微流控实验中的气泡：去除气泡的原理和技巧

2023-04-14 10:09| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.微流控实验中的气泡

气泡是微流体中最常出现的问题之一。由于微流体管和芯片通道的微观尺寸，气泡难以去除，对实验会产生严重的影响。这篇综述将详细介绍微流体中气泡产生的原因，对实验产生的影响以及从微流体设置中去除气泡的解决方案。

2.微流控装置内气泡的来源

微流体中的气泡可以有几种不同的来源。确定导致微流体中充满气泡的原因是消除气泡的第一步。

实验的开始:当流体控制器设备设置完成后,在微流控芯片内完全注满水需要花一段时间。在此期间，大量的空气可以进入你的芯片。根据您的装置及芯片结构，当微流控通道内充满水后，会有一些残留的气泡留在通道内。流体的切换:在同一次实验中，当改变注入的液体时，上述现象同样会产生。如果更换储蓄槽的液体时，可能还需要一些时间来消除引入微流控装置中的空气。多孔的材料:多孔材料,如PDMS。在长期的实验中， PDMS材料的芯片可引起在沟道中气泡的产生。微流控装置的泄漏:当微流控装置一个或多个配件发生泄漏时（密封不紧密），会在泄漏的地方产生气泡。气体的溶解:气体可以溶解在液体中，当实验中使用这些液体时，会导致气泡的产生，特别是在需要加热的实验中，气泡的产生更加严重。

3.微流控实验中气泡产生的影响

气泡在微流控实验中产生的影响可以分为两大类。其一是对流体的流动状态的影响，其二是气泡与实验本身相互作用的所有不利影响。

流体不稳定:由于气泡的存在,朝着流动方向,气泡可以扩张或者收缩,会导致微流体的流量及流速极其不稳定。顺应性增加:当气泡卡在流体沟道中时,达到压力平衡所需的时间会增加。实际上，当施加压力变化时，气泡会通过膨胀或收缩来吸收部分压力。因此当需要良好的流体反应性时，这种影响就特别关键。阻力增加:当一个气泡被卡在微流体通道中,它可以作为增加流体阻力，从而导致一些问题，特别是在使用固定流速的注射泵时，微流控芯片内部的压力将显著增加。

4.与实验的相互作用

气泡和实验之间的相互作用在很多方面都是不利的。下面是一些最常见的例子。

细胞培养的损害:气泡界面张力,可以对细胞施加压力,影响细胞正常生长，甚至导致细胞死亡。

界面聚合:气泡和液体之间的相互作用可能会使粒子或蛋白质在其界面相互聚合,导致实验条件的改变，影响真实的实验结果。通道表面修饰的损害:气泡通过微流体通道时,会破坏通道表面嫁接好的一些化学分子修饰。

5.微流体中气泡的去除

不存在能保证微流体实验中无气泡产生的普遍解决方案。但是可以使用气泡探测器来监测气泡的发生。这里列出了一些可以大大改善你实验条件的技巧。这些措施分为两类:预防措施和纠正措施。

5.1 预防措施

微流控芯片设计:防止气泡的形成始于你芯片的设计。例如，在芯片设计中尽量避免锐角通道，将减少气泡附着在微流体通道内的风险。配件:确保配件完整不发生泄漏。使用特氟龙微流体管及专业管套可以获得一个无泄漏的微流控装置。液体脱气:如果可能,液体在实验前可以进行气体去除的操作，帮助减少实验过程中气泡的形成,特别是当液体需要被加热的实验。环式进样:使用环式进样方式可以帮助你克服将新的液体注入微流控系统时产生气泡的问题。使用时，毛细管中充满了想注射的样品，一些液体(如缓冲液)可以推动样品进入。可以使用传统的高效液相色谱环式进样或阀门阵列来实现这一点。

5.2纠正措施

压力增加:增加流体压力可以促进气泡从微流控通道和通道壁中脱离。但是这种解决方案不适合用于细胞培养或耐压性不足的微流控芯片。压力脉冲:施加压力脉冲去除气泡是一个很好的方法。而且当使用压力程控仪时，通过施加一个方形的压力信号通常可以获得很好的效果。气泡溶解:对于那些难于分离的气泡,另一种解决方案就是溶解它们。通过在微流控芯片的每个入口施加一定时间的压力，可以迫使气泡溶解到液体中。表面活性剂:为了帮助分离的气泡,可在缓冲液中加入适当的表面活性剂(如SBS)。去气泡装置:可以微流体设备中设置去除气泡的装置以阻止气泡进入微流控芯片内。在相关文献中也有气泡捕获装置的例子，通过微制造并集成到微流体装置中。

【本文地址】

公司简介

联系我们