طراحی میکروجداساز سلول‌های سرطانی همراه جریان خون با استفاده از ترکیب روش‌های جداسازی پینچ و دی‌الکتروفورسیس

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

2 استادیار، مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

10.22044/jsfm.2020.8089.2838

چکیده

جداسازی سلول های خون کاربرد گسترده ای در علم پزشکی دارد. با جداسازی این سلول ها، می توان به شناسایی خواص آن ها پرداخت. شناسایی خواص سلول های سرطانی و اثر داروهای مختلف بر آن ها، به روند بهبود و درمان بیماران مبتلا به سرطان کمک قابل توجهی می کند. در سال های اخیر، توسعه تجهیزات میکروسیالی برای جداسازی این سلول ها اهمیت قابل توجهی یافته است. جداسازی سلول ها روش های مختلفی دارد. در این پژوهش، اندازه و خواص الکتریکی سلول ها بعنوان معیارهای اصلی جداسازی درنظر گرفته شده اند و با ترکیب روش تقسیم بندی جریان پینچ بعنوان یک روش غیرفعال و دی الکتروفورسیس برپایه ی رسانایی الکتریکی بعنوان یک روش فعال، تراشه جداساز برای جداسازی سلول های سرطان سینه MDA-435 از گلبول‌های سفید و قرمز، طراحی شده است. این سلول ها دارای اختلاف اندازه بسیار کمی هستند و باتوجه به تحقیقات گسترده ای که در جداسازی به روش جریان پینچ انجام شده است، پایین بودن دقت جداسازی ذرات هم اندازه یا دارای اندازه مشابه، از چالش های اساسی این روش محسوب می شود. در این پژوهش، نیروی دی الکتروفورسیس در ناحیه ی پینچ، بین سلول سرطانی و گلبول سفید فاصله ایجاد می کند. پس از گسترش هیدرودینامیکی در ناحیه ی توسعه یافته، سلول سرطانی، گلبول‌های سفید و قرمز در انشعاب های خروجی خاص خود قابل جمع آوری خواهندبود. نتایج نشان می دهد این روش ترکیبی به طور موثری قابلیت تفکیک سلول های مذکور را داراست.

کلیدواژه‌ها


[1] غفاری ع، نظری م، خزائی م و بهمئی ب (1393) ﺗﻐﻴﻴﺮ در دﻳﻨﺎﻣﻴﻚ ﻳﻚ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ورودیﻫﺎی زﻣﺎن ﻣﺤﺪود: ﻛﺎرﺑﺮد در درﻣﺎن و ﻣﺪﻟﺴﺎزی ﺳﺮﻃﺎن. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه­ها و شاره­ها      91-79 :(1)4.

[2] دستورانی هـ، جهان­نما م، اسلامی مجد ع (1395) مطالعه عددی فرآیند امولوسیون­سازی در دستگاه میکروسیال متقاطع. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 284-273 :(1)6.

[3] نیازی س، مجیدی س، مجدم م (1397) شبیه­سازی عددی تولید قطره در میکروکانال با هندسه متمرکز کننده. بیست و ششمین همایش سالانه بین­المللی انجمن مهندسان مکانیک ایران.

[4] Hyun KA,  Jung HI (2014) Advances and critical concerns with the microfluidic enrichments of circulating tumor cells. Lab Chip 14(1): 45-56.

[5] Yan S, Zhang J, Yuan D, Li W (2017) Hybrid microfluidics combined with active and passive approaches for continuous cell separation. Electrophoresis 38(2): 238-249.

[6] Vig AL (2010) Pinched flow fractionation–technology and application (Doctoral Dissertation, Ph. D. Thesis, Department of Micro-and Nanotechnology Technical University of Denmark).

[7] Yamada M, Nakashima M, Seki M (2004) Pinched flow fractionation: continuous size separation of particles utilizing a laminar flow profile in a pinched microchannel. Anal Chem 76(18): 5465-5471.

[8] Takagi J, Yamada M, Yasuda M, Seki M (2005) Continuous particle separation in a microchannel having asymmetrically arranged multiple branches. Lab Chip 5(7): 778-784.

[9] Vig AL, Kristensen A (2008) Separation enhancement in pinched flow fractionation.    Appl Phys Lett 93(20): 203507.

[10] Nho HW, Yoon TH (2013) Enhanced separation of colloidal particles in an AsPFF device with a tilted sidewall and vertical focusing channels (t-AsPFF-v). Lab Chip 13(5): 773-776.

