БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 3, с. 562-568

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

УДК 534.321.9+534.512.1+53.072.4

ПАРАМЕТРЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗДЕЛЕНИЕМ

И КОНЦЕНТРИРОВАНИЕМ ЭРИТРОЦИТОВ И ЛИМФОЦИТОВ КРЫС,

ЭРИТРОЦИТОВ ЧЕЛОВЕКА

В ПОЛЕ СТОЯЧЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ

Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических

исследований РАН», 142290, Пущино Московской области, Институтская ул., 3

E-mail: pashovkin@mail.ru

Поступила в редакцию 30.03.2022 г.

После доработки 08.04.2022 г.

Принята к публикации 11.04.2022 г.

Исследованы параметры управления разделением клеток эритроцитов и лимфоцитов, и показана

возможность быстрого (минуты) разделения клеток крови на фракции в поле стоячей

ультразвуковой волны. Выделено семь основных параметров управления, связанных: с энергией

поля стоячей ультразвуковой волны, с линейной скоростью прокачки суспензии клеток,

геометрическими размерами клеток, соотношением плотностей клеток и сред суспендирования,

соотношением скоростей ультразвука в материале клеток и средах суспендирования. Показано, что

при условии эффективного термостатирования камер ультразвуковых систем разделения и

концентрирования с суспензией клеток возможно резкое (более чем на порядок) сокращение

времени разделения и концентрирования клеток не только разного вида, но и близких по размерам

одинаковых клеток, выделенных из крови разных видов животных.

Ключевые слова: ультразвук, стоячие волны, акустический импеданс, плотность, скорость продольных

волн, клетки, эритроциты, лимфоциты, разделение, концентрирование.

DOI: 10.31857/S0006302922030152, EDN: AOUXHJ

биология. Возможность разделения клеток в объ-

Явление формирования узлов давления аку-

еме под действием силы радиационного давления

стических колебаний давно известно. Еще 200 лет

в поле стоячей волны и силы Стокса привела к

назад Э. Хладни показал, что на резонансных

развитию ряда новых методов концентрирования

пластинах возможно создание геометрических

и разделения клеток в поле стоячей ультразвуко-

узоров из песка во время его движения к узловым

вой волны для научных исследований в области

точкам [1]. Данные закономерности были назва-

биологии клетки и медицины [2-9]. В последнем

ны фигурами Хладни.

случае это связано с возможностью увеличения

Тот же самый эффект можно наблюдать при

эффективности подготовки проб для анализа

воздействии стоячей ультразвуковой волны на

крови за счет значительного уменьшения време-

частицы или клетки в суспензии. При этом на

ни выделения клеток, необходимых для работы, и

взвешенные частицы воздействует первичная

увеличения времени работы с этими клетками.

акустическая сила (сила радиационного давле-

Дальнейшее развитие ультразвуковых методов

ния), в результате чего частицы движутся к узлам

разделения и концентрирования клеток, выде-

или пучностям стоячей волны в зависимости от

ленных из различных биологических объектов,

свойств материала частицы и среды. При движе-

зависит не только от разработки новых, более со-

нии в среде частицы могут сливаться в агрегаты.

вершенных методов концентрирования и разде-

Изменяя силу Стокса, можно осуществить разде-

ления с помощью ультразвуковой техники, но и

ление частиц по их размеру и свойствам.

от изучения физических процессов, которые яв-

Разделение частиц имеет большое значение в

ляются основополагающими для этих методов.

таких областях как нефтехимия, биотехнология,

Целью нашей работы было показать возмож-

фармацевтика, химия, медицина и клеточная

ность разделения разных видов клеток крови с

Сокращение: ПУС - продольное ультразвуковое селектиро-

помощью метода продольного ультразвукового

вание.

селектирования.

562

ПАРАМЕТРЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗДЕЛЕНИЕМ

563

ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМ





УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАЗДЕЛЕНИЯ



2(1−

)

И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ КЛЕТОК В ПОЛЕ





−

СТОЯЧЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ

















В нашей работе используется система про-

c





дольного ультразвукового селектирования, пока-

где ρ и ρ₀ - плотность частицы и среды соответ-

занная на рис. 1. Данная система состоит из одно-

ственно.

го пьезоэлектрического преобразователя и каме-

Для лимфоцитов сила радиационного давле-

ры, в которой создается стоячая волна [10, 11].

