Microfluidics for Rheological Study

Abstract

심혈관질환(CVDs)은 선진국의 주요 사망원인이며 미국 전체 사망자의 31.3%~32.8% 를 차지한다. 심혈관질환과 혈액 생물 물리학적 성질(즉, 적혈구 침강속도 [ESR], 헤마토크릿 및 점도) 사이의 밀접한 관계가 보고되었기 때문에 혈액 생물 물리학적 특성이 심혈관질환을 모니터하기 위해 주의를 끌고 있다. 심혈관질환은 혈장 단백질의 농도를 급격히 증가시킨다. 그러면 ESR이 크게 향상된다. 따라서 혈액의 생물리학적 특성 (즉, RBC 변형성 및 ESR)에 대한 혈장 및 적혈구의 개별 효과를 조사할 필요가 있다. 즉, RBC 및 혈장의 변화는 RBC 변형성과 ESR을 동시에 측정하여 효과적으로 관찰할 수 있다. 본 연구에서는 ACS에서 부유 혈액의 부피를 정량화함으로써 ESR 및 RBC 변형성을 순차적으로 측정하는 간단한 방법을 보여준다. 제안된 방법을 입증하기 위해 마이크로유체장치는 다중 마이크로 기둥 채널, 입구 및 출구로 구성된다. ACS는 일회용 주사기와 고정품으로 구성된다. ACS는 부분적으로 공기(~0.4mL)와 혈액(~0.6mL)으로 넣고 스토퍼로 콘센트를 닫음으로써 ACS의 바늘이 입구에 단단히 고정된다. 조명기를 사용하여 공기 압축의 볼륨이 Vcomp의 특정 값으로 조정되고 스마트폰 카메라를 사용하여 스냅 샷 이미지를 순차적으로 캡처하여 ACS 내부의 정지된 혈액의 양(즉, Vsusp)을 관찰한다. 콘센트가 닫히면 Vsusp가 Vsusp=0.2mL가 될 때까지 Vsusp의 변화가 얻어진다. ESR 지수 (즉, VESR)는 Vsusp의 시간 변화를 정량화함으로써 얻어진다. 한편, 콘센트를 개방 시, Vsusp가 Vsusp=0으로 감소될 때까지 Vsusp의 변화가 얻어지고 시간에 따른 Vsusp의 변화를 분석하여 RBC deformability index (VDI)를 얻었다. 실험 시연에서 첫째, VDI에 대한 기둥 채널 길이 (L)의 효과는 L=50, 150 및 250μm를 변화시켜 정량화되었다. L=150μm 이상에서는 VDI가 유의한 차이를 보이지 않았고 이에 따라서 기둥 채널의 길이는 모든 실험을 통해 L=150μm로 고정하게 되었다. 둘째, VESR 및 VDI에 대한 공기압축의 효과는 공기압축체적 (Vcomp) (Vcomp=0.2, 0.3 및 0.4mL)을 변화시킴으로써 정량화되었다. Vcomp는 VDI의 변화에 ​​크게 기여했다. 그러나 ESR 지수를 변경시키지는 않았다. 따라서 공기압축의 부피 (Vcomp)는 모든 실험을 통해 Vcomp=0.4 mL로 고정되었다. 세 번째로, VESR과 VDI의 적혈구 용적률의 영향은 적혈구 용적률 (Hct) (Hct=20%, 30%, 40%, 50%)을 변화시켜 평가 하였다. 헤마토크릿이 높을수록 ESR 및 RBC 변형 측정시간이 많이 증가하였다. 넷째, 제안된 방법은 Dextran을 포함한 혈액에 대한 VESR과 VDI를 측정하기 위해 사용된다. Dextran 용액은 ESR의 경과 시간을 많이 감소시키는데 기여한다. 그러나 그것은 RBC 변형성의 경과 시간에는 영향을 미치지 않았다. 마침내 제안된 방법은 이종 혈액을 검출하는데 사용된다. 2개의 지표 (즉, VESR 및 VDI)는 φ=10% 보다 상당히 가변적이다. 그 결과로부터 제안된 방법은 적어도 10%의 경화된 혈액으로 이종 혈액을 검출할 수 있다는 결론을 이끌어 낸다. 또한 ESR 및 RBC 변형성을 효과적으로 정량화하기 위해 두 개의 지표 (즉, VESR 및 VDI)가 사용된다.

키워드 : RBC 변형성; 적혈구 침강 속도(ESR); 미세유체시스템; 스마트폰 카메라; 공기 압축주사기(ACS)