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Cellsorter高速自动细胞分选

-模拟靠近微量移液器的流场流动

我们构建了一个模型来模拟靠近微量移液器的流动。输入参数是应用于活细胞分选和微珠置换实验的几何形状和真空值。数值模拟的结果与实验测得的流速和流场速度均一致。为了估计作用在微量移液器下方单个细胞上的力，以及距离该细胞更远的细胞，我们计算了培养皿底部的压力，该压力是距微量移液器轴的径向距离的函数。我们在微量移液器的边缘和中间区域的平台处发现压力急剧下降，这说明了细胞精确定位在微量移液器下方的情况下的高拾取效率以及与微型移液器直径相当的分选分辨率。计算在微量移液器下作用于直径为20 um的典型细胞上的推力为[-4,000；-12,000] Pa在对应于实验控制值[ -4,700; -12,900] Pa和细胞表面。

– 3.8 mN比单个细胞的典型粘附力高一个数量级，从而 确保了高比例的细胞被拾取。我们还计算了剪切应力，该剪切应力在微量移液器边缘下方的表面上显示出较高的值。类似于压力，剪切应力的急剧下降加强了微量移液器范围之外的细胞几乎不受流动的影响。能量耗散率（EDR）是流体的破坏性影响的指标 ，单元格上的运动是通过模拟计算的。实验测得的细胞存活率的真空依赖性与EDR值相关。我们还探讨了可能损坏细胞的流场区域。微量移液器中间区域的细胞暴露于与正常FACS相当的EDR值，落入107W / m3的范围。尽管较高的真空度会增加EDR，但这种效果并不比EDR的空间变化重要。模拟表明，粘附在微量移液器边缘下方表面或非常接近微量移液器边缘的细胞可能会被高EDR破坏。

有限元软件包COMSOL使用固定层流不可压缩的Navier-Stokes求解器进行了数值模拟，该求解器具有在活细胞分选和珠粒置换实验中使用的几何形状和真空值 。假定计算域具有圆柱对称性，其轴向尺寸为200um，径向尺寸为600um。内半径为31.5或34.5um的微量移液器与对称轴共轴放置。位于表面上方的微量移液器的壁厚为5um。