Analisi computazionale dell'interazione cellula-fluido in tecniche di frazionamento fluido in campo gravitazionale

The discovery of nucleated fetal cells circulating in maternal peripheral blood has marked a turning point in the prenatal diagnosis field: the isolation and subsequent analysis of DNA constitutes a safe method to perform diagnoses. The proposed study focuses on the Gravitational Field-Flow Fractionation (GrFFF) separation method applied to the Lattuada channel. The GrFFF system consists of a combination of gravitational force and a flow inside a microfluidic channel that allows the separation of the cells of interest without inducing alterations. The subject of the work concerns the definition of a finite volume computational model to study cell behaviour in terms of interaction and potential deformation inside the channel. The present study is based on a two-fluid phases model that has been implemented and validated by employing sensitivity analysis, thus optimised in terms of mesh size and time interval. An analysis of the input parameters was carried out to guarantee model reliability to establish which factors are particularly influential. The outcomes demonstrated that viscosity was a decisive parameter, so to optimize the model, we implemented an inverse problem to define those values that guarantee the achievement of reliable results. The proposed study gave satisfactory results, laying the foundations for future developments to improve the model itself.

La scoperta delle cellule fetali nucleate circolanti nel sangue periferico materno ha segnato un punto di svolta per la diagnosi prenatale: l’isolamento e l’analisi del DNA costituisce un metodo di indagine sicuro, in grado di effettuare diagnosi complete senza interferire con l’ambiente fetale. Il metodo di separazione oggetto dello studio proposto è il frazionamento fluido in campo gravitazionale (GrFFF) applicato al canale Lattuada, il quale, grazie all’azione combinata della forza gravitazionale e del flusso all’interno del canale, permette la separazione delle cellule d’interesse senza indurre alterazioni. L’obiettivo del lavoro consiste nella definizione di un modello computazionale a volumi finiti per lo studio del comportamento della cellula e la possibile deformazione. Si è implementato e validato un modello a due fasi fluide, medium e cellula, e mediante analisi di sensitività, è stato ottimizzato in termini di dimensione della mesh ed intervallo temporale. Inoltre, è stata valutata l’influenza dei parametri in ingresso sulla soluzione, per garantire l’affidabilità dei risultati. L’effetto della viscosità è risultato determinante, pertanto, si è ritenuto cruciale definirne il valore, applicando un problema inverso così da ottenere risultati attendibili. Lo studio proposto ha dato dei risultati soddisfacenti, ponendo le basi per ulteriori sviluppi futuri volti al miglioramento del modello stesso.