【摘要】：循環(huán)腫瘤細胞(Circulating tumor cells,CTCs)是指脫落自原發(fā)腫瘤,并且最后進入人體外周血液循環(huán)的癌細胞。循環(huán)腫瘤細胞在人體內(nèi)的濃度極低,為了得到足夠多的循環(huán)腫瘤細胞以用于研究其在癌癥發(fā)展過程中所扮演的角色,需要一種能夠有效地從人體內(nèi)分離出極低濃度的循環(huán)腫瘤細胞的方法�；诩毎叽绾妥冃文芰Φ姆诌x方法是一種非特異性方法,分選過程比基于特異性抗體的捕獲方式對細胞的損傷更小。該方法利用循環(huán)腫瘤細胞比普通血細胞尺寸和剛度更大的物理特性,對循環(huán)腫瘤細胞進行過濾捕獲。以這種方法為基礎(chǔ)的過濾器件搭建方便、操作簡單、通量高、成本低,所以在循環(huán)腫瘤細胞分選方面應(yīng)用比較廣泛。由于在過濾過程中,細胞受到的剪切力可能會影響細胞的活性,不利于后續(xù)的研究,所以對分選過程進行模擬仿真是十分必要的。在本論文中,我們采用的是流體體積(Volume offluid,VOF)多相流模型來模擬循環(huán)腫瘤細胞的分選過濾過程,并且對過濾薄膜的設(shè)計進行優(yōu)化。另外,為了便于對循環(huán)腫瘤細胞進行后續(xù)的研究分析,過濾過程對循環(huán)腫瘤細胞的損傷應(yīng)該盡可能的小。盡管之前的一些文獻已經(jīng)報道過對細胞過濾過程進行仿真的一些結(jié)果,但是這些結(jié)果主要集中在過濾膜的幾何結(jié)構(gòu)對薄膜兩側(cè)壓降以及細胞通過時間的影響。就我們所知,由于細胞的損傷一般是利用離體培養(yǎng)并觀察其存活率來進行表征的,細胞過濾過程對細胞損傷的影響目前仍然沒有被仿真分析研究過。本文中我們提出了以細胞膜表面應(yīng)變?yōu)橐罁?jù)的細胞損傷表征方法,對循環(huán)腫瘤細胞分選過濾過程進行了深入的仿真研究。一般地,細胞在過濾過程中受到的傷害主要來自細胞膜的物理損傷。之前文獻曾經(jīng)報導(dǎo)過,在低應(yīng)變速率的動態(tài)過程中,大約5%～6%的細胞膜表面積應(yīng)變就會導(dǎo)致磷脂雙分子層的裂解。由此可見,細胞膜的面應(yīng)變可以作為衡量細胞損傷的一個指標,細胞膜的面積應(yīng)變越大,受到的損傷越大。在本文的仿真中,5.5%的平均面應(yīng)變被選為臨界應(yīng)變,如果細胞在過濾過程中面應(yīng)變超過了 5.5%,我們就認為細胞受到了較大的傷害。在這個細胞損傷衡量準則的指導(dǎo)下,我們研究了過濾孔幾何形狀、過濾膜厚度和過濾通量等參數(shù)對動態(tài)過濾過程中細胞損傷的影響。最終,我們確定了 一系列的最優(yōu)化參數(shù)。例如,最優(yōu)化的過濾膜圖形化形狀被確定為矩形、最優(yōu)化薄膜厚度為0.5μ最優(yōu)化的流量為0.375mm/s等。并且,我們還制備出了循環(huán)腫瘤細胞過濾膜,通過實驗對仿真的結(jié)果進行了驗證。這些仿真結(jié)果可以指導(dǎo)具有高通量、.低細胞損傷的下一代循環(huán)腫瘤細胞過濾器件的設(shè)計與制備。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH789

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本文編號：2598660