このプロトコルは、導電率を一定に保ち、適用される周波数を変えることによって、制御された方法で癌と健康な細胞を分離することを可能にする。このプロトコルは、AC誘電泳動を使用して、非転移性乳がん細胞および非腫瘍乳腺上皮細胞の制御された選別をシミュレートします。この技術は、非転移性乳癌細胞と非腫瘍乳腺上皮細胞を誘電特性に基づいてインライン分離する最初のシミュレーションベースの例です。
開始するには、マルチフィジックスソフトウェアを開き、空白のモデルを選択して、グローバル定義を右クリックします。パラメーターを選択し、表 1 に示されているパラメーターをテキスト ファイルとしてグローバル定義にインポートするか、値を個別に入力します。ホームタブから[コンポーネントの追加]を選択し、2Dコンポーネントを追加します。
ジオメトリを右クリックし、ファイルをダブルクリックしてモデルファイルをインポートします。空白の材料を選択し、表 1 の材料特性を使用します。[ホーム]タブに移動し、[物理の追加]を選択して、AC / DCと入力します。
次に、電界と電流のサブノードの下にあるAC/DCノードに移動し、物理として電流を選択します。電流を右クリックし、電流保存、絶縁、および電位サブノードを選択して、チャネル壁を絶縁して電極に電位を割り当てます。次に、ホームタブから[物理を追加]を選択し、流体フローノードの下でサブノードの単相流れに移動し、クリーピングフロー物理を選択します。
単相流れを右クリックし、壁サブノードを使用してチップ境界を壁としてレンダリングします。単相流を右クリックし、2 つの入口サブノードと 1 つの出口サブノードを追加します。流入口サブ節点を使用して流入口を割り当て、境界条件として法線速度と流速を使用します。
アウトレットサブノードを使用してアウトレットを割り当てます。次に、ホームタブから[物理を追加]を選択し、流体フローノードの下でパーティクルトレースのサブノードに移動し、パーティクルトレースフロー物理を選択します。パーティクル トレース ノードを右クリックし、設定を確認します。
粒子特性サブノードを使用して、MCF-10AセルとMCF-7細胞の両方の粒子特性を設定します。グローバル定義セクションのパラメータからパーティクルのプロパティを選択します。ドラッグ力サブノードを追加して、両方のタイプのセルに誘電泳動力を割り当てます。
この場合、パラメータセクションからパーティクルプロパティを追加します。次に、[メッシュの追加]を選択し、[ホーム]タブから[ファインメッシュ]を選択します。メッシュを構築するには、[メッシュを作成]を選択し、[スタディを追加]をクリックして 3 つのスタディ ステップを追加します。
スタディステップ1は、周波数応答をシミュレートし、周波数領域サブノードを使用するためのものです。クリーピング流れをシミュレートするには、固定スタディ ノードを選択します。誘電泳動力のある条件と泳電力のない条件をシミュレートするために、2つの時間依存ステップを追加します。
節点誘電泳動条件については、物理と変数の選択を選択し、スタディ設定のモデル構成を修正チェックボックスをオンにして、誘電泳動ステップを無効にします。誘電泳動条件の場合は、無効にしないでください。ファイルを保存した後、シミュレーションを実行します。
非転移性乳がんと非腫瘍乳腺上皮細胞株を導入してCFDシミュレーションを実行した後、2セットのCFD研究を解きます。最初のセットでは、スタディ1を右クリックし、パラメトリックスイープサブノードを追加します。プラス記号を押して、流体媒体導電率sigma_mをスイープ変数として追加します。
0.01〜2.5シーメンス/メートルの範囲の流体媒体導電率sigma_mに対してパラメトリックスイープスタディを実行し、適用周波数を800キロヘルツに一定に保ちます。2番目のセットでは、適用されるAC周波数を100キロヘルツから100メガヘルツまで変化させ、流体媒体sigma_mの導電率を0.4シーメンス/メートルに固定して、パラメトリックスイープスタディを実施します。誘電泳動力サブノードの下でこの式を使用して、導電性媒体中の誘電球状粒子に加えられる誘電泳動力の強さを計算します。
この式は、誘電泳動力サブノードの下の球状粒子に使用します。誘電泳動力サブノードの下の球状粒子の場合は、次の式を使用します。前の式の修正形式を使用して、より複雑で多層構造を持つ哺乳類細胞などの生物学的細胞をモデル化します。
次に、この式を使用して複素透磁率を解きます。次に、癌および健康な細胞に適用された電場の関数としてREKをプロットします。結果ノードを右クリックします。
粒子評価サブノードを追加します。そして、式セクションで、fpt.deff1と入力します。K を使用して、粒子 1 と fpt.deff2 の CM 係数をプロットします。
粒子2の場合はK。0.01シーメンス/メートルの流体媒体伝導率と100キロヘルツのAC周波数の下で、MCF-10AおよびMCF-7セルは、0.82および0.76のREK値で正の誘電泳動を経験します。MCF-10AおよびMCF-7は、0.4シーメンス/メートルの導電率において、それぞれマイナス0.46およびマイナス0.31のREK値を有する負の誘電泳動挙動を示した。
導電率を1.2シーメンス/メートルに増加させると、細胞株は100キロヘルツで負の誘電泳動を経験し、REK値はマイナス0.49およびマイナス0.43でした。0.01シーメンス/メートルの導電率の下で、両方の細胞タイプは正の誘電泳動を経験し、高電界強度の領域に向かって移動し、上部の出口から移動しました。MCF-10Aセルは上部出口に移動し、MCF-7セルは、印加周波数を0.8メガヘルツに固定して導電率を0.4シーメンス/メートルに増加させると、下部出口に移動しました。
培地の導電率が1メートルあたり1.2シーメンスに増加すると、細胞株は高電界の領域から遠ざかりました。100キロヘルツの周波数では、両方の細胞株が負の誘電泳動を経験し、下部の出口に向かって移動しました。両方の細胞株の挙動は0.8メガヘルツまで変化しなかった。
それを超えて、MCF-10Aは誘電泳動挙動を変化させ、正の誘電泳動領域にクロスオーバーしました。100メガヘルツでは、両方の細胞株が陽性の誘電泳動を経験し、上部の出口に向かって移動しました。これらの技術は、生存細胞と非生存細胞を分離し、誘電特性が同じでない場合は異なる種類の癌細胞を分類したい研究者に新しい場を開きます。
また、同じ方法を使用して、異なるサイズに基づく並べ替えを実現できます。
