使用调幅电形成对单个红细胞进行疲劳测试。（A）用于实时测量微流控芯片中细胞变形的实验装置。示意图显示了测试系统的关键组件，包括带有叉指微电极的微流体装置、用于产生调制正弦载波的信号发生器以及用于数据采集、分析和建模的计算机。（B）当电场（E场）打开和关闭时代表性RBC的显微图像。 RBC的尺寸沿x轴和y轴（分别为a和b）测量。（C） 施加的 0.5、0.8、1.0 和 1.2 V 电压引起的 4 个代表性负载水平下的电池变形的显微图像作为加载循环 （N = 1、50、450 和 900） 的函数。（B 和 C 比例尺，5 μm。信用@强宇浩、刘佳、道明、苏布拉苏雷什和杜大

人类红细胞（RBC）用途广泛，当它们在不同的小血管和毛细血管周围移动时，能够经历细胞变形。它们的平均寿命约为 120 天，在此期间，红细胞会经历周期性拉伸和放松，并且可能相对较大。然而，在心肌梗塞、糖尿病和其他疾病等几种疾病下，红细胞畸形异常。

在机械工程中，众所周知，循环加载会导致疲劳 - 导致许多机器故障的现象。疲劳还会损坏和在生物材料（如骨骼）中产生裂缝，也会在用于牙科植入物或人工心脏瓣膜的合成生物材料中造成裂缝。显然，这种周期性应变也会导致红细胞疲劳。然而，生物细胞疲劳的降解机制尚不清楚。几十年来，测量健康和患病生物细胞的疲劳反应一直是一个挑战。

最近，来自佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院，麻省理工学院和新加坡南洋理工大学的研究人员建立了一种新的方法来量化机械疲劳对自然细胞行为的影响。他们发现疲劳对天然细胞（如红细胞）的物理特性有显着影响。

研究结果也为血液再循环过程中细胞膜损伤的积累提供了线索。未来的研究可能会解决红细胞的最终失败以及不同血液疾病下细胞降解的机制。

新开发的程序利用采用调幅电变形的一般微流体技术评估红细胞的机械强度和疲劳行为。它将静态和循环机械变形应用于红细胞，并精确测量健康人类红细胞的形态和生物力学质量的变化及其膜的机械性能。该策略还允许在较长时间内施加静态载荷，以及大量的疲劳循环。该方法允许量化单个细胞的机械疲劳行为，但它也相对简单和灵活。灵活性允许以静态或循环方式施加负载，也可以一次研究一个或多个电池。

科学家们需要解决生物细胞应力或变形变化对其机械和物理属性以及性能的影响。检查结果进一步表明，在相同最大载荷和同一时间内，循环变形过程中红细胞的变形能力损失比静态变形下快得多。在变形循环的较高振幅下，可分解性损失也更为明显。

更多信息：Yuhao Qiang等，人类红细胞的机械疲劳，美国国家科学院院刊（2019）。DOI： 10.1073/pnas.1910336116