0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

基于千兆赫兹声流体,实现血脑屏障可控调节

微流控 来源:微流控 作者:微流控 2022-11-07 16:17 次阅读

血脑屏障是大脑内稳态所必需的结构和功能屏障,在神经功能的实现和保护大脑免受循环毒素和病原体的损害等方面发挥着重要的作用。血脑屏障结构和功能的正常维持离不开血管内血流所产生的流体力的调控。然而,极为致密的血脑屏障也严格限制了绝大多数药物分子跨血脑屏障的递送,这对中枢神经系统疾病的诊断和治疗是一个很大的限制。本文报道了一种基于固体装配型薄膜体声波谐振器(SMR)的血脑屏障可控调节和打开的方法。通过简便地调节声学器件的输入功率和工作距离,便可产生具有可调流速的声流体来实现不同剪切力的加载以及分子跨血脑屏障渗透的增强。该工作为研究流体剪切力对血脑屏障的力学调节提供了新的平台,为提高跨血脑屏障的给药效率提供了新的方法。

声流体对血脑屏障调节的原理

当千兆赫兹的SMR在液体环境中工作时,会由于声波的耗散引发声流体效应。二维有限元仿真显示SMR会由中心区域产生垂直方向的液体流动,当到达细胞界面时,会由于垂直方向速度的锐减产生横向流动从而给细胞加载流体剪切力(图1)。

8354dce4-5e73-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图1(a)SMR调节血脑屏障的原理示意图。(b)SMR的显微图。(c)SMR的垂直结构示意图。(d)SMR在液体中引发声流体的速度场二维有限元仿真,白色箭头指示了液体流动的方向。

声流体的可控调节

通过对SMR所引发声流体速度场的二维有限元分析发现,SMR表面不同距离处的声流体速度不同,且距离越近时,速度也越大(图2)。因此,可以通过同时控制SMR的工作距离和输入功率来获得不同流速大小的声流体,从而实现不同大小剪切力的加载。

838c3158-5e73-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图2 距离SMR分别为500μm、1000μm、1500μm处的声流体速度的二维有限元仿真。

血脑屏障模型的构建

利用Transwell小室在体外构建血脑屏障模型,并利用光学观察、跨内皮细胞阻抗测量、分子渗透性实验以及特定蛋白的免疫荧光染色来追踪血脑屏障模型的发育情况。实验结果显示在培养6天后可获得较为成熟的血脑屏障模型(图3)。

83b0e354-5e73-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图3 (a)培养1天和5天时血脑屏障模型的荧光图像。(b)血脑屏障模型跨内皮细胞阻抗(TEER)测量原理示意图。(c)培养1-9天中血脑屏障的TEER值统计。(d)培养1-9天中分子跨血脑屏障渗透强度的统计。(e)血脑屏障模型培养6天后ZO-1蛋白的免疫荧光图像。比例尺=50μm。

声流体对血脑屏障完整性的调节

利用光学观察和跨内皮细胞电阻测量的方法对声流体作用后血脑屏障完整性的变化进行表征。实验结果发现较低功率的声流体作用时,血脑屏障的完整性基本不受影响;而较高功率的声流体作用时,血脑屏障完整性会明显下降,并且功率越高时下降越明显(图4)。

83eaf954-5e73-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图4 (a)不同功率声流体作用下血脑屏障模型的荧光及明场图像。红色箭头指示了声流体所刺激的区域。比例尺=500μm。(b)声流体作用后血脑屏障模型的跨内皮细胞电阻值变化。

声流体对血脑屏障紧密连接蛋白的调节

利用共聚焦显微镜对血脑屏障的紧密连接蛋白ZO-1进行三维层扫发现,声流体可以通过破坏内皮细胞之间的紧密连接蛋白使致密的血脑屏障上产生孔隙(图5)。

84180a02-5e73-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图5 声流体对ZO-1蛋白的影响。红色荧光代表ZO-1蛋白,蓝色荧光代表细胞核。实验组(a)施加400mW声流体刺激,对照组(b)不做任何处理。黄色箭头指示了声流体作用下血脑屏障上产生的孔隙。

声流体对分子跨血脑屏障渗透的增强

通过分子渗透性实验发现,声流体对不同分子量的葡聚糖跨血脑屏障的渗透都有明显的增强作用(图6)。至此,本文提出了一种简单易操的血脑屏障流体力调控系统,并借此研究了不同大小的剪切力对血脑屏障完整性的影响以及分子跨血脑屏障渗透的增强。该系统为研究流体剪切力与血脑屏障之间的关系提供了新的平台,为突破血脑屏障对药物递送的阻碍提供了新的手段。

8436de0a-5e73-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图6 不同分子量的葡聚糖在10min内跨血脑屏障渗透到下侧腔室中的浓度。实验组施加了400mW声流体的刺激,对照组不予任何处理。**P<0.01。表征声场的方法。   论文链接: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0014861  

审核编辑 :李倩

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 谐振器
    +关注

    关注

    4

    文章

    1131

    浏览量

    65826
  • SMR
    SMR
    +关注

    关注

    0

    文章

    16

    浏览量

    8928

原文标题:基于千兆赫兹声流体,实现血脑屏障可控调节

文章出处:【微信号:Micro-Fluidics,微信公众号:微流控】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    高频谐振功率放大器工作在什么状态

    谐振功率放大器的基本原理是利用谐振回路的谐振特性来实现信号的放大。在谐振频率下,电路的阻抗最小,能量传输效率最高,因此可以实现高效的信号放大。 2. 工作频率 高频谐振功率放大器的工作频率通常在几十兆赫兹到几
    的头像 发表于 10-10 15:11 451次阅读

    如何让两片opa847级联有200倍放大倍数同时还能保证带宽有300多兆?

