高吞吐量微流体用于精确分离和聚焦循环瘤细胞,采用优化的三角微通道设计
Amirreza Khodayari1, Sina Ebrahimi1, Mohammadmahdi Topaheidari1
1School of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran; Stem Cell and Regenerative Medicine Center, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
Talanta
|April 10, 2025
概括
这项研究优化了微流体设备的精确循环瘤细胞 (CTC) 隔离. 由人工智能驱动的设计方法实现了高纯度和高效率,推动了癌症诊断和研究.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 微流体学 微流体学
- 癌症研究 癌症研究
背景情况:
- 循环瘤细胞 (CTC) 的精确分离对于癌症诊断和治疗至关重要.
- 惯性微流体提供无标签,高通量CTC分离,但在效率和纯度方面面临挑战.
- 优化微通道设计是克服CTC隔离技术当前局限性的关键.
研究的目的:
- 引入一个优化的三角微通道设计,以增强CTC分离.
- 利用高斯过程回归 (GPR) 快速,经济高效的微通道设计优化.
- 为了验证优化微流体芯片用于CTC隔离的性能.
主要方法:
- 开发了高斯过程回归 (GPR) 模型来预测微通道分离效率和纯度.
- 模拟和优化三角形微通道几何 (60°角,R=200μm曲率半径).
- 使用培养的MCF-7 (CTC) 和白细胞 (WBC) 实验验证了微芯片.
主要成果:
- 通过GPR建模,确定了最佳设计参数,大大降低了计算成本.
- 模拟预测了100%的分离效率和纯度在2mL/分钟的流量为最佳设计.
- 实验验证证明了高性能:95.7%的效率和93.3%的纯度 (低度),93.2%的效率和92.5%的纯度 (高度).
结论:
- 机器学习和惯性微流体的综合方法使得有效的微通道设计优化成为可能.
- 优化的微芯片为CTC隔离和丰富提供了可靠和可扩展的解决方案.
- 这一进步为改善癌症诊断和个性化医疗提供了巨大的潜力.
