基于微流动技术的病变红细胞流变特性的体外实验模拟.pdf

第5 4卷 第5期2 0 2 3年9月 太原理工大学学报J OUR NA L O F T A I YUAN UN I V E R S I T Y O F T E CHNO L OG Y V o l.5 4 N o.5 S e p.2 0 2 3 引文格式:陈凌峰,宋辉,李芬.基于微流动技术的病变红细胞流变特性的体外实验模拟J.太原理工大学学报,2 0 2 3,5 4(5):8 9 8-9 0 4.CHE N L i n g f e n g,S ONG H u i,L I F e n.I n v i t r o e x p e r i m e n t a l s i m u l a t i o n o f r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f d i s e a s e d r e d b l o o d c e l l s b a s e d o n m i c r o f l o w t e c h n i q u eJ.J o u r n a l o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,2 0 2 3,5 4(5):8 9 8-9 0 4.收稿日期:2 0 2 3-0 1-0 7;修回日期:2 0 2 3-0 4-1 0 基金项目:国家自然科学基金资助项目(1 2 0 0 2 2 3 1,1 2 1 7 2 2 4 2)第一作者:陈凌峰(1 9 8 9-),博士,讲师,主要从事软组织生物力学、血流动力学、生物力学的研究,(E-m a i l)c h e n l i n g f e n g t y u t.e d u.c n 通信作者:李芬(1 9 8 0-),讲师,主要从事血流动力学、生物力学等方面的研究,(E-m a i l)l i f e n 0 1 t y u t.e d u.c n基于微流动技术的病变红细胞流变特性的体外实验模拟陈凌峰a,宋 辉b,李 芬b(太原理工大学 a.生物医学工程学院,b.机械与运载工程学院,太原 0 3 0 0 2 4)摘 要:【目的】高血压、疟疾等疾病可引起血液中红细胞膜的刚性增加,其形态结构和流变特征也会发生改变,研究红细胞变形能力和其流动特征对这些疾病的临床诊断以及药物治疗等方面具有重要意义。【方法】采用一系列浓度的固定液处理红细胞以改变其变形能力获得病变红细胞流变特征,借助微流控芯片、注射泵、荧光倒置显微镜、高速摄像机等装置体外模拟病变红细胞在微血管中的流动特征,探索红细胞变形性能改变与无细胞层厚度、流动速度等参数之间的关系。【结果】经过固定液处理后的红细胞直径会增大;无细胞层厚度和流动速度会降低。这说明病变后的红细胞刚性增强,变形能力降低,其流动特征也会发生明显改变。关键词:红细胞;流动变形;微流动技术;无细胞层;速度分布中图分类号:R 3 1 8.0 1 文献标识码:AD O I:1 0.1 6 3 5 5/j.t y u t.1 0 0 7-9 4 3 2.2 0 2 3.0 5.0 1 9 文章编号:1 0 0 7-9 4 3 2(2 0 2 3)0 5-0 8 9 8-0 7I n V i t r o E x p e r i m e n t a l S i m u l a t i o n o f R h e o l o g i c a l P r o p e r t i e s o f D i s e a s e d R e d B l o o d C e l l s B a s e d o n M i c r o f l o w T e c h n i q u eC H E N L i n g f e n ga,S O N G H u ib,L I F e nb(a.C o l l e g e o f B i o m e d i c a l E n g i n e e r i n g,b.C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d V e h i c l e E n g i n e e r i n g,T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,T a i y u a n 0 3 0 0 2 4,C h i n a)A b s t r a c t:【P u r p o s e s】D i s e a s e s s u c h a s h y p e r t e n s i o n a n d m a l a r i a i n f e c t i o n o f t e n r a i s e t h e r i g i d-i t y o f r e d b l o o d c e l l s(R B C s).C o n s e q u e n t l y,t h e m o r p h o l o g y a n d r