[11] Çetin B, Li D (2011) Dielectrophoresis in microfluidics technology. Electrophoresis 32(18): 2410-2427.

[12] Lam YC, Ling SH, Chan WY, Chian KS (2015) Dielectrophoretic cell motion model over periodic microelectrodes with unit-cell approach. Microfluidics Nanofluidics 18(5-6): 873-885.

[13] Bisceglia E, Cubizolles M, Trainito CI, Berthier J, Pudda C, Français O, Le Pioufle B (2015) A generic and label free method based on dielectrophoresis for the continuous separation of microorganism from whole blood samples. Sens Actuators B Chem 212: 335-343.

[14] Ali H, Park CW (2016) Numerical study on the complete blood cell sorting using particle tracing and dielectrophoresis in a microfluidic device. Korea-Aust Rheol J 28(4): 327-339

[15] Hadady H, Redelman D, Hiibel SR, Geiger EJ (2016) Continuous-flow sorting of microalgae cells based on lipid content by high frequency dielectrophoresis. AIMS Biophys 3(3): 398-414.

[16] Shafiee H, Caldwell JL, Sano MB, Davalos RV (2009) Contactless dielectrophoresis: a new technique for cell manipulation. Biomed Microdevices 11(5): 997.

[17] Hyun KA, Jung HI (2013) Microfluidic devices for the isolation of circulating rare cells: A focus on affinity based, dielectrophoresis, and hydrophoresis. Electrophoresis 34(7): 1028-1041.

[18] Pethig R (2010) Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications. Biomicrofluidics 4(2): 022811.

[19] Hughes MP (2002) Strategies for dielectrophoretic separation in laboratory on a chip systems. Electrophoresis 23(16): 2569-2582.

[20] Alazzam A, Mathew B, Alhammadi F (2017) Novel microfluidic device for the continuous separation of cancer cells using dielectrophoresis. J Sep Sci 40(5): 1193-1200.

[21] Jubery TZ, Srivastava SK, Dutta P (2014) Dielectrophoretic separation of bioparticles in microdevices: A review. Electrophoresis 35(5): 691-713.

[22] Yang J, Huang Y, Wang XB, Becker FF, Gascoyne PR (1999) Cell separation on microfabricated electrodes using dielectrophoretic/ gravitational field-flow fractionation. Anal Chem 71(5): 911-918.

[23] Liqun W, Lin-Yue L, Kian-Meng L (2012) Dielectrophoretic capture voltage spectrum for measurement of dielectric properties and separation of cancer cells. Biomicrofluidics 6(1): 014113.

[24] Yang J, Huang Y, Wang X, Wang XB, Becker FF, Gascoyne PR (1999) Dielectric properties of human leukocyte subpopulations determined by electrorotation as a cell separation criterion. Biophys J 76(6): 3307-3314.

[25] Piacentini N, Mernier G, Tornay R, Renaud P (2011) Separation of platelets from other blood cells in continuous-flow by dielectrophoresis field-flow-fractionation. Biomicrofluidics 5(3): 034122.

[26] Kralj JG, Lis MT, Schmidt MA, Jensen KF (2006) Continuous dielectrophoretic size-based particle sorting. Anal Chem 78(14): 5019-5025.

[27] Pethig R, Markx GH (1997) Applications of dielectrophoresis in biotechnology. Trends Biotechnol 15(10): 426-432.

[28] Demierre N, Braschler T, Linderholm P,      Seger U, Van Lintel H, Renaud P (2007) Characterization and optimization of liquid electrodes for lateral dielectrophoresis. Lab Chip 7(3): 355-365.

[29] Mernier G, Piacentini N, Braschler T, Demierre N, Renaud P (2010) Continuous-flow electrical lysis device with integrated control by dielectrophoretic cell sorting. Lab Chip 10(16): 2077-2082.

[30] Markx GH, Pethig R, Rousselet J (1997) The dielectrophoretic levitation of latex beads, with reference to field-flow fractionation. J Phys D Appl Phys 30(17): 2470.

[31] Jubery TZ, Srivastava SK, Dutta P (2014) Dielectrophoretic separation of bioparticles in microdevices: A review. Electrophoresis 35(5): 691-713.

[32] Park S, Zhang Y, Wang TH, Yang S (2011) Continuous dielectrophoretic bacterial separation and concentration from physiological media of high conductivity. Lab Chip 11(17): 2893-2900.

[33] Schwan HP (1957) Electrical properties of tissue and cell suspensions. Adv Biol Med Phys 5: 147-209.