本文關(guān)鍵詞：細(xì)胞夾流分離法的數(shù)值模擬

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【摘要】：細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位，細(xì)胞的研究一直是生物學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。細(xì)胞分離是細(xì)胞研究中必不可少的一環(huán)，其是后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)以及相關(guān)疾病診斷的先決條件。近年來(lái)，微流控芯片的出現(xiàn)給細(xì)胞分離的操作帶來(lái)了極大的便利，因此出現(xiàn)了各種在微流控芯片上分離細(xì)胞的方法。夾流分離法自提出之后，以其操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注與研究。 本文采用了浸入邊界-格子Boltzmann方法對(duì)細(xì)胞夾流分離進(jìn)行了數(shù)值模擬，采用格子Boltzmann方法構(gòu)建流場(chǎng)，并用浸入邊界法模擬細(xì)胞與流體的相互作用。 本文先對(duì)所采用的模型進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證主要基于三方面內(nèi)容：(1)頂蓋驅(qū)動(dòng)方腔流驗(yàn)證；(2)二維Poiseuille流驗(yàn)證；(3)圓柱繞流驗(yàn)證。通過(guò)與前人研究結(jié)果比較，可以得出本課題所采用模型可以很好地模擬流體的流動(dòng)。 隨后本文對(duì)細(xì)胞在不同條件下的的分離情況進(jìn)行了模擬，本文分別模擬了細(xì)胞在不同夾流區(qū)寬度、不同流量比以及不同細(xì)胞特性的分離效果，并對(duì)細(xì)胞“綁定”的現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)研究。 通過(guò)模擬得出結(jié)論如下： (1)夾流區(qū)寬度對(duì)細(xì)胞夾流分離的影響很大，在一定范圍內(nèi)，減小夾流區(qū)寬度可以有效改善分離效果。 (2)稀釋溶液的流量必須大于樣品溶液的流量才能使大小兩種細(xì)胞完全分離，在一定范圍內(nèi)，相對(duì)增大稀釋溶液的流量可以改善分離效果，但是稀釋溶液流量增大到一定的程度時(shí)，對(duì)分離效果的改善就不起作用了。 (3)經(jīng)驗(yàn)公式可對(duì)細(xì)胞流出位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是細(xì)胞過(guò)于柔軟時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式就不再適用了。 (4)細(xì)胞間距過(guò)小時(shí)會(huì)發(fā)生細(xì)胞“綁定”現(xiàn)象，而且兩種細(xì)胞的相對(duì)位置會(huì)影響細(xì)胞的分離，隨著細(xì)胞間距的增大，小細(xì)胞位于大細(xì)胞前、后、左位置時(shí)，最終達(dá)到相似的分離效果，但小細(xì)胞為大細(xì)胞右側(cè)時(shí)，最后的分離效果比其他三種都好。
【關(guān)鍵詞】：浸入邊界法 格子Boltzmann方法 夾流分離 細(xì)胞分離
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R329.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 研究目的及意義10
• 1.2 基于微流控芯片的細(xì)胞分離方法的發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 主動(dòng)分離法10-13
• 1.2.2 被動(dòng)分離法13-16
• 1.3 基于微流控芯片的夾流分離法的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 夾流分離法的原理16-17
• 1.3.2 夾流分離法的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.3 夾流分離法與其它分離方法對(duì)比19-20
• 1.4 本文的主要工作20-21
• 第2章 計(jì)算方法與模型21-35
• 2.1 格子 Boltzmann 方法21-31
• 2.1.1 格子 Boltzmann 的發(fā)展歷史21-24
• 2.1.2 格子 Boltzmann 方法 BGK 模型24-25
• 2.1.3 格子 Boltzmann 方法的邊界處理格式25-29
• 2.1.4 格子 Boltzmann 方法的單位轉(zhuǎn)換問(wèn)題29-31
• 2.2 浸入邊界法31-35
• 第3章 IB-LBM 方法驗(yàn)證35-46
• 3.1 頂蓋驅(qū)動(dòng)方腔流驗(yàn)證35-39
• 3.1.1 頂蓋驅(qū)動(dòng)方腔流物理模型35-36
• 3.1.2 頂蓋驅(qū)動(dòng)方腔流模擬結(jié)果36-39
• 3.2 Poiseuille 流驗(yàn)證39-42
• 3.2.1 二維 Poiseuille 流計(jì)算模型39-41
• 3.2.2 二維 Poiseuille 流實(shí)際物理參數(shù)與 LBM 參數(shù)轉(zhuǎn)換41
• 3.2.3 二維 Poiseuille 流計(jì)算結(jié)果41-42
• 3.3 圓柱繞流驗(yàn)證42-45
• 3.3.1 物理模型43-44
• 3.3.2 圓柱繞流計(jì)算結(jié)果44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 基于夾流法的細(xì)胞分離的數(shù)值模擬46-61
• 4.1 芯片設(shè)計(jì)46-47
• 4.2 方法驗(yàn)證47
• 4.3 不同夾流區(qū)寬度47-49
• 4.4 不同流量比49-51
• 4.5 不同細(xì)胞膜特性51-52
• 4.6 綁定現(xiàn)象52-54
• 4.7 芯片多分支通道改進(jìn)54-60
• 4.7.0 芯片設(shè)計(jì)54-55
• 4.7.1 出口流量比對(duì)于流出位置的影響55-59
• 4.7.2 特定流出比下不同大小細(xì)胞的分離59-60
• 4.8 本章小結(jié)60-61
• 第5章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 總結(jié)61
• 5.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單69-70
• 致謝70

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本文編號(hào)：957494