l’OPN est une molécule sensible à la force mécanique, dont l’expression augmente en réponse dans de nombreux types de cellules chez plusieurs espèces. Toutefois, il n’existe aucune preuve que ce résultat soit valide in vivo chez l’humain. L’hétérogénéité physique et biochimique de la SIA pose un gros défi aux chercheurs. Souvent, il est très difficile de trouver des résultats ayant une grande applicabilité. Les études portant sur les facteurs biomécaniques ne font pas exception à cette tendance. En dépit de tout cela, nous croyons qu’une approche basée sur l’observation des contraintes de cisaillement présentes dans le système musculosquelettique pourrait aider à surmonter ces difficultés. Les contraintes de cisaillement physiologique sont générées par des courants de fluide en mouvement à l’intérieur des os. Aussi, elles sont omniprésentes et universelles chez l’humain, peu importe l’âge, le sexe, la condition physique, etc., ce qui veut dire que l’étudier pourrait fort bien avancer nos connaissances en formant une base fondamentale avec laquelle on pourra mieux comprendre les différences quant à la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA par rapport aux sujets sains. Pour ce projet, donc, nous proposons l’hypothèse que les sujets atteints de la SIA se différencient par leurs réponses respectives à la force mécanique au niveau cellulaire (en termes de l’expression génique) ainsi qu’au niveau in vivo (en termes du marqueur OPN et son récepteur, sCD44). Afin de vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant l’aspect in vivo, nous avons recruté une cohorte de patients âgés de 9-17 ans, y compris i) des cas pré-chirurgicaux (angle de Cobb > 45°), ii) des cas modérément atteints (angle de Cobb 10-44°), iii) des témoins, et iv) des enfants asymptomatiques à risque de développer la scoliose (selon nos dépistages biochimiques et fonctionnels) d’âge et sexe appariés. Une pression pulsatile et dynamique avec une amplitude variant de 0-4 psi à 0.006 Hz a été appliquée à un des bras de chacun de nos sujets pour une durée de 90 minutes. Au tout début et à chaque intervalle de 30 minutes après l’initiation de la pression, un échantillon de sang a été prélevé, pour pouvoir surveiller les niveaux d’OPN et de sCD44 circulants chez les sujets. Nous avons découvert que le changement des niveaux d’OPN plasmatique, mais pas des niveaux de sCD44, corrélaient avec la sévérité de la difformité rachidienne chez les sujets, ceux ayant une courbe plus prononcée démontrant une ampleur de réponse moins élevée. Pour vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant la réponse mécanotransductive cellulaire, des ostéoblastes prélevées à 12 sujets ont été mis en culture pour utilisation avec notre appareil (le soi-disant « parallel plate flow chamber »), qui sert à fournir aux ostéoblastes le niveau de contraintes de cisaillement désiré, de manière contrôlée et prévisible. Les sujets étaient tous femelles, âgées de 11-17 ans ; les patients ayant déjà une scoliose possédaient une courbe diagnostiquée comme « double courbe majeure ». Une contrainte fluidique de cisaillement à 2 Pa, 0.5 Hz a été appliquée à chaque échantillon ostéoblastique pour une durée de 90 minutes. Les changements apportés à l’expression génique ont été mesurés et quantifiés par micropuce et qRT-PCR. En réponse à notre stimulation, nous avons trouvé qu’il n’y avait que quelques gènes étant soit différentiellement exprimés, soit inchangés statistiquement dans tous les groupes expérimentaux atteints, en exhibant simultanément la condition contraire chez les témoins. Ces résultats mettent en évidence la grande diversité de la réponse mécanotransductive chez les patients comparés aux contrôles, ainsi qu’entre les sous-groupes fonctionnels de la SIA. Globalement, cette œuvre pourrait contribuer au développement d’outils diagnostiques innovateurs pour identifier les enfants asymptomatiques à risque de développer une scoliose, et évaluer le risque de progression des patients en ayant une déjà. Aussi, dans les années à venir, les profils mécanotransductifs des patients pourraient s’avérer un facteur crucial à considérer cliniquement, particulièrement en concevant ou personnalisant des plans de traitements pour des personnes atteintes.

