微流體中的氣泡導(dǎo)論

氣泡是微流體中最常見(jiàn)的問(wèn)題之一。由于管子和通道的微米尺寸，氣泡可能很難消除，并且對(duì)您的實(shí)驗(yàn)非常不利。本綜述將詳細(xì)介紹氣泡產(chǎn)生的原因、產(chǎn)生的問(wèn)題，并提出從您的微流控系統(tǒng)中消除氣泡的各種解決方案。

微流控裝置內(nèi)氣泡的起源

微流控通道內(nèi)的氣泡可以有幾種不同的來(lái)源。找出是什么導(dǎo)致你的微流控芯片充滿(mǎn)氣泡是消除它們的第一步。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始：當(dāng)流量控制器裝置設(shè)置好后，可能需要一段時(shí)間才能使您的微流控裝置完全充滿(mǎn)水。在這段時(shí)間里，大量的空氣會(huì)進(jìn)入你的設(shè)備。根據(jù)您的設(shè)置和芯片配置，在設(shè)置完全充滿(mǎn)水后，一些殘留的氣泡可能會(huì)存活下來(lái)。

流體切換：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中更換注入的液體時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。如果更換儲(chǔ)液器內(nèi)的液體，可能需要一些時(shí)間來(lái)消除引入微流控裝置的空氣。

多孔性材料：多孔性材料，如PDMS，可以在微流控芯片內(nèi)誘導(dǎo)氣泡，特別是在長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)中。

泄漏問(wèn)題：如果一個(gè)或多個(gè)接頭泄漏，在微流控實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)氣泡。

溶解氣體：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的液體中以氣體形式存在的氣體會(huì)導(dǎo)致氣泡的形成。當(dāng)液體在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被加熱時(shí)，情況尤其如此。

微流控裝置內(nèi)氣泡引起的問(wèn)題

微流控實(shí)驗(yàn)中由氣泡引起的問(wèn)題可以分為兩大類(lèi)。第一個(gè)涉及流動(dòng)修改，第二個(gè)涉及氣泡可能與實(shí)驗(yàn)本身產(chǎn)生的所有有害相互作用。

流動(dòng)改型：

流動(dòng)不穩(wěn)定性：氣泡的存在、在流體裝置中運(yùn)動(dòng)或膨脹/收縮，都可能導(dǎo)致重要的流量不穩(wěn)定。

順應(yīng)性增加：當(dāng)氣泡被困在您的流體設(shè)置中的某個(gè)位置時(shí)，達(dá)到壓力平衡所需的時(shí)間可能會(huì)增加。事實(shí)上，當(dāng)施加壓力變化時(shí)，氣泡會(huì)通過(guò)膨脹或收縮吸收一些壓力開(kāi)關(guān)。當(dāng)需要良好的流體反應(yīng)性時(shí)，這種影響可能特別有害。

電阻率增加：當(dāng)一個(gè)人被困在微流體通道內(nèi)時(shí)，它將通過(guò)減小通道的直徑來(lái)充當(dāng)額外的流體阻力。這可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題，特別是在使用應(yīng)用固定流量的注射泵時(shí)。然后，微流控芯片內(nèi)部的壓力將顯著增加。

實(shí)驗(yàn)的相互作用

氣泡和實(shí)驗(yàn)之間的相互作用可能在許多方面都是有害的。以下是一些最常見(jiàn)的問(wèn)題。

細(xì)胞培養(yǎng)損傷：氣泡會(huì)產(chǎn)生界面張力，對(duì)細(xì)胞施加壓力，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

界面聚集：氣泡和液體之間的界面是粒子或蛋白質(zhì)可能聚集的區(qū)域，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中的偽影。

壁功能化破壞：當(dāng)穿過(guò)微流控通道時(shí)，它們會(huì)破壞先前所做的化學(xué)嫁接。

故障排除：如何去除微流體中的氣泡

沒(méi)有萬(wàn)能的解決方案可以保證實(shí)驗(yàn)沒(méi)有泡沫。
可以使用氣泡檢測(cè)器來(lái)監(jiān)視氣泡的發(fā)生。
這里列出了一些可以極大地改進(jìn)您的實(shí)驗(yàn)的技巧。這些措施分為兩類(lèi)：預(yù)防措施和糾正措施。

預(yù)防措施

微流控芯片設(shè)計(jì)：防止氣泡的形成從芯片的設(shè)計(jì)開(kāi)始。例如，避免芯片設(shè)計(jì)中的尖銳角度將降低微流

控通道內(nèi)附著氣泡的風(fēng)險(xiǎn)。

配件：避免該問(wèn)題的首要措施之一是確保配件沒(méi)有泄漏。為了獲得無(wú)泄漏設(shè)置，使用特氟龍膠帶是非常有用的。

液體脫氣：如果可能，在實(shí)驗(yàn)前對(duì)液體進(jìn)行脫氣有助于減少氣泡的形成，特別是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)液體進(jìn)行加熱的情況下。

注射循環(huán)：使用注射循環(huán)可以幫助您克服添加新液體時(shí)氣泡進(jìn)入系統(tǒng)的問(wèn)題。當(dāng)使用進(jìn)樣循環(huán)時(shí)，毛細(xì)管中填滿(mǎn)您想要注入的樣本，一些液體(如緩沖液)推動(dòng)樣本?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的高效液相色譜進(jìn)樣回路或閥矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

糾正措施

增加壓力：增加流體通道內(nèi)的壓力有助于將氣泡從管道和通道壁上分離出來(lái)。這種解決方案并不總是合適的，特別是在處理細(xì)胞或脆弱的微流控芯片時(shí)。

壓力脈沖：施加壓力脈沖是分離氣泡的一個(gè)非常好的方法。當(dāng)使用壓力控制器時(shí)，應(yīng)用正方形壓力信號(hào)通常效果很好。

氣泡溶解：對(duì)于那些很難分離的氣泡，另一種解決方案是溶解它們。通過(guò)在微流控芯片的每個(gè)入口處施加一定時(shí)間的壓力，可以迫使氣泡溶解到液體中。

軟表面活性劑：為了幫助分離氣泡，可以通過(guò)流體路徑?jīng)_洗含有軟表面活性劑(如SBS)的緩沖液。

除泡/除氣系統(tǒng)：可以在微流控裝置中使用微流控套裝的氣泡捕集器來(lái)消除微流控芯片內(nèi)部的氣泡。在科學(xué)文獻(xiàn)中也有一些氣泡捕捉器的例子，這些氣泡捕捉器可以被微細(xì)加工并添加到流體裝置中。