h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f R B C s c h a n g e,w h i c h m e a n s u n d e r s t a n d i n g t h e d e f o r m a b i l i t y a n d f l o w c h a r a c t e r i s t i c s o f s i c k R B C s i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e f o r c l i n i c a l d i a g n o s i s a n d d r u g t r e a t m e n t.【M e t h o d s】I n t h i s w o r k,R B C s w e r e t r e a t e d w i t h a s e r i e s o f f i x a t i v e s t o m i m i c s i c k R B C s.D e v i c e s s u c h a s m i c r o f l u i d i c c h i p,i n-j e c t i o n p u m p,f l u o r e s c e n c e i n v e r t e d m i c r o s c o p e,a n d h i g h-s p e e d c a m e r a w e r e u s e d t o s t u d y t h e f l o w c h a r a c t e r i s t i c s o f t r e a t e d R B C s f l o w i n g i n m i c r o c h a n n e l i n v i t r o.T h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e d e f o r m a b i l i t y o f R B C s a n d C e l l f r e e L a y e r(C F L)t h i c k n e s s,f l o w v e l o c i t y,a n d o t h e r p a r a m e-t e r s w e r e e x p l o r e d.【F i n d i n g s】T h e r e s u l t s s h o w t h a t,a f t e r t r e a t i n g w i t h f i x a t i v e s o l u t i o n,t h e d i a m e t e r o f R B C s i n c r e a s e s,t h e w i d t h o f C F L b e c o m e s t h i n n e r,a n d t h e v e l o c i t y o f R B C s b e-c o m e s l o w e r.A f t e r t h e d i s e a s e,t h e r i g i d i t y o f R B C s i s e n h a n c e d,t h e d e f o r m a b i l i t y i s r e d u c e d,a n d t h e f l o w c h a r a c t e r i s t i c s o f r e d b l o o d c e l l s a r e o b v i o u s l y c h a n g e d.K e y w o r d s:r e d b l o o d c e l l;f l o w d e f o r m a t i o n;m i c r o f l o w t e c h n i q u e;c e l l f r e e l a y e r;v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n 正常红细胞呈双凹面圆盘状,可以受力变形,在动脉循环中能够承受流体剪切力作用而保持形态完整。红细胞的变形能力对整个血液循环有着至关重要的作用。遗传性血液疾病或者疟疾感染等都可导致红细胞失去双凹面型的形态,呈现圆形、椭圆形等形状,最终,形状的改变会引起红细胞的流动变形性和生理功能受限1。另外,常见疾病如高血压、心肌衰弱、糖尿病等患者的红细胞也会显示出不同程度的刚性,导致全血的物理性质随之发生改变2-4。因此,研究病变后的红细胞形态结构和流变特征对认识这些疾病的病理生理过程、临床诊断以及药物治疗等方面具有重要的意义。在体外,使用化学试剂处理红细胞可以改变红细胞的变形特征使之接近病变后红细胞5。戊二醛(g l u t a r a l d e h y d e,GA)作为常用的化学试剂6,可以与红细胞骨架蛋白中的基团交联,改变细胞膜的力学性能。