细胞夹流分离法的数值模拟

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1、细胞夹流分离法的数值模拟马景涛2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540细胞夹流分离法的数值模拟作者姓名马景涛学院名称生命学院指导教师徐远清(副教授)答辩委员会主席彭彧华(教授)申请学位理学硕士学科专业生物医学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月NumericalsimulationofcellsseparationforthepinchedflowfractionationCandidateName：MaJingtaoSchoolorDepartment:Schooloflif

2、eScienceFacultyMentor:A.P.YuanqingXuChair,ThesisCommittee:Prof.YuhuaPengDegreeApplied:MasterofScienceMajor：BiomedicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明研究成果声明研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，

3、文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要摘要摘要细胞是生命活动的基本单位，细胞的研究一直是生物学的热点领域。细胞分离是细胞研究中必不可少的一环，其是后续细胞培养以及相关疾病诊断的先决条件。近年来，微流控芯片的出现给细胞分离的操作带来了极大的便利，因此出现了各种在微流控芯片

4、上分离细胞的方法。夹流分离法自提出之后，以其操作简单、适用范围广等优点，引起了学者们的广泛关注与研究。本文采用了浸入边界-格子Boltzmann方法对细胞夹流分离进行了数值模拟，采用格子Boltzmann方法构建流场，并用浸入边界法模拟细胞与流体的相互作用。本文先对所采用的模型进行了验证，验证主要基于三方面内容：(1)顶盖驱动方腔流验证；(2)二维Poiseuille流验证；(3)圆柱绕流验证。通过与前人研究结果比较，可以得出本课题所采用模型可以很好地模拟流体的流动。随后本文对细胞在不同条件下的的分离情况进行了模拟

5、，本文分别模拟了细胞在不同夹流区宽度、不同流量比以及不同细胞特性的分离效果，并对细胞“绑定”的现象进行了详细研究。通过模拟得出结论如下：(1)夹流区宽度对细胞夹流分离的影响很大，在一定范围内，减小夹流区宽度可以有效改善分离效果。(2)稀释溶液的流量必须大于样品溶液的流量才能使大小两种细胞完全分离，在一定范围内，相对增大稀释溶液的流量可以改善分离效果，但是稀释溶液流量增大到一定的程度时，对分离效果的改善就不起作用了。(3)经验公式可对细胞流出位置进行预测，但是细胞过于柔软时，经验公式就不再适用了。(4)细胞间距过小时

6、会发生细胞“绑定”现象，而且两种细胞的相对位置会影响细胞的分离，随着细胞间距的增大，小细胞位于大细胞前、后、左位置时，最终达到相似的分离效果，但小细胞为大细胞右侧时，最后的分离效果比其他三种都好。关键词关键词：关键词：：：浸入边界法；格子Boltzmann方法；夹流分离；细胞分离I北京理工大学硕士学位论文AbstractCellisthefundermentalunitoflife.Theresearchaboutcellshasalwaysbeenthehottopicinbiologicalfields.Cel

7、lseparationisanindispensiblepartincellresearch,anditistheprerequisiteofcellculturinganddignosisingsomediseases.Inrecentyears,microfluidicshavebroughtgreatconviniencetocellseparation,thereforelargenumbersofpeopledevotethemselvestostudymethodsofcellisolation.Pin

8、chedFlowFractionation,duetoitssimplemanipulationandhighapplicationscope,hasdrawnresearchscholars’attention,sinceintroduced.Inthispaper,wearegoingtoemployimmersedboundary-latticeBol