Metastatik Olmayan (MCF-7) ve Tümörsüz (MCF-10A) Meme Kanseri Hücrelerinin AC Dielektroforez Kullanılarak Ayrılması için Mikroakışkan Cihaz

Bu protokol, iletkenliği sabit tutarak ve uygulanan frekansı değiştirerek kanser ve sağlıklı hücrelerin kontrollü bir şekilde ayrılmasını sağlar. Bu protokol, AC dielektroforezi kullanarak metastatik olmayan meme kanseri hücrelerinin ve tümör dışı meme epitel hücrelerinin kontrollü olarak sıralanmasını simüle eder. Bu teknik, metastatik olmayan meme kanseri hücrelerinin ve tümör dışı meme epitel hücrelerinin dielektrik özelliklerine göre satır içi olarak ayrılmasının simülasyon tabanlı ilk örneğidir.

Başlamak için Multiphysics yazılımını açın, boş modeli seçin ve genel tanımlara sağ tıklayın. Parametreleri seçin ve birinci tabloda verilen parametreleri metin dosyası olarak genel tanımlara aktarın veya değerleri tek tek girin. Giriş sekmesinden Bileşen Ekle'yi seçin ve bir 2B bileşen ekleyin.

Geometriye sağ tıklayın ve dosyaya çift tıklayarak model dosyasını içe aktarın. Boş bir malzeme seçin ve birinci tablodaki malzeme özelliklerini kullanın. Giriş sekmesine gidin, Fizik Ekle'yi seçin ve AC/DC yazın.

Ardından, elektrik alanları ve akımları alt düğümü altındaki AC / DC düğümüne gidin ve elektrik akımlarını fizik olarak seçin. Elektrik akımına sağ tıklayarak ve akım korunumu, yalıtımı ve elektrik potansiyeli alt düğümlerini seçerek elektrotlara potansiyel atamak için kanal duvarlarını yalıtın. Ardından, giriş sekmesinden Fizik Ekle'yi seçin ve akışkan akışı düğümü altında, alt düğüm tek fazlı akışa gidin ve sürünen akış fiziğini seçin.

Tek fazlı akışa sağ tıklayın ve duvar alt düğümünü kullanarak çip sınırlarını duvar olarak oluşturun. Tek fazlı akışa sağ tıklayın ve iki giriş alt düğümü ve bir çıkış alt düğümü ekleyin. Giriş alt düğümünü kullanarak girişleri atayın ve sınır koşulu olarak normal ve akış hızını kullanın.

Çıkış alt düğümünü kullanarak çıkışı atayın. Ardından giriş sekmesinden Fizik Ekle'yi seçin ve akışkan akış düğümü altında, parçacık izlemenin alt düğümüne gidin ve parçacık izleme akış fiziğini seçin. Parçacık izleme düğümüne sağ tıklayın ve ayarları kontrol edin.

Parçacık özellikleri alt düğümünü kullanarak hem MCF-10A hem de MCF-7 hücreleri için parçacık özelliklerini ayarlayın. Global tanım bölümünün altındaki parametrelerden parçacık özelliklerini seçin. Dielektroforetik kuvveti her iki hücre türüne de atamak için sürükleme kuvveti alt düğümünü ekleyin.

Bu durumda, parametre bölümünden parçacık özelliklerini ekleyin. Şimdi Mesh Ekle'yi seçin ve ana sayfa sekmesinden Fine Mesh'i seçin. Bir ağ oluşturmak için Build Mesh'i seçin ve üç etüt adımı eklemek için Etüt Ekle'ye tıklayın.

Birinci çalışma adımı, bir frekans yanıtını simüle etmek ve bir frekans etki alanı alt düğümü kullanmaktır. Sürünen akışı simüle etmek için sabit bir etüt düğümü seçin. Dielektroforetik kuvvetle ve dielektroforetik kuvvet olmadan koşulları simüle etmek için zamana bağlı iki adım ekleyin.

Düğüm dielektroforetik durumu için fizik ve değişken seçimini seçin, etüt kurulumu için model konfigürasyonunu değiştir kutusunu işaretleyin ve dielektroforetik adımı devre dışı bırakın. Dielektroforetik koşullar için devre dışı bırakmayın. Dosyayı kaydettikten sonra simülasyonu çalıştırın.

