微流通道中内皮细胞划痕尺寸的定量控制

【作者】 杨雨浓； 覃开蓉； 刘波； 李泳江；

【机构】 大连理工大学生物医学工程学院； 大连理工大学光电工程与仪器科学学院；

【摘要】 细胞划痕实验是研究血管内皮细胞迁移的重要实验方法。传统的方法采用移液枪头在培养皿或培养板上制造细胞划痕,该方法不可避免的会对细胞造成机械损伤且重复性低、难以定量控制细胞划痕尺寸。本文基于微流控技术,设计了一种利用胰蛋白酶消化法制造细胞划痕的微流控芯片,提出了基于流量控制定量调控细胞划痕尺寸的方法,并通过解析计算、数值仿真、荧光素可视化实验对定量控制划痕尺寸的方法进行了分析和验证。微流控芯片包含三叉入口和细胞培养腔,利用微通道内低雷诺数流体层流特性,可在细胞培养腔内产生磷酸盐缓冲液-胰蛋白酶-磷酸盐缓冲液三个流动溶液带,通过控制入口处的流量比控制划痕的宽度。考虑到胰蛋白酶横向扩散对划痕宽度的影响,本研究通过理论推导求解出胰蛋白酶溶液在流场传输过程中的控制方程;采用数值仿真的方法对微通道内的流速和浓度分布进行求解,给出了胰蛋白酶在微通道内不同位置处的浓度分布情况;进行荧光素可视化实验对理论推导和数值仿真的结果进行验证。结果表明,当总流量一定时,划痕宽度比率与流量比率成线性关系。胰蛋白酶横向扩散情况对划痕宽度的影响取决于总流量的大小,当总流量较小(<138μl/min)时横向扩散的影响显著,而当总流量较大(≥138μl/min)时,胰蛋白酶的扩散可以忽略不计。解析解、数值解和荧光素可视化的实验结果吻合良好。这些结果提示该研究为定量控制细胞划痕的尺寸提供了一种方法,为后续的内皮细胞划痕愈合实验奠定了基础。更多还原