A B AY e t a l7采用原子力显微镜检测GA处理后红细胞的弹性模量变化,结果发现红细胞经过GA处理后其弹性模量会增大,并且增加处理浓度,其弹性模量也会随之增加。因此,经过GA处理后的红细胞为体外模拟病变红细胞提供了有效方法。S T ATHOU-L O P OU L O S e t a l8构建了一个复杂的微阵列流场,探讨红细胞变形能力受损对其在微阵列流场中的速度和流动分布特征的影响。结果发现经过GA处理后的红细胞在微阵列流场中的流动分布更为均匀。F O R S Y TH e t a l5对比了经过GA和二酰胺(D i a m i d e,D A)处理后的红细胞受压力驱动在微管道中流动时的运动状态。结果发现,经过GA处理后的红细胞在微管中流动倾向于“T u m b l i n g”运动,而经过D A处理后的红细胞更倾向于“R e c o i l i n g”运动。B OA S e t a l9研究了红细胞经过不同浓度的GA处理后的变形指数以及在微管道中的流动速度,用于模拟处于疟原虫感染后不同阶 段 红 细 胞 的 流 动 特 征。同 时,多 聚 甲 醛(p a r a f o r m a l d e h y d e,P F A)作 为固定剂1 0,经常 与GA联合使用,用于红细胞间接免疫荧光染色中的固定步骤,定位红细胞膜蛋白1 1。但是P F A和GA的共同作用对红细胞流动变形的影响还需要进一步确定。无细胞层(c e l l f r e e l a y e r,C F L)厚度与红细胞流速是反映红细胞变形能力的两个主要指标1 2。C F L宽度与细胞的变形能力有关,任何改变红细胞粘弹性的病变都会引起无细胞层厚度的变化1 3。ONG e t a l1 4研究发现变形能力降低的红细胞在微管中流动时更倾向靠近管道边壁,C F L厚度明显降低;聚集性高的红细胞在微管中流动时形成的C F L厚度要大于无聚集性的红细胞1 2。另外,红细胞变形能 力 改 变 后 影 响 其 在 微 管 道 中 流 动 速 度1 5。B OA S e t a l9和F AU S T I NO e t a l1 6通过对比正常红细胞与不同变形能力的红细胞在微管道中的流动特征,发现红细胞在微管道中的流动速度随着变形能力降低而减小。之前的研究工作也表明了正常红细胞在微管网中流动时其流动速度要大于微管中流体的平均速度,并且受红细胞压积的影响1 7。为了探索病变红细胞在微管道中流动时的流变特性,本研究基于微流控实验平台,加工与微动脉管径相近的微管道;通过化学试剂处理获得不同变形能力的红细胞,体外模拟经病变红细胞在微管道中流动特征。建立红细胞变形能力与C F L、流动速度之间的关系,探索病变红细胞在微管道中流动时的流变特性。1 实验方法和材料1.1 微管道设计与制作微管道设计为横截面宽1 0 0 m、深5 0 m的矩形。管道加工由苏州中芯启恒科学仪器有限公司采用软刻蚀技术制作。制作材料为聚二甲基硅氧烷(p o l y d i m e t h y l s i l o x a n e,P DM S),有很好的疏水特性和生物相容性。管道入口和出口由管径为1 mm的不锈钢微管连接。为了保证流动稳定性,消除进出口对流动的影响,管道总长度为2 c m,实验时观察位置为管道中间位置(如图1).1.2 红细胞的制备和处理1.2.1 红细胞的制备实验中使用的红细胞来自成年健康男性志愿者,红细胞悬液配制方法具体步骤为:从采血管中取人体血液1 0 0 L与1 m L磷酸盐缓冲盐液(p h o s-p h a t e b u f f e r e d s a l i n e,P B S)置于1.5 m L的离心管998 第5期 陈凌峰,等:基于微流动技术的病变红细胞流变特性的体外实验模拟中混合。4 条 件 下,离 心 机(B e c k m a n A l l e g r a 6 4 R,美国)转速为1 5 0 0 r/m i n离心5 m i n弃上清,再加P B S液清洗,如此反复离心3次。1?mm入口出口1?mm设计图实物图显微图图1 微管道结构设计和实物图F i g.1 D i a g r a m o f m i c r o c h a n n e l d e s i g n a n d r e a l s t r u c t u r e1.2.2 固定液处理红细胞1)GA+P F A固定在得到的红细胞浓缩液中加入5 0 0 L相应浓度的GA和5 0 0 L体积浓度为2%的P F A,固定时间为3 0 m i n.然后离心去上清,P B S清洗两次,再用P B S配成红细胞悬液压积(h e m a t o c r i t,H c t)为体积浓度5%红细胞悬液待用。2)GA固定为了形成良好的对照关系,两种固定方式使用的GA浓度和固定时间完全相同。不同的是将5 0 0 L体积浓度2%的P F A换成P B S液,离心、清洗、配置悬液浓度操作完全相同。1.3 实验方案本文选择悬液压积(H c t)为体积浓度5%的红细胞悬液作为流动介质。