设计和制造高性能微流体芯片用于血分离:通过CFD方法建模和预测系统行为

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 微流体学 微流体学
• 生物分离 生物分离

背景情况:

• 准确和高效的血分离对于各种诊断应用至关重要.
• 现有的方法可能是耗时的,复杂的,或需要外部电源.
• 开发用于血液成分分离的简单,被动系统仍然是一个重大挑战.

研究的目的:

• 开发和验证一种单步,被动的微流体系统,用于分离人类新鲜血.
• 研究利用毛细血管力和表面水性来有效分离血和红细胞.
• 为了建模和实验验证微流体装置的性能.

主要方法:

• 微流体芯片的制造采用软光刻法,具有量身定制的疏水性.
• 利用直接的毛细血管力和引力力来实现被动的血液成分迁移.
• 采用COMSOL多物理软件来建模毛细体力和验证芯片设计.
• 使用H3细胞计数器测量红细胞计数,以确定血纯度.

主要成果:

• 通过开发的微流体系统,达到99%的血纯度.
• 在12分钟内成功将58.3%的血从全血中分离出来.
• 实验数据显示了与模拟模型的高相关性 (确定系数=0.9732).
• 证明了表面修饰 (PDMS和Tween 80) 在增强血分离方面的有效性.

结论:

• 开发的单步微流体系统为被动血分离提供了一种简单,快速和可靠的方法.
• 该系统的效率和高等离子体纯度使其成为治疗诊断应用的有希望的技术.
• 经过验证的模型为进一步优化和扩大微流体血液分离装置提供了坚实的基础.