Cellsorter高速自動細(xì)胞分選-模擬靠近微量移液器的流場流動

Cellsorter高速自動細(xì)胞分選

-模擬靠近微量移液器的流場流動

我們構(gòu)建了一個模型來模擬靠近微量移液器的流動。輸入?yún)?shù)是應(yīng)用于活細(xì)胞分選和微珠置換實(shí)驗(yàn)的幾何形狀和真空值。數(shù)值模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測得的流速和流場速度均一致。為了估計(jì)作用在微量移液器下方單個細(xì)胞上的力，以及距離該細(xì)胞更遠(yuǎn)的細(xì)胞，我們計(jì)算了培養(yǎng)皿底部的壓力，該壓力是距微量移液器軸的徑向距離的函數(shù)。我們在微量移液器的邊緣和中間區(qū)域的平臺處發(fā)現(xiàn)壓力急劇下降，這說明了細(xì)胞精確定位在微量移液器下方的情況下的高拾取效率以及與微型移液器直徑相當(dāng)?shù)姆诌x分辨率。計(jì)算在微量移液器下作用于直徑為20 um的典型細(xì)胞上的推力為[-4,000；-12,000] Pa在對應(yīng)于實(shí)驗(yàn)控制值[ -4,700; -12,900] Pa和細(xì)胞表面。

– 3.8 mN比單個細(xì)胞的典型粘附力高一個數(shù)量級，從而 確保了高比例的細(xì)胞被拾取。我們還計(jì)算了剪切應(yīng)力，該剪切應(yīng)力在微量移液器邊緣下方的表面上顯示出較高的值。類似于壓力，剪切應(yīng)力的急劇下降加強(qiáng)了微量移液器范圍之外的細(xì)胞幾乎不受流動的影響。能量耗散率（EDR）是流體的破壞性影響的指標(biāo) ，單元格上的運(yùn)動是通過模擬計(jì)算的。實(shí)驗(yàn)測得的細(xì)胞存活率的真空依賴性與EDR值相關(guān)。我們還探討了可能損壞細(xì)胞的流場區(qū)域。微量移液器中間區(qū)域的細(xì)胞暴露于與正常FACS相當(dāng)?shù)腅DR值，落入107W / m3的范圍。盡管較高的真空度會增加EDR，但這種效果并不比EDR的空間變化重要。模擬表明，粘附在微量移液器邊緣下方表面或非常接近微量移液器邊緣的細(xì)胞可能會被高EDR破壞。

有限元軟件包COMSOL使用固定層流不可壓縮的Navier-Stokes求解器進(jìn)行了數(shù)值模擬，該求解器具有在活細(xì)胞分選和珠粒置換實(shí)驗(yàn)中使用的幾何形狀和真空值 。假定計(jì)算域具有圓柱對稱性，其軸向尺寸為200um，徑向尺寸為600um。內(nèi)半徑為31.5或34.5um的微量移液器與對稱軸共軸放置。位于表面上方的微量移液器的壁厚為5um。