无细胞器官芯片的计算流场与颗粒追踪验证
用高速颗粒追踪与计算流体模型比较路径和速度，核对芯片流动。
用途与模型
- 研究用途
- 为组织培养及药物评价芯片的几何/灌流参数提供流场质量依据。
- 模型与细胞来源
- 4 培养腔的无细胞 PDMS 芯片；模拟扩展中的水凝胶支架作为固体近似。
- 方法版本
- 2023 年四培养腔 PDMS 几何的流场质量版本
- 实验形式
- 高速显微颗粒追踪、ImageJ/MTrackJ 与 Ansys Fluent 计算对照。
材料与平台
- 实验基准
- 表面活性剂血液类似流体，3000 fps 成像；600 μL/min 作不同高度的定量速度比较。
- 定性流量
- 336/1000/1500/2000 μL/min 用于入口流动形态；分叉和培养腔分别观察。
- 数值质量
- 3 级网格 GCI 检查后用 325068 单元；刚性无滑移/单相流，并比较层流与湍流结果。
测量指标与分析
- 入口/分叉颗粒路径
- 培养腔速度剖面
- 网格收敛指数
- 模型间速度比较
定性流线与定量速度分开核对；氧运输模拟另列，未作氧浓度实验验证。
研究设计与结果
实验条件比较
- 研究设计
- 同一几何以实验颗粒轨迹/速度对照 CFD，并比较层流与湍流计算。
- 测试范围
- 无细胞芯片；速度在一个对称培养腔不同高度测量，流量条件分别登记。
- 参照体系
- 实验路径和速度；3 级网格及层流/湍流预测。
- 研究结果
- 主速度剖面总体相近，中央实测略高并受运动模糊影响；低流量入口无明显涡，高流量入口可回流。
适用条件与研究局限
- 定量验证集中 600 μL/min 与一个几何，不能推广所有芯片。
- 没有细胞或药物响应测试；氧浓度及供氧效应没有实验验证。
- 刚性壁和固体支架等假设需按新模型用途重新检查。
来源与原文
- Numerical evaluation and experimental validation of fluid flow behavior within an organ-on-a-chip model原始研究 · Computer Methods and Programs in Biomedicine · 2023-10-28