ния:

Камера располагается в системе термостатирова-

ния. Одновременно термостатирующая жидкость

F = 4/3πEkr³Ksin(2kx),

(2)

является контактной средой между излучателем и

где r - радиус лимфоцитов.

ячейкой. Поле стоячей ультразвуковой волны в

Когда частицы находятся в жидкости, которая

камере образуется за счет интерференции волн,

осуществляет ламинарное движение вдоль всей

падающих под разными углами. В результате

ячейки, на них действует сила Стокса, которая

этого в камере образуются пучности и узлы дав-

выражается как:

ления.

F_тр

= 6πrvη,

(3)

Концентрирование клеток в проточной систе-

где r - радиус клеток, v - скорость протока жид-

ме зависит как от действия силы радиационного

кости, η - вязкость жидкости.

давления, которое возникает в ультразвуковом

поле, так и за счет потока жидкости вокруг ча-

Когда на частицы действует сила радиацион-

ного давления, их направление в акустическом

стиц, удерживаемых полем. Силу радиационного

давления для эритроцитов можно выразить сле-

поле определяется коэффициентом K. Если K < 0,

то частицы будут двигаться к узлу давления, если

дующим образом [12]:

K > 0, то частицы будут двигаться к пучности.

Большинство частиц имеют отрицательный ко-

F = πEkHK

sin(2kx),

(1)

эффициент K, в соответствии с этим они двига-

ются к узлу акустического давления.

В данной работе проведено исследование

где

E =

- средняя плотность энергии (I - ин-

эритроцитов и лимфоцитов, и показана возмож-

ность разделения клеток крови на фракции. Для

тенсивность ультразвукового поля, c и c₀ - скоро-

этого мы выделяли и сравнивали между собой

сти ультразвука в частицах и суспендирующей

эритроциты и лимфоциты крыс. В том числе бы-

среде соответственно), D - диаметр эритроцитов,

ли исследованы параметры эритроцитов челове-

Н - высота эритроцитов, К выражается как:

ка, чтобы понять, возможно ли разделение клеток

Рис. 1. Устройство продольного ультразвукового селектирования: К1 - внешняя термостатирующая камера, К2 -

термостатируемая камера разделения и концентрирования клеток, С - ультразвуковой излучатель, Д - генератор

ультразвука, А - лазерный излучатель, В - приемник светового излучения, БП - блок питания лазера, В -

компьютерная система анализа сигнала.

БИОФИЗИКА том 67

№ 3

2022

564

ПАШОВКИН, САДИКОВА

с небольшим различием в физических свойствах

стическую обработку результатов проводили с

(в данном случае эритроцитов крыс и человека).

помощью программы Sigma Plot 8.

Метод продольного ультразвукового селектиро-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

вания. Метод разделения и концентрирования ос-

нован на принципе, названном его автором

Объекты исследования. В качестве объектов

Н.Н. Князьковым [10, 11] продольным ультразву-

исследования мы использовали эритроциты и

ковым селектированием (ПУС) суспензий. Дан-

лимфоциты крысы, а также эритроциты челове-

ный метод заключается в том, что клетки ограни-

ка. Выбор объектов исследования объясняется

чены полем стоячей ультразвуковой волны во

различием их свойств.

время течения суспензии вдоль направления рас-

Эритроциты крысы были получены из хвосто-

пространения ультразвука. В этом случае на ча-

вой вены крыс Вистар. Кровь помещали в 0.9%-й

стицы в поле стоячей волны воздействуют раз-

физиологический раствор NaCl с добавлением

личные силы.

гепарина. Затем клетки трижды промывали и раз-

водили в 0.9% NaCl до требуемой концентрации.

Чтобы обеспечить эффективную реализацию

способа, длина волны ультразвука выбирается из

Лимфоциты получали из цельной крови крыс

соотношения λ ≤ 2na, где λ - длина волны ультра-

серии Вистар, выделенных по методике, описан-

звука и а представляет собой характерный размер

ной в работе [13].

n частиц, смещаемых полем. Если это условие на-

После декапитации животного в собранную

рушается, то использование силы излучения ста-

кровь добавляли гепарин. Затем кровь с гепари-

новится неэффективным.

