Modeling of micropipette aspiration of flaccid human red blood cell using finite elements

Abstract

Bu tezin amacı yumuşak insan alyuvarının mikropipete emiliminin sonlu eleman-lar ile analizini yapmaktır. Deforme olmamış yumuşak alyuvarı modellemek amacıylaüç farklı geometrik model oluşturulmuştur: sonsuz düzlem, disk ve değiştirilmiş bikonkavmodelleri.Mikropipet emilimi problemini çözmek için ABAQUS kullanılmıştır. Hücre mem-branı için kullanılan iki boyutlu, izotropik, hiperelastik malzeme modeli ABAQUS'eUGENS adlı altprogram yardımı ile tanımlanmıştır. Elde edilen sayısal sonuçlar ile lit-eratürdeki deneysel sonuçların karşılaştırılması sonucunda alyuvar membranının malzemeözellikleri incelenmiş ve düzlem kayma modülünün değeri 3-4 µN/m olarak bulunmuştur.Çalışmada hidrolik bir sıvı olarak modellenen alyuvarın iç sıvısının aspire edilenmembran bölgesindeki deformasyona etkisinin olmadığı gözlemlenmiştir. Ayrıca defor-masyon sonucu membranda oluşan gerilim ve gerinim değerleri ile oransal alan değişimide hesaplanmıştır.

This thesis aims to analyze the steady state deformation of ? accid red blood cell(RBC) in micropipette aspiration (MA) experiment using ? nite elements (FE). Threedi ? erent geometries, namely in ? nite plane, disk and modi ? ed biconcave model are usedfor undeformed ? accid RBC to see the geometry e ? ects.ABAQUS is used to solve the micropipette aspiration problem. A nearly incom-pressible, isotropic, hyperelastic, 2D material model is used for the cell membrane withthe aid of the user subroutine, UGENS. Comparing the experimental results found inliterature and the computational results, material characteristics of RBC membrane isinvestigated where the appropriate in-plane shear modulus value is estimated as 3-4µN/m.It is observed that the cytosol, the ? uid inside the red blood cell, modeled asa hydraulic ? uid does not a ? ect the deformation of the aspirated membrane portion.Additionally, principal stretches and stress resultants and the fractional area changeat maximum applied suction pressure are also computed.