ریزتراشه سیالی برای اعمال تنش‌برشی یکنواخت بر سلول

ابداع دستگاه‌های میکروفلوییدیکی (ریزتراشه سیالی) منجر به تحول شگرفی در حوزه مهندسی، پزشکی و زیست‌پزشکی شده است. دستگاه‌های میکروفلوییدیکی شرایط کشت سلول را در ابعاد واقعی بدن فراهم می‌کنند. در مطالعه حاضر، ریزتراشه سیالی با قابلیت زنده نگه‌داشتن سلول در شرایط جریان دینامیک ساخته شد. این ریزتراشه از یک میکروکانال اصلی تشکیل شده است که سلول‌ها در کف آن کشت داده می‌شوند. با عبور محیط کشت از روی سلول مقادیر مختلف تنش‌برشی به سلول‌ها اعمال می‌شود. نتایج شبیه‌سازی میدان جریان نشان می‌دهد که در محدوده دبی 1 تا 100میکرولیتر بر دقیقه توزیع تنش‌برشی در ریزتراشه، یکنواخت است. در این محدوده، تنش‌برشی از 0/005434 تا 0/5432دین بر سانتی‌مترمربع تغییر می‌کند که در محدوده مجاز برای سلول‌ها قرار دارد. مقادیر بزرگ‌تر تنش‌برشی مانند دبی 1000میکرولیتر بر دقیقه منجر به پارگی جداره سلول و نهایتاً متلاشی‌شدن آن می‌شود. نتایج آزمایشات تایید می‌کند که روند رشد و تکثیر سلول‌ها به ازای مقادیر مختلف فاکتور رشد به‌عنوان یک فاکتور شیمیایی متفاوت است. سلول‌ها با فاکتور رشد 15% در روز پنجم کشت، کف میکروکانال را پر کردند، در حالی که در نمونه بدون فاکتور رشد، میکروکانال در روز هفتم پر شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که این ریزتراشه قابلیت رشد و نگهداری سلول‌ها به مدت بیش از یک هفته را دارد و با تنظیم دبی سیال می‌توان مقادیر مختلف تنش‌برشی را به سلول‌ها اعمال کرد. بنابراین این ریزتراشه قابلیت اجرای آزمایشات مختلف سلولی و بررسی اثر تنش‌برشی بر واکنش آنها را دارد.

A Microfluidic Device to Apply Uniform Shear Stress to the Cells

The invention of microfluidic devices has led to a dramatic change in engineering, medicine, and biomedicine. Microfluidic devices provide the conditions for cell culture in real body dimensions. In the present study, a microfluidic chip was fabricated that is capable of keeping cells alive under dynamic flow conditions. This microchip consists of a microchannel in which cells are cultured. Different amounts of shear stress are exerted to the cells by passing culture media. The results of the flow field simulation show that in the flow rate of 1 to 100 microliters per minute, the shear stress distribution is uniform. In this range of flow rate, shear stress varies from 0.005434 to 0.5432dyn/cm2, which is within the allowable shear stress for cells. Large shear stresses, such as a flow rate of 1000 microliters per minute, cause the cell wall to rupture, and eventually disintegration. The experimental results confirm that the growth and proliferation of cells vary for different amounts of growth factor as a chemical factor. The cells filled the microchannel for a growth factor of 15% on the fifth day of culture, while without growth factor, the microchannel was filled on the seventh day. The results indicate that this microchip can maintain cells alive for more than a week. Also, by adjusting the flow, different amounts of shear stress can be applied to the cells. Therefore, this microchip can perform various cellular tests to investigate the effect of shear stress on the cells.