شبیه سازی انتقال سیال و جرم در تراشه ریزسیالاتی مناسب جهت کشت سه بعدی سلول

درک سیستم‌های بیولوژیکی نیاز به اطلاعات گسترده از پارامترهای فردی دارد و برای بررسی روند تمایز سلولی و رفتار سلول باید محیط مناسبی با شرایط فیزیولوژیکی بدن انسان ایجاد شود. به این منظور با علم ریزسیالات می‌توان ریز محیطی را فراهم کرد تا در مقیاس کوچک رفتار سلول را بررسی نمود. در این مقاله شبیه سازی انتقال جرم و انتقال سیال با نرم افزار کامسول در یک تراشه ریزسیالاتی انجام شده است تا ابعاد هندسی مناسب بدست آید. معادلات جریان و حرکت محلول کلاژن با استفاده ازشرایط اولیه، شرایط مرزی و پارامترهای مناسب و ماژول دوفازی حل شدند. شبیه سازی انتقال جرم برای ابعاد مختلف از ذوزنقه‌ها انجام شد و شبیه سازی سیالاتی با تغییر در ابعاد ذوزنقه، تغییر فاصله بین آنها و تاثیر ویسکوزیته محلول کلاژن بررسی شد. نتایج نشان داد که در هندسه پیشنهادی، ابعاد مناسب ذوزنقه به ترتیب قاعده کوچک 100، قاعده بزرگ 200، ارتفاع 200، فاصله بین ذوزنقه ها 100 میکرومتر می‌باشد و مناسب ترین غلظت محلول کلاژن برای جلوگیری از نشتی 2میلی گرم بر میلی لیتر می باشد. با هندسه مناسب، در مدت زمان مناسب، محیط کشت به کانال هیدروژل نفوذ می‌کند و محلول کلاژن بدون نشتی در طول کانال حرکت می‌کند.

Simulation of Fluid and Mass Transfer in a Microfluidic Chips Applicable for 3D Cell Culture

Understanding biological systems require extensive knowledge of individual parameters. To study the process of cell differentiation and cell behavior, a suitable environment must be created with the physiological conditions of the human body. To achieve that goal, with microfluidic science, a microenvironment can be provided to study the behavior of cells of different tissues on a small scale. In this paper, simulation of mass transfer and fluid transfer has been performed with Comsol software in a microfluidic chip to obtain suitable geometric dimensions. For this purpose, the equations of collagen solution flow and motion were solved using a two-phase module with initial conditions, boundary conditions, and appropriate parameters. Mass transfer simulations were performed for two different dimensions of trapezoidal posts and fluid simulation was investigated by changing the dimensions of trapezoidal posts, changing the distance between posts, and the effect of collagen solution viscosity. The results showed that in the proposed geometry, the appropriate dimensions of the trapezoid are small base 100, large base 200, height 200, the distance between trapezoids is 100 μm, and the appropriate concentration of collagen solution to prevent leakage is 2 mg/ml. With the right geometry, at the right time, the culture medium penetrates the hydrogel channel, and the collagen solution moves along the channel without leakage.