零质量射流作用下红细胞在微管道中变形的数值模拟
Numerical simulation of red blood cells deformation in microchannel under zero-net-mass-flux jet作者机构：上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海200072
出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)
年 卷 期：2020年第69卷第23期
页 面：181-189页
核心收录：
学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 071009[理学-细胞生物学] 09[农学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 070102[理学-计算数学] 0901[农学-作物学] 0704[理学-天文学] 0701[理学-数学] 090102[农学-作物遗传育种]
基 金：国家自然科学基金(批准号:11772183 11832017)资助的课题
摘 要：因为在生物安全性和导入效率等方面的优势,基于力学方法实现基因导入日益得到学术界的重视.本文提出了一种基于零质量射流,对微管道中运动的细胞施加流体作用力,引起其发生变形,进而促使细胞膜上力敏通道开启的方法,并通过数值模拟进行了理论验证.本文采用浸没有限元法,对红细胞在微管道内运动过程中受到零质量射流作用的变形情况进行数值模拟,探讨了如何高效地实现小分子物质导入细胞.数值模拟的重要参数有微管道内压力梯度Δp,零质量射流的振幅Am和频率f.经过对流场特征和红细胞受力情况的分析,发现当细胞某处表面张力T0大于临界表面张力τc时,细胞表面力敏通道打开,并得到每一时刻细胞力敏通道打开的百分比Popen.本文定义了通道开启积分I,以衡量在不同的流动参数情况下,细胞膜力敏通道的开启程度,进而探讨了压力梯度和射流振动频率、振幅对I值的影响,以寻找优化的工艺参数.该方法具有微制造工艺简单易行,在保证高通量导入的同时,便于对所施加的流体作用力进行精确控制的特点,这使得蛋白质、基因等物质实现跨膜输运,进入细胞并发生重编程成为可能.
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