ном разводили в фосфатно-солевом буфере с

ЭДТА в соотношении 1 : 2. В пробирки типа

Из-за сложной зависимости силы излучения

«Эппендорф» (2 мл) на 0.5 мл верофиколла акку-

от характеристик системы ПУС способ работы не

ратно наслаивали по 1.5 мл разведенной крови.

может быть описан простым математическим вы-

Центрифугировали 20 мин при 3400 об/мин на

ражением. Поэтому скорость жидкости и интен-

центрифуге MiniSpin (Eppendorf, Германия). По-

сивность ультразвукового поля определяются

сле центрифугирования образовывался осадок

экспериментально для каждого конкретного слу-

эритроцитов и пленка гранулоцитов на поверхно-

чая.

сти осадка. На границе верофиколла и плазмы

Устройство для разделения и концентрирова-

располагался тонкий слой мононуклеаров - лим-

ния жидкой дисперсионной системы (рис. 1) со-

фоцитов и моноцитов. Этот слой отбирали в от-

держит камеру К1 с входными и выходными труб-

дельную пробирку и отмывали от верофиколла и

ками для перекачки клеточных суспензий, кото-

плазмы в фосфатно-солевом буфере с ЭДТА, для

рая помещена в стеклянную термостатирующую

этого центрифугировали содержимое 7 мин при

камеру К2. Излучатель с рабочей частотой

2600 об/мин. Надосадочную жидкость убирали и

2.64 МГц установлен в конце камеры К2. Стек-

суспендировали осадок.

лянная поверхность 3 на другом конце камеры К2

Эритроциты человека были получены капил-

служит отражателем; таким образом, генерирует-

лярным методом. Кровь помещали в 0.9%-й фи-

ся стоячая ультразвуковая волна. В двух системах

зиологический раствор NaCl с добавлением гепа-

ПУС был использован фокусирующий преобра-

рина. Затем клетки трижды промывали и разво-

зователь площадью 4 см². В фокальной области

дили в 0.9% NaCl до требуемой концентрации.

ультразвукового поля радиус фокального пятна и

Размер клеток определяли с помощью свето-

длина фокальной области составляли 1.2 и 7 мм

вой микроскопии. С этой целью клетки в камере

соответственно. Интенсивность ультразвука кон-

Горяева были сфотографированы с помощью ви-

тролировали с помощью дифференциальной тер-

деоокуляра. Затем измеряли диаметр клетки. В

мопары, калиброванной по интенсивности уль-

случае эритроцитов измеряли не только наруж-

тразвука. Затем проводили пересчет интенсивно-

ный диаметр, но и диаметр двояковогнутой мем-

сти в среднюю плотность энергии в фокальной

браны. С использованием трассировки IGL 1.26b

области излучателя.

[14] измеряли диаметр клеток.

Экспериментальное определение граничных

Плотность клеток рассчитывали по весу сухой

условий концентрирования/ разделения для тести-

клетки, определяемой путем испарения воды из

руемых клеток в стоячей ультразвуковой волне.

суспензии клеток в термостате до постоянной

Определение граничных условий для концентри-

массы с учетом концентрации и объема клеток.

рования/разделения в поле ультразвука выполня-

Взвешивание проводили с использованием мик-

ли с использованием камер для разделения мето-

ровесов (Mettler, Швейцария) с точностью

дом ПУС (рис. 1).

0.0001 г.

Плотность вычислялась далее по формуле:

Пример концентрирования клеток методом

p = m/V, где m - масса, V - объем клеток. Стати-

ПУС приведен на рис. 2.

БИОФИЗИКА том 67

№ 3

2022

ПАРАМЕТРЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗДЕЛЕНИЕМ

565

Рис. 2. Концентрирование клеток в поле стоячей ультразвуковой волны при f = 2.64 МГц: эритроциты крысы. Стрелки

указывают камеры, в которых сосредоточены клетки. Время концентрирования составляет 0, 5 и 10 мин после

включения ультразвука. Средняя плотность энергии составляет 1.2·10^-4 Дж/см³.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Используя полученные данные, приведенные

в табл. 1, мы вычислили силу радиационного дав-

При использовании системы для концентри-

ления и силу Стокса. Сила радиационного давле-

рования с протоком суспензии, необходимо рас-

ния или радиационная сила и силы Стокса были

сматривать движение клеток под действием ради-

рассчитаны по формулам (1, 2) и (3) соответствен-

ационной силы при наличии влияния на них по-

но. В результате расчетов были получены радиа-

тока жидкости. При концентрировании клеток в

ционные силы и силы Стокса, как представлено в

ультразвуковой стоячей волне на них действует

табл. 2.

