Китайские ученые создали чип, который имитирует вдох и выдох и позволяет визуализировать схемы потоков воздуха в альвеолах, передает EurekAlert!. Разработка, которая описана в журнале Biomicrofluidics, поможет в лечении респираторных заболеваний.
Альвеолы — это единицы дыхательной системы человека. Они действуют как крошечные воздушные мешочки, в которых происходит газообмен. Вдыхаемый через рот и нос воздух поступает в легкие по разветвленному строению бронхов, а в глубоких отделах этой сети появляются альвеолы.
Исследователи из Харбинского технологического института (Китай) разработали чип, который воспроизводит этот механизм. Верхний слой чипа изготовлен из гибкого полимера, сформованного в виде небольших трубочек, повторяющих альвеолярную структуру. Нижний слой — это стекло, через которое можно рассмотреть течение жидкости по трубкам.
В этом устройстве газ подвергается синусоидальному давлению и прокачивается по гибким трубкам. Это создает подобный дыханию цикл вдоха и выдоха. Чтобы изучить модели потока в системе, группа добавила маленькие красные шарики из полистирола к жидкости, протекающей по трубкам. Эти сферы позволили сфотографировать движение жидкости, проталкиваемой по трубкам аппаратом искусственного дыхания.
Последующие ветви в бронхиальной сети образуются ответвления – генерации. Команда обнаружила разные схемы течения для разных генераций. В легких человека альвеолы появляются в 15-й генерации и остаются на всем протяжении ветвей — до 23-й. Исследователи обнаружили изменение картины кровотока между 19 и 20, а также 21 и 22 генерациями.
«В структуре альвеолярного потока 19-й генерации преобладает вихревой поток, — отмечает автор работы Юнганг Чжу. — Картины альвеолярного кровотока в 20-й генерации аналогичны таковым в 19-й, но несколько сжаты».
А в 21-й генерации альвеолярная картина имеет как вихревое течение, так и радиальное. Вихревая область намного меньше, чем область радиального течения. К моменту, когда течение достигает 22-й генерации, вихрь полностью исчезает, и мы наблюдаем только радиальное течение, добавляют исследователи. Они также обнаружили свидетельства хаотического поведения вблизи центра вихря.
С помощью этой модели исследователи смогут изучать изменения в схемах кровотока в альвеолах из-за таких заболеваний, как эмфизема и ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких).
[Иллюстрация: Yonggang Zhu]
