Проточная камера с параллельными пластинами - Parallel-plate flow chamber

Эта статья может быть слишком техническим для большинства читателей, чтобы понять. Пожалуйста помогите улучшить это к сделать понятным для неспециалистов, не снимая технических деталей. (Апрель 2011 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

А камера потока жидкости с параллельными пластинами настольная (in vitro) модель, имитирующая жидкость напряжения сдвига на различных клетка типы, подверженные динамическим поток жидкости в их естественной физиологической среде. Метаболический ответ клеток in vitro связан с напряжение сдвига стенки.

Типичная проточная камера с параллельными пластинами состоит из поликарбонат дистрибьютор, кремний прокладка и стакан покровное стекло. Распределитель, образующий одну сторону проточной камеры с параллельными пластинами, включает впускной порт, выпускной порт и вакуум слот. Толщина прокладки определяет высоту пути потока. Покровное стекло образует другую сторону проточной камеры с параллельными пластинами и может быть покрыто внеклеточный матрикс (ECM) белки, сосудистые клетки или биоматериалы представляет интерес. Вакуум образует уплотнение, удерживающее эти три части, и обеспечивает одинаковую высоту канала.^[1]

Обычно жидкость входит в камеру с одной стороны, а выходит с другой. Верхняя пластина обычно прозрачный в то время как дно представляет собой подготовленную поверхность, на которой клетки культивировались в течение заданного периода. Поведение клеток просматривается в проходящем или отраженном свете. микроскоп.

Уравнение

Внутри камеры поток жидкости создает напряжение сдвига (${ Displaystyle тау}$) на стенке камеры, и типичное уравнение, описывающее эту зависимость как функцию скорость потока, Q, и высоту камеры, h, можно получить из Уравнения Навье-Стокса и уравнение неразрывности:

Проточная камера с параллельными пластинами

${ displaystyle rho ({ frac { partial V_ {x}} { partial t}} + V_ {x} { frac { partial V_ {x}} { partial x}} + V_ {y}) { frac { partial V_ {x}} { partial y}} + V_ {z} { frac { partial V_ {x}} { partial z}}) = { frac { partial P} { partial x}} + mu ({ frac { partial ^ {2} V_ {x}} { partial x ^ {2}}} + { frac { partial ^ {2} V_ {x}}) { partial y ^ {2}}} + { frac { partial ^ {2} V_ {x}} { partial z ^ {2}}}) + rho g_ {x}}$

С такими допущениями, как Ньютоновская жидкость, Несжимаемая среда, Ламинарный поток и граничные условия отсутствия проскальзывания, уравнения Навье-Стокса упрощаются до:

${ displaystyle - { frac { partial P} { partial x}} = mu ({ frac { partial ^ {2} V_ {x}} { partial y ^ {2}}})}$

Решение первого дифференциального уравнения даст:

${ displaystyle - { frac { partial P} { partial x}} y = mu ({ frac { partial V_ {x}} { partial y}}) + C}$

Решая второе дифференциальное уравнение для граничного условия отсутствия проскальзывания, профиль скорости определяется выражением:

${ displaystyle V_ {x} = { frac {1} {2 mu}} { frac { partial P} { partial x}} (H ^ {2} -y ^ {2})}$

Затем это можно использовать в уравнении неразрывности, которое гласит:

${ displaystyle Q = int int _ {A} V_ {x} dA = W int _ {- H} ^ {H} { frac {1} {2 mu}} { frac { partial P } { partial x}} (H ^ {2} -y ^ {2}) dy}$

Решение этого интеграла даст:

${ displaystyle Q = { frac {2WH ^ {3}} {3 mu}} { frac { partial P} { partial x}}}$

Решив уравнение для изменения давления и подставив его в первое дифференциальное уравнение, можно рассчитать напряжение сдвига для проточной камеры с параллельными пластинами.

${ displaystyle tau = - mu { frac { partial V_ {x}} { partial y}} = { frac { partial P} { partial x}} H = { frac {3Q mu } {2WH ^ {2}}}}$

В котором μ - динамическая вязкость, w - ширина проточной камеры. В этих методах напряжения сдвига, действующие на ячейки, предполагаются приблизительно равными напряжениям сдвига стенки камеры, поскольку высота ячейки примерно на два порядка меньше, чем высота камеры.

Преимущества

Проточная камера с параллельными пластинами в своей оригинальной конструкции способна создавать четко определенное напряжение сдвига стенки в физиологическом диапазоне 0,01-30 дин / см.². Напряжение сдвига создается текущей жидкостью (например, антикоагулированной цельная кровь или изолированные клеточные суспензии) через камеру над иммобилизованным субстратом в контролируемых кинематических условиях с использованием шприцевой насос.Преимущества проточной камеры с параллельными пластинами:

1. Это дает возможность изучить влияние постоянного напряжения сдвига на клетки в течение определенного периода времени.

2. Устройство простое по конструкции, сборке и эксплуатации.

3. Клетки можно выращивать в условиях потока, и их можно наблюдать под микроскопом или визуализировать в реальном времени с помощью видеомикроскопии.,^[2][3]

PPFC Дизайн

Первоначальная конструкция камеры с параллельным потоком основана на конструкции, описанной Хохмутом и его коллегами для изучения красных кровяных телец. Проточная камера с параллельными пластинами использовалась в ранних исследованиях нейтрофилы по Wikinson et al. и Forrestor et al. изучить их адгезионные свойства на впитавшихся белки плазмы. Лоуренс и др. описал один из первых анализов в камере с параллельным потоком для изучения адгезии нейтрофилов к эндотелий. Начиная с этих более ранних исследований, многие исследователи использовали проточную камеру с параллельными пластинами и ее модифицированные версии для изучения динамики адгезии нейтрофилов к различным субстратам, включая эндотелиальные клетки, тромбоциты, лейкоциты, трансфицированный Сотовые линии, и очищенный молекулы.^[4]

Заявление

Проточная камера с параллельными пластинами является широко используемым оборудованием для изучения клеточной механики на стенде. Многие исследователи использовали проточные камеры с параллельными пластинами для исследования динамической адгезии между лейкоцитами (лейкоцитами) и эндотелиальными клетками (клетками, выстилающими кровеносные сосуды) при определенном напряжении сдвига.^[5] В частности, были проведены некоторые исследования по изучению взаимодействий рецептор лейкоцитов-лиганд.^[6] Взаимодействия между клеточными рецепторами (селектинами и / или интегринами) и их лигандами опосредуют сворачивание и, как полагают, играют важную роль в адгезии лейкоцитов.^[7] Более того, многие исследователи использовали проточные камеры с параллельными пластинами, чтобы создать напряжение сдвига и имитировать среду роста раковых клеток за пределами тела.^[8] Это универсальный инструмент для понимания механизмов пролиферации, адгезии и метастазирования раковых клеток. Проточные камеры с параллельными пластинами широко используются также для тестирования лекарств в анализе клеточного хемотаксиса. ^[9] и для новых систем адресной доставки лекарств, основанных на процессах адгезии лейкоцитов к эндотелию.

Рекомендации