用于細(xì)胞生物學(xué)研究的Y型微流控剪切裝置：剪切流對(duì)生化信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/H1>

發(fā)布時(shí)間：2017-08-02 08:20

  本文關(guān)鍵詞：用于細(xì)胞生物學(xué)研究的Y型微流控剪切裝置：剪切流對(duì)生化信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/strong>

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【摘要】：細(xì)胞微環(huán)境中除了微流體流動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)變化的剪應(yīng)力外,還包含多種濃度隨時(shí)間變化的生化因子,即動(dòng)態(tài)生化信號(hào),這些動(dòng)態(tài)生物力學(xué)和生化信號(hào)對(duì)細(xì)胞功能和細(xì)胞行為起重要的調(diào)控作用。近年來(lái),微流控芯片技術(shù)成為離體構(gòu)建細(xì)胞微環(huán)境用以研究細(xì)胞與微環(huán)境相互作用的重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)。但現(xiàn)有的大多數(shù)研究將細(xì)胞暴露于恒定濃度的生化環(huán)境中,僅能為細(xì)胞加載單一的生物力學(xué)或生化信號(hào),并且忽略了微通道傳輸特性對(duì)動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸?shù)挠绊?導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)離體細(xì)胞生物力學(xué)或生化動(dòng)態(tài)微環(huán)境的精確控制。 基于流體力學(xué)和微流控芯片技術(shù),本文設(shè)計(jì)了一種流量法控制兩種動(dòng)態(tài)生化信號(hào)快速切換刺激的Y型微流控剪切裝置。該裝置能對(duì)離體培養(yǎng)的細(xì)胞精確加載剪應(yīng)力和不同動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的組合切換刺激用于細(xì)胞生物學(xué)分析。將Y型微流控剪切裝置的混合通道看作信號(hào)傳輸系統(tǒng),考慮微通道內(nèi)定常流和單向振蕩流流速分布、Taylor-Aris彌散、分子橫向擴(kuò)散、通道尺寸等因素的影響,系統(tǒng)分析了混合微通道的傳輸特性和動(dòng)態(tài)生化信號(hào)在混合微通道內(nèi)的傳輸規(guī)律。 在定常流情況下,利用分離變量法求解混合微通道內(nèi)動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸?shù)腡aylor-Aris彌散控制方程,得到了混合微通道信號(hào)系統(tǒng)傳遞函數(shù)和截止頻率的解析表達(dá)式。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明混合微通道信號(hào)系統(tǒng)具有低通濾波特性,其截止頻率是由微通道高度H、流體動(dòng)力粘度μ、分子擴(kuò)散系數(shù)D、傳輸距離z和剪應(yīng)力τw決定的函數(shù)。 在單向振蕩流情況下,用數(shù)值仿真方法分析了振蕩流頻率、振蕩流幅度、平均流量和傳輸距離對(duì)微通道內(nèi)動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽＝Y(jié)果表明,振蕩流頻率接近于生化信號(hào)頻率時(shí),振蕩流對(duì)生化信號(hào)傳輸有明顯的非線(xiàn)性調(diào)制作用；增大振蕩幅度將加劇生化信號(hào)的非線(xiàn)性失真程度。攝動(dòng)分析結(jié)果表明,振蕩流與動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的非線(xiàn)性相互作用是導(dǎo)致振蕩流與定常流中生化信號(hào)傳輸產(chǎn)生差異的根本原因。 本文工作有助于理解動(dòng)態(tài)生化信號(hào)在動(dòng)態(tài)微環(huán)境中的傳輸規(guī)律,同時(shí)也為運(yùn)用微流控芯片技術(shù)離體構(gòu)建動(dòng)態(tài)的細(xì)胞微環(huán)境時(shí)相關(guān)微通道傳輸系統(tǒng)的優(yōu)化提供了一定的理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)態(tài)生化信號(hào) Y型微流控剪切裝置 剪切流 傳遞函數(shù) 截止頻率
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：R318.04
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-16
• 1.1 細(xì)胞與微環(huán)境的相互作用9-11
• 1.2 微流控技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用11-14
• 1.3 本文工作14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 2 Y型微流控剪切裝置設(shè)計(jì)16-20
• 2.1 Y型微流控剪切裝置構(gòu)成16-18
• 2.2 基于Y型微流控剪切裝置的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 3 低高寬比Y型微通道中的基本流體力學(xué)20-26
• 3.1 流動(dòng)控制方程20-23
• 3.2 Taylor-Aris彌散23-25
• 3.3 本章小結(jié)25-26
• 4 生化信號(hào)在微通道內(nèi)定常流中的傳輸26-32
• 4.1 混合微通道內(nèi)兩種溶液寬度比控制26-27
• 4.2 傳遞函數(shù)27-28
• 4.3 截止頻率28-31
• 4.4 本章小結(jié)31-32
• 5 生化信號(hào)在微通道內(nèi)振蕩流中的傳輸32-41
• 5.1 單向振蕩流中Taylor-Aris彌散控制方程32-33
• 5.2 數(shù)值差分解33-35
• 5.3 攝動(dòng)解35-40
• 5.4 本章小結(jié)40-41
• 6 數(shù)值仿真結(jié)果41-58
• 6.1 定常流中動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的傳輸41-48
• 6.1.1 傳遞函數(shù)41-43
• 6.1.2 截止頻率影響因素43-44
• 6.1.3 最大增益幅度影響因素44-45
• 6.1.4 不同生化信號(hào)在微通道內(nèi)傳輸45-48
• 6.2 振蕩流中動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的傳輸48-58
• 6.2.1 振蕩流頻率的影響48-49
• 6.2.2 振蕩流幅度的影響49-51
• 6.2.3 振蕩流平均流量的影響51-54
• 6.2.4 傳輸距離的影響54-55
• 6.2.5 攝動(dòng)分量的影響55-58
• 7 討論58-62
• 7.1 Y型微流控剪切裝置58
• 7.2 橫向分子擴(kuò)散和軸向彌散58-59
• 7.3 低通濾波器59
• 7.4 如何在定常流中對(duì)離體細(xì)胞加載動(dòng)態(tài)生化信號(hào)?59-60
• 7.5 如何在振蕩流中對(duì)離體細(xì)胞加載動(dòng)態(tài)生化信號(hào)?60-61
• 7.6 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 附錄A 攝動(dòng)解有關(guān)公式推導(dǎo)67-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況69-70
• 致謝70-71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 徐剛,覃開(kāi)蓉,柳兆榮;平行平板流動(dòng)腔脈動(dòng)流切應(yīng)力的計(jì)算[J];力學(xué)季刊;2000年01期

，

本文編號(hào)：608370

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