用于細(xì)胞生物學(xué)研究的Y型微流控剪切裝置：剪切流對(duì)生化信號(hào)傳輸?shù)挠绊?pdf

1、細(xì)胞微環(huán)境中除了微流體流動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)變化的剪應(yīng)力外，還包含多種濃度隨時(shí)間變化的生化因子，即動(dòng)態(tài)生化信號(hào)，這些動(dòng)態(tài)生物力學(xué)和生化信號(hào)對(duì)細(xì)胞功能和細(xì)胞行為起重要的調(diào)控作用。近年來,微流控芯片技術(shù)成為離體構(gòu)建細(xì)胞微環(huán)境用以研究細(xì)胞與微環(huán)境相互作用的重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)。但現(xiàn)有的大多數(shù)研究將細(xì)胞暴露于恒定濃度的生化環(huán)境中，僅能為細(xì)胞加載單一的生物力學(xué)或生化信號(hào)，并且忽略了微通道傳輸特性對(duì)動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀瑢?dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)對(duì)離體細(xì)胞生物力學(xué)或生化動(dòng)

2、態(tài)微環(huán)境的精確控制。
　　基于流體力學(xué)和微流控芯片技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了一種流量法控制兩種動(dòng)態(tài)生化信號(hào)快速切換刺激的Y型微流控剪切裝置。該裝置能對(duì)離體培養(yǎng)的細(xì)胞精確加載剪應(yīng)力和不同動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的組合切換刺激用于細(xì)胞生物學(xué)分析。將Y型微流控剪切裝置的混合通道看作信號(hào)傳輸系統(tǒng)，考慮微通道內(nèi)定常流和單向振蕩流流速分布、Taylor-Aris彌散、分子橫向擴(kuò)散、通道尺寸等因素的影響，系統(tǒng)分析了混合微通道的傳輸特性和動(dòng)態(tài)生化信號(hào)在混合微通道內(nèi)的傳

3、輸規(guī)律。
　　在定常流情況下，利用分離變量法求解混合微通道內(nèi)動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸?shù)腡aylor-Aris彌散控制方程，得到了混合微通道信號(hào)系統(tǒng)傳遞函數(shù)和截止頻率的解析表達(dá)式。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明混合微通道信號(hào)系統(tǒng)具有低通濾波特性，其截止頻率是由微通道高度日、流體動(dòng)力粘度μ、分子擴(kuò)散系數(shù)D、傳輸距離z和剪應(yīng)力τw決定的函數(shù)。
　　在單向振蕩流情況下，用數(shù)值仿真方法分析了振蕩流頻率、振蕩流幅度、平均流量和傳輸距離對(duì)微通道內(nèi)動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