не только сила радиационного давления и трения

Математически сила радиационного давления

(сила Стокса), но и другие силы, которые либо

для всех клеток имеет отрицательный знак. Фи-

компенсируют друг друга, либо пренебрежимо

зически это означает, что все типы рассматривае-

малы. Исследуя силы радиационного давления и

мых клеток перемещаются, а затем собираются в

Стокса, можно подбирать граничные условия для

узлах переменного давления. Зависимость силы

разделения и концентрирования клеток в суспен-

радиационного давления от средней плотности

зии в поле стоячей ультразвуковой волны.

энергии ультразвукового поля для эритроцитов

В табл. 1 приведены результаты измерений не-

крысы, лимфоцитов крысы и эритроцитов чело-

которых физических параметров клеток (эритро-

века линейна с углом наклона, характерным для

цитов крысы, эритроцитов человека и лимфоци-

каждого типа клеток.

тов крысы), использованных при расчетах сил,

Чтобы получить граничные значения линей-

действующих на клетки в поле стоячей ультразву-

ной скорости прокачки суспензии клеток в каме-

ковой волны.

ре для ультразвукового концентрирования, необ-

Таблица 1. Измеренные параметры клеток и сред суспендирования

Свойства клеток

Свойства сред суспендирования

Эритроциты

Лимфоциты

Эритроциты

Дистиллиро-

Фосфатно-

0.9% NaCl

крыс

человека

ванная вода

солевой буфер

Плотность,

1.092

1.107

1.038

0.999

1.005

1.004

кг/м3

Размеры, мкм

6.8

7.5

Скорость

1584.2

1591.6

1569.2

1484.2

1507

1493.4

ультразвука, м/с

Таблица 2. Силы, действующие на клетки в поле стоячей ультразвуковой волны

Эритроциты крыс

Лимфоциты крыс

Эритроциты человека

Радиационная сила, Н

1.918·10^-11

0.33·10^-11

2.56·10^-11

Сила Стокса при v = 1 см/мин, H

1.068·10^-11

0.4712·10^-11

1.178·10^-11

БИОФИЗИКА том 67

№ 3

2022

566

ПАШОВКИН, САДИКОВА

ваться, а клетки другого типа будут концентриро-

ваться (рис. 2). Области между двумя типами кле-

ток будут областями разделения клеток на

фракции. Таким образом, можно определить па-

раметры ультразвукового поля и скоростей про-

качки суспензий клеток, при которых будет на-

блюдаться как концентрирование, так и разделе-

ние клеток.

Чтобы проверить выбранные граничные усло-

вия, представленные в табл. 3, мы провели ряд

экспериментов по изучению удерживания клеток

в камере для ультразвуковой сепарации при раз-

личных скоростях прокачки среды суспендирова-

ния. Для этого в каждом эксперименте в камеру

помещали фиксированное количество клеток.

Для изменения скорости потока клеточной

Рис. 3. Определение областей концентрирования,

суспензии использовали перистальтический на-

разделения и вымывания для трех типов клеток в си-

сос, откалиброванный перед каждым экспери-

стеме координат средней плотности энергии стоячей

ментом. Для регулирования скорости прокачки

ультразвуковой волны и линейной скорости потока

суспензии клеток были использованы трубки раз-

суспензии клеток. Теоретически рассчитанные ли-

ного диаметра (1-5 мм). Клеточная суспензия за-

нии разделения областей и экспериментальные дан-

полняла камеру К2 (рис. 1). Затем накладывалось

ные (символы) для лимфоцитов крысы (1), эритроци-

ультразвуковое поле. Через камеру пропускали

тов крысы (2) и эритроцитов человека (3). A - Теоре-

постоянный объем среды суспендирования. За-

тически рассчитанная граничная точка для

тем суспензию клеток забирали из камеры К2.

лимфоцитов при скорости прокачки суспензии кле-

ток 1 см/мин.

