5.8.3 U形筛捕获细胞系统优化设计
这项工作中，我们采用IB-LBM方法研究了在微流控装置中实现细胞的捕获，研究方案如图5.34所示。该装置在一个圆形腔室(半径为r4=117.6 μm)中有7个U形筛子，一个筛子放置在腔室中心，其他筛子对称放置于围绕室中心的圆上(半径为r3=76.8 μm)。每个筛子的半径为r2，由6个半径为r1的圆柱组成。设置150个细胞，在入口随机位置一个接一个释放，细胞在经过筛子时，会被筛子捕获。模拟中，设置影响捕获效率的参数有入口宽度h，筛子的半径为r2及圆柱半径为r1。
图5.33 通过调节Outlet 4的流出流量占比β来分离不同尺寸的细胞(书后附彩插)
(a)β=0.1，分离8 μm和20 μm细胞；(b)β=0.2，分离16 μm和24 μm细胞；(c)β=0.4，分离8 μm、16 μm和20 μm细胞；(d)β=0.5，分离8 μm、16 μm和24 μm细胞；(e)β=0.6，分离8 μm、16 μm、20 μm和24 μm细胞
细胞捕获和培养的三个步骤如图5.34(b)所示。其中，b1为装载步骤。为了培养细胞，使其在数量上增殖，每个筛子需要几个细胞作为种子。这是细胞培养的第一步，也是必要的步骤。种子细胞的分布是否均匀，对后续细胞的培养、生长和增殖有显著影响。b2为细胞培养步骤。细胞从周围液体中获得营养以生长并逐渐繁殖成更多细胞，然后新细胞结合在一起或附着在相邻的实体壁上。b3为胰蛋白酶化步骤，在该步骤中，附着在其他表面的细胞可以通过在设备中加入一定量的酶试剂被释放到流体中，呈悬浮状态。最后实施冲洗，其中大部分悬浮细胞被水流冲走和提取。在冲洗过程中，少数细胞可能再被筛子拦截，返回b1，被拦截的细胞成为下一轮培养周期的种子细胞。在这个过程中，我们主要关注b1，即种子细胞的加载步骤。
图5.34 细胞捕获结构设计(书后附彩插)
(a)细胞捕获结构设计；(b)细胞培养流程示意
设圆形腔室的直径为D，在其他条件不改变的情况下，只改变入口、出口的宽度h，我们可以观察到各腔室和U形筛在150个细胞释放完毕后的装载情况，如图5.35所示。显然，更窄的通道入口、出口更有利于细胞的装载。
图5.35 改变通道入口和出口尺寸后的细胞捕获结果对照(书后附彩插)
(a)D/h=1.5；(b)D/h=2；(c)D/h=2.5；(d)D/h=3；(e)D/h=3.5；(f)D/h=4
关于其他参数变化对细胞装载效率的影响，可参见文献[1]。