$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rode bloedcellen (RBC's) zijn de meest vervormbare cellen in het menselijk lichaam1. Hun vervormbaarheid is direct gerelateerd aan hun zuurstofdragende functionaliteit. Verminderde vervormbaarheid in RBC's blijkt te correleren met de pathogenese van verschillende RBC-aandoeningen2. Vervormbaarheidsmetingen hebben geleid tot een beter begrip van RBC-gerelateerde ziekten3. De normale levensduur van RBC's kan variëren van 70 tot 140 dag4. Daarom is het belangrijk om te meten hoe hun vervormbaarheid afneemt samen met het verouderingsproces, bijvoorbeeld hun vermoeidheidsgedrag als gevolg van cyclische schuifspanningen3.
Het meten van RBC-vervormbaarheid bij hoge doorvoer is een uitdaging vanwege de piconewton-schaalkrachten (~ 10-12 N) die op de individuele cellen worden toegepast. In het afgelopen decennium zijn er veel technologieën ontwikkeld om de vervormbaarheid van cellen te meten5. Vervormingsmetingen van RBC's op eencellig niveau kunnen worden uitgevoerd met pipetaspiratie en optische pincetten, terwijl bulkanalyses worden uitgevoerd door osmotische gradiënt ektacytometrie. Ektacytometrie-analyses bieden een overvloed aan gegevens, die de mogelijkheid bieden om bloedaandoeningen te diagnosticeren 6,7. De vervormbaarheid van RBC's kan ook worden geanalyseerd met behulp van de visco-elastische theorie door colloïde sonde atoomkrachtmicroscopie. In deze methode wordt computationele analyse toegepast om de elastische modulus van RBC's te schatten, rekening houdend met zowel tijdsafhankelijke als steady-state responsen. De vervormbaarheid van individuele RBC's kan worden gemeten met behulp van de single-cell microchamber array-methode. Deze methode analyseert elke cel door het membraan en cytosolische fluorescerende markers om informatie te verschaffen voor RBC-vervormbaarheid en de verdeling van cellulaire kenmerken in complexe RBC-populaties om hematologische aandoeningen te detecteren8.
Vermoeiing is een belangrijke factor in de degradatie van eigenschappen van technische materialen en biomaterialen. Vermoeiingstests maken een kwantitatieve analyse mogelijk van de integriteit en levensduur van een constructie die wordt blootgesteld aan cyclische belasting. Analyse van vermoeidheid in biologische cellen wordt al lang belemmerd door het ontbreken van een algemene, gemakkelijk toepasbare, hoge doorvoer- en kwantitatieve methode voor de implementatie van cyclische vervorming in celmembranen. Dit is mogelijk met het gebruik van elektrische signaalmodulatie en elektrodeformatietechnieken geïmplementeerd in een microfluïdische omgeving. De amplitude shift keying (ASK) techniek als digitale modulatie wordt in dit artikel toegepast via On-Off keying (OOK) modulatie. Het concept van keying verwijst naar de overdracht van digitale signalen over het kanaal, waarvoor een sinusgolfdragersignaal nodig is om te functioneren9. De AAN- en UIT-tijden kunnen gelijk worden ingesteld. Onder ON-keying komen RBC's in een vervormde toestand terwijl ze worden blootgesteld aan een externe elektrodeformatiekracht (Fdep)10 die wordt gecreëerd door het niet-uniforme elektrische veld. Onder OFF-keying bevinden RBC's zich in hun ontspannen toestand. We zien de vermoeidheid van RBC's, namelijk een progressieve degradatie in hun vermogen om uit te rekken met toenemende belastingscycli. Het door vermoeidheid veroorzaakte vervormbaarheidsverlies in RBC's kan inzicht geven in de geaccumuleerde membraanschade tijdens de bloedcirculatie, waardoor we de verbanden tussen celvermoeidheid en ziektetoestanden verder kunnen onderzoeken.
Hier bieden we stapsgewijze procedures over hoe vermoeiingstests van RBC's worden geïmplementeerd in een microfluïdisch apparaat via ASK-gemoduleerde elektrodeformatie en de systeeminstellingen zoals microfluïdisch apparaat, mechanische belasting en microscopische verbeelding voor de karakterisering van de geleidelijke degradatie in mechanische vervormbaarheid van RBC's.