Количество клеток подсчитывали в камере Горя-

ева. В этом случае количество ячеек было рассчи-

тано в пяти или более больших квадратах. Для

ходимо было сравнить радиационные силы, дей-

каждого типа клеток было проведено не менее

ствующие на клетки при разных средних

пяти экспериментов. Таким образом, была опре-

плотностях ультразвуковой энергии с силами

делена средняя концентрация клеток, которые

Стокса, действующей на клетки при наличии по-

удерживаются в стоячей ультразвуковой волне, и

тока сред суспендирования, либо потока суспен-

ошибки среднего значения.

зии клеток [15].

Рис. 4-6 показывают, что при заданной скоро-

При условии, что F_r

≥ F_S1, клетки будут

сти прокачки и средней плотности энергии кон-

центрация клеток соответствует теоретическому

удерживаться в ультразвуковом поле (F_r - радиа-

ожиданию нашего эксперимента. Поэтому мож-

ционная сила, F_S1 - сила Стокса).

но сделать вывод, что для каждого изучаемого ви-

да клеток рассматриваемая теория действия аку-

Результаты теоретических расчетов представ-

стических сил применима с высокой степенью

лены в виде графиков со средней плотностью

точности.

энергии ультразвукового поля и линейной скоро-

стью потока суспензии ячейки в качестве осей ко-

Исходя из данных, представленных в табл. 1

ординат, а также в табл. 2. Прямые линии на гра-

и 3, можно сказать, что плотность и размер клет-

фиках разделяют области концентрации клеток,

ки играют наиболее важную роль при управлении

разделения и вымывания. Наклон этих прямых

смещением частиц с помощью поля стоячей уль-

линий является характеристикой определенного

тразвуковой волны. При этом размер в нашем

типа ячейки. Сравнение таких зависимостей для

случае играет определяющую роль. Несмотря на

трех типов клеток показывает, что существует об-

прямую зависимость средней плотности энергии

ласть, в которой клетки одного типа будут вымы-

от размера клеток, использовать только один па-

Таблица 3. Выбранные для экспериментальной проверки значения средней плотности энергии на теоретически

определенных граничных прямых

Эритроциты крыс

Лимфоциты крыс

Эритроциты человека

Е·10^-5, Дж/см³

55.6

БИОФИЗИКА том 67

№ 3

2022

ПАРАМЕТРЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗДЕЛЕНИЕМ

567

Рис. 4. Зависимость концентрации лимфоцитов от

Рис.

6. Зависимость концентрации эритроцитов

линейной скорости потока суспензии в стоячей уль-

крысы от скорости потока суспензии в стоячей уль-

тразвуковой волне при средней плотности энергии

71·10^-5 Дж/см³.

55.6·10^-5 Дж/см³.

трирования и разделения клеток в суспензии в

стоячей ультразвуковой волне успешно использу-

ется в отдельных лабораториях.

В целом мы теоретически и экспериментально

продемонстрировали возможность концентриро-

вания и разделения клеток с разной плотностью,

размером и другими физическими свойствами.

Было показано, что существует возможность

успешного разделения данных клеток без исполь-

зования нескольких ультразвуковых излучателей

и камер.

Как показывают теоретические исследования

данного вопроса, эффективность разделения

можно повысить за счет увеличения мощности

и/или снижения скорости прокачки суспензии в

камере.

Несмотря на всю сложность данного явления,

Рис. 5. Зависимость концентрации эритроцитов че-

мы считаем, что для полноценного использова-

ловека от линейной скорости потока суспензии в сто-

ния метода для большинства видов клеток доста-

ячей ультразвуковой волне при средней плотности

точно рассмотрения двух сил - силы радиацион-

энергии 46·10^-5 Дж/см³.

ного давления и силы Стокса. Данные силы

включают в себя все необходимые параметры для

управления перемещением клеток в ультразвуко-

раметр для получения угла наклона не корректно.

вом поле. Такой подход позволяет упростить в

Такое упрощение привело бы к неточности, что

дальнейшем проектирование оборудования для

не позволило бы эффективно разделить клетки

ультразвукового концентрирования и разделения

близкие по размеру, такие как эритроциты чело-

клеток.

века и крыс.

Несомненно, усложнение геометрии исполь-

зуемых частиц (клеток) требует дополнительного

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

исследования для эффективной работы с такими

клетками.