Metastatik olmayan meme kanseri ve tümör dışı meme epitel hücre hatlarını tanıtarak CFD simülasyonlarını gerçekleştirdikten sonra, iki CFD çalışması setini çözün. İlk küme için, bir etüde sağ tıklayın ve parametrik süpürme alt düğümünü ekleyin. Süpürme değişkeni olarak sigma_m akışkan ortam iletkenliği eklemek için artı işaretine basın.

Akışkan ortam iletkenliği için metre başına 0,01 ila 2,5 Siemens arasında değişen sigma_m için uygulanan frekansı 800 kilohertz'de sabit tutarak parametrik bir süpürme çalışması gerçekleştirin. İkinci set için, uygulanan AC frekansını 100 kilohertz'den 100 megahertz'e değiştirerek, akışkan ortam sigma_m iletkenliğini metre başına 0.4 Siemens'te sabit tutarak parametrik bir süpürme çalışması yapın. İletken bir ortamda dielektrik küresel parçacık üzerine uygulanan dielektroforez kuvvetinin gücünü, dielektroforetik kuvvet alt düğümü altındaki bu denklemi kullanarak hesaplayın.

Bu denklemi dielektroforetik kuvvet alt düğümü altındaki küresel bir parçacık için kullanın. Dielektroforetik kuvvet alt düğümü altındaki küresel bir parçacık için bu denklemi kullanın. Daha karmaşık ve çok katmanlı bir yapıya sahip olan memeli hücreleri gibi biyolojik hücreleri modellemek için önceki denklemin değiştirilmiş bir formunu kullanın.

Ardından bu denklemi kullanarak karmaşık geçirgenliği çözün. Daha sonra REK'i kanser ve sağlıklı hücreler için uygulanan elektrik alanının bir fonksiyonu olarak çizin. Sonuçlar düğümüne sağ tıklayın.

Parçacık değerlendirme alt düğümünü ekleyin. Ve ifade bölümüne fpt.deff1 yazın. Parçacık bir ve fpt.deff2 için CM faktörünü çizmek için K.

İkinci parçacık için K. MCF-10A ve MCF-7 hücreleri, metre başına 0,01 Siemens akışkan ortam iletkenliği ve 100 kilohertz AC frekansı altında, REK değeri 0,82 ve 0,76 olan pozitif dielektroforez yaşarlar. Metre başına 0.4 Siemens iletkenliğinde, MCF-10A ve MCF-7, sırasıyla eksi 0.46 ve eksi 0.31 REK değerleri ile negatif dielektroforetik davranış gösterdi.

İletkenlik metre başına 1.2 Siemens'e yükseltildiğinde, hücre hatları REK değerleri eksi 0.49 ve eksi 0.43 olan 100 kilohertz'de negatif dielektroforez yaşadı. Metre başına 0.01 Siemens iletkenliği altında, her iki hücre tipi de pozitif dielektroforez yaşadı, yüksek elektrik alan mukavemeti bölgesine doğru hareket etti ve üst prizden dışarı çıktı. MCF-10A hücreleri üst çıkışa taşınırken, MCF-7 hücreleri, iletkenlik metre başına 0,4 Siemens'e yükseltildiğinde ve uygulanan frekans 0,8 megahertz'de sabitlendiğinde alt çıkışa taşındı.

Orta iletkenlik metre başına 1.2 Siemens'e yükseltildikçe, hücre hatları yüksek elektrik alanı bölgelerinden uzaklaştı. 100 kilohertz frekansında, her iki hücre hattı da negatif dielektroforez yaşadı ve alt çıkışa doğru hareket etti. Her iki hücre hattının davranışı 0.8 megahertz'e kadar değişmeden kaldı.

Bunun ötesinde, MCF-10A dielektroforetik davranışlarını değiştirdi ve pozitif dielektroforetik bölgeye geçti. 100 megahertz'de, her iki hücre hattı da pozitif dielektroforetik yaşadı ve üst çıkışa doğru hareket etti. Bu teknikler, canlı ve canlı olmayan hücreleri ayırmak ve dielektrik özellikler aynı değilse farklı kanser hücrelerini sıralamak isteyen araştırmacılar için yeni mekanlar açacaktır.

Ayrıca, aynı yöntem kullanılarak farklı boyutlara göre sıralama yapılabilir.