Functional and physical associations of beta1 integrins in the activation of human T lymphocytes

Adhesion involves interactions between cells or cells with extracellular matrix components and is a fundamental process for all multicellular organisms as well as many pathogenic microbes. Integrins are heterodimeric transmembrane proteins that function as adhesion molecules and transduce signals between the extracellular environment and the intracellular cytoskeletal machinery. β1 integrin subfamily is highly expressed on T lymphocytes and mediates cell spreading, adhesion and coactivation. T lymphocytes have an important role in the regulation and homeostasis of the immune system therefore, the goals of this study were to first to investigate β1 integrin interaction with fibronectin binding protein A (FnbpA), a surface protein expressed on gram-negative bacteria Staphylococcus aureus. Second, characterize the association and function of a non-integrin surface protein, CD98, with β1 integrins on T lymphocytes. ^ FnbpA binds to fibronectin (FN), also a ligand for α5β1 and α4β1 integrins on T lymphocytes. Since both bacterial proteins FnbpA and T cell integrins utilize FN, it was of interest to determine the effects FnbpA on T cell activation. Results demonstrated that recombinant FnbpA (rFnbpA) coimmobilized with OKT3 mediated T cell coactivation in a soluble FN-dependent manner. Integrin α5β1 was identified as the main integrin utilized by Staphylococcus aureus FnbpA from studies using soluble antibodies to inhibit T cell proliferation and parallel plate flow chamber assays. The mechanism of rFnbpA-mediated coactivation was one that used soluble FN as a bridge between rFnbpA and integrin α5β1 on the T lymphocyte. ^ Since integrins are utilized by T lymphocytes and bacterial proteins, it was of interest to identify proteins involved in integrin regulation. Anti-CD98 mAb 80A10 was identified and characterized from a screen to identify surface proteins involved in integrin signaling and functions. CD98 is a non-integrin protein that was sensitive to integrin inhibition in human T lymphocyte aggregation and activation, thus suggested that CD98 shared a common signaling pathway with integrins. These results led to the question of whether CD98 physically associates with β1 integrins. Fluorescence microscopy and biochemical analysis determined that CD98 is specifically associated with β1 integrin on human T lymphocytes and may be part of a larger multimolecular signaling complex. ^

Laminar counterflow parallel-plate heat exchangers: Exact and approximate solutions

Multilayered, counterflow, parallel-plate heat exchangers are analyzed numerically and theoretically. The analysis, carried out for constant property fluids, considers a hydrodynamically developed laminar flow and neglects longitudinal conduction both in the fluid and in the plates. The solution for the temperature field involves eigenfunction expansions that can be solved in terms of Whittaker functions using standard symbolic algebra packages, leading to analytical expressions that provide the eigenvalues numerically. It is seen that the approximate solution obtained by retaining the first two modes in the eigenfunction expansion provides an accurate representation for the temperature away from the entrance regions, specially for long heat exchangers, thereby enabling simplified expressions for the wall and bulk temperatures, local heat-transfer rate, overall heat-transfer coefficient, and outlet bulk temperatures. The agreement between the numerical and theoretical results suggests the possibility of using the analytical solutions presented herein as benchmark problems for computational heat-transfer codes.

Effect of blood flow patterns on localized platelet adhesion under physiologic flow conditions using two-dimensional and three-dimensional stent models: An experimental and computational approach

This dissertation presents dynamic flow experiments with fluorescently labeled platelets to allow for spatial observation of wall attachment in inter-strut spacings, to investigate their relationship to flow patterns. Human blood with fluorescently labeled platelets was circulated through an in vitro system that produced physiologic pulsatile flow in (1) a parallel plate blow chamber that contained two-dimensional (2D) stents that feature completely recirculating flow, partially recirculating flow, and completely reattached flow, and (2) a three-dimensional (3D) cylindrical tube that contained stents of various geometric designs. ^ Flow detachment and reattachment points exhibited very low platelet deposition. Platelet deposition was very low in the recirculation regions in the 3D stents unlike the 2D stents. Deposition distal to a strut was always high in 2D and 3D stents. Spirally recirculating regions were found in 3D unlike in 2D stents, where the deposition was higher than at well-separated regions of recirculation. ^