实验方案如表1所示,采用两种不同的固定方式处理红细胞,分别为单独使用GA处理和GA+2%P F A共同处理,并且为了获得不同变形能力的红细胞,实验中使用了不同体积浓度的GA,分别为0.0 0 5%GA、0.0 0 7 5%GA、0.0 1%GA;而共同作用的P F A浓度不变,始终为体积浓度为2%.红细胞悬液以0.0 5 mL/h的入口表1 红细胞悬液的种类、压积和入口流量T a b l e 1 S o r t,H c t a n d i n l e t f l o w r a t e o f R B C s s u s p e n s i o n s红细胞悬液种类悬液压积(H c t)入口流量/(m Lh-1)0.0 0 5%GA+2%P F A处理5%0.0 50.0 0 7 5%GA+2%P F A处理5%0.0 50.0 1%GA+2%P F A处理5%0.0 50.0 0 5%GA处理5%0.0 50.0 0 7 5%GA处理5%0.0 50.0 1%GA处理5%0.0 5标准红细胞5%0.0 5流量进入微管道。通过微注射泵(N E-1 0 0 0,U S A)控制管道入口流量的方式控制红细胞悬液在微管道中的流动速度。以倒置显微镜及荧光装置(I X 7 0,O l y m p u s,日本)+C C D(D P 7 1,O l y m p u s,日本)+高速摄影系统(M e m r e c a m G X-1,NA C,日本)观察并记录实验结果。1.4 数据处理本文实验得到的结果形式为连续拍摄的图片,拍摄帧率3 0 0 0 f/s.数据处理基于M e m r e c a m高速摄影自带的M e m r e c a m G X L i n k软件,主要采用的方法有:1)首先识别图片中微管道的边界(如图2中水平红线所示)和最靠近边界的红细胞所在的位置,通过统计红细胞(如图2中水平橙色短线所示)距离上下边壁的距离,获得红细胞流动时的C F L平均厚度。2)通过追踪单个红细胞经过连续1 0 0帧图片时的移动位移,根据高速摄影拍摄速度计算出红细胞流动速度沿管径(如图2中竖直红线A B)的速度分布。AB图2 实验结果图片形式以及数据处理示意图F i g.2 R e s u l t s f o r m o f e x p e r i m e n t a n d d i a g r a m o f d a t a p r o c e s s i n g2 实验结果2.1 固定处理对红细胞形态的影响处理后的红细胞悬液滴在载玻片上,轻轻盖上盖玻片后置于倒置荧光显微镜下,观察结果如图3所示。标准红细胞是一个粘弹性体,电镜下的形态为扁平的双凹面型,并且几乎所有的红细胞形态都类似。经过GA固定处理后,红细胞的凹面特征逐渐清晰。当GA与2%P F A共同作用于红细胞后,红细胞的凹面轮廓更加明显。利用软件M e m r e c a m G X L i n k测量同类5 0个红细胞直径取平均值,即代表这类红细胞的直径。然后以未经过固定处理的红细胞直径为标准进行标准化处理,其结果如图4所示。仅使用GA固定时,红细胞的平均直径随着GA浓度的增加而增大。经过0.0 1%GA处理的红009太 原 理 工 大 学 学 报 第5 4卷 细胞平均直径为标准红细胞的1.0 9倍。当两种固定液同时作用于红细胞时,红细胞的直径也会增大。如当使用0.0 1%GA和2%P F A共同处理后,红细胞的直径大约是标准红细胞直径的1.2 0倍。0.005%GA0.007?5%GA0.01%GA0.01%GA+PFA0.007?5%GA+PFA0.005%GA+PFA10?m标准图3 固定处理对红细胞形态的影响F i g.3 E f f e c t o f f i x e d t r e a t m e n t o n R B C s m o r p h o l o g y1.251.201.151.101.051.000.95标准0.005%GA0.075%GA0.01%GA0.005%GA+PFA0.01%GA+PFA0.075%GA+PFA红细胞相对直径与标准红细胞直径相比的倍数图4 固定处理对红细胞大小的影响F i g.4 E f f e c t o f f i x e d t r e a t m e n t o n R B C s s i z e2.2 固定处理对红细胞悬液在微管道中流动时C F L厚度的影响 当使用GA作为固定液,红细胞流动在上下壁面处形成的C F L厚度随着GA的浓度增高都有一定程度的降低(如图5(a)所示)。以上管壁处C F L厚度为例,标准红细胞在微管道中流动时C F L平均厚度 为1 2.8 7 m.当 使 用 的GA体 积 浓 度 为0.0 0 5%时C F L平均厚度为1 2.0 8 m;随着GA的体积浓度增至0.0 0 7 5%,C F L平 均厚度下降 为1 0.9 1 m;当 使 用 的GA体 积 浓 度 达 到 最 大 值0.0 1%时,C F L平均厚度相应减小至9.9 5 m.另外上下壁面C F L平均厚度也有差别,上管壁的C F L平均厚度要略大于下管壁的C F L平均厚度。