細(xì)胞夾流分離法的數(shù)值模擬

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1、細(xì)胞夾流分離法的數(shù)值模擬馬景濤2015年1月中圖分類號(hào)：TQ028.1UDC分類號(hào)：540細(xì)胞夾流分離法的數(shù)值模擬作者姓名馬景濤學(xué)院名稱生命學(xué)院指導(dǎo)教師徐遠(yuǎn)清(副教授)答辯委員會(huì)主席彭彧華(教授)申請學(xué)位理學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月NumericalsimulationofcellsseparationforthepinchedflowfractionationCandidateName：MaJingtaoSchoolorDepartment:Schooloflif

2、eScienceFacultyMentor:A.P.YuanqingXuChair,ThesisCommittee:Prof.YuhuaPengDegreeApplied:MasterofScienceMajor：BiomedicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果聲明研究成果聲明研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，

3、文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要摘要細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位，細(xì)胞的研究一直是生物學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。細(xì)胞分離是細(xì)胞研究中必不可少的一環(huán)，其是后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)以及相關(guān)疾病診斷的先決條件。近年來，微流控芯片的出現(xiàn)給細(xì)胞分離的操作帶來了極大的便利，因此出現(xiàn)了各種在微流控芯片

4、上分離細(xì)胞的方法。夾流分離法自提出之后，以其操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注與研究。本文采用了浸入邊界-格子Boltzmann方法對細(xì)胞夾流分離進(jìn)行了數(shù)值模擬，采用格子Boltzmann方法構(gòu)建流場，并用浸入邊界法模擬細(xì)胞與流體的相互作用。本文先對所采用的模型進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證主要基于三方面內(nèi)容：(1)頂蓋驅(qū)動(dòng)方腔流驗(yàn)證；(2)二維Poiseuille流驗(yàn)證；(3)圓柱繞流驗(yàn)證。通過與前人研究結(jié)果比較，可以得出本課題所采用模型可以很好地模擬流體的流動(dòng)。隨后本文對細(xì)胞在不同條件下的的分離情況進(jìn)行了模擬

5、，本文分別模擬了細(xì)胞在不同夾流區(qū)寬度、不同流量比以及不同細(xì)胞特性的分離效果，并對細(xì)胞“綁定”的現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過模擬得出結(jié)論如下：(1)夾流區(qū)寬度對細(xì)胞夾流分離的影響很大，在一定范圍內(nèi)，減小夾流區(qū)寬度可以有效改善分離效果。(2)稀釋溶液的流量必須大于樣品溶液的流量才能使大小兩種細(xì)胞完全分離，在一定范圍內(nèi)，相對增大稀釋溶液的流量可以改善分離效果，但是稀釋溶液流量增大到一定的程度時(shí)，對分離效果的改善就不起作用了。(3)經(jīng)驗(yàn)公式可對細(xì)胞流出位置進(jìn)行預(yù)測，但是細(xì)胞過于柔軟時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式就不再適用了。(4)細(xì)胞間距過小時(shí)

6、會(huì)發(fā)生細(xì)胞“綁定”現(xiàn)象，而且兩種細(xì)胞的相對位置會(huì)影響細(xì)胞的分離，隨著細(xì)胞間距的增大，小細(xì)胞位于大細(xì)胞前、后、左位置時(shí)，最終達(dá)到相似的分離效果，但小細(xì)胞為大細(xì)胞右側(cè)時(shí)，最后的分離效果比其他三種都好。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：：：浸入邊界法；格子Boltzmann方法；夾流分離；細(xì)胞分離I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractCellisthefundermentalunitoflife.Theresearchaboutcellshasalwaysbeenthehottopicinbiologicalfields.Cel

7、lseparationisanindispensiblepartincellresearch,anditistheprerequisiteofcellculturinganddignosisingsomediseases.Inrecentyears,microfluidicshavebroughtgreatconviniencetocellseparation,thereforelargenumbersofpeopledevotethemselvestostudymethodsofcellisolation.Pin

8、chedFlowFractionation,duetoitssimplemanipulationandhighapplicationscope,hasdrawnresearchscholars’attention,sinceintroduced.Inthispaper,wearegoingtoemployimmersedboundary-latticeBol