    将两片847级联,由于R5和R1分压作用,放大倍数只有10*10=100倍。带宽有350多兆赫兹。 将R5去掉后,增益有10*20=200倍,但是带宽却只剩160多兆,这是为什么? 如何权衡使得两片847级联有200倍放大倍数同时还能保证带宽有300多兆?并且做到输出50欧的阻抗匹配?
    发表于 09-02 08:12

    求助,为什么VCA821做的程控放大电路频率也会放大?

    为什么VCA821做的程控放大电路频率也会放大,输入1k赫兹,输出变成30多兆赫兹,而且幅值还变小了
    发表于 08-30 07:32

    YXC扬兴 石英晶体振荡器,频点20MHZ,3225封装,应用于伺服电机

    晶振在伺服电机中的作用是提供稳定的频率脉冲信号源,保障伺服系统的高效运作。因为晶振的频率通常在几千赫兹到几百兆赫兹之间,可以根据具体的应用需求选择合适的频率。在伺服电机系统中,晶振的作用尤为重要。
    的头像 发表于 08-26 16:25 348次阅读
    YXC扬兴 石英晶体振荡器,频点20MHZ,3225封装,应用于伺服电机

    常见的射频微波器件有哪些

    )到数吉赫兹(GHz)的频率范围,而微波则通常指的是1千兆赫兹(GHz)到300千兆赫兹(GHz)之间的频率范围。在这个频段内,存在多种常见的射频微波器件,它们各自承担着不同的功能,共同构成了复杂的射频微波系统。
    的头像 发表于 08-13 09:59 803次阅读

    高速信号的定义和仿真验证分析

    在数字电路中, 高速信号通常指的是指在超过信号传输线上限频率时会发生失真、波形变形或者数据丢失的信号。 这种高速信号的频率通常超过几十兆赫兹,甚至可以达到几个G赫兹。对于高速信号的传输,传统的数字逻辑设计已经不能满足需求,因此需要深入了解高速信号传输的方式和原理,此文不对
    的头像 发表于 07-23 11:37 1024次阅读
    高速信号的定义和仿真验证分析

    高频电子线路和模电的区别

    等方面。 1. 定义和原理 高频电子线路 高频电子线路主要关注在高频信号的产生、传输和处理。高频信号通常指的是频率在几十兆赫兹到几千兆赫兹的信号。高频电子线路的设计需要考虑信号的传输速度、损耗、反射和干扰等问题。 模拟
    的头像 发表于 07-19 09:56 889次阅读

    噪音抑制的隐形屏障!TDK推出全新超薄、轻量型坡莫合金薄膜片

    近年来,传统燃油汽车中的电子子系统越来越多,以实现信息、通讯和导航等目的。所有此类子系统都会生成兆赫兹(MHz)级高频噪声。电动汽车虽然也集成了所有此类电子子系统,但电动汽车已不再使用内燃机
    的头像 发表于 06-14 13:05 222次阅读

    Windows 11任务管理器将CPU性能单位调整为MT/s

    以前,电脑内存的传输速度通常用MHz(兆赫兹)来衡量,即每秒能进行的循环次数,如3200MHz表示每秒可进行32亿次循环。然而,随着新技术的发展,DDR内存能够在不提升时钟频率(MHz)的前提下提高数据传输速率,这使得传统的计算方式不再准确。
    的头像 发表于 05-07 15:08 1566次阅读

    什么是射频信号?什么是射频连接器?

    首先,我们应该明确RF的含义。RF(射频)信号是指交流信号,其特点是频率在射频范围内。通常包括从3 kHz(千赫兹)到300 GHz(千兆赫兹)的频率。
    发表于 04-10 11:30 1523次阅读
    什么是射频信号?什么是射频连接器?

    高频放大器和低频放大器有何不同

    高频放大器主要用于处理高频信号。其工作频率通常在几百千赫兹(kHz)到数十千兆赫兹(GHz)之间。高频放大器广泛应用于无线通信、雷达、微波通信、射频识别等领域。
    的头像 发表于 02-05 14:49 2858次阅读

    如何利用微流控技术制备一种用于脑肿瘤靶向的超小型仿生纳米囊泡呢?

    血脑屏障(BBB)是中枢神经系统的守卫,也是治疗脑肿瘤等脑部疾病的巨大障碍。
    的头像 发表于 01-18 10:20 1708次阅读
    如何利用微流控技术制备一种用于脑肿瘤靶向的超小型仿生纳米囊泡呢?

    射频电流是交流还是直流?

    射频(Radio Frequency, RF)是指频率在几百千赫兹(Hz)到几百兆赫兹(MHz)范围内的电磁波信号。射频电流用于无线通信、无线电广播、雷达、无线电频谱等应用领域。
    的头像 发表于 01-16 15:47 2031次阅读

    5G毫米波可疑支持多少赫兹

    每秒发生的周期性事件的次数。在无线通信中,频率决定了信息的传输速度和传输容量。更高的频率意味着更快的传输速度和更大的容量。 在5G技术中,除了传统的低频和中频带(低至600兆赫兹(MHz)和中至3.7千兆赫兹(GHz))之外,毫米波频
    的头像 发表于 01-09 14:34 556次阅读

    日本开发了一种名为“频谱穿梭”的创新光学技术

    具有单独颜色和形状的千兆赫兹重复脉冲,在超快成像和激光加工处理中释放出了新的潜力。
    的头像 发表于 12-29 10:15 621次阅读
    日本开发了一种名为“频谱穿梭”的创新光学技术