以体积浓度0.0 0 5%GA固定后的红细胞为例,在上壁附近形成的C F L平均厚度为1 2.0 8 m,而下管壁附近形成的C F L平均厚度为1 0.8 8 m.这可能是因为入口设计造成红细胞悬液在管道中的流动偏差。（a）GA 处理50403020100标准0.005%GA0.007?5%GA0.01%GA01020304050标准0.005%GA0.007?5%GA0.01%GACFL 厚度/?m（b）GA+2%PFA 处理50403020100标准0.005%GA+PFA0.007?5%GA+PFA0.01%GA+PFA01020304050标准CFL 厚度/?m0.005%GA+PFA0.007?5%GA+PFA0.01%GA+PFA图5 不同体积浓度GA处理红细胞后C F L平均厚度的变化F i g.5 C h a n g e s i n m e a n C F L t h i c k n e s s w i t h t r e a t m e n t o f d i f f e r e n t GA v o l u m e c o n c e n t r a t i o n s当使用2%P F A与不同体积浓度的GA共同处理红细胞后,实验结果与仅使用GA固定后的实验结果趋势相同,即管道上下壁面处的无细胞厚度109 第5期 陈凌峰,等:基于微流动技术的病变红细胞流变特性的体外实验模拟随着GA浓度的增加而降低。但是由于加入了体积浓度为2%P F A共同作用,红细胞在微管道中流动时,管道上下壁处C F L厚度会显著降低,且降低幅度比仅使用GA固定时要大得多。如图5(b)所示,同样以 上 管 壁 处C F L厚 度 为 例,使 用0.0 0 5%GA+2%P F A共同作用红细胞时,C F L的厚度为9.9 7 m;当使用0.0 1%GA与2%P F A共同作用红细胞时,C F L的厚度已经降至6.5 8 m.单独使用GA,以及GA与2%P F A共同作用,两者对C F L厚度影响的趋势如图6所示。相较于单独使用GA,增加2%P F A可以显著降低C F L的数值,即增加P F A可显著降低红细胞的变形能力。但是,两种同时处理红细胞对C F L厚度影响的趋势并不一致。若以曲线上点的切线代表C F L减小的速率,则单独使用时GA时,随着GA浓度的增加,C F L减小的速率增大。而加入2%P F A后,虽然显著降低了C F L的数值,但随着GA浓度的增加,C F L减小的速率降低。该结果可为调节红细胞刚度手段,提供数据支持。141210864CFL 厚度/?m0.00200.0040.0060.0080.010GA 体积浓度/?%CFL-GACFL-GA+2%PFAy-1.940?42exp（x/0.010?82）+13.753?28R20.935?8y7.965?12exp（-x/0.008?17）+3.806?22R20.999?17图6 C F L厚度随固定液体积浓度变化趋势F i g.6 C F L t h i c k n e s s v a r i e s w i t h GA v o l u m e c o n c e n t r a t i o n s2.3 固定处理对红细胞沿管径的流动速度分布的影响在相同的条件下,仅使用GA作为固定液,随着固定液浓度的增高,红细胞在微管道中A-B位置的速度分布实验结果和拟合结果如图7(a)所示。标准红细胞沿管径A-B处的最大流动速度可以达到7 mm/s以上。红细胞经过GA处理后,变形能力下降,其在微管道中的流动速度也会随之下降。但是GA的体积浓度从0.0 0 5%增加至0.0 1%时,红细胞流动速度变化不是特别明显。3个浓度处理后的红细胞速度沿微管道管径的分布曲线有交叉,红细胞的最大流动速度均在5.0 mm/s至5.5 mm/s之间。这一结果与C F L厚度的变化相呼应,3种浓度处理后的C F L厚度变化较小仅仅相差1 m左右。说明GA处理红细胞会使红细胞膜的刚度增强,其变形能力降低,所以红细胞在管道中的流动速度也相应降低。但是所选的3种GA浓度梯度引起的红细胞变形能力的改变不明显,表现为C F L厚度变化不大,以及红细胞在微管道中沿径向流动速度分布没有明显的差别。当使用GA与2%P F A对红细胞进行固定处理后,红细胞在微管道中流动时沿管径A-B处的速度分布结果如图7(b)所示。GA与2%P F A的共同作用,对红细胞变形能力的限制较为明显,微管道中的流动速度也出现相应的明显降低。0.0 0 5%GA与2%P F A共同作用时,红细胞在微管中流动的最大速度约为5 mm/s,比仅使用GA固定时流动速度降低了0.5 mm/s左右。随着GA浓度的增加,红细胞的流动速度进一步降低,使用体积浓度为0.0 0 7 5%GA与2%P F A共同作用时,红细胞流动的最大速 度为4 mm/s;当0.0 1%GA与2%P F A共同作用时,此时红细胞在微管道中的最大流动速度已经明显低于4 mm/s.由此可见,当两种细胞固定液共同作用时,对红细胞变形能力的影响更87654321红细胞流动速度/?