零质量射流作用下红细胞在微管道中变形的数值模拟

摘要：

因为在生物安全性和导入效率等方面的优势, 基于力学方法实现基因导入日益得到学术界的重视. 本文提出了一种基于零质量射流, 对微管道中运动的细胞施加流体作用力, 引起其发生变形, 进而促使细胞膜上力敏通道开启的方法, 并通过数值模拟进行了理论验证. 本文采用浸没有限元法, 对红细胞在微管道内运动过程中受到零质量射流作用的变形情况进行数值模拟, 探讨了如何高效地实现小分子物质导入细胞. 数值模拟的重要参数有微管道内压力梯度△p, 零质量射流的振幅Am和频率f. 经过对流场特征和红细胞受力情况的分析, 发现当细胞某处表面张力T0大于临界表面张力τc时, 细胞表面力敏通道打开, 并得到每一时刻细胞力敏通道打开的百分比Popen. 本文定义了通道开启积分I, 以衡量在不同的流动参数情况下, 细胞膜力敏通道的开启程度, 进而探讨了压力梯度和射流振动频率、振幅对I值的影响, 以寻找优化的工艺参数. 该方法具有微制造工艺简单易行, 在保证高通量导入的同时, 便于对所施加的流体作用力进行精确控制的特点, 这使得蛋白质、基因等物质实现跨膜输运, 进入细胞并发生重编程成为可能.

关键词：浸没有限元法、零质量射流、力敏通道、跨膜输运

所属期刊栏目：69

资助基金：国家自然科学基金批准号,11772183,11832017

在线出版日期：2020-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：204-212