Parallel plate interferometer with a reflecting mirror for measuring angular displacement

A parallel plate interferometer with a reflecting mirror for measuring angular displacement is proposed. A deflection angle of a beam caused by an angular displacement is amplified by use of a reflecting mirror to increase the optical path difference (OPD) in the plane-parallel plate, which provides high sensitivity of the phase measurement. Detection of light transmitted through the plane-parallel plate with a position sensitive detector (PSD) enables high accurate measurement of the initial angle of incidence to the plane-parallel plate with insensitivity to stray light. The improved parallel plate interferometer achieves a measurement repeatability of 10(-8) rad. (C) 2007 The Optical Society of Japan.

Accuracy analysis of parallel plate interferometer for angular displacement measurement

The measurement accuracy of a parallel-plate interferometer for angular displacement measurement is analyzed. The measurement accuracy of angular displacement is not only related to the accuracy of phase extraction, but also related to initial incident angle, refraction index and thickness of plane-parallel plate as well as wavelength's stability of laser diode, etc. Theoretical analysis and computer simulation show that the measurement error of the angular displacement bears a minimum value when choosing an optimal initial incident angle in a large range. These analytical results serve as a guide in practical measurement. In this interferometer, reducing the refraction index or increasing the thickness of the parallel plate can improve the measurement accuracy; and the relative error of the phase measurement is 3.0 x 10(-4) corresponding to 1 degrees C temperature variation. Based on these theoretical and experimental results, the measurement accuracy of the parallel-plate interferometer is up to an order of 10(-8) rad. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1D-Leaky Wave Antenna Employing Parallel-Plate Waveguide Loaded With PRS and HIS

A new type of one-dimensional leaky-wave antenna (LWA) with independent control of the beam-pointing angle and beamwidth is presented. The antenna is based on a simple structure composed of a bulk parallel-plate waveguide (PPW) loaded with two printed circuit boards (PCBs), each one consisting of an array of printed dipoles. One PCB acts as a partially reflective surface (PRS), and the other grounded PCB behaves as a high impedance surface (HIS). It is shown that an independent control of the leaky-mode phase and leakage rate can be achieved by changing the lengths of the PRS and HIS dipoles, thus resulting in a flexible adjustment of the LWA pointing direction and directivity. The leaky-mode dispersion curves are obtained with a simple Transverse Equivalent Network (TEN), and they are validated with three-dimensional full-wave simulations. Experimental results on fabricated prototypes operating at 15 GHz are reported, demonstrating the versatile and independent control of the LWA performance by changing the PRS and HIS parameters.

Amplitude ratios and the approach to bulk criticality in parallel plate geometries

We present analytical and numerical results for the specific heat and susceptibility amplitude ratios in parallel plate geometries. The results are derived using field-theoretic techniques suitable to describe the system in the bulk limit, i.e., (L/ξ±)≫ 1, where L is the distance between the plates and ξ± is the correlation length above (+) and below (-) the bulk critical temperature. Advantages and drawbacks of our method are discussed in the light of other approaches previously reported in the literature.

Characterization of an extrapolation chamber for low-energy X-rays: Experimental and Monte Carlo preliminary results

The extrapolation chamber is a parallel-plate ionization chamber that allows variation of its air-cavity volume. In this work, an experimental study and MCNP-4C Monte Carlo code simulations of an ionization chamber designed and constructed at the Calibration Laboratory at IFEN to be used as a secondary dosimetry standard for low-energy X-rays are reported. The results obtained were within the international recommendations, and the simulations showed that the components of the extrapolation chamber may influence its response up to 11.0%. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.