（mm s-1）200406080100管道直径/?m标准0.005%GA0.007?5%GA0.01%GA标准0.005%GA0.007?5%GA0.01%GA87654321红细胞速度/?（mm s-1）200406080100管道直径/?m标准0.005%GA+2%PFA0.007?5%GA+2%PFA0.01%GA+2%PFA标准0.005%GA+2%PFA0.007?5%GA+2%PFA0.01%GA+2%PFA（a）GA 处理（b）GA+2%PFA 处理图7 不同体积浓度的GA处理后红细胞沿管径的速度分布F i g.7 E f f e c t s o f f i x a t i o n t r e a t m e n t w i t h GA o f d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o n t h e v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n o f e r y t h r o c y t e s a l o n g t h e t u b e d i a m e t e r209太 原 理 工 大 学 学 报 第5 4卷 为显著,不仅表现在C F L厚度降低较为明显,红细胞的流动速度也大大降低。3 讨论红细胞在微管道中的流动特征与其自身的变形能力有关。一些疾病如糖尿病、血液病,或者疟疾感染后都会改变红细胞的变形能力,从而改变红细胞的生理性能和流变学特征。本文基于微流动技术,体外采用GA与P F A醛类试剂处理后得到不同变形能力的红细胞,研究了红细胞变形能力改变与C F L厚度、流动速度之间的关系。结果显示,随着变形能力的降低,红细胞在微管道中流动形成的C F L厚度和流动速度降低。人体微循环中的血液流动雷诺数大概是1左右,属于小雷诺数流动1 8,管道中的流动特征属于典型的P o i s e u i l l e流。红细胞生理特性与结构特征决定自身具有良好的变形性,在血管中除了随着血浆流动之外,同时还做坦克履带运动和转动。红细胞流动时沿径向的两侧存在速度梯度,坦克履带运动和转动会进一步加剧两侧的速度差,从而导致有作用在红细胞并且朝向管道中心轴的升力1 9。最终结果导致红细胞在微管道中流动时有明显的向轴集中的现象。刚性粒子不具有红细胞的坦克履带运动,只随着流体流动,沿径向两侧也就不存在明显的速度差,没有朝向中心轴升力,不会出现明显的向轴集中现象2 0。本文实验中使用的微管道的横截面尺寸是1 0 0 m5 0 m入口流量为0.5 m L/h,该条件下的雷诺数约为1.8 7,微管道中的流动属于层流。基于此理论,当红细胞的变形能力降低,向轴集中的现象也会降低,由此形成的C F L厚度也会减小。GA、P F A等醛类物质属于非特异性固定剂。这类物质的醛基(CHO)和红细胞膜蛋白的氨基(NH2)交联后使得膜蛋白构象发生改变,导致膜流动性降低7。所以经过GA处理后的红细胞在微管道中流动时,需要更大的压降来驱动,否则将会在复杂管道的某些区域滞留。F O R S Y TH e t a l5研究发现,GA处理会显著增加红细胞的胞质和脂双层膜的黏性。在微管道中流动时,红细胞内黏度与流动介质之间的黏度差异会阻碍红细胞的坦克履带运动,同时增加红细胞的翻转运动。当红细胞经过GA处理后,变形能力降低,坦克履带运动受限。经过固定液处理的红细胞由于刚性增强,沿着管径两侧速度差趋小,受到方向指向管轴的合力也会随之减小,不利于红细胞在流动过程中向轴集中。所以,处理后的红细胞在微管道中流动时形成的C F L厚度较正常红细胞小,见图5,并且随着GA的浓度的增加,红细胞的弯曲刚度增加,在微管道中流动时形成的C F L厚度会逐渐减小。P F A与GA的功能类似,在这两种固定液的共同作用下,会进一步加剧红细胞膜的刚性化,红细胞的变形能力会进一步加剧。所以两种固定液共同作用后的红细胞在微管道中流动时,形成的C F L厚度比单纯使用GA固定后更小一些。血管中C F L的主要成分是血浆,其黏性较血液小,可以降低血液流动阻力。经过固定剂处理后的红细胞变形性降低,形成的C F L厚度减小,其在微管中流动时受到的阻力比正常红细胞大。另外,由于红细胞膜粘弹性,其在流动时做坦克履带运动,使得红细胞的流动速度大于血浆的流动速度1 5,7。当红细胞经过固定剂处理后,其黏弹性降低,在流动时坦克履带运动受限转动增加。所以相同条件下,经过GA处理后,C F L厚度也相应减小,红细胞的黏弹性有所降低,红细胞在微管中的流动速度也相应减小(见图7(a).当红细胞经过两种固定液处理后,大大降低了其变形性能,红细胞的流动速度的降幅也最大(见图7(b).4 结论病变后的红细胞刚性增强,变形能力降低,其流动特征也会发生明显改变。研究其流动变形特征对了解病理过程、诊断、治疗具有重要的意义。本文基于微流动技术,体外采用GA与P F A醛类试剂处理后得到不同变形能力的红细胞,模拟病变后的红细胞在微管中的流动特征。结果发现,变形能力较低的红细胞平均直径增大,在微管道中流动时形成的C F L厚度较小,同时其流动速度也较标准红细胞小。