芯片实验室的数值模拟用于循环瘤细胞的电电离分离

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 微流体学 微流体学
• 癌症的诊断 癌症的诊断

背景情况:

• 循环瘤细胞 (CTC) 是癌症诊断和预后的关键生物标志物.
• 目前用于CTC隔离的方法在效率和纯度方面面临挑战.
• 有效地将CTC与血液成分分离,对于早期癌症检测和个性化医学至关重要.

研究的目的:

• 设计和模拟一个高效率的实验室芯片 (LOC) 装置,用于将CTC与白细胞 (WBC) 和血小板 (PLT) 分离.
• 为了利用低压介电电泳力进行细胞分离.
• 为了优化LOC设计,以实现紧的尺寸和高分离性能.

主要方法:

• 提出了一个两级 (被动和主动) 级联 LOC 设计.
• 使用COMSOL Multiphysics®进行了数值模拟,以优化几何参数和操作条件.
• 使用4个电极在±2V的电压下施加了介电力,以实现细胞分离.

主要成果:

• 优化的LOC设计在模拟中实现了CTC,WBC和PLT的100%分离效率.
• 该LOC具有紧的尺寸 (919 μm × 440 μm),通道宽度为40 μm.
• 最佳运行条件包括电池和缓冲器的特定输入速度,以及应用的低电压.

结论:

• 拟议的LOC设计展示了使用电介电泳进行CTC分离的高效方法.
• 这项技术具有早期癌症诊断,治疗监测和个性化医疗的巨大潜力.
• 模拟结果为设备的实验验证和临床应用提供了坚实的基础.