1、 中文 8260 字 出处： Li Y J, Li Y, Cao T, et al. Transport of Dynamic Biochemical Signals in Steady Flow in a Shallow Y-Shaped Microfluidic Channel: Effect of Transverse Diffusion and Longitudinal DispersionJ. Journal of biomechanical engineering, 2013, 135(12): 121011. 基于 Y 型通道的动态生化信号 在定常 流内的传输：横向扩散与纵向离散
2、效应 Transport of Dynamic Biochemical Signals in Steady Flow in a Shallow Y-Shaped Microfluidic Channel: Effect of Transverse Diffusion and Longitudinal Dispersion 学 部 （ 院 ）： 电子信息与电气工程学部 专 业： 生物医学工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 基于 Y 型通道的动态生化信号在定常流内的传输：横向扩散与纵向离散效应 1 基于 Y 型通道的动态生化信号在 定常 流内的传输：横向扩散与纵向
3、离散效应 Yong-jiang Li 大连理工大学电子信息与电气工程学部生物医学工程系 Yizeng Li 密歇根大学安娜堡分校机械工程系 Tun Cao Kai-Rong Qin1 大连理工大学电子信息与电气工程学部生物医学工程系 摘要 在离体细胞研究中，动态生化信号的控制十分重要。本文基于高度较小的 Y型通道，对定长流与混合流中动态生化信号的传输进行了分析。探究了不同信号的传输特性以及横向与纵向扩散到综合效应。本文提出了一种在混合通道内从两个入口控制两条定常流宽度 的方法。通过求解 时变的 Taylor-Aris 扩散和分子扩散控制方程，我们得到了混合通道作为一个传输系统的传输方程和截止频
4、率。幅值与相位的范围表明了混合 Y 型微流控通道由于纵向扩散而具有低通特性。与缺少横向分子扩散的通道相比，具有横向分子扩散的通道，其输出信号的幅值相对降低。本文也同样 研究了信号的控制，这一与信号传输相反的问题。【 DOI： 10.1115/1.4025774】 关键词： 动态生化信号，传输，定常流， Y 型微流控通道， Taylor-Aris 扩散，分子扩散 引言 在体细胞生活在一个充满着间隙渗流和各种生化物质的复杂的微环境中。这些流体和物质对细胞施加切力和生化刺激，调节血多生物进程和细胞行为，如内部与细胞间的信号、基因和蛋白质的活性以及细胞的生长和分化。生物力学与生物化学刺激均可以是时不变
5、的（静态的）和时变的（动态的）。近年来，在细胞生物学领域，细胞与细胞外环境间的相互作用广受关注。研究表明，细胞对于动态信号的响应不同于静态信号。然而，大部分先前的研究都集中于细胞对于静态生物力和生物化学刺激的响应，而很少研究动态信号的效应。因此，对于离体培养的细胞加载一个可控的定量 的动态生物力和生物化学信号是十分必要的，它对于深入探究生物进程和细胞的行为具有重要意义。 基于 Y 型通道的动态生化信号在定常流内的传输：横向扩散与纵向离散效应 2 迄今为止， 微流控技术已经成为一种流行且有效的平台去研究细胞与微环境之间的相互作用。许多类型的微流控设施已被应用于产生生物力和生物化学信号应用于特定的
6、细胞生物学的研究。一种高度很小有着高纵横比（宽度比高度）的 Y 型微流控通道（见图 1a）可施加流体剪切力并且切换两种生化刺激。 图 1. (a) 一个高度较小的 Y 型通道，细胞培养在混合通道的底部。 (b)高度不计的 Y 型微流控通道的几何形状和坐标系（未标明尺寸） 为了准确的对培 养在微流控通道底部的细胞加载生化信号，理解动态生化信号在通道内的传输特性是十分重要的。 Taylor 首次表明，当一种被动溶质被引入到缓慢流动的流体并且平稳的通过一个圆形管子，溶质的扩散被流体平衡了。这种现象现在被叫做Taylor 扩散或者 Taylor-Aris 扩散。从那时起，大量研究集中在惰性物质在稳定管内或通道内稳定流体中的扩散。 通过