该结果对研究病变红细胞的流变特性,以及相应血液类疾病的诊断治疗等提供理论支持。参考文献:1 KAVANAGH P L,F A S I P E T A,WUN T.S i c k l e c e l l d i s e a s e:a r e v i e wJ.J AMA,2 0 2 2,3 2 8(1):5 7-6 8.2 T S UD A K.R e d b l o o d c e l l a b n o r m a l i t i e s a n d h y p e r t e n s i o nJ.H y p e r t e n s i o n R e s e a r c h,2 0 2 0,4 3(1):7 2-7 3.3 L ON G L,C HE N H,HE Y,e t a l.L i n g e r i n g d y n a m i c s o f t y p e 2 d i a b e t e s m e l l i t u s r e d b l o o d c e l l s i n r e t i n a l a r t e r i o l a r b i f u r c a-309 第5期 陈凌峰,等:基于微流动技术的病变红细胞流变特性的体外实验模拟t i o n sJ.J o u r n a l o f F u n c t i o n a l B i o m a t e r i a l s,2 0 2 2,1 3(4):2 0 5.4 A L E X Y T,D E T T E R I C H J,C ONN E S P,e t a l.P h y s i c a l p r o p e r t i e s o f b l o o d a n d t h e i r r e l a t i o n s h i p t o c l i n i c a l c o n d i t i o n sJ.F r o n t i e r s i n P h y s i o l o g y,2 0 2 2,1 3:9 0 6 7 6 8.5 F O R S Y TH A M,WAN J,R I S T E N P A R T W D,e t a l.T h e d y n a m i c b e h a v i o r o f c h e m i c a l l y“s t i f f e n e d”r e d b l o o d c e l l s i n m i c r o-c h a n n e l f l o w sJ.M i c r o v a s c u l a r R e s e a r c h,2 0 1 0,8 0:3 7-4 3.6 李华岳,陈维毅,董江峰,等.关节软骨细胞的琼脂糖凝胶培养研究J.太原理工大学学报,2 0 0 9,4 0(2):1 9 5-1 9 9.L I H Y,C HE N W Y,D ON G J F,e t a l.T h r e e-d i m e n s i o n a l c u l t u r e o f a r t i c u l a r c h o n d r o c y t e s w i t h i n a g a r o s e g e lJ.J o u r n a l o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,2 0 0 9,4 0(2):1 9 5-1 9 9.7 A B AY A,S I M I ONA T O G,C HA C HAN I D Z E R,e t a l.G l u t a r a l d e h y d e-a s u b t l e t o o l i n t h e i n v e s t i g a t i o n o f h e a l t h y a n d p a t h o-l o g i c r e d b l o o d c e l l sJ.F r o n t i e r s i n P h y s i o l o g y,2 0 1 9,1 0:5 1 4.8 S T A THOU L O P OU L O S A,P A S S O S A,B A L A B AN I S.F l o w s o f h e a l t h y a n d h a r d e n e d R B C s u s p e n s i o n s t h r o u g h a m i c r o p i l-l a r a r r a yJ.M e d i c a l E n g i n e e r i n g&P h y s i c s,2 0 2 2,1 0 7:1 0 3 8 7 4.9 B OA S L,F AU S T I NO V,L I MA R,e t a l.A s s e s s m e n t o f t h e d e f o r m a b i l i t y a n d v e l o c i t y o f