用于药物输运跨细胞膜输运的微流控系统中的多尺度力学机理

目的实现药物跨细胞膜输运是生物医学工程和细胞力学生物学的重要研究内容,在细胞治疗、再生医学等众多领域具有重要的应用价值。现有的跨膜输运方法包括生物、物理、化学等方法。尽管这些方法都有自身的优势和特点,它们或者可能会对细胞造成永久性损坏,存活率较低;或者由于病毒转染和基因插入使得细胞发生癌变可能而存在生物安全性方面的隐患;或者只能适用于少数种类或者少数数量的细胞,应用范围不广。近年来,基于力学原理的方法因其高效、通量大、对细胞创伤小、生物安全性高,日益受到人们的关注。方法以声致穿孔(sonoporation)为背景,运用分子动力学和计算流体力学等方法,对冲击波撞击纳米气泡,引起细胞膜破裂,以及在此过程中力敏通道的门控机制等方面开展了一系列研究。结果和结论在此基础上,基于微流控系统,提出了一种基于零质量射流的跨膜输运技术,并研究了细胞在微管道中的变形与力敏通道开启的关系;基于人工智能技术,提出了细胞力学特性的预测方法,初步构建了基于零质量射流的跨膜输运微流控系统。