红细胞与流通道分离

2014年1月3日

在进行某些血液样本分析之前,研究人员需要将红细胞颗粒与血浆分开。使用实验室芯片(LOC)技术,可以通过磁极(即,由磁场引起的运动)。由于颗粒的磁渗透性与血浆不同,因此可以在LOC设备的流动通道内控制其轨迹,然后从流体中分离出来。

血浆和红细胞

全血由红细胞和白色血细胞以及悬浮在称为液体中的血小板组成血浆。根据美国红十字会的说法血浆是92%的水,占血量的55%。血浆的渗透性等于1。

红细胞比血浆略低于血浆 -大约45%的全血。您可能已经知道,这些类型的血细胞含有血红蛋白,进而由铁组成,该铁有助于在整个体内运输氧气。红细胞的渗透性略小于1(1 - 3.9E-6)。或用文字说,红细胞颗粒是磁性

红细胞通过LOC中的磁极分离

实验室芯片设备(LOCS)非常小(图片中毫米厘米范围的区域)微流体设备,该设备由流量通道组成,这些设备在单个芯片上执行一个或多个实验室功能。LOC经常用于医学和研究中用于分析血液样本,由于样品污染的风险降低,收集和研究很小的样品的能力使得可能成为可能。

由于其上述磁性特性,红细胞可以使用磁性方法与血浆分离。如果我们将LOC通道施加磁性力,我们可以控制红细胞和血浆在通道内的位置。换句话说,由于红细胞具有不同的渗透性,因此可以将它们与流通道分开。

假设我们有一个包含血浆的LOC(在这种情况下,这被认为是背景流体)和红细胞颗粒,该通道分成三个分支或出口(请参见下图)。背景流体的阻力将颗粒沿流通道向前推动。现在,假设我们在通道的每一侧都有一个永久磁铁,因此:

片实验室片,带有两个霓虹灯永久磁铁和一个流通道。
LOC:两个新的永久磁铁和一个带有三个出口和一系列软铁斑块的流道。

磁铁的磁寄电力将向内推动血细胞颗粒。结合在一起,阻力和磁遗传力将同时将颗粒推向中心并通过主通道,绕过两个通道分支。同时,渗透率为1的血浆不受磁场的影响,而只是沿阻力力的方向沿着磁场进行行驶。最终导致血浆的三分之一流经每个通道,而所有红细胞都集中在中心通道中,为我们提供了足够高的浓度来研究。

我的同事约翰·邓克(John Dunec)创建了一个多物理模拟,以说明这一概念:
红细胞通过磁性分离。
红细胞分离:LOC设备,放大流通道。红细胞颗粒在中心通道中传播。

上述仿真是使用ComsolMultiphysics®软件以及AC/DC,微流体和粒子188金宝搏优惠跟踪模块创建的。

编者注:以下部分已于2016年9月6日添加到本博客文章中,以包括相关的仿真研究。

使用LOC设备接近无创产前诊断

使用类似的方法来接近无创产前诊断(NIPD),都灵大学的一组研究人员和Heriot-watt University设计了一种LOC装置,以将胎儿细胞与母亲的血液分开。由于胎儿成核的红细胞具有与成人红细胞相同的磁性特性,因此这两种细胞可以与其余细胞分离。然后,第二个分离可以区分成核和无核细胞。

模拟LOC设备中的流体速度。
LOC设备的流体速度场(垂直)(y- 组件)方向。Giuseppe Schiavone,Deirdre M. Kavanagh和Marc P.Y Desmulliez的图像,并在他们的许可下获得188金宝搏优惠comsol会议演讲

为了验证他们的设计,研究人员使用COMSOL多物理学来创建LOC设备的模型。188金宝搏优惠通过模拟磁场分布和流体速度场,它们能够正确尺寸,以进行有效且可靠的细胞分离。然后,团队使用粒子跟踪来计算注射到微电位中的细胞的运动。这使他们能够确定所需的单元间分离长度,然后确定其LOC设备的长度。

阅读有关模拟实验室芯片设备的更多信息


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