$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Czerwone krwinki (RBC) są najbardziej odkształcalnymi komórkami w ludzkim ciele1. Ich odkształcalność jest bezpośrednio związana z ich funkcją przenoszenia tlenu. Stwierdzono, że zmniejszona odkształcalność w krwinkach czerwonych koreluje z patogenezą kilku zaburzeń krwinek czerwonych2. Pomiary odkształcalności doprowadziły nas do lepszego zrozumienia chorób związanych z RBC3. Normalna długość życia RBC może wahać się od 70 do 140 dni4. Dlatego ważne jest, aby zmierzyć, w jaki sposób ich odkształcalność zmniejsza się wraz z procesem starzenia, np. ich zachowanie zmęczeniowe spowodowane cyklicznymi naprężeniami ścinającymi3.
Pomiar odkształcalności RBC przy dużej przepustowości jest trudny ze względu na siły skali piconewtona (~10-12 N), które są przykładane do poszczególnych komórek. W ciągu ostatniej dekady opracowano wiele technologii do pomiaru odkształcalności komórek5. Pomiary deformacji erytrocytów na poziomie pojedynczej komórki można wykonać za pomocą aspiracji pipet i pęsety optycznej, natomiast analizy masowe wykonuje się za pomocą ektacytometrii gradientu osmotycznego. Analizy ektacytometryczne dostarczają wielu danych, które dają możliwość diagnozowania chorób krwi6,7. Odkształcalność erytrocytów można również analizować przy użyciu teorii lepkosprężystości za pomocą mikroskopii sił atomowych z sondą koloidalną. W tej metodzie analiza obliczeniowa jest stosowana do oszacowania modułu sprężystości RBC, biorąc pod uwagę zarówno reakcje zależne od czasu, jak i w stanie ustalonym. Odkształcalność poszczególnych erytrocytów można zmierzyć za pomocą metody jednokomórkowej matrycy mikrokomorowej. Ta metoda analizuje każdą komórkę przez błonę i cytozolowe markery fluorescencyjne, aby dostarczyć informacji na temat odkształcalności RBC i rozkładu cech komórkowych w złożonych populacjach RBC w celu wykrycia zaburzeń hematologicznych8.
Zmęczenie jest kluczowym czynnikiem degradacji właściwości materiałów inżynieryjnych i biomateriałów. Badanie zmęczeniowe umożliwia ilościową analizę integralności i trwałości konstrukcji poddawanej cyklicznym obciążeniom. Analiza zmęczenia w komórkach biologicznych od dawna jest utrudniona ze względu na brak ogólnej, łatwej do zastosowania, wysokowydajnej i ilościowej metody realizacji cyklicznych deformacji w błonach komórkowych. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu technik modulacji sygnału elektrycznego i elektrodeformacji zastosowanych w warunkach mikroprzepływowych. Technika kluczowania z przesunięciem amplitudy (ASK) jako modulacja cyfrowa jest stosowana za pomocą modulacji kluczowania On-Off (OOK) w tym artykule. Pojęcie kluczowania odnosi się do transmisji sygnałów cyfrowych przez kanał, który do działania wymaga sygnału nośnego fali sinusoidalnej9. Czasy WŁĄCZANIA i WYŁĄCZANIA można ustawić na równe. Pod wpływem kluczowania ON, RBC wchodzą w stan zdeformowany, gdy są wystawione na działanie zewnętrznej siły elektroodkształcenia (Fdep)10 wytworzonej przez niejednorodne pole elektryczne. W trybie OFF-key RBC są w stanie zrelaksowanym. Obserwujemy zmęczenie erytrocytów, a mianowicie postępującą degradację ich zdolności do rozciągania wraz ze wzrostem cykli obciążenia. Spowodowana zmęczeniem utrata odkształcalności w krwinkach czerwonych może dostarczyć informacji na temat nagromadzonych uszkodzeń błony podczas krążenia krwi, umożliwiając nam dalsze badanie powiązań między zmęczeniem komórek a stanami chorobowymi.
Tutaj przedstawiamy procedury krok po kroku, jak testowanie zmęczeniowe RBC jest realizowane w urządzeniu mikroprzepływowym za pomocą modulowanej ASK elektrodeformacji oraz ustawień systemu, takich jak urządzenie mikroprzepływowe, obciążenie mechaniczne i obrazowanie mikroskopowe w celu scharakteryzowania stopniowej degradacji mechanicznej odkształcalności RBC.