Разделение клеток с помощью стоячих акусти-

ческих волн является перспективной технологич-

Данный метод разделения клеток в поле стоя-

ной альтернативой обычным методам разделения

чей ультразвуковой волны имеет большой потен-

и выделения, таких как фильтрование, центрифу-

циал для использования в качестве дополнитель-

гирование, гравитационного осаждения и многих

ного оборудования в медицинских, биологиче-

других. В настоящий момент технология концен-

ских и биотехнологических лабораториях, а

БИОФИЗИКА том 67

№ 3

2022

568

ПАШОВКИН, САДИКОВА

также получить развитие для применения на про-

3. С. М. Cousins, J. R. Melin, W. A. Venables, and

W. T. Coakley, Bioseparation, 9, 343 (2001).

изводстве.

4. R. Bosma, W. A. van Spronsen, J. Tramper, and

R. H. Wijffels, J. Appl. Phycol. 15, 143 (2003).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

5. G. D. Pangu and D. L. Feke, Chem. Eng. Sci. 64 (7),

1445 (2009).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

6. T. Franke, S. Braunmüller, L. Schmid, et al., Lab Chip

интересов.

10, 789 (2010).

7. T. Franke, A, R. Abate, D. A. Weitza, and A. Wixforth,

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Lab Chip 18, 2625 (2009).

8. D. Foresti, N. Bjelobrk, M. Nabavi, and D. Poulika-

Все применимые международные, националь-

kos, J. Appl. Phys. 109 (9), 093503 (2011). DOI:

ные и институциональные принципы ухода и ис-

10.1063/1.3571996

пользования животных при выполнении работы

9. G. R. Goddard, C. K. Sanders, J. C. Martin, et al.,

были соблюдены. Процедуры, выполненные в

Anal. Chem. 79 (22), 8740 (2007).

исследовании с участием людей, соответствовали

10. N. N. Knyaz’kov and G. V. Shil’nikov, Bull. Exp. Biol.

этическим стандартам Хельсинкской декларации

Med. 121 (3), 287 (1996).

1964 г. и ее последующим изменениям. От всех

11. N. N. Knyaz’kov, E. D. Makarova, and A. D. Rabi-

участников предварительно было получено ин-

zhanovich, Sci. Instrument, 19 (1), 40 (2008).

формированное добровольное согласие на уча-

12. В. А. Шутилов, Основы физики ультразвука

стие в исследовании.

(Изд-во ЛГУ, Л., 1980), сс. 114-117.

13. Л. Б. Хейфец и В. А. Абалакина, Лаб. дело, № 10,

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

579 (1973).

14. J. C. Fiala, In Proc. Int. Joint Conf. on Neural Networks

1. N. S. Bardell, J. Sound Vib. 174 (5), 655 (1994).

(Honolulu, HI, 2002), pp. 1-4/

2. J. J. Hawkes and W. T. Coakley, Sens. Act. B: Chem.

15. T. N. Pashovkin and D. G. Sadikova, Acoust. Phys. 55

75 (15), 213 (2001).

(4-5), 584 (2009).

Parameters of Control Scheme for Monitoring Separation and Concentration

of Murine Erythrocytes and Lymphocytes and Human Erythrocytes

in the Field of a Standing Ultrasonic Wave

T.N. Pashovkin and D.G. Sadikova

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Moscow Region, Institutskaya ul. 3, 142290 Russia

In this paper, the parameters of control scheme for monitoring the separation of erythrocyte and lymphocyte

cells are investigated, and the possibility of rapid separation of blood cells (within minutes) for fractioning

blood components in the field of a standing ultrasound wave is shown. The seven key parameters of control

scheme that are associated with the energy density in the field of the standing ultrasonic waves, the linear flow

velocity of cell suspension, the geometric dimensions of the cells, cell number per suspension media volume,

the ratio of ultrasonic velocity related to cell density to that in suspension media are identified. It is shown

that effective temperature control of ultrasonically treated cell suspension in the processing chamber can

drastically shorten the time ( more than ten times larger) required for separation and reduction in concentra-

tion of cells not only of different types, but also of similar-sized identical cells isolated from blood of different

animal species.

Keywords: ultrasound, standing waves, acoustic impedance, density, velocity of longitudinal waves, cells, erythro-

cytes, lymphocytes, separation, concentration

БИОФИЗИКА том 67

№ 3

2022