研究建立力電協同驅動的細胞微流控培養腔理論模型

　　細胞培養液在微流控生物反應器中受到外界物理場(如壓力梯度或者電場)作用流動而產生流體剪應力，并進一步刺激種子細胞調控其內部基因的表達，從而促進細胞的分化和生長，這個過程在自然生命組織內的微管中亦是如此。考慮到細胞培養微腔隙中液體流動行為很難實驗量化測定，理論建模分析是目前可行的研究手段。

　　太原理工大學王兆偉等通過研究建立了矩形截面的細胞微流控培養腔理論模型，將外部的物理驅動場(壓力梯度與電場)與培養腔內液體的流速、切應力和流率聯系起來，分別得到了壓力梯度驅動(pressure gradient driven，PGD)、電場驅動(electric field driven，EFD)及力–電協同驅動(pressure-electricity synergic driven，P-ESD)三種驅動方式下的液體流動理論模型。研究結果表明該理論模型與現有的實驗結果基本一致，即力–電協同作用下的解答為壓力梯度驅動和電場驅動結果的疊加。細胞培養腔內的流體流速、剪應力及流率幅值均正比于外部物理場強幅值，但隨著壓力梯度驅動載荷頻率的增大而減小，隨著電場驅動頻率的變化不明顯。在壓力梯度驅動作用下，細胞貼壁處的切應力隨著腔高的增大而線性增大，流率則隨著腔高的增大而非線性增大，而電場驅動下的結果不受腔高的影響。生理范圍內的溫度場變化對壓力和電場驅動的結果影響不大。另外，在引起細胞響應的流體切應力水平，電場驅動能提供較大的切應力幅值而壓力梯度驅動則能提供較大的流率幅值。該理論模型的建立為細胞微流控生物反應器實驗系統的設計及參數優化提供理論參考，同時也為力–電刺激細胞生長、分化機理的研究的提供基礎。