20xx年醫(yī)學(xué)專題—基于微流控的細(xì)胞操縱技術(shù)(編輯修改稿)
2024-11-19 04:29 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流體粘度受多方面因素的影響。流體在不同截面形狀的微管道中流動(dòng)時(shí)，粘度各不相同，而且粘度與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)。目前尚不能用量化方式準(zhǔn)確表達(dá)粘度與各種因素的關(guān)系，但由于粘度成為管道尺寸、截面形狀、溫度、壓強(qiáng)等的函數(shù)，在NS方程中，不能把粘度認(rèn)為是常量，用NS方程來(lái)解釋微流體特性需要嚴(yán)格限制其應(yīng)用條件。 表面粗糙度表面粗糙度是影響微流體流動(dòng)的又一重要因素，宏觀流體中管道側(cè)壁的粗糙度對(duì)流動(dòng)特性影響甚小，起主要影響作用的是流體中的分子間作用力，有為了簡(jiǎn)化分析模型，甚至可以將粗糙度對(duì)流體的作用忽略不計(jì)。但是，對(duì)于微觀流體而言，由于尺寸的減小，不平整的側(cè)壁會(huì)對(duì)流體間分子相互作用產(chǎn)生影響進(jìn)而對(duì)流動(dòng)效果造成影響。因此，對(duì)于微觀流體要考慮管壁粗糙度對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響，隨著微流動(dòng)的流體分子與管壁面的作用力增大，這一因素成為影響微流體、流動(dòng)性質(zhì)的主導(dǎo)參數(shù)。 邊界層滑移在流體動(dòng)力學(xué)中，由于滿足管壁的無(wú)滑移邊界條件，通常認(rèn)為運(yùn)動(dòng)在管道中的流體的速度分布是沿著管道的巾心軸方向依次增加的。微觀尺度不同于宏觀流體情況，側(cè)壁邊界會(huì)對(duì)微流體產(chǎn)生顯著影響。在微觀范圍內(nèi)，固體的邊界無(wú)滑移條件應(yīng)分情況討論：1nm~1μm的尺寸之間，靜電力起主導(dǎo)作用；1μm~1mm的尺寸之間，流體與側(cè)壁的相互影響和擠壓而造成的沿程損失起主導(dǎo)作用。 微流控技術(shù)在細(xì)胞操縱領(lǐng)域的應(yīng)用 基于介電泳的細(xì)胞操縱微流控技術(shù)介電泳(DEP)，也稱雙向電泳，是介電常數(shù)較低的物體在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中受力的現(xiàn)象。介電力大小與物體是否帶電無(wú)關(guān)，與物體的大小、電學(xué)性質(zhì)、周圍介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)，以及外加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)、場(chǎng)強(qiáng)變化率、頻率有關(guān)。由于介電泳成本低，科學(xué)上正在研究用介電泳來(lái)操作細(xì)胞、DNA、蛋白質(zhì)等，以此來(lái)取代光探針(optical tweezer)或磁探針(magnetic tweezer)。該方法非常適用于具有明顯臨界頻率特征的兩種類型生物粒子分離，即在臨界頻率下，一種類型的粒子受到正的介電泳力，粒子向電極方向移動(dòng)；另一種類型的粒子受負(fù)的介電泳力，粒子向遠(yuǎn)離電極的方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)生物粒子的分離。DEP的優(yōu)點(diǎn)是易與流體系統(tǒng)結(jié)合、不須標(biāo)定、對(duì)少見(jiàn)的細(xì)胞有高選擇性。但傳統(tǒng)的DEP分離系統(tǒng)的步驟操作是非連續(xù)的，且受限于DEP作用范圍小，主要應(yīng)用在流場(chǎng)中偏移細(xì)胞，往往限制了其操作效率及需要復(fù)雜的流體裝置，且目標(biāo)細(xì)胞因DEP力作用容易困在電極上，不易將其釋放，進(jìn)而造成了目標(biāo)細(xì)胞長(zhǎng)期暴露在高電場(chǎng)的作用之下。為改進(jìn)傳統(tǒng)DEP細(xì)胞分離的缺點(diǎn)，許多研究以交替的流體系統(tǒng)、鞘流、改變電極形狀、柱狀數(shù)組與三維分布的電極為基礎(chǔ)，發(fā)展了連續(xù)的細(xì)胞分離裝置，雖然目標(biāo)細(xì)胞的釋放問(wèn)題因此有所改善，但仍需復(fù)雜的流體裝置，也限制了其分離的產(chǎn)率。 使用免疫磁珠進(jìn)行細(xì)胞操縱的微流控技術(shù)免疫磁珠細(xì)胞分選方法可以在幾分